第8章第1节焦度计 - 眼视光器械学

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第8章第1节焦度计

2009-12-02 18:29:23 来源:网络作者:舒曼【大中小】浏览:89606次评论:0条

眼镜片和角膜接触镜检测仪器，主要检测眼镜片和角膜接触镜的光学参数、几何参数、表面质量及含水量。其中光学参数检测的仪器尤为重要。
焦度计，也称屈光度计及镜片测度仪，主要用于眼镜片和角膜接触镜的光学参数测量，是视光学的重要光学测试仪器。主要测量球面镜片屈光力，柱面镜片屈光力及其轴位方向，镜片棱镜度及其基底方向，并能确定镜片的光学中心。
现在，国内外已出现了多种形式的焦度计，虽然外形和机电结构的设计不同，但光学原理基本相同。
焦度计，也称屈光度计及镜片测度仪，主要用于眼镜片和角膜接触镜的光学参数测量，是视光学的重要光学测试仪器。主要测量球面镜片屈光力，柱面镜片屈光力及其轴位方向，镜片棱镜度及其基底方向，并能确定镜片的光学中心。
现在，国内外已出现了多种形式的焦度计，虽然外形和机电结构的设计不同，但光学原理基本相同。

一、光学原理
眼镜片屈光力的测量，实质上就是测量镜片的焦距。知道了焦距，就可知道镜片的屈光力度数。焦度计的光学原理如图8-1所示。它主要由照明系统和观察系统组成。它的照明系统实际是一个准直器形式的聚光系统，观察系统是一个望远镜。

准直器的作用是使可移动的十字分划板成像于无穷远。当仪器读数在零位时，被照明的分划板位于准直物镜的第一焦点上，分划板上的一点，经准直物镜后发出的是平行光束。经望远物镜后，正好成像于目镜的分划板上。当正的被测镜片加入仪器光学系统后要使光线离开被测镜片后仍平行，分划板需自零位移向准直物镜；若是负的被测镜片加入，则移动方向反之。
在图8-1中，当被测镜片位于准直物镜第二焦点F0’，设分划板移动后位置为X，像的位置为X’，准直物镜焦距为f0’，被测镜片集中为f’，据牛顿物像公式：
XX’=-f0’2
X’= f0’2/X=S
由镜片屈光力定义，屈光力D=1/（-S）
D=X/ f0’2 8-1
f0’2为常数，可见镜片屈光力同X成线性关系。
准直物镜和望远物镜一般都是采用双胶合透镜，这主要是为了消除色差。
为确保仪器的灵敏度，准直物镜的焦深不能过长；在焦距确定后，应选择足够的通光口径，以限制焦深。
目镜可采用通用的冉斯登目镜，其视场直径为18㎜。故准直器分划板通光Φ=Φ目/β（Φ目为目镜视场大小，β为将准值物镜和望远物镜看做一个光系统时的放大倍率）。
在做棱镜度测量时，准直器分划板中心发出的光束经棱镜后，将变成望远镜的轴外光束而进入望远镜。在做望远镜通光口径计算时应考虑这一因素。设望远镜焦距为60㎜，测量5△时，则此轴光线的主光线偏斜量为： tga×60mm=3mm（a为偏斜角）。
分划板A的图像设计成十字线。对于柱面散光镜片，由于柱面轴线方向和垂轴方向有不同的屈光力，十字线中的垂直线和水平线不能同时调焦清晰。转动分划板（即转动轴位手轮）并分别对十字线中的一条分划线及另一条分划线进行调焦，便可测得互相垂直的两个方向的屈光力。两者之差，即为散光度。

二、基本结构及作用
焦度计基本结构如图8-2所示。

1、目镜视度调节圈由于各人眼睛视度不同，观察仪器时需要调节。转动目镜视度圈调节至目镜中的分划线看清即可。
2、固定镜片的导杆推拉镜片导杆，即可使镜片夹紧或取出。
3、测帽在测量中，将镜片靠着测帽渐渐移动，使目镜中看到的十字线中心位于目镜视场中心，方能测量屈光力。如这样移动始终不能使十字线位于中心的，则一定是有棱镜度的镜片。
4、散光轴位测量手轮转动手轮，可测量柱面散光片轴位角和镜片棱镜度角度截面方向。
5、照明灯室转下后盖，即可调换灯泡。
6、镜片台松开镜片台下小手轮，即可自由升降镜片台，到所需位置后，转紧小手轮即能固定镜片台。
7、顶点屈光力手轮转动手轮能在目镜视场中找到清晰的十字分划板的像。这时手办引的读数，即为屈光度数。
8、光学中心和轴位记号笔推动此装置，即可打印出光学中心及轴位方向。

三、关于误差的若干问题
在理论上，从公式8-1得知，屈光度D同分划板位移X成线性关系。但实际上，由于各种镜片的曲率不同，仪器对镜片顶点的定位必然存在误差。此外，当然也存在由于制造带来的误差。现建立本仪器的工作方程，以进行误差分析。如图8-1所示：

此主题相关图片如下：

可见，对于测量某D，其误差决定于X，a，f0’2这三个量。
（1）由a所造成的误差，是本仪器的原理误差，只要a存在，这一误差就存在：只有当a为0时，公式8-1成立，这一误差不存在。在测量低屈光力时，a随曲率的增大而增大，为减少这一误差，测帽口径不宜太大，一般在6～7㎜，也可采用在测帽上加修正圈的方法，以减少a 引起的误差，考虑到这一因素的存在，在检测本仪器精度时所用的标准镜片的曲率，要有一合理的选择。
（2）划板移动量X的误差，主要决定于导轨直线性及同光轴的平行性，读数手轮的刻度误差、偏心误差等机械制造和装配上的误差，它们是有关机械零部件设计中确定误差的依据。
（3）通常，作为光学测试仪器，准直物镜的焦距应大于被测物镜焦距，为提高精度，本仪器的准直物镜要尽可能选用较大的焦距。这样，一方面可使焦距的误差较小，另方面可增加相应的分划板位移量（见公式8-1），这对于提高手轮的相应转角，增加读数手轮分划值，提高读数精度，都是有利的。
在测量高屈光力镜片时，准直物镜焦距误差起主要作用，因此在准直物镜的设计、加工、装配及测试的各环节都要引起足够的注意。

四、焦度计的测量方法
（一）眼镜片测量
1、普通球面镜片屈光力测量先调节目镜圈1，看到圆形线划分板清晰后便可开始使用。夹上镜片，转动屈光度手轮，使得在目镜视场中看到的十字分划板清晰时，这时手轮上的读数即为镜片屈光度数。必须注意，如果十字线不在视场中心，则要上下左右移动镜片，使十字线调节到中心（图8-3）。

2、柱面散光镜片测量在柱面轴线方面和垂直于柱面轴向方向上有不同的屈光力。
测量柱面散光镜片时，尽管多次调节屈光度手轮，十字线中无论是垂直线或水平线，总是调不清，这是由于镜片柱面轴线和十字线中的水平线或垂直线不平行所致。这时需调节一下轴位手轮，再调节屈度手轮，逐步反复调节，就可看到十字线中的横线清晰（此时纵线模糊）或纵线清晰（此时横线模糊）。柱面散光镜片，纵横十字线不可能同时清晰，这说明在柱面轴线方向和垂直于柱面轴线方向上，
有两个不同的屈光力。绝对值较高的屈光度是柱面屈光力，绝对值较低的屈光度是球面屈光力。所以决定柱面散光镜片的屈光力，要进行二次测量读数。
例1、测量结果是-2.75，-2.25
实际柱面散光度是（-2.75）-（-2.25）=-0.50
球面屈光度是：-2.25
柱面屈光度是：-2.75
例2、二次测量结果是：+2.75，+2.25
实际柱面散光度是（+2.75）-（+2.25）=+0.50
球面屈光度是：+2.25
柱面屈光度是：+2.75
例3、二次测量结果是：-2.75，+2.25
实际柱面散光度是：（-2.75）-（+2.25）=-4.00
球面屈光度是：+2.25
柱面屈光度是：-2.75
例4、二次测量结果是：+2.75，-2.25
实际柱面散光度是：（+2.75）-（-2.25）=+4.00
球面屈光度是：-2.25
柱面屈光度是：+2.75
关于确定柱面散光轴位角：在上述测量中，十字线中绝对值较低的标线方向为散光轴的轴向。
3、镜片棱镜度测量有棱镜度的镜片，上下左右移动镜片位置，十字线中心总是偏离目镜视场中心，在目镜视场中读出偏离数值，即为棱镜度，见图8-4。

（二）角膜接触镜测量
首先要将焦度计置于立式工作状态，将刻度置零，此时通过目镜看到的十字分划板像应十分清晰，若不清晰则须校准仪器。充分漂洗待测镜片，用吸墨纸吸去镜片表面多余的水分。将镜片内曲面向上放置于圈形托架上，这样测得镜片屈光力为外曲面的屈光力。检测时镜片必须保持一定的含水量，通常测试应在30秒内完成，否则镜片因过于干燥而发生参数变化，超过3分钟则测试结果就会有误差。
另一种方法是将充分漂洗后的镜片置于一个注满生理盐水的透明槽里，外曲面向上，进行测试。由于镜片在水中测试较之在空气中测试的结果有一定差别，故必须进行修正换算。设镜片材料折射率（n）为1.43，则镜片材料折射率与空气折射率差为：
1.43-1=0.43
在水中测试光度时，镜片材料折射率与水的折射率差为：
1.43-1.33=0.1
两者间的比率为0.43/0.10=4.3
通常将在水中的实测值乘上4.3即为镜片的实际屈光力。
1、球面透镜测试
轻轻移动镜片，使镜片中心与焦度计光轴同轴，此时十字分划板与目镜的十字刻线重合（即位于视场中心）。旋动屈光度手轮使光标清晰，即可从刻度上读出镜片屈光度。
2、柱面透镜测试如镜片面3、9点钟有片轴标记，使之与视场水平基线重合；镜片面6钟有片轴标记，则使之与视场垂直基线相重合。旋动轴位手轮，使十字线的水平标线分别转到160、170、180、10、20五个位置上，转动屈光力手轮使水平线清晰，然后再使垂直线清晰。两个方向中，绝对值较低的为球镜屈光度，两者的屈光度差为柱镜屈光度，绝对值较低的标线方向为光轴取向。
3、棱镜度测试当镜片位于托架正中，通过目镜在视场中看到分划板十字线偏离目镜十字线（图8-4），偏离的程度越大则镜片中心的棱镜度越大，为角膜接触镜中心偏位的表现。

五、焦度计的其他类型
（一）投影式焦度计
投影式焦度计是将十字分划板像投射到投影屏（如毛玻璃）上，检测者不需通过目镜而是直接观察投影屏，如图8-5所示。投影式焦度计的优点就是克服了因目镜对焦不准而造成的测量误差。在作教学演示时，投影式焦度计更直观和具有示范性。但是其缺点最主要的是投影屏周围的光线将影响焦度计的测量观察。

二）自动焦度计
自动焦度计（图8-6）的特点就是不再需要检测者作判断，检测者仅将镜片放入正确位置，操作按钮，镜片的屈光力就自动显示出来，测量迅速快捷。

为了了解自动焦度计的工作原理，首先要了解当光线通过球面镜片时的折射情况，光线的折射偏移程度取决于镜片的屈光力，通过测量光线的偏移程度，然后将其转换为屈光力。但是，这种测量方式有一个缺点，就是当镜片中心定位不好时，就可能发生测量误差。但中心定位问题可以通过以下方法来解决，采用了两束光线，这样的测量设计不受中心定位不良问题的干扰，而且可以通过两光束中点测量任何一点的棱镜效应。为了能测量镜片的柱镜，至少需要四束光束。测量结果是一个椭圆形，根据其中最大和最小子午线就可确定柱镜的轴位。
自动焦度计一般使用四束光线，一个探测头记录光线经过检测镜片后的光线位置，然后输入电脑系统分析，最后显示测量结果。

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Tags：焦度计

责任编辑：peijingshi

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