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        眼鏡片參量的無(wú)損測(cè)量

        2014-12-01 01:55:54殷紅飛史士鵬曹?chē)?guó)榮
        物理實(shí)驗(yàn) 2014年4期
        關(guān)鍵詞:焦度眼鏡片參量

        殷紅飛,史士鵬,曹?chē)?guó)榮,楊 煜

        (江蘇大學(xué) 理學(xué)院,江蘇 鎮(zhèn)江212013)

        1 引 言

        眼鏡片材料的折射率和結(jié)構(gòu)參量是決定眼鏡光焦度的重要參量,而折射率和結(jié)構(gòu)參量的測(cè)量往往要用專(zhuān)門(mén)儀器,特別是折射率的測(cè)量,一般要將眼鏡片加工成特殊的形式(破壞了原有結(jié)構(gòu))才能測(cè)量.本文設(shè)計(jì)了一種無(wú)損測(cè)量眼鏡片參量的方法,利用光焦度計(jì)測(cè)出眼鏡的光焦度,再由杠桿千分表、量塊、測(cè)量環(huán)等測(cè)出鏡面的曲率半徑,從而計(jì)算出眼鏡片材料的折射率.該方法一方面用來(lái)測(cè)量眼鏡片材料的折射率,用以判別眼鏡片的質(zhì)量,另一方面為學(xué)生提供有趣且實(shí)用的物理實(shí)驗(yàn),對(duì)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣很有益處.

        2 測(cè)量原理

        眼鏡形式和種類(lèi)很多(無(wú)論是近視、遠(yuǎn)視或散光),但都是由透明玻璃或樹(shù)脂材料做成,大多數(shù)情況都可以看成是薄透鏡,它的光焦度和后頂焦度相差不大,一般講眼鏡的光焦度指的就是后頂焦度[1].

        由薄透鏡焦距和光焦度的關(guān)系得[2]

        式中n1,n,n2分別為物方、眼鏡材料和像方的折射率,R1和R2分別為第一、第二折射面的曲率半徑,如圖1所示.在空氣中n1=n2=1,故(1)式可簡(jiǎn)化為

        圖1 眼鏡片截面圖

        如果考慮頂點(diǎn)處鏡片的厚度為t0,則眼鏡片的后頂焦度公式為[3]

        其中R1,R2和t0單位為m,φ的單位是光焦度.

        整理(4)式得折射率滿(mǎn)足的方程為

        如圖2所示,利用三角關(guān)系得凸面曲率半徑R1為

        其中,d1是測(cè)量環(huán)的內(nèi)徑(r1是半徑),t1是測(cè)量環(huán)的厚度,t0是鏡片中心厚度,h1是凹面對(duì)應(yīng)測(cè)量環(huán)的外徑球冠的高度.

        圖2 第一折射面曲率半徑測(cè)量原理

        如圖3所示,利用三角關(guān)系得凹面曲率半徑R2為

        其中,d2是測(cè)量環(huán)的外徑(r2是半徑),t2是測(cè)量環(huán)的厚度,t0是鏡片中心厚度,h2是凸面對(duì)應(yīng)測(cè)量環(huán)的內(nèi)徑球冠的高度.

        圖3 第二折射面曲率半徑測(cè)量原理

        3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

        1)光焦度的測(cè)量

        由上海雄博精密儀器股份有限公司生產(chǎn)的LM-8全自動(dòng)電腦焦度計(jì)分別測(cè)出待測(cè)量鏡片的光焦度,圖4是4塊鏡片(樣品)的測(cè)量界面和測(cè)量值.

        圖4 LM-8光焦度計(jì)測(cè)量界面

        2)凸面曲率半徑的測(cè)量

        先用千分尺測(cè)出測(cè)量環(huán)的內(nèi)徑(如是標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量環(huán),則有數(shù)值)d1和厚度t1,再由杠桿千分表測(cè)(t1+h1+t0)的總高度(見(jiàn)圖2).

        3)凹面曲率半徑的測(cè)量

        同樣先用千分尺測(cè)出測(cè)量環(huán)的外徑(如是標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量環(huán),則有數(shù)值)d2和厚度t2,再由杠桿千分表測(cè)出鏡片中心厚度t0及(t2-h2+t0)的總高度(見(jiàn)圖3).測(cè)量數(shù)據(jù)及結(jié)果如表1所示,其中t1=6.01mm,d1=24.02mm,t2=5.98mm,d2=24.02mm.

        表1 測(cè)量數(shù)據(jù)及結(jié)果

        實(shí)際上,制造眼鏡片的材料的折射率并不是連續(xù)的,最普通的是折射率為1.523的玻璃,可見(jiàn)1號(hào)和2號(hào)鏡片應(yīng)是折射率為1.523的普通玻璃鏡片;3號(hào)和4號(hào)鏡片應(yīng)是折射率為1.49的樹(shù)脂鏡片.

        表1中n是根據(jù)式(3)計(jì)算的折射率,n′是根據(jù)式(5)計(jì)算的折射率.由數(shù)據(jù)看出,考慮鏡片頂點(diǎn)處厚度時(shí)的折射率略大,但僅影響小數(shù)點(diǎn)后的第3位,因此,在精度要求不很高時(shí),可把眼鏡看作薄透鏡處理.

        4 結(jié)束語(yǔ)

        材料的折射率是影響眼鏡質(zhì)量的重要參量,在不破壞鏡片的情況下,利用光焦度計(jì)及相關(guān)幾何方法測(cè)量,原理和方法都很簡(jiǎn)單.但是作為當(dāng)前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的興趣性或?qū)嵺`性實(shí)驗(yàn),則意義較大.一方面讓學(xué)生在應(yīng)用中學(xué)習(xí)常用幾何量測(cè)量?jī)x器的使用方法;另一方面讓學(xué)生親自用最基本的方法鑒定自己所戴眼鏡的質(zhì)量,提高學(xué)習(xí)興趣,不失為一個(gè)好的選擇.

        [1]吳燮燦.實(shí)用眼鏡光學(xué)[M].北京:北京科學(xué)技術(shù)出版社,2007:25.

        [2]姚啟鈞.光學(xué)教程[M].4版.北京:高等教育出版社,2008:138.

        [3]張以謨.應(yīng)用光學(xué)[M].3版.北京:電子工業(yè)出版社,2008:54.

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