光学透镜参数现代测量方法研究Word格式.docx

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2.1瑞利判断和中心点亮度12

2.1.1瑞利判断12

2.1.2中心点亮度13

2.2分辨率13

2.2.1分辨率基本公式13

2.2.2缺点13

2.2.3优点14

2.3点列图14

2.3.1点列图定义14

2.3.2适用范围14

2.3.3优缺点14

2.4光学传递函数评价成像质量15

2.4.1传递函数定义15

2.4.2优点15

2.4.3利用MTF曲线评价成像质量15

2.5光学系统的像差公差15

2.5.1望远物镜、显微物镜像差公差15

2.5.2显微目镜、望远目镜像差公差16

2.5.3照相物镜的像差公差17

3光学透镜参数的现代测量方法19

3.1曲率半径测量19

3.2面形测量21

3.3焦距测量22

3.4MTF25

3.5结论27

参考文献28

摘要：

现代光学测量方法通过计算机实时控制，对数据和图像进行采集和处理，代替眼睛进行对准、定焦和读数。

曲率半径的接触式测量由精密数显编码器和曲率半径计算软件实现，面型测量使用激光干涉仪、CCD和计算机进行干涉图的采集和计算，焦距、后焦距、曲率半径的自动光电测量方法代替了传统光具座，高精度传递函数测试仪测量MTF极大地提高了测量操作的简易性和灵活性。

采用光电传感器、计算机辅助、高精度、综合测试是现代光学测量的显著特征。

关键词：

光学测量；

透镜参数

Studyonmodernmeasuringmethodsforlensopticalparameters

Abstract:

Modernopticalmeasuringmethodswerecontrolledbythecomputer,thedataandimagewerecollectedandprocessed.Theeyewasreplacedbythemodernmeasuringmethodstoaim,focusandreaddata.Curvatureradiuswasmeasuredbyencoderandsoftwarecomputation.Surfacequalitywasmeasuredbylaserinterferometer,CCDandcomputer.Interferenceimagewascollectedandcomputedbycomputer.Themeasuringmethodforfocaldistance,backfocaldistanceandcrvatureradiusreplacedtraditionalopticalbench.HighprecisionMTFinstrumentimprovedthefacilityandagilityformeasuring.

Themaincharactersofmodernopticalmeasurearephotoelectricsensorused,computerassistant,highprecisionandcompositivemeasure.

Keywords:

Opticalmeasure;

Lensparameter

随着科学技术的不断发展，过去以目视、光机为主的传统光学测量方法已日益不适应高精度、高效率的科研与生产研究。

当今，激光、计算机、光电传感器等技术的飞速发展大大改变了传统光学测量方法的面貌，现代光学测量方法可以代替眼睛进行对准、定焦和读数，通过计算机实时控制，对数据和图像进行采集和处理，从而大大提高对准、定焦准确度，实现测量的自动化，提高工作效率，并且降低对仪器制造精度的要求和减小外界环境对测量的影响，扩大仪器的应用范围。

特别是以CCD传感器为代表的各种探测器的成熟，光电探测器在光学测量技术中具有特殊的优越性能，目前已被广泛应用于各种测量仪器中。

1.光学透镜的的含义

眼镜中使用的镜片都是透镜，透镜按照外形分为凸透镜和凹透镜。

透镜都是由两个折射面构成，每个折射面都有一个曲率中心。

两个曲率中心的连线称为光轴。

光轴与透镜的两个折射面都有前、后顶点两个交点，平行光线经过透镜后都会形成一个焦点（实性或虚性），透镜到焦点的距离就是焦距，焦距用m为单位的倒数就是透镜的屈光力，单位是屈光度D（因为是用焦距以米为单位的倒数所以也有学者用m-1来表示屈光度），也就是说当焦距为1m时，透镜的屈光力就是+1.00D，焦距为0.5m时，透镜的屈光力就是+2.00D。

透镜的屈光力严格地说应该从主点进行测量，但因为我们平时使用的镜片多是新月型的镜片，主点的位置会随镜片的面弯和厚度发生变化，所以为了测量方便就规定所有镜片的屈光度都使用顶焦度。

也就是镜片顶点到焦点的距离用m为单位时的倒数就是顶焦度（如图1），测量顶焦度的仪器被称为顶焦度计。

我们还规定在测量单光镜片和多焦点镜片（双光、三光和渐近镜片的远用区时，使用后顶点焦

度，也就是测量单光和多焦点镜片远用光区时，镜片后表面放在固定

镜片的接触圈上，凹面朝下进行测量（通常使用的测量方法）。

测多焦点镜片的近用区使用前顶点焦度，测量多焦点镜片近用光区时把镜片反置凹面朝上，镜片前表面放在固定镜片的接触圈上进行测量。

图1

1.2面镜度及其实际应用

眼镜镜片由前后两个折射面组成，每一个折射面。

都各自具有屈光度，我们把它称为面镜度（面镜度也就是日常所说的弯度，3.00D的面镜度就是我们说的300弯，6.00D的面镜度就是我们说的600弯），前后两个折射面的面镜度之和就等于镜片的屈光度。

面镜度可以通过公式计算求得:

，其中

:

面镜度

折射面后方的介质折射率

折射面前方的介质折射率

折射面的曲率半径（以m为单位）

我们可以使用这个公式计算任意单一折射面的面镜度。

当折射面为平面时，公式中的分母曲率半径即为无限大，所以无论折射率之差是什么情况，屈光度都为零，我们日常见到的玻璃两面均为平面，所以玻璃无论在空气中还是水中的屈光度总是为零。

面镜度在眼镜装配加工有指导意义。

磨边时，我们一般将镜片尖边的弯度按照镜片的基准弯度进行调整，根据镜片的基弯在磨边机上进行设置尖边位置（近视镜片前表面的弯度、远视镜片后表面的弯度被定为基弯），眼镜加工时我们使用镜度表来测量镜片基准面的弯度，镜度表是通过测量镜片矢高从而推算出曲率半径，按照折射率为1.523设计出表面的刻度，通过它我们可以方便快捷地测量出镜片的面镜度。

面镜度在眼屈光学中也有非常重要的意义。

我们在计算眼睛各屈光介质的屈光力时，都是通过测量折射率和曲率半径来求得各屈光介质的屈光力，如角膜前

表面曲率半径7.7mm，后表面曲率半径6.8mm，角膜的折射率为1.376，前方为空气，折射率为1，后方为房水，折射率为1.336，角膜中心厚度厚度t=0.0005m。

那么前表面的屈光力为:

，

后表面的屈光力为:

角膜总的屈光力（厚透镜计算公式）:

我们知道人眼屈光力的2/3来自角膜，角膜屈光力较大的主要原因是，角膜前方是折射率为1的空气，如果我们游泳或潜水时进入水中，则角膜前变成了折射率为1.33的水，角膜前表面的屈光力急剧减小，眼睛就变成了一个+44D左右的远视眼，此时就看不清眼前任何物体了。

配戴游泳眼镜就是为了保证进入水中时，眼前仍有空气存在，只有这样我们才能看到奇妙多彩的海底世界。

我们经常可以听到散光顾客配镜后，主诉视物有变形现象，顾客主诉常有“变斜了、变胖了、变瘦了、变成梯形了⋯⋯”这是什么原

因造成的呢？

研究这个问题前，我们首先看看什么是矫正散光的镜片，矫正近视和远视通常使用的是球面透镜，矫正散光用的镜片一般

是柱面透镜，柱面透镜是沿圆柱体轴向切下来的一部分（如图2），

图2

从图2中可以清楚地看到柱面透镜的特点是一个面是平面（图2中的内表面），没有屈光度，另一个面是圆柱体的一部分（图中的外表面）。

圆柱体的面我们生活中也比较常见，如水杯的外表面、圆珠笔的外表面等，它的一个方向是弯曲的具有屈光度（如图中的水平方向），另一个方向是平的没有弯曲度（如图中的垂直方向）。

所以柱面透镜的特点就是一个方向（轴位方向）没有屈光度，另外一个方向（轴位垂直方向）具有屈光度，如我们常见的-1.00DC×

90就是表示散光轴为在90度方向的-1.00D的柱面透镜，在90度方向没有屈光度，

180度方向的屈光度为-1.00D。

我们以三个例子说明散光顾客配镜后的视物变形情况:

a.R:

-1.00DC×

90L:

90，顾客双眼在90度方向都是没有屈光力的，在180度方向具有-1.00D的屈光力。

配镜后顾客注视眼前目标时90度方向没有像大小变化，180度方向会有缩小的现象，所以

顾客会感觉看到的物体更瘦、更高了（如图3）。

图3

b.R:

45L:

45，顾客双眼在45度方向都是没有屈光力的,在135度方向具有-1.00D的屈光力。

双眼形成了一对向同一个方向倾斜的像，双眼融像顾客就会感觉看到的物体也都倾斜了（如图4）。

图4

c.R：

135，则顾客双眼分别在45、135度方向没有屈光力,在135、45度方向具有-1.00D的屈光力。

双眼形成了两个异向倾斜的像，双眼融像顾客就会感觉看到的物体变成梯形

的了（如图5）。

图5

我们都知道近视镜片看物体是缩小的，远视镜片看物体是放大的，为什么呢？

研究这个问题就要先知道透镜的最基本的光学单位——三棱镜。

三棱镜是由两个平面相交形成的三角形的透明柱，因为两个折射面均为平面，所以三棱镜是没有屈光力的，光线经过三棱镜后不会发生会聚或发散作用，但却会发生传播方向的改变（如图6），

图6

通过三棱镜看物体物体都会向尖的方向移动，就是因为这个原因三棱镜在斜视的检查和配镜中经常被使用。

如果光线经过三棱镜后在1m

的距离上偏移1cm我们就称为1个棱镜度（1Δ），表示三棱镜时需要棱镜大小和棱镜基底方向，基底方向常用的有基底朝上、基底朝下、基底朝内、基底朝外。

三棱镜是组成眼用透镜的最基本的光学单位，任何透镜都可看成是无数个三棱镜按照一定的规则排列组成，凸透镜是由底相对的大小不同三棱镜旋转组成，凹透镜是由顶相对的大小不同三棱镜旋转组成。

当我们通过凸透镜看物体时，物体上发出的光

线都会经过底向光心尖端向四周的三棱镜折射，物像都向着尖端（镜片四周）移位，所有的移位点形成了物像，就感觉物体放大了，相同的道理凹透镜就缩小了（如图7）。

图7

任何一个镜片都可以看成是由无数个三棱镜组成，镜片除光心外任一点都是有三棱镜效果的，为了让顾客视物时尽量少产生三棱镜效果，就要尽量保证视轴与光轴的重合，装配眼镜时光学中心尽量对准顾客的瞳孔中心