驗光儀頂焦度的不確定度分析與影響因素探討

摘要：文中通過探討JJG 892-2011《驗光儀檢定規(guī)程的測量方法》，對客觀式驗光儀在測量中存在影響檢定結(jié)果的因素進行分析，提出了驗光儀頂焦度示值誤差測量不確定度的計算方法。

關(guān)鍵詞：客觀式驗光儀；頂焦度；不確定度

Uncertainty Analysis and Influencing Factors of Vertex Power for Eye Optometers

ZHAO Xin

（Fujian Metrology Institute， Fuzhou 350003， Fujian China）

Abstract： According to discussing the measurement method of JJG 892-2011 \"eye optometers verification regulation\"， the factors that affect

the verification results of objective eye optometers in the metrological verification are analyzed， and the calculation method of measurement uncertainty of indication error of power for eye optometers is proposed.

Key Words： Objective eye optometers; Vertex power; Uncertainty

0引言

隨著近視人口的增加以及大眾對近視預(yù)防意識的增強，人們越來越重視視力和眼科疾病問題，市面上眼鏡店越開越多，各大醫(yī)院眼科的門前絡(luò)繹不絕。驗光儀作為一種驗光工具，具有操作簡便，驗光快速等優(yōu)點，使之成為各眼視光工作者工作中常用的儀器。不管是人眼屈光狀態(tài)的例行檢查，還是作為配鏡處方的普通驗光，都需要使用驗光儀。驗光儀測量不準(zhǔn)確會導(dǎo)致配鏡處方的錯誤，誤導(dǎo)消費者對自身眼睛情況的認(rèn)識等，因此做好驗光儀的檢定尤為重要。

驗光儀分為主觀式驗光儀和客觀式驗光儀兩種。兩種儀器測量原理不同，主觀式驗光儀依賴被檢查者的主觀感受來判斷并確定清晰的目標(biāo)成像[1]，人眼通過判斷分劃板成像的清晰程度對中繼透鏡進行前后調(diào)節(jié)，最終儀器通過中繼透鏡的位移情況得到人眼的屈光狀態(tài)（見圖1）。市面上的眼鏡店或醫(yī)院眼科大部分使用的是客觀式驗光儀，所以本次主要分析客觀式驗光儀的測量不確定度，其原理是通過驗光儀發(fā)出的光線經(jīng)過準(zhǔn)直鏡、分束系統(tǒng)及物鏡投射到人眼中，從人眼反射回來的光線，經(jīng)原路返回，經(jīng)過分束系統(tǒng)后進入成像透鏡，成像在探測器上，儀器通過測量分析探測器上接收到的光斑形狀，獲得模擬人眼的屈光度（見圖2），無需被檢對象的主觀判斷。

1 不確定度評定概述

1.1測量依據(jù)

JJG 892-2011《驗光儀檢定規(guī)程》

1.2 測量標(biāo)準(zhǔn)

客觀式模擬眼標(biāo)準(zhǔn)器。符合JJG 922-2008《驗光儀頂焦度標(biāo)準(zhǔn)器》的要求。

1.3 測量對象

客觀式驗光儀2臺，最小分辨率為0.12m-1與最小分辨率為0.01m-1。

1.4 測量條件

室溫，相對濕度＜85%。

1.5 測量方法

將客觀式驗光儀標(biāo)準(zhǔn)器放置于驗光儀下頜托架上，調(diào)整手柄上下對準(zhǔn)前后調(diào)焦，使儀器屏幕中的反射光斑處于最清晰的位置并且處于驗光儀屏幕中對準(zhǔn)參考環(huán)的中心進行測量，每一檢定點重復(fù)測量3次，取平均值Dm，實測平均值與模擬眼標(biāo)準(zhǔn)值之差即為該點的示值誤差。

1.6建立數(shù)學(xué)模型

示值誤差d=Dm-Ds。其中d為球鏡度示值誤差，Dm為球鏡度實測值，Ds為模擬眼標(biāo)準(zhǔn)器標(biāo)準(zhǔn)值。

2 各分量測量不確定度來源分析

2.1由驗光儀測量重復(fù)性引入的不確定度u1（Dm）

由于檢定人員的眼睛在每次測試時的狀態(tài)差異和操作過程中同一觀測者對成像清晰度的主觀判斷不可能每次都完全一致，所以每次測量的對焦位置都有可能出現(xiàn)一定的偏差。驗光儀放置環(huán)境，如溫濕度的變化，開機穩(wěn)定時間等會對儀器的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，還有自身靈敏度的差異也會造成判讀誤差[2]，因此每一次操作都存在跟上一次測量不同的誤差，造成測量重復(fù)性誤差。

2.2" 驗光儀分辨力所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2（Dm）

在測試球鏡度頂焦度之前需要將驗光儀的頂焦度示值設(shè)置在最小分辨力檔。目前常見的最小分辨力檔分別為0.01m-1和0.12m-1。如尼德克的驗光儀可設(shè)置的最小分辨力多數(shù)為0.01m-1，拓普康的驗光儀最小分辨力多數(shù)為0.12m-1。正規(guī)的眼鏡鏡片的度數(shù)以25度為一檔遞增，所以工作時驗光儀的分辨力普遍被設(shè)置在0.25m-1。

2.3 驗光儀與標(biāo)準(zhǔn)器之間定位誤差引起的不確定度分量u3（Dm）

驗光儀與標(biāo)準(zhǔn)器的定位誤差主要是指模擬眼放置在下頜托架的過程中出現(xiàn)的位置偏差。有些驗光儀由于使用和維護不得當(dāng)，下頜托架會出現(xiàn)水平傾斜或者向前后傾斜的情況，所以操作者在放置模擬眼時應(yīng)通過調(diào)整模擬眼支架的仰俯、左右位置以保證模擬眼光軸與驗光儀光軸保持一致[3]。

2.4 驗光儀模擬眼標(biāo)準(zhǔn)值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1（Ds）

驗光儀標(biāo)準(zhǔn)器由驗光儀頂焦度工作基準(zhǔn)溯源，由上一級工作基準(zhǔn)溯源給出的擴展不確定度可作為標(biāo)準(zhǔn)器所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量。

2.5 驗光儀標(biāo)準(zhǔn)器年變化量標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2（Ds）

根據(jù)JJG 922-2008《驗光儀頂焦度標(biāo)準(zhǔn)器》規(guī)程，其對標(biāo)準(zhǔn)器模擬眼球鏡度量值的年變化量提出了要求范圍，可作為驗光儀標(biāo)準(zhǔn)器年變化量引入的不確定度分量。

3 客觀式驗光儀球鏡度測量不確定度計算

3.1驗光儀測量重復(fù)性u1（Dm）

對標(biāo)稱值為+10.00m-1模擬眼在驗光儀上重復(fù)測量十次，采用貝塞爾公式得到測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u1（Dm）。

由于實際檢定采用的測量次數(shù)是3次，測量結(jié)果為3次測量平均值，則驗光儀測量重復(fù)性的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：u1（Dm）=，詳見表1和表2。

3.2驗光儀分辨力的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2（Dm）

3.7" 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc

3.8 擴展不確定度

4 結(jié)語

為了使驗光儀檢定數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確可靠，檢定人員應(yīng)該在檢定操作中減小影響因素的干擾，檢定前期準(zhǔn)備不能馬虎。一是在檢定前確保驗光儀的鏡頭做好清潔，在檢定過程中，因為鏡頭表面受污染會影響檢定數(shù)據(jù)，如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，可檢查驗光儀的鏡頭是否附著灰塵，如果存在該情況，應(yīng)用蘸有酒精的擦鏡布進行擦拭。二是將角膜頂點距離（DV值）設(shè)置為12mm，不同的DV值對于頂焦度的影響很大，標(biāo)準(zhǔn)模擬眼的標(biāo)稱值也是在DV值為12mm的情況下獲得的，如果將DV值設(shè)置在其他兩個檔位：0mm與13.75mm，那么對于同一個模擬眼的測量值就會與標(biāo)準(zhǔn)值出現(xiàn)很大的偏差，影響到數(shù)值的準(zhǔn)確性。三是測量模擬眼時要保證模擬眼的光軸與驗光儀光軸保持一致，下頜托架有時會因為長期使用而產(chǎn)生松動或者歪斜，此時需要調(diào)節(jié)模擬眼支架或墊上墊片使模擬眼其處于水平狀態(tài)并且平行于驗光儀出瞳處。測量時要盡可能將屏幕中的反射光斑成像調(diào)節(jié)在最清晰的位置，這時可以利用手柄前后移動進行調(diào)焦，通過觀察成像在某個位置時最清晰且光斑最小則能判斷此位置為最佳測量位置，通過旋轉(zhuǎn)驗光儀手柄上方的微調(diào)旋鈕完成對準(zhǔn)，尤其對于最小分辨力為0.12m-1的驗光儀，由于分辨力比較大，在對焦對準(zhǔn)位置判斷上的一點疏忽就會導(dǎo)致測量結(jié)果超差。

參考文獻

[1]驗光儀檢定規(guī)程：JJG 892-2011[S].

[2]梁慶嬌.客觀式驗光儀球鏡度示值誤差檢定結(jié)果的不確定度分析及相關(guān)提示[J].中國計量，2021（12）：109-112.

[3]任宏偉.驗光機檢定中的常見問題解析[J].中國測試技術(shù)，2005，31（4）：102-103.

收稿日期：2022-03-29

作者簡介：趙欣，女，福建省計量科學(xué)研究院，檢定員，高級工程師