一种太阳镜光学参数测量仪示值误差的校准方案

郑伟峰

（厦门市计量检定测试院，福建 厦门 361004）

1 引言

太阳镜光学参数测量仪是太阳镜生产企业常用的检测仪器，主要用于检测太阳镜产品的光学参数（包括球镜度、柱镜度和棱镜度等）[1]。图1所示的是太阳镜光学参数测量仪外观图。

图1 太阳镜光学参数测量仪外观图

太阳镜通常是平光镜。合格太阳镜的球镜度、柱镜度和棱镜度理论上应均为0。但是，太阳镜加工和装配完成后其光学参数会存在量值范围较小偏差，尤其是伪劣产品会有较大残留屈光度。由于太阳镜的光学参数偏差量值范围较小，通常使用太阳镜光学参数测量仪进行检测，而依据JJG 580-2005《焦度计检定规程》难以满足太阳镜光学参数测量仪需要检定量值范围小的要求，因此需要制定合适的校准/检定方法。太阳镜光学参数测量仪测量准确度直接关系到太阳镜产品的质量。目前，太阳镜光学参数测量仪的生产及使用量越来越大，为确保量值准确，其校准/检定方法十分重要。

2 工作原理

顶焦度是太阳镜产品主要的质量技术指标之一。对于平光太阳镜而言，残留屈光度是评价太阳镜产品质量的关键指标[2-3]。图2是太阳镜光学参数测量仪测量顶焦度的工作原理示意图。仪器发出的平行光通过被测太阳镜片，由于镜片存在残留屈光度，光线会发生折射偏移。仪器内部的光电传感器可以探测出折射偏移后的光斑高度。

图2 工作原理示意图

测量过程中，太阳镜成品应按仪器使用说明书要求的位置进行摆放，因此被测镜片至带孔光阑的距离的变动量非常小。对于太阳镜成品来说，因为残留的屈光度数很小，所以被测镜片的焦距很大。根据公式（2）可知，被测镜片至带孔光阑距离的微小变动量对焦距计算结果的影响可以忽略不计。

图3所示的是检测球镜度参数时光斑投影的形状。光斑投影形状会随着球镜度的变化而发生变化。当投影被放大时，代表太阳镜片的存在放大率，因此此时镜片的球镜度为负，即为近视镜片。反之，当投影被缩小时，代表太阳镜片的存在缩放率，因此此时镜片的球镜度为正，即为远视镜片。根据投影的缩放率可以推导换算出太阳镜片的球镜度大小。

图3 检测球镜度参数时光斑投影的形状

图4所示的是检测柱镜度参数时光斑投影的形状。此时投影的形状已经发生变形，趋向椭圆形。太阳镜片的柱镜度大小即为红色坐标系的纵坐标轴与投影坐标夹角的结果。

图4 检测柱镜度参数时光斑投影的形状

图5所示的是检测棱镜度参数时光斑投影的形状。光斑投影位置会随着棱镜度大小的变化而发生变化。根据投影中心的偏离值可以计算出镜片棱镜度的大小。获得坐标系X轴的偏离值与Y轴的偏离值后，经过公式Z2=X2+Y2计算出棱镜度Z值。

图5 检测棱镜度参数时光斑投影的形状

3 检测方法及实测数据示例

目前，开展太阳镜检测的标准依据主要有：国际标准ISO 12312、中国标准QB2457/GB 10810.1、欧盟标准EN 1836-2005+A1（采用ISO标准）、美国标准ANSI.Z80.3、澳洲标准AS/NZS.1067。中国标准QB2457/GB 10810.1根据标称值范围规定了相应的允差。国外各类标准对太阳镜产品的残留屈光度指标要求主要体现在球镜度、棱镜度和柱镜度3个方面，其中顶焦度（球镜度和柱镜度）要求1级不得超过±0.09m-1，2级不得超过±0.12m-1，棱镜度要求不得超过0.25△[4]。太阳镜光学参数测量仪的MPE（最大允许误差）通常要求不大于±0.03m-1。这就要求校准太阳镜光学参数测量仪时测量不确定度不能太大，因此其标准器光学镜片的送检溯源结果的测量不确定度也应该足够小。本方案的标准光学镜片由中国计量院依据JJG861-2007《顶焦度标准镜片检定规程》进行校准，其扩展不确定度为。考虑到各类标准对太阳镜产品残留屈光度的指标要求，本方案对太阳镜光学参数测量仪的校准点进行了较为科学合理的分布。校准测量仪所用的标准光学镜片如表1所示。

表1 校准所需的标准光学镜片

通常，太阳镜光学参数测量仪在使用过程中会存在零值误差，即仪器空测时会有一定的示值存在。对于仪器示值误差的校准结果来说，零值误差的存在将引入一定的不确定度分量。因此，仪器校准时首先应进行空测以确定其零值误差大小。

太阳镜光学参数测量仪测量之前必须输入被测对象（太阳镜镜片或者标准光学镜片）正确的透射率，如果输入数值与被测对象的透光率偏差太大会导致测量结果不准确。因此，应事先设定好标准光学镜片的透射率，然后用标准光学镜片来校准太阳镜光学参数测量仪。为减小测量结果的不确定度，应多次测量然后将测得的示值平均值作为该仪器的测得值，用表示。标准光学镜片的实际顶焦度值用表示。那么，被检仪器的示值误差为：

按照美国的制裁规则，“过渡期”后新发生的违反制裁政策的业务会受到美国制裁。但对于正在运行的项目，美国制裁政策并没有要求彻底退出，而只是要求不得采取超出上述制裁规则所允许限额的诸如购买原油、提供技术和资金支持等行为。特朗普政府在对伊朗制裁政策方面存在着极大不确定性，从商业角度来看，暂停伊朗业务并保留基本的业务存在，不失为一种既不违反美国制裁规则又保留未来商业可能性的做法。但项目是否真正暂停，还需要咨询专业的制裁律师，并根据项目情况、合同条款以及伊朗方面态度进行综合判断分析。

把同一台品牌为ITALY FAOS SAS，型号为OPTITESTER，编号为XJPY-166的太阳镜光学参数测量仪送至江西省计量测试研究院与福建省计量科学研究院进行校准，得到表2数据。

表2 三家计量院球镜度示值误差校准结果数据

4 不确定度分析及结果验证

4.1 不确定度分析

（1）测量重复性或量化误差引入的不确定度分量

测量重复性引入的不确定度分量是校准太阳镜光学参数测量仪时对某点重复测量10次然后采用A类评定方法获得。10次测量结果如表3所示。

表3 重复性测量结果

依据表3可得单次实验标准差：

逐点校准仪器示值误差时，又取3次平均值作为测量值，故：

量化误差引入的不确定度分量是根据太阳镜光学参数测量仪的分辨力采用B类评定方法获得。测量仪的数显分辨力是0.01m-1，在半宽0.005m-1范围内为均匀分布，，故有：

测量重复性引入的不确定度分量和量化误差引入的不确定度分量取其结果较大者，故：。

（2）零值误差引入的不确定度分量

太阳镜光学参数测量仪零值误差的最大允许误差为±0.01m-1，在半宽0.01m-1范围内为均匀分布，故。

（3）标准光学镜片修正值引入的不确定度分量

标准光学镜片修正值引入的不确定度分量采用B类评定方法获得，标准光学镜片送检溯源得到的修正值扩展不确定度，则：

（4）合成标准不确定度

（5）扩展不确定度

4.2 结果验证

由于目前国内尚未出台太阳镜光学参数测量仪的国家校准规范和检定规程，即便是有开展此项校准/检测业务的计量技术机构采用的标准器和校准方法也与本方案类似，故暂时无法找到更高一级的计量标准。因此，文中的试验验证采用比对法，即采用3个实验室之间的比对。

根据表2，取校准点为+0.09m-1。

①左光路的示值误差：

②右光路示值误差：

通过以上分析，说明文中的校准方法是可行的，也间接说明了球镜度示值误差校准结果的不确定度是合理的。

5 结语

目前，太阳镜光学参数测量仪在太阳镜生产领域应用及其广泛，尽管太阳镜产品的相关标准已经日趋完善，但是还未有太阳镜光学参数测量仪相应的国家检定规程。文中提出一种检测方法，采用定制的标准光学镜片校准太阳镜光学参数测量仪，扩展不确定度为0.016m-1，可以满足太阳镜光学参数测量仪的校准要求。