光学透镜参数现代测量方法研究Word格式.docx

1、2.1 瑞利判断和中心点亮度 122.1.1 瑞利判断 122.1.2 中心点亮度 132.2 分辨率 132.2.1 分辨率基本公式 132.2.2 缺点 132.2.3 优点 142.3 点列图 142.3.1 点列图定义 142.3.2 适用范围 142.3.3 优缺点 142.4 光学传递函数评价成像质量 152.4.1 传递函数定义 152.4.2 优点 152.4.3 利用MTF 曲线评价成像质量 152.5 光学系统的像差公差 152.5.1 望远物镜、显微物镜像差公差 152.5.2 显微目镜、望远目镜像差公差 162.5.3 照相物镜的像差公差 173 光学透镜参数的现代测量

2、方法 193.1 曲率半径测量 193.2 面形测量 213.3 焦距测量 223.4 MTF 253.5 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Study o

3、n modern measuring methods for lens optical parametersAbstract: Modern optical measuring methods were controlled by the computer, the data and image were collected and processed. The eye was replaced by the modern measuring methods to aim, focus and read data. Curvature radius was measured by encode

4、r and software computation. Surface quality was measured by laser interferometer, CCD and computer. Interference image was collected and computed by computer. The measuring method for focal distance, back focal distance and crvature radius replaced traditional optical bench. High precision MTF instr

5、ument improved the facility and agility for measuring.The main characters of modern optical measure are photoelectric sensor used, computer assistant, high precision and compositive measure.Key words: Optical measure; Lens parameter 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

6、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

7、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

8、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 11.2 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

9、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

10、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7.7 mm，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

11、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

12、，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-1.00DC90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:-1.00DC90 L: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

13、.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 3b. R:45 L: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 4c. 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

14、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（1），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