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
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