焦度計規(guī)范規(guī)程

1本規(guī)程修改采用OIMLR93國際建議的內容，部分采用ISO9342-2國際標準的內容。本規(guī)程適用于測量眼鏡鏡片和測量角膜接觸鏡兩種用途的焦度計的首次檢定、后續(xù)檢定和使用中檢驗。焦度計的型式評價中對計量性能的要求可參照本規(guī)程執(zhí)行。JJG2090—1994《頂焦度計量器具檢定系統(tǒng)》IS09342-2:2005Ophthalmicoptics使用本規(guī)程時應注意使用上述引用文獻的現(xiàn)行有效版本。3術語和計量單位3.1焦度計用于測量眼鏡鏡片(含角膜接觸鏡鏡片)的頂焦度和棱鏡度，確定鏡片的光學中心、軸位和打印標記，檢查鏡片是否正確安裝在鏡架中的測量儀器。焦度計根據測量對象分為測量眼鏡鏡片用和測量角膜接觸鏡用兩種。3.2后頂焦度以米為單位測得的鏡片近軸后頂焦距的倒數(shù)。鏡片后頂點到后焦點的距離稱為后頂焦距(見圖1),以符號1,表示，它的倒數(shù)稱為后頂焦度，即1/l?。后頂焦度的表示單位為米的倒數(shù)，量綱為m-1,單位名稱為屈光度，以符號D表示。一個鏡片含有前、后兩個頂焦度。如不做特別說明，眼鏡片的頂焦度均指其后頂焦度。3.3鏡片支座儀器用于放置被測眼鏡鏡片或接觸鏡片、帶有通光孔徑的支座。焦度計測量所得的是鏡片靠放在支座那一面的頂焦度。光線通過鏡片某一特定的點后所產生的偏離。棱鏡度的表示單位為厘米每米(cm/m),單位名稱為“棱鏡屈光度”,以符號△表示。將近軸平行光束會聚到一個焦點上的鏡片。2將近軸平行光束會聚到兩個分離的、相互正交的焦線上，與球鏡片不同，具有兩個主頂焦度的鏡片。其中一個主頂焦度可能為零，其對應的焦線位于無窮遠。柱鏡片包括復曲面鏡片、球柱聯(lián)合鏡片以及單散鏡片。3.7焦度計的非線性誤差(自動對焦原理)由于軟件過修正或其他非正常原因導致焦度計在鏡片不同軸位方向所給出的測量值不一致、示值呈非規(guī)律性變化的誤差。3.8焦度計的中心誤差(手動調焦原理)未放置鏡片時儀器的殘余棱鏡度誤差。4.1測量原理焦度計按測量原理分為自動對焦原理和手動調焦原理兩類(見圖2和圖3)。由圖2所示，平行光線經被測鏡片1后發(fā)生偏轉，經過帶孔光闌2,落在光電位置探測器3上。3式中：h,h'——分別為光線在光闌與光電位置探測器處的高度；△x,x——分別為被測鏡片后頂點至光闌的距離，以及光闌至光電位置探測器根據頂焦度定義有：式中：φ、的單位為D;h,h',x與△x的單位為mo因h,x與△x已知，測得h'后，自動對焦原理的焦度計將自動得出被測鏡片的頂如圖3所示，在焦度計未放被測鏡片3時，標記分劃板T,位于準直光管物鏡1的焦平面上，可在讀數(shù)望遠鏡2中獲得清晰的標記T的像。若在焦度計放上被測鏡片3后，則需沿光軸移動標記分劃板T,才能再次在讀數(shù)望遠鏡2中獲得清晰的標記分化板1—準直光管物鏡；2—讀數(shù)望遠鏡；3—被測鏡片；T—標記分劃板設：標記分劃板T的沿軸移動量為z?,移動后T位于A點處；被測鏡片的頂焦度為φ,由此可推導出φ、與z,的關系式。對于準直光管物鏡1來講，位置A的像點為A'。準直光管物鏡1的焦距為f'。根據牛頓公式有：當讀數(shù)望遠鏡能清晰看見分劃板T的像時，A'點應位于被測鏡片的后焦點上，從被測鏡片后頂點到其后焦點的距離為后頂焦距l(xiāng),鏡片后頂點到焦度計鏡片支座之間4的距離為x,由圖3可見：1=-z'+x根據頂焦度定義可得：即被測鏡片的頂焦度與標記T的軸向位移量成正比。根據測得的z?,即可獲得被測眼鏡片的頂焦度。自動對焦原理的焦度計一般為數(shù)字顯示式。手動調焦原理的焦度計分為投影式和目視式兩種，按顯示方式又分為連續(xù)顯示式與數(shù)字舍入式兩種。按照JJG2090—1994《頂焦度計量器具檢定系統(tǒng)》的規(guī)定，測量眼鏡鏡片用的焦度計又分為一級標準焦度計、二級標準焦度計和工作用焦度計。4.4用途測量眼鏡鏡片的頂焦度及其他參數(shù)，可使用任何類別的焦度計。測量角膜接觸鏡的后頂焦度，規(guī)定使用手動調焦原理的焦度計。測量驗光鏡片箱的計量性能，規(guī)定使用一級標準焦度計。4.5參考波長焦度計所采用的參考波長應為：λ。=546.07nm。采用其他光源的焦度計，均應按上述參考波長進行檢定。5計量性能要求5.1頂焦度示值誤差5.1.1零位誤差5.1.1.1各類焦度計的零位誤差不得超過±0.03m~'。5.1.1.2一級標準焦度計在規(guī)定的預熱時間后，其柱鏡度零位示值誤差不得超過5.1.2示值誤差5.1.2.1各類焦度計的示值誤差不得超過表1的規(guī)定。表1給出的示值誤差適用于對任何材料的眼鏡鏡片進行頂焦度測量。5.1.2.2一級標準焦度計的讀數(shù)分辨力為0.01m~',其柱鏡度示值誤差不得超過±0.03m1;二級標準焦度計的讀數(shù)分辨力至少應為0.12m-',二級標準焦度計及工作用焦度計的柱鏡度示值誤差不得超過±0.06m~'。5用于對外出具公正數(shù)據(如產品計量和質檢)的技術機構所使用的焦度計應滿足一級標準焦度計的示值誤差要求。示值誤差5.2非線性誤差一級標準焦度計頂焦度示值的非線性誤差不得超過±0.06m~1;二級標準焦度計及工作用焦度計頂焦度示值的非線性誤差不得超過±0.09m~1。用于對外出具公正數(shù)據(如產品計量和質檢)的技術機構所使用的焦度計應滿足一級標準焦度計的非線性誤差要求。5.3棱鏡度示值誤差各類焦度計的棱鏡度示值誤差不得超過表2的規(guī)定。表2給出的示值誤差適用于對任何材料的眼鏡鏡片進行棱鏡度測量。棱鏡度測量范圍5.4一級標準焦度計的測量重復性一級標準焦度計的測量重復性應符合在0.03m'以內。用于對外出具公正數(shù)據(如產品計量和質檢)的技術機構所使用的焦度計應滿足一級標準焦度計的測量重復性要求。5.5中心誤差焦度計的中心誤差不得超過0.1cm/m。5.6軸位標記偏差焦度計軸位度盤0°~180°方向(或稱參考方向)與軸向標記間的偏差不得大于1°。5.7透鏡光學中心標記偏差6焦度計透鏡光學中心的軸位標記與焦度計光軸間的偏差不得大于0.4mm。6.1.1焦度計應有銘牌標志，標明儀器名稱、型號、生產企業(yè)、儀器編號、生產日期及標志等。銘牌應牢固，字跡清晰。6.1.2焦度計各活動部分的配合應松緊適度；讀數(shù)手輪應轉動靈活、定位準確；可調擋板運動平穩(wěn)；打印機構轉動輕便、標記清晰。6.1.3焦度計光學系統(tǒng)成像應清晰，視場內或投影屏及讀數(shù)窗的亮度應均勻、無油跡、水潰、霉點以及明顯影響讀數(shù)的其他缺陷。6.1.4連續(xù)顯示式焦度計的刻線要平直、均勻、字跡明顯、無斷線，刻度尺與指標線之間應平行，并以不同顏色區(qū)別正負頂焦度。數(shù)字顯示式焦度計的正負號及數(shù)碼顯示應完整、無斷筆，示值穩(wěn)定，無明顯的漂移和閃爍。6.2.1能夠測量直徑為80mm、中心厚度為20mm的鏡片。6.2.2以不少于焦度計光軸10mm的位置為基點，使放置在鏡片支座上的被測鏡片可以沿著垂直于焦度計光軸和可調擋板的方向上，進行不小于30mm距離的平行移動(見焦度計的實際測量范圍應與生產廠家明示的測量范圍相一致，其頂焦度測量范圍至少應滿足(-20～+20)m-1;棱鏡度測量范圍至少應滿足(0~5)cm/m。7焦度計應能滿足柱鏡片在0～180°方向的軸位測量。并可確定棱鏡片在0°~360°之間基底的軸位方向。6.4打印標記焦度計打印標記的點跡直徑不得大于0.5mm。6.5視差目視手動調焦原理的焦度計的視差不得大于0.1cm/m。6.6支座結構焦度計鏡片支座的設計不得因引入過量的矢高誤差而影響測量準確度。6.6.1用于測量眼鏡鏡片的各類焦度計，其鏡片支座的孔徑直徑應在(5～9)mm之間(見圖5)。6.6.2用于測量角膜接觸鏡的手動調焦原理的焦度計，其鏡片支座的孔徑直徑應為(4.5±0.5)mm,其結構設計應按規(guī)定進行(見圖5)。7計量器具控制計量器具控制包括首次檢定、后續(xù)檢定和使用中檢驗。7.1檢定條件7.1.1計量標準根據焦度計的測量對象，計量標準又分為眼鏡片用頂焦度標準鏡片(以下簡稱標準8鏡片)和角膜接觸鏡專用頂焦度標準鏡片(以下簡稱專用標準鏡片)兩種。7.1.1.1眼鏡片用頂焦度標準鏡片標準鏡片分為球鏡片、柱鏡片和棱鏡片三種。標準鏡片的不確定度為(0.02~+20,+25m^1共12片組成。柱鏡片由一塊+5m'的矩形平柱鏡以及示值為-1.5m-1和+1.5m'的兩塊復曲面棱鏡片由2,5,10,15,20cm/m共5塊組成。7.1.1.2角膜接觸鏡專用頂焦度標準鏡片球鏡片組成。專用標準鏡片的不確定度為0.04m-1(k=3)。最小格值為0.02mm的卡尺。7.1.2環(huán)境條件室內，無陽光直射。溫度：(20±5)℃,7.1.3其他要求電源電壓：(220±20)V。7.2檢定項目見表3.檢定項目首次檢定后續(xù)檢定十 + 鏡片放置空間 +++測量范圍+ + 中心誤差+十++++++十9檢定項目首次檢定后續(xù)檢定+++++十十+十+++十+++十+注：“+”表示應檢項目，“-”表示可不檢。目視觀察和手動相結合，按6.1～6.3規(guī)定的各項內容進行檢查，并在原始記錄有取任一鏡片在焦度計上打印標記之后，用卡尺測量點跡直徑，其值不得超過6.4的把一張白紙插入目視調焦原理焦度計的光路中，在白紙的襯托下將焦度計的目鏡十字分劃板調焦清晰。取出白紙，再對焦度計讀數(shù)視場內的目標像分劃板進行調焦，直至此時，操作人員在目鏡上方左右移動視線，目測觀察十字分劃板與目標像之間是否重合，其偏差不應超過6.5的規(guī)定。用卡尺測量眼鏡鏡片支座的內徑，其值不應超過6.6.1的規(guī)定。用卡尺測量接觸鏡片專用支座的內徑，其值不應超過6.6.2的規(guī)定。對自動對焦原理的焦度計進行檢定時，應首先將儀器的阿貝數(shù)設定在(59±4)的條件下，同時將焦度計對柱鏡片的顯示模式設置在“mix(+/-)”狀態(tài)下。注：1各種不同材料的眼鏡鏡片的后頂焦度測量均應參照上述規(guī)定執(zhí)行。2測量眼鏡片或配裝眼鏡時，應首先將其設定在“球-柱同號”的狀態(tài)下。對手動調焦原理的焦度計進行檢定時，應按照7.3.1.3的步驟首先消除操作人員的a)頂焦度示值誤差的檢定焦度計頂焦度示值誤差的檢定均指對其后頂焦度的檢定(見圖6)。1)零位誤差焦度計的支座上不放任何鏡片，目測觀察或調焦至目標像清晰，此時所對應的頂焦度示值為零位誤差，其值應滿足5.1.1.1的要求。一級標準焦度計按規(guī)定預熱后，取小于+10m-1或大于-10m~'的任意一個球鏡標準片放在支座上對中，此時所顯示的柱鏡度示值不應超過5.1.1.2的要求。2)球鏡度示值誤差的檢定將標準鏡片逐個放在焦度計上進行測量，每個鏡片至少獨立測量三次并讀數(shù)，取三次讀數(shù)值的平均值作為該鏡片的實際測量值，用Dn表示。若該標準鏡片的標準值為D?,則被檢焦度計的頂焦度示值誤差d,為：其值不得超過5.1.2.1的要求。被測焦度計的頂焦度修正值為：3)柱鏡度示值誤差的檢定將+1.50m-1和-1.5m~'的柱鏡標準片分別放在一級標準焦度計的支座上，測量負柱鏡時應將焦度計的“+/-”號設在“-”處；測量正柱鏡時應將焦度計的“+/-”號設在“+”處。測量應在0°~180°的水平方向進行，取三次獨立測量的讀數(shù)平均值作為該鏡片的實際測量值。實測值與標準值之間的偏差不得超過5.1.2.2的要求。b)非線性誤差的檢定將外形為八角狀(每角45°)的+1.50m^'和-1.50m~'的柱鏡標準片分別置于支座上，使其任意一角的工作面緊靠可調擋板，柱鏡標準片與可調擋板一起移動，同時調焦使鏡片所成的亮線通過度盤分劃板的中心，并讀取相應的頂焦度示值。然后順時針旋轉柱鏡標準片，將與其相鄰的那個角的工作面再次緊靠可調擋板，重復上面的動作，再次讀取相應的頂焦度示值。依此類推，分別得到八個工作面的頂焦度測量值后，選取其中最大值與最小值之間的偏差作為非線性誤差，不得超過5.2的要求。c)棱鏡度示值誤差的檢定首先使焦度計的頂焦度示值為零。然后將棱鏡標準鏡片逐片放在支座上，旋轉棱鏡與標準值偏差最大的數(shù)據作為其實際測量值，用△表示。若棱鏡標準鏡片的標準值為其值不得超過表2的規(guī)定。被測焦度計的棱鏡度修正值為：修正值=-d?(應標明方向)根據7.3.2.1a)的檢定記錄，從每個鏡片獨立測量三次得到的讀數(shù)中，取其最大和最小兩個讀數(shù)值之差作為被測一級標準焦度計的測量重復性，其值不得超過5.3的規(guī)將手動調焦原理焦度計的讀數(shù)手輪快速調至零位處。在不放鏡片的情況下精細調焦后，然后觀測焦度計的目標像與十字分劃板的中心是否重合，兩者之間的偏差不得超過f)軸位標記的檢定將+5m1的矩形標準平柱鏡放在支座上，調整其位置，并調焦使柱鏡軸線所成的用量角器測量標記三點所連的直線與柱面標準鏡片基線的夾角，其值不得超過5.5g)光學中心標記的檢定使用+15m1的球鏡標準鏡片，首先在焦度計上對好中心，使棱鏡度為零，并打印之間距離的一半不得超過5.6的規(guī)定。h)可調擋板平行度的檢定把矩形標準平柱鏡置于支座上，讓其工作基面(無刻字一面)緊靠可調擋板。使柱面標準鏡片與可調擋板一起移動，同時調焦使鏡片所成的亮線通過度盤分劃板的中心。a)頂焦度示值誤差的檢定將專用標準鏡片逐片放在接觸鏡專用支座上，調焦清晰，每片至少獨立測量四次，取四次讀數(shù)值的平均值作為該點的實際測量值，按照7.3.2.1a)2)規(guī)定的方法計算其示值誤差，該誤差不得超過表1的規(guī)定。接觸鏡用焦度計如需進行其他參數(shù)的檢定，應參照眼鏡片用焦度計的項目和方法進7.4.1把檢定中所測得的數(shù)據參照附錄C或D中的表格記錄下來，計算其示值誤差。首次檢定和后續(xù)檢定的焦度計要求全部指標均合格。使用中檢驗的一級標準焦度計，對5.1.1.2可放寬至允許偏差的1.5倍。7.4.2檢定證書應指明各項指標是否符合計量性能要求或通用技術要求。7.4.3檢定證書上應注明測量對象和范圍限制。如“本證書所給出的頂焦度修正值僅限于眼鏡鏡片(或接觸鏡)的測量”等。7.4.4合格的焦度計發(fā)給檢定證書，不合格的焦度計發(fā)給檢定結果通知書，并注明不焦度計的檢定周期一般不超過1年。附錄A焦度計(眼鏡專用)檢定證書(內頁)格式025 方向 方向 方向 方向柱鏡度示值/m~'修正值/m~1儀器中心誤差(未放鏡片時)測量范圍：打印標記：1本證書所給出的頂焦度修正值僅適用于眼鏡鏡片的測量。2證書應給出各檢定點的修正值，修正值是頂焦度示值誤差的相反數(shù)，即修正值=-dn0修正值/m1柱鏡片標準值m^1,實測值m~1;透鏡光學中心與焦度計光軸的誤差mm。二、通用技術要求儀器中心誤差(未放鏡片時):cm/m。本證書所給出的頂焦度修正值僅適用于角膜接觸鏡的測量。制造廠名測量范圍(未放鏡片)測量值/m~1123123測量值/(cm/m)測量值/(cm/m)方向方向方向方向平均值/m-1123最大偏差12345678注：1~8應分別記錄柱鏡標準鏡片順時針轉動時，在8個不同角平面上焦度計(角膜接觸鏡專用)檢定記錄表制造廠名測量范圍(未放鏡片)檢定員：核驗員：測量值/m~`12341234棱鏡度示值誤差的檢定測量值/(cm/m)測量值/(cm/m)方向方向方向方向柱鏡度示值誤差的檢定123*焦度計頂焦度測量結果的不確定度分析根據本規(guī)程規(guī)定的檢定方法，本文分別給出了使用頂焦度標準鏡片對兩種不同測量原理的焦度計進行強制檢定時，檢定證書中所給出的被檢焦度計的頂焦度修正值的測量結果的不確定度。其中包括A類和B類評定與分析、合成標準不確定度以及擴展不確定度的計算等。E.1基于自動對焦原理焦度計的測量不確定度評定自動對焦原理的焦度計通常為數(shù)字顯示式，并具有0.01m-'的讀數(shù)分度。E.1.1建立數(shù)學模型依據本規(guī)程，用頂焦度標準鏡片對自動對焦原理的焦度計進行計量檢定，并給出被檢焦度計在各檢定點的頂焦度修正值。首先建立頂焦度修正值c的數(shù)學模型：式中：c-----為被檢焦度計的頂焦度修正值；φ——為頂焦度標準鏡片的標準值；d——為被檢焦度計的實際測量值。由此可得靈敏系數(shù)：各分量的標準不確定度為：E.1.2分量標準不確定度分析E.1.2.1頂焦度標準值φ的測量不確定度由頂焦度標準鏡片引起的不確定度，屬B類評定。按照JJG2090—1994的規(guī)定，經由上一級計量基準傳遞的頂焦度標準鏡片的測量不確定度規(guī)定為(0.02~0.03)m~1(k=3),因此，頂焦度標準鏡片的標準不確定度為0.03m-'/E.1.2.2實際測量值d的測量不確定度a)A類評定1)測量人員在測量時對鏡片進行光學對中、由于鏡片的位置差異等因素造成自動焦度計的探測光束落點位置變化而引起的不確定度。2)由于溫度、濕度變化引起自動焦度計的示值發(fā)生變化而引起的不確定度。自動焦度計對溫度和濕度的影響較為敏感，尤其是在高屈光度區(qū)域。3)由于供電電源電壓不穩(wěn)而引起的不確定度。4)由于外界雜光對焦度計造成干擾而引起的不確定度。5)由鏡片支座內的灰塵對焦度計的光學系統(tǒng)產生影響而引起的不確定度。上述諸多原因均能造成焦度計探測光束落點位置的變化，從而引起頂焦度測量的誤差。實驗數(shù)據表明，處于正常工作狀態(tài)的自動對焦原理的焦度計，在規(guī)定的環(huán)境條件下重復測量所得到的頂焦度示值之間的最大偏差一般為(0.02~0.03)m~'。例如某型號的自動焦度計，在-15.00m'處進行重復性測量時的發(fā)散最大。對其重-14.98m-1,-14.97m^',-14.97m1,-14.98m-',-14.98m'',-14六次測量值之間的最大發(fā)散為0.03m'。利用貝塞爾公式計算單次測量的實驗標準差(n=6),得到；在實際工作中，要求每個點至少檢定三次，得到平均值的實驗標準差為：b)B類評定B類標準不確定度由一個認定的或假定的概率密度函數(shù)得到。進行B類評定的主要1)由儀器自身的原理和結構引起的不確定度當自動焦度計的數(shù)顯分辨力為δ=0.01m'時，其均勻分布的區(qū)間為：由此可得到由自動焦度計的分辨力引起的標準不確定度為：2)由“+/-”模式轉換的非線性變化引起的不確定度自動焦度計進行柱鏡符號“+/-”模式轉換的計算過程中將引起頂焦度測量值的非線性變化。實驗數(shù)據表明，由此引起的頂焦度示值的變化約在(0.02～0.03)m~'之間。按照均勻分布計算，可知由模式轉換引起的標準不確定度為：(0.03m-1/2)/√3=0.009m-1綜上所述，得到焦度計實際測量值d的測量不確定度為：u(d)=[u2(d?)+u2(d)+u2(dm)E.1.3合成標準不確定度以上不確定度分量相互獨立，故合成標準不確定度u.為：E.1.4擴展不確定度自動焦度計頂焦度修正值c的測量擴展不確定度U應等于合成標準不確定度與包含因子k=2的乘積(對于一般計量器具，包含因子可以取k=2)。則：U=2×0.015m-1=0.03根據上述的分析和評定過程，可以得到被檢自動焦度計的頂焦度修正值c的測量擴展不確定度為0.03m~'。E.2基于于動調焦原理焦度計的測量不確定度評度手動調焦原理的焦度計的讀數(shù)分度值通常為0.12m^',由于其原理所限，檢定時應注意減少主觀誤差并消除視差。E.2.1建立數(shù)學模型盡管目視焦度計的測量原理有別于自動焦度計，但計量檢定的步驟和方法是一致的。因此，對其進行測量不確定度分析所建立的數(shù)學模型與自動焦度計是一致的。即：分量標準不確定度：u?=u(φ)E.2.2分量標準不確定度分析根據手動調焦原理焦度計的工作原理和結構特點，造成其頂焦度修正值c的測量結果的不確定度一般可以歸結為以下幾點：1)頂焦度標準鏡片引入的標準不確定度；2)檢定人員調焦重度測量引入的標準不確定度；3)由估讀引入的標準不確定度；4)檢定人員的視差引入的標準不確定度。根據數(shù)學模型，分別對以上幾點進行分析。E.2.2.1頂焦度標準值φ的測量不確定度同上，由于頂焦度標準鏡片引起的不確定度，屬B類評定。按照JJC2090—1994的規(guī)定，經由上一級計量基準傳遞的頂焦度標準鏡片的測量不確定度規(guī)定為(0.02～0.03)m~1(k=3),由此得到頂焦度標準鏡片的標準不確定度為E.2.2.2頂焦度實測值d的測量不確定度a)A類評定