莫尔偏折技术用于测量镜片屈光度的研究

　　1 引 言

　　利用莫尔偏折技术可得到一种非接触式的镜片屈光度检测方法。莫尔偏折技术是Talbot 和Moiré 效应的结合，其基本的原理是根据被测物体所引起的莫尔条纹偏移量来测量被测物体的特性。它可以根据Moiré效应对相位物体和镜片反射表面进行光学检测，提供由相位物体或表面反射引起的光线偏折图像(莫尔偏移图)[1]。光线偏折图不同于相位滞后，它不需要知道真正的相位。此外，莫尔偏折技术对光源只要求空间相干性，不要求时间相干性，因此，实验装置所要求的机械稳定性不像干涉法那样严格，测量装置相对简单，造价低廉。国外主要利用它来研究以下几个方面的课题：测量物镜的焦距和像差，分析气流场分布，测定火焰场的温度梯度等[2-4]。在莫尔偏折技术的理论和应用研究方面，我国起步亦较晚，用于镜片屈光度的检测方面还未见报导。

　　屈光度是眼视光学中镜片的重要参数之一，是目前全世界通用的眼镜片折射能力大小的单位。由于该参数直接影响配镜者视力矫正后的视觉效果，因此，镜片屈光度值的测量在眼视光学中占有举足轻重的作用。本文根据莫尔偏折技术的基本原理，结合镜片屈光度的概念，分别从两个角度推导了莫尔偏折技术中莫尔条纹倾角与被测镜片屈光度的关系，两者推算结果是一致的，也即证明了莫尔条纹倾角与镜片屈光度存在一定的数值关系。计算结果分析表明，选用合适的光栅周期，设定合理的两光栅间夹角，莫尔偏折技术用于测量低屈光度及中高屈光度的镜片可以获得很高的测量精度。此外，该方法也克服了传统焦度计单点测量的局限，对屈光度变化的多焦点镜片可以实现单次整体测量，为镜片屈光度的测量提供新的途径。

　　2 莫尔偏折技术的基本原理及屈光度的概念

　　莫尔偏折技术是利用泰伯成像和莫尔条纹图的放大特性的一种光学测量方法，是Talbot 效应和 Moiré效应的结合。用光照射周期性透过率的物体，在一定距离(泰伯距离)处产生泰伯像，在泰伯像处放置同样的周期性透过率物体会产生放大后的莫尔条纹。放入待测相位物体后，莫尔条纹发生形变。通过对莫尔条纹形状的研究来推算相位物体的信息，从而实现对该物体的测量。屈光度是眼视光学中的重要概念，也是配镜过程中的重要光学参数之一。1899 年瑞典诺贝尔获得者Gullstrand 提出以焦距的倒数作为眼镜片折光能力强弱的单位，称之为“屈光度”(Dioptre)，简写为“D”，亦称为焦度[5]。屈光度是目前全世界通用的眼镜片折光能力大小的单位，它的计算式为