综合验光仪检定装置研制

李飞; 刘文丽; 洪宝玉; 张吉焱

doi:10.12338/j.issn.2096-9015.2020.9048

综合验光仪检定装置研制

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2020.9048

中国计量科学研究院，北京 100029

基金项目: 国家重点研发计划项目（2016YFF0201005）

详细信息

作者简介:
李飞（1977-），中国计量科学研究院副研究员，研究方向：工程光学与医用光学计量，邮箱：lif@nim.ac.cn

通讯作者:
刘文丽（1966-），中国计量科学研究院研究员，研究方向：医用计量，邮箱：liuwl@nim.ac.cn

计量
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出版历程
- 网络出版日期: 2021-05-08
- 刊出日期: 2021-06-24

Development of Verification Equipment for Phoropters

National Institute of Metrology, Beijing 100029, China

摘要

摘要: 为了解决综合验光仪的计量检定，研制了基于自准直清晰度法的综合验光仪球镜度、柱镜度、柱镜轴位、中心误差光电检测系统。该系统采用光栅测长传感器实现凹面反射镜位移的精密测量，采用角度编码器实现目标十字线分划板角位移的传感，使用CCD实现图像采集，利用计算机实现分析及测量。分析了影响测量精度和范围的因素，设计了综合验光仪的光学系统、关键物镜，给出了光电参数，仪器可溯源至顶焦度国家基准。理论分析和实验结果表明，该装置用于检测综合验光仪时球镜顶焦度扩展不确定度可达到(0.03～0.08) m⁻¹（k=2），满足综合验光仪的检定需求。
- 定焦误差 /
- 后顶焦度 /
- 棱镜度 /
- 检定 /
- 不确定度 /
- 综合验光仪
Abstract: To solve the verification of the phoropters, optoelectronic equipment for measuring spherical vertex power, cylinder vertex power, axis position, and the center error of refractor heads based on the self-collimation sharpness method was developed. The equipment uses a grating length sensor to achieve precision measurement of concave reflector displacement, an angle encoder to measure the angular of the cross-line reticle, a CCD to achieve image acquisition, and a computer to achieve analysis and measurement. In this paper, the factors affecting the measurement accuracy and range are analyzed, the optical system of the comprehensive optometer and the key objective lens is designed, the photoelectric parameters are given, and the equipment is traceable to the national primary standard of vertex power. Theoretical analysis and experimental results indicate that the expanded uncertainly for phoropters can reach (0.03~0.08) m^-1(k=2), which meets the verification demand for the phoropters.
- focusing error /
- back-vertex-power (BVP) /
- prism power /
- verification /
- uncertainty /
- phoropters

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图 1 清晰度法后顶焦度测量原理

Figure 1. BVP measurement principle based on clarify of the target image

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图 2 综合验光仪检测装置结构示意图

Figure 2. Instrument structure chart for testing phoropters

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图 3 反光镜的物像共轭关系

Figure 3. object-image conjugate relationship of concave mirror

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图 4 聚焦物镜L₂焦距与后顶焦度测量精度的关系

Figure 4. Relationship between the BVP measurement accuracy and the focal length of the lens L₂

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图 5 双高斯物镜结构图

Figure 5. Structure of double Gaussian objective lens

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图 6 双高斯物镜MTF曲线图

Figure 6. Double Gaussian objective MTF curves

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图 7 综合验光仪检测装置

Figure 7. Calibration Equipment for phoropters

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图 8 测量结果重复性

Figure 8. Repetitive measurement results

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表 1 测量结果的示值误差

Table 1. Indication error of the measurement results

m⁻¹
标准值	2.49	7.02	12.00	15.96	20.01
测量值	2.48	7.03	11.98	15.97	19.99
示值偏差	−0.01	0.01	−0.02	0.01	−0.02
标准值	−2.52	−6.97	−12.04	−15.98	−20.05
测量值	−2.52	−6.98	−12.03	−15.98	−20.02
示值偏差	0.00	−0.01	0.01	0.00	0.03

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表 2 测量重复性引入的标准不确定度${u_1}\left( M \right)$

Table 2. Uncertainty introduced by measurement repeatability

m⁻¹
球镜顶焦度	标准不确定度
[−3～3]	0.009
（−3～−6]或（3～6]	0.010
（−6～−9]或（6～9]	0.016
（−9～−12]或（9～12]	0.019
（−12～−15]或（12～15]	0.025
（−15～−20]或（15～20]	0.036

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表 3 合成标准不确定度

Table 3. Combined standard uncertainty

m⁻¹
球镜顶焦度	扩展不确定度（k=2）
[−3～3]	0.0136
（−3～−6]或（3～6]	0.0142
（−6～−9]或（6～9]	0.0190
（−9～−12]或（9～12]	0.0243
（−12～−15]或（12～15]	0.0292
（−15～−20]或（15～20]	0.0390

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表 4 测量结果的扩展不确定度

Table 4. The expanded uncertainly of measurement result

m⁻¹
球镜顶焦度	扩展不确定度（k=2）
[−3～3]	0.03
（−3～−6]或（3～6]	0.03
（−6～−9]或（6～9]	0.04
（−9～−12]或（9～12]	0.05
（−12～−15]或（12～15]	0.06
（−15～−20]或（15～20]	0.08

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