投影式数字焦度计

　　0　引　言

　　国内生产的焦度计主要是目视式,如重庆精益高登眼镜公司生产的QY-Ⅲ型焦度计, CCQ-Ⅱ型焦度计以及上海经联生产的SJL型系列焦度计.这些仪器的缺点是对于不同视力的操作者需反复调整目镜,容易因目镜未调准而带来测量误差.为了解决这个问题,作者研制了投影式数字焦度计,其光学系统主要由照明系统、准直系统、投影光学系统[1]组成(去掉了目镜系统).该仪器的特点是集光、机、电、算于一体, LED数码显示,操作方便舒适,测量精度高;它还可快速测定双光镜片子区的添加度数.该仪器的研制填补了国内的空白.

　　1　投影式数字焦度计的光学原理

　　投影式数字焦度计的光学原理如图1所示.设十字分划板T沿轴移动量为Z1,移动后T位于A点处,被测眼镜片的顶焦度为DP.对于准直物镜L1来讲,位置A的像点为A′,准直物镜的焦距为f’1.根据牛顿公式Z1Z’1=-f’21得,Z’1=-f’21/Z1.当投影屏上看见清晰的十字分划板像时,A′点应位于被测镜片的后焦点上,从被测镜片后顶点到其后焦点的距离为后顶焦距S.对于远视镜片S为正,近视镜片S则为负.镜片后焦点到焦度计镜片支座之间的距离为X.由图1可知,Z′1=-S+X,则S=-Z′1+X.根据顶焦度定义[2,5]

　　即被测镜片的顶焦度与十字分划板T的轴向移动量成正比.根据测得的Z1,即可获得被测眼镜片的顶焦度数值.

　　2　仪器结构

　　图2是投影式数字焦度计的结构示意图,该仪器的光学系统主要由3部分组成,即照明系统、准直系统和投影系统.

　　(1)照明系统.光源1发出的光束经聚光镜2,反射镜M1照亮十字分划板.因在准直物镜后焦面上设置光阑,因此要求照射到十字分划板3上的光必须是平行光,即物方远心光路,则光源需位于聚光镜的前焦面上.

　　(2)准直系统.离开十字分划板3的光束经准直物镜投射到被测镜片5,旋转电位器旋钮移动十字分板3,使光束离开被测镜片时为平行光.

　　(3)投影系统.由被测镜片5射出的平行光,通过投影透镜6,经反射镜M2, M3,M4, M5,反射成放大像于屏幕7上.

　　仪器的机械位移量(即十字分划板的轴向移动量),通过电位器W1转换为电量,由单片机进行数据处理, LED数码管完成显示.电位器线性精度为0.1%,使电路的位移测量精度达到0.01 mm.柱镜角度也是把机械旋转量通过电位器W2转换为电量,最后由数码管显示出来.

　　3　误差分析

　　根据式(1),利用间接测量误差的传递关系式,可得到顶焦度的标准偏差dφV

　　由式(2)可知,影响仪器测量精度的主要因素是准直物镜焦距误差Δf′1,分划板移动误差ΔZ1(是由电位器精度引起的)和被测镜片顶焦度定位误差ΔX,此3项误差在测量低顶焦度镜片时影响较小,但对高顶焦度镜片测量影响较大,物镜焦距误差4(Δf′1)2/f′21起着主要作用,顶点定位误差ΔX次之, (ΔZ1)2/Z1项很小,可忽略不计.