测量接触镜近轴后顶焦距可行性分析

　　1　基本概念

　　接触镜的后顶光焦度被定义为近轴后顶焦距的倒数。所谓近轴后顶焦距就是空气中接触镜的两个点之间的距离,即:(1)接触镜的后顶点;(2)轴上点无穷远的无限细光束通过接触镜聚焦后的近轴光焦点。由于接触镜的后顶点比较明确,因此接触镜的近轴光焦点成为近轴后顶焦距分析的关键。

　　对于一个理想的光学系统来说,其物、像之间的光线传播符合等光程原则,即一个物点所发射的每一条光线通过该光学系统后成像为一个像点。显然,理想的光学系统如果为一个两面的光学系统,其曲面必为一个特殊函数的曲面,而不是球面,称之为非球面。由于球面光学加工较易实现,一般光学系统包括大多数接触镜的两个光学面都是由球面构成,因此物、像之间的光线传播不再符合等光程原则,即像方不再为一个像点,而是不同孔径的光线交于不同的位置。这种不同位置的轴向偏差称之为球差δL,垂轴截面上的弥散斑半径称之为垂轴球差TA。而对于轴上物点所发射的无限细光束成像后的近轴光像点来说,由于近轴光符合理想状态,所以该近轴光像面称为高斯面又叫理想像面。因此球差被定义为

　　式中,l′为近轴光像方截距;L′kh为带高kh光线的像方截距;h为入瞳半高;k为带高系数,0≤k≤1。

　　球差主要由光学结构参量即球面半径r、折射率n、中心厚度d和光线投射高h确定,球差级数展开公式为

　　一般光学系统都要校正像差后才能实际使用,需通过对多个透镜的光学结构参量r,n,d的变动和孔径光阑的调整进行像差校正。7个像差中球差是必校正项。显然,像差校正后的光学系统应接近等光程状态,即所有的光线都基本符合近轴光的理想状况。因此像差校正后的光学系统适用于近轴光学公式的计算结果。

　　2　问题的提出

　　按照ISO 9337标准规定,接触镜的后顶光焦度采用焦度仪测量。对于由两球面构成的接触镜片来说,由于其光学结构参量r很小,会产生较大的球差,不仅是其本身固有的,而且是无法自身校正的,因而采用焦度仪测量只能找到给定入瞳的实际焦点位,即弥散斑最小位,该焦点是带高0.87h光线的焦点位F′0.87h,实际测量的是实际后顶焦距L′0.87h,而近轴光焦点是无法测量的。因此提出问题如下:

　　(1)实际后顶焦距L′0.87h是否可以折换成近轴后顶焦距?

　　(2)近轴后顶焦距是否与实际应用相符?

　　3　可行性分析

　　3.1　接触镜近轴后顶焦距测量的可行性分析

　　由于焦度仪无法测量接触镜的近轴后顶焦距,并非ISO8320标准所定义的近轴后顶焦距,于是设想采用按近轴光学公式计算的一组准确的近轴后顶焦距标准片来修正。这种修正实际上是通过标准片将测量值转换为定义值。标准片修正的方法是采用光学结构参数r,n,d符合近轴光学公式计算的近轴后顶光焦度的接触镜样片,构成一组各种近轴后顶光焦度的标准片,从而对焦度仪的测量值进行修正。修正可以采用外部建表修正和内部焦度仪重新定标修正。该方法能够成立的前提是:所确定的标准片能够表征各种光学结构参量不同,而近轴后顶光焦度相同的接触镜。接触镜近轴后顶焦距计算公式为