驗光儀的不確定度分析

摘 要：按照驗光標準的要求，提出了驗光儀不確定度的計算方法。通過儀器示值和驗光儀驗光鏡片的的頂焦度測量誤差的具體測量方法，得出計算平均值，平均值與模擬眼的標定值比較，并分析了該方法的不確定度，可指導實踐的驗光工作。

關鍵詞：計算機驗光儀；不確定度；頂焦度

前言

我國近視率居高，已經成為社會關注的話題。隨著社會的發展、經濟水平的提高，人們對視覺的要求也越來越高，頂焦度測量成為眼視光工作者的主要工作內容。現代驗光主要由客觀驗光加主覺驗光完成。目前使用最多是客觀驗光法[1]。本文主要探討電腦客觀驗光的不確定度。

電腦驗光儀是現代技術的產物，是電子化的客觀驗光設備，測量時無需臨床醫師和被檢者的主觀判斷，通過事先設定的標準，客觀地評估屈光參數。隨著高科技在電腦驗光儀中的應用，電腦驗光儀的準確性有了提高，許多儀器整合了瞳距儀、角膜曲率計或角膜地形圖的功能[2]。驗光檢測不確定度主要體現在儀器示值和驗光儀驗光鏡片的的頂焦度。

1 驗光原理

電腦驗光屬于客觀驗光法，其原理與視網膜檢影法基本相同，采用紅外線光源及自動霧視裝置達到放松眼球調節的目的，采用光電技術及自動控制技術檢查頂焦度。

2 測量方法的建立

按照《測量儀器特性評定》中規定的比較法，采用中國計量科學研究院檢定的“客觀式標準模擬眼”，符合行業標準中的“采用標準模擬跟進行檢驗”的要求，檢定證書給出的標定值做為標準模擬眼的約定真值。具體方法為：用驗光儀測量標準模擬眼，每個模擬眼重復獨立測 N次，計算算術平均值，算術平均值與模擬眼的標定值比較，其差值即為驗光儀的測量誤差。

3 不確定度分析

3.1 儀器示值的不確定度？滓（d）

儀器示值的不確定度來源主要由以下幾個方面：

（1）多次測量取平均值的標準不確定度分量？滓1（d）。d為測量值。

多次測量取平均值引入的不確定度，主要來源于操作人員的調焦和對中，用驗光儀對標定值的標準模擬眼重復獨立測量 N 次，算出算術平均值和標準差。測量（N-3）取平均值；

（2）數字顯示裝置分辨力的標準不確定度分量？滓2（d）

數字顯示式驗光儀最小顯示格值為m，量化誤差是一個寬度為m的矩形分布，區間的半寬為m/2，

？滓2（d）=m/2

（3）環境溫度濕度引入的不確定度？滓3（d）

驗光儀的正常工作溫度條件在 10°-35°，濕度≤90%，在正常使用條件下，可認為驗光儀受環境溫度濕度影響的變化量很小，故對該項可忽略不計[3]。

（4）儀器示值的不確定度分量互相獨立

？滓2（d）=？滓21+？滓22+？滓23

3.2 標準模擬眼的標準值和被檢驗光機的實際測量值

3.2.1 標準模擬眼的檢定值的不確定度

將被測鏡片可字面朝上放在焦度計的鏡片支撐座上，搖動機身操縱柄移動被檢鏡片，使驗光機前、后、左、右移動調焦，盡量使鏡片的成像中心與分劃板的十字線重合，使其光軸與驗光機光軸一致并使棱鏡度示值為零或最小，此時的讀數即為被檢鏡片的頂焦度值，每個鏡片測量七次，取七次平均值作為測量結果。在對驗光鏡片進行檢定時，焦度計為標準器，依次換上其它規格的標準器，按上述方法進行操作，將測量結果與標準值進行比較，差值即為驗光機球鏡頂焦度修正值。 被檢驗光機的頂焦度修正值：

（？滓）=客觀式標準模擬眼的標準值（？漬）+被檢驗光機的實際測量值（d）

對每個參數求偏微分得到靈敏系數，相等值為1。且各分量的標準（？滓）不確定度相互獨立。

？滓2=？滓2（？漬）+？漬2（d）

3.2.2 輸入量標準不確定度的分析及評定

頂焦度測量值的測量不確定度隨機效應導致的分量：（1）操作人員測量過程中對鏡片進行光學對中時的位置差異造成儀器的探測光束落點位置變化而引起的不確定度。（2）由于溫、濕度變化造成儀器的示值發生變化而引起的不確定度。（3）由于供電電源電壓不穩和外界雜光對儀器造成干擾而引起的不確定度。（4）由鏡片支座內的灰塵對儀器的光學系統產生影響而引起的不確定度，上述諸多原因均能引起頂焦度測量的誤差[4，5]。

（1）驗光鏡片頂焦度示值測量重復性的標準不確定度？滓1的評定在重復性條件下對被測驗光鏡片進行N次重復測量，計算樣本的單次測量的實驗標準差，利用貝塞爾公式計算單次測量的實驗標準差（s），在實際測量也是在重復性條件下，對每個點至少檢定三次，得到平均值的實驗標準差為：？滓11=s/。

（2）由儀器自身的設計原理和結構引起的不確定度各類自動對焦原理的焦度計均有不同的計算軟件，對其測量數據進行處理后得到鏡片的后頂焦度值。實驗數據表明，由此引起的頂焦度示值，按照均勻分布計算，可知由計算軟件程序引起的標準不確定度為？滓12。

（3）由“+/-”模式轉換的非線性變化引起的不確定度。實驗數據表明，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：？滓13。

（4）被測鏡片后頂點和焦度計支座的支撐平面的距離變化引起的不確定度將被測鏡片放置在焦度計的鏡片支座上測量鏡片的后頂焦度，焦度計測量鏡片的后頂焦度是根據支座的支撐平面到小孔光闌的距離等參數計算得出的。而實際情況是，眼鏡片的后表面不是平面，不同鏡片的后表面曲率不同，造成矢高誤差，引起不確定度？滓14。

（5）由驗光鏡片樣品表面形狀加工誤差引起的不確定度鏡片加工時表面形狀不均勻，測量時由于焦度計的測量光束在鏡片上的落點不同造成頂焦度示值誤差？滓15。

（6）由于內插修正值引入的誤差使用項焦度標準鏡片檢定焦度計時，焦度計只能得到在檢定點處的修正值[6]。實際測量鏡片頂焦度時，非檢定點處的修正值是根據內插法得到的，由此引入不確定度。由此引起的頂焦度示值？滓16。

綜上所述，使用自動對焦式焦度計檢測驗光鏡片頂焦度時所得到的實測值的測量不確定度為：

？滓2（？漬）=？滓211+？滓212+？滓213+？滓214+？滓215+？滓216

3.2.3 一級標準焦度計的修正值d的測量不確定度

根據頂焦度量值傳遞系統規定，一級標準角度計的修正值的擴展不確定帶來的標準不確定度？滓（d）。

3.2.4 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？滓2（？漬）=？滓211+？滓212+？滓213+？滓214+？滓215+？滓216+？滓2（d）。

3.2.5 擴展不確定度

使用標準焦度計測量驗光鏡片的球鏡頂焦度參考值的擴展不確定度 ，按置信概率P=95%，且測量可能值接近正態分布，取包含因子k=2，？滓2=k2？滓2（？漬）。

4 結束語

造成眼鏡店驗光質量差異，不確定度大主要原因有以下幾點：（1）許多眼鏡店的驗光室不合格，面積小，缺少應有的設備，投影儀視標不標準或過小。驗光室的設置也是五花八門，有的店被檢測者與視力表的距離和投影儀與視力表的距離相差太大。（2）散光的驗配不易掌握。散光檢測是驗光中的難點。雖然驗光人員都知道交叉圓柱鏡驗散光較準，但由于難度大，就很少使用。但是精調散光還是在試戴架上手工操作較為準確，因為試戴架配戴效果同鏡架接近。因此必須了解不確定度的前提下，才能在實際的配鏡中發揮作用，減小不確定度，讓消費者滿意放心。

參考文獻

[1]劉曉玲.驗光技術[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2]靳蓓，等.電腦驗光和檢影驗光兩種客觀驗光結果的比較[J].河南職工醫學院學報，2011（23）.

[3]王敬濤，賈曉航.驗光儀頂焦度測量方法的不確定度分析[J].醫療裝備，2014（1），11-12.

[4]JJG892-2005.驗光儀檢測規程[S].北京：中國計量出版社.

[5]JJF1059-l999.測量不確定度評定與表示[S].北京：中國計量出版社.

[6]王靜萍，孟子歆.驗光鏡片頂焦度值測量結果的不確定度評定[J].商品與質量2013，288.

作者簡介：郭瓊（1981，5-），女，吉林省吉林市，現職稱：助理工程師，學歷：本科，研究方向：計量。