/ 寧波市計量測試研究院

0 引言

信息社會高速發(fā)展，80%的信息可通過人的眼晴獲得，良好的視力對人至關重要。據(jù)統(tǒng)計近50%的人需要視力矯正，最常用的輔助視力矯正的手段就是配戴眼鏡，從傳統(tǒng)的近視、遠視常規(guī)鏡片，到現(xiàn)在特殊用途的雙光鏡片、多焦點鏡片、漸進多焦點鏡片、非球面鏡片和防控鏡片等自由曲面鏡片，鏡片發(fā)展可謂日新月異，而制造鏡片和配鏡檢查都必須使用準確的計量設備，焦度計的應用由此產(chǎn)生[1][2]。

1 焦度計強檢

焦度計[3]是用于測量眼鏡鏡片（含角膜接觸鏡片）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[4]。焦度計根據(jù)測量對象分為測量眼鏡鏡片用和測量角膜接觸鏡用兩種。鏡片質(zhì)量和配鏡的質(zhì)量直接影響配鏡者視力健康，焦度計是鏡片生產(chǎn)和配鏡檢查必備的國家強制計量檢定儀器，是鏡片生產(chǎn)和消費者配鏡的質(zhì)量保證。2019年10月23日市場監(jiān)管總局發(fā)布實施強制管理計量器具新目錄，焦度計仍在其中。

2 非線性誤差

JJG580-2005《焦度計》檢定規(guī)程中對于非線性誤差是這樣定義的：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。非線性誤差[5]在JJF1292-2011焦度計型式評價大綱中屬于主要性評價項目。

產(chǎn)生非線性誤差的主要原因有：一些儀器生產(chǎn)廠家為了追求通過計量檢定，用非正常的軟件修正方法將焦度計的頂焦度示值調(diào)整為與標準鏡片的標準值完全一致，卻在標準鏡片標稱值以外的地方出現(xiàn)非對稱、非規(guī)律性變化的示值誤差，其中主要表現(xiàn)在單散和球-柱聯(lián)合鏡片的柱鏡度示值上。還有一些生產(chǎn)廠家為了降低生產(chǎn)成本，未能認真調(diào)試儀器，導致出現(xiàn)焦度計光源的發(fā)散分布不均勻，或其他非正?，F(xiàn)象，從而產(chǎn)生柱鏡度示值的非線性誤差。焦度計在測量整數(shù)球鏡度，甚至高度數(shù)球鏡度，如±20.00D和±25.00D時，準確度調(diào)為0.01D時，在球鏡度中心還未對準的情況下也完全沒有誤差，但在測量非線性誤差時，誤差就非常大。

非線性誤差的測量方式為八角柱鏡片測量：即將外形為八角狀（每角45°）的+1.50m-1和-1.50m-1的柱鏡標準片[6]分別置于支座上，使其任意一角的工作面緊靠可調(diào)擋板，柱鏡標準片與可調(diào)擋板一起移動，同時調(diào)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，將與其相鄰的角的工作面再次緊靠可調(diào)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，讀取其中最大值與最小值之間的偏差作為非線性誤差。

非線性誤差有以下表現(xiàn)形式，如一個鏡片的驗光處方為 -1.00Ds+0.50Dc×90°，翻方后為 -0.50Ds-0.50Dc×180°。假設在焦度計未設置同號的情況下得到的測量值為 -1.05Ds+0.58Dc×90°，轉換為同號時理論上就應該得到 -0.47Ds-0.58Dc×180°，但由于儀器存在非線性誤差，就可能得到完全不同的轉換值，或為-0.51Ds-0.54Dc×180°，或為其他值。

3 非線性誤差實驗數(shù)據(jù)

采用八角柱鏡片和球-柱聯(lián)合鏡片的三種不同 鏡 片， 即 +1.50Dc、-1.50Dc、-2.00Ds-1.50Dc對同一臺焦度計（LM-1800P）進行非線性誤差測量。測量結果表明（見表1），LM-1800P自動對焦式焦度計所測得的非線性誤差較接近，均達到JJG 580-2005所規(guī)定的二級標準焦度計柱鏡度非線性誤差的要求。

同時，用三種不同鏡片分別對四臺不同的焦度計（LM-1800P、TL-6700、CL-2800、CCQ-800）進行非線性誤差測量，測量結果表明（見圖1）四臺焦度計均達到JJG580-2005所規(guī)定的二級標準焦度計柱鏡度非線性誤差的要求。-2.00Ds-1.50Dc球-柱聯(lián)合鏡片同樣可以取代±1.50Dc八角柱鏡片，滿足規(guī)程中對于非線性誤差的測量要求。

ISO8598-1：2014《光學與光學儀器，焦度計，通用儀器儀表》的6.6.2條款采用的也是八角柱鏡標準鏡片方法，同時規(guī)定使用優(yōu)質(zhì)的-2.00Ds-1.50Dc球-柱聯(lián)合鏡片也可以對非線性誤差進行校準。實驗結果與國際標準使用方法的結果相吻合，國家標準采用八角柱鏡片，同時支持使用優(yōu)質(zhì)的球-柱聯(lián)合鏡片。

焦度計在球-柱轉換時產(chǎn)生的示值誤差就是所謂“非線性誤差”的一種表現(xiàn)形式。當被測鏡片處于允差臨界點時，會因為焦度計的非線性誤差而超差。

表1 柱鏡片、球-柱聯(lián)合鏡片八個方位測量結果（LM-1800P）

圖1 不同焦度計非線性誤差

4 結語

非線性誤差檢測是為了發(fā)現(xiàn)通過柱鏡度示值所暴露出的非對稱誤差，實踐證明，使用優(yōu)質(zhì)的球-柱聯(lián)合鏡片或八角柱鏡片，都能較好地滿足焦度計非線性誤差檢定要求。因此，在各國專家堅持下，ISO8598-1-2014焦度計國際標準規(guī)定使用優(yōu)質(zhì)的-2.00Ds-1.50Dc球-柱聯(lián)合鏡片對非線性誤差進行校準，以降低校準成本，實踐證明效果較好。此外，當被測鏡片處于允差臨界點時，會因為焦度計非線性誤差而超差。因此，檢定證書中給出的非線性誤差的大小對焦度計檢測結果的可靠性具有重要意義。