一種太陽鏡光學參數測量儀示值誤差的校準方案

鄭偉峰

（廈門市計量檢定測試院，福建 廈門 361004）

1 引言

太陽鏡光學參數測量儀是太陽鏡生產企業常用的檢測儀器，主要用于檢測太陽鏡產品的光學參數（包括球鏡度、柱鏡度和棱鏡度等）[1]。圖1所示的是太陽鏡光學參數測量儀外觀圖。

圖1 太陽鏡光學參數測量儀外觀圖

太陽鏡通常是平光鏡。合格太陽鏡的球鏡度、柱鏡度和棱鏡度理論上應均為0。但是，太陽鏡加工和裝配完成后其光學參數會存在量值范圍較小偏差，尤其是偽劣產品會有較大殘留屈光度。由于太陽鏡的光學參數偏差量值范圍較小，通常使用太陽鏡光學參數測量儀進行檢測，而依據JJG 580-2005《焦度計檢定規程》難以滿足太陽鏡光學參數測量儀需要檢定量值范圍小的要求，因此需要制定合適的校準/檢定方法。太陽鏡光學參數測量儀測量準確度直接關系到太陽鏡產品的質量。目前，太陽鏡光學參數測量儀的生產及使用量越來越大，為確保量值準確，其校準/檢定方法十分重要。

2 工作原理

頂焦度是太陽鏡產品主要的質量技術指標之一。對于平光太陽鏡而言，殘留屈光度是評價太陽鏡產品質量的關鍵指標[2-3]。圖2是太陽鏡光學參數測量儀測量頂焦度的工作原理示意圖。儀器發出的平行光通過被測太陽鏡片，由于鏡片存在殘留屈光度，光線會發生折射偏移。儀器內部的光電傳感器可以探測出折射偏移后的光斑高度。

圖2 工作原理示意圖

測量過程中，太陽鏡成品應按儀器使用說明書要求的位置進行擺放，因此被測鏡片至帶孔光闌的距離的變動量非常小。對于太陽鏡成品來說，因為殘留的屈光度數很小，所以被測鏡片的焦距很大。根據公式（2）可知，被測鏡片至帶孔光闌距離的微小變動量對焦距計算結果的影響可以忽略不計。

圖3所示的是檢測球鏡度參數時光斑投影的形狀。光斑投影形狀會隨著球鏡度的變化而發生變化。當投影被放大時，代表太陽鏡片的存在放大率，因此此時鏡片的球鏡度為負，即為近視鏡片。反之，當投影被縮小時，代表太陽鏡片的存在縮放率，因此此時鏡片的球鏡度為正，即為遠視鏡片。根據投影的縮放率可以推導換算出太陽鏡片的球鏡度大小。

圖3 檢測球鏡度參數時光斑投影的形狀

圖4所示的是檢測柱鏡度參數時光斑投影的形狀。此時投影的形狀已經發生變形，趨向橢圓形。太陽鏡片的柱鏡度大小即為紅色坐標系的縱坐標軸與投影坐標夾角的結果。

圖4 檢測柱鏡度參數時光斑投影的形狀

圖5所示的是檢測棱鏡度參數時光斑投影的形狀。光斑投影位置會隨著棱鏡度大小的變化而發生變化。根據投影中心的偏離值可以計算出鏡片棱鏡度的大小。獲得坐標系X軸的偏離值與Y軸的偏離值后，經過公式Z2=X2+Y2計算出棱鏡度Z值。

圖5 檢測棱鏡度參數時光斑投影的形狀

3 檢測方法及實測數據示例

目前，開展太陽鏡檢測的標準依據主要有：國際標準ISO 12312、中國標準QB2457/GB 10810.1、歐盟標準EN 1836-2005+A1（采用ISO標準）、美國標準ANSI.Z80.3、澳洲標準AS/NZS.1067。中國標準QB2457/GB 10810.1根據標稱值范圍規定了相應的允差。國外各類標準對太陽鏡產品的殘留屈光度指標要求主要體現在球鏡度、棱鏡度和柱鏡度3個方面，其中頂焦度（球鏡度和柱鏡度）要求1級不得超過±0.09m-1，2級不得超過±0.12m-1，棱鏡度要求不得超過0.25△[4]。太陽鏡光學參數測量儀的MPE（最大允許誤差）通常要求不大于±0.03m-1。這就要求校準太陽鏡光學參數測量儀時測量不確定度不能太大，因此其標準器光學鏡片的送檢溯源結果的測量不確定度也應該足夠小。本方案的標準光學鏡片由中國計量院依據JJG861-2007《頂焦度標準鏡片檢定規程》進行校準，其擴展不確定度為。考慮到各類標準對太陽鏡產品殘留屈光度的指標要求，本方案對太陽鏡光學參數測量儀的校準點進行了較為科學合理的分布。校準測量儀所用的標準光學鏡片如表1所示。

表1 校準所需的標準光學鏡片

通常，太陽鏡光學參數測量儀在使用過程中會存在零值誤差，即儀器空測時會有一定的示值存在。對于儀器示值誤差的校準結果來說，零值誤差的存在將引入一定的不確定度分量。因此，儀器校準時首先應進行空測以確定其零值誤差大小。

太陽鏡光學參數測量儀測量之前必須輸入被測對象（太陽鏡鏡片或者標準光學鏡片）正確的透射率，如果輸入數值與被測對象的透光率偏差太大會導致測量結果不準確。因此，應事先設定好標準光學鏡片的透射率，然后用標準光學鏡片來校準太陽鏡光學參數測量儀。為減小測量結果的不確定度，應多次測量然后將測得的示值平均值作為該儀器的測得值，用表示。標準光學鏡片的實際頂焦度值用表示。那么，被檢儀器的示值誤差為：

按照美國的制裁規則，“過渡期”后新發生的違反制裁政策的業務會受到美國制裁。但對于正在運行的項目，美國制裁政策并沒有要求徹底退出，而只是要求不得采取超出上述制裁規則所允許限額的諸如購買原油、提供技術和資金支持等行為。特朗普政府在對伊朗制裁政策方面存在著極大不確定性，從商業角度來看，暫停伊朗業務并保留基本的業務存在，不失為一種既不違反美國制裁規則又保留未來商業可能性的做法。但項目是否真正暫停，還需要咨詢專業的制裁律師，并根據項目情況、合同條款以及伊朗方面態度進行綜合判斷分析。

把同一臺品牌為ITALY FAOS SAS，型號為OPTITESTER，編號為XJPY-166的太陽鏡光學參數測量儀送至江西省計量測試研究院與福建省計量科學研究院進行校準，得到表2數據。

表2 三家計量院球鏡度示值誤差校準結果數據

4 不確定度分析及結果驗證

4.1 不確定度分析

（1）測量重復性或量化誤差引入的不確定度分量

測量重復性引入的不確定度分量是校準太陽鏡光學參數測量儀時對某點重復測量10次然后采用A類評定方法獲得。10次測量結果如表3所示。

表3 重復性測量結果

依據表3可得單次實驗標準差：

逐點校準儀器示值誤差時，又取3次平均值作為測量值，故：

量化誤差引入的不確定度分量是根據太陽鏡光學參數測量儀的分辨力采用B類評定方法獲得。測量儀的數顯分辨力是0.01m-1，在半寬0.005m-1范圍內為均勻分布，，故有：

測量重復性引入的不確定度分量和量化誤差引入的不確定度分量取其結果較大者，故：。

（2）零值誤差引入的不確定度分量

太陽鏡光學參數測量儀零值誤差的最大允許誤差為±0.01m-1，在半寬0.01m-1范圍內為均勻分布，故。

（3）標準光學鏡片修正值引入的不確定度分量

標準光學鏡片修正值引入的不確定度分量采用B類評定方法獲得，標準光學鏡片送檢溯源得到的修正值擴展不確定度，則：

（4）合成標準不確定度

（5）擴展不確定度

4.2 結果驗證

由于目前國內尚未出臺太陽鏡光學參數測量儀的國家校準規范和檢定規程，即便是有開展此項校準/檢測業務的計量技術機構采用的標準器和校準方法也與本方案類似，故暫時無法找到更高一級的計量標準。因此，文中的試驗驗證采用比對法，即采用3個實驗室之間的比對。

根據表2，取校準點為+0.09m-1。

①左光路的示值誤差：

②右光路示值誤差：

通過以上分析，說明文中的校準方法是可行的，也間接說明了球鏡度示值誤差校準結果的不確定度是合理的。

5 結語

目前，太陽鏡光學參數測量儀在太陽鏡生產領域應用及其廣泛，盡管太陽鏡產品的相關標準已經日趨完善，但是還未有太陽鏡光學參數測量儀相應的國家檢定規程。文中提出一種檢測方法，采用定制的標準光學鏡片校準太陽鏡光學參數測量儀，擴展不確定度為0.016m-1，可以滿足太陽鏡光學參數測量儀的校準要求。