Контроль и измерение толщины контактных линз и оптических элементов

АПР262016

Существует большое количество разнообразных контактных линз и оптических элементов. И на сегодняшний день просто невозможно представить себе человечество без их использования. Данные элементы используются в телефонах, в лабораторном и промышленном оборудовании, в военной технике и пр. и, конечно же, большая часть населения носит контактные линзы. Но для правильной работы этих элементов во всех вышеупомянутых системах и, особенно для нормального функционирования глаза, необходимо контролировать и измерять толщину данных компонентов на конечных стадиях производства.

Для выполнения данной задачи могут использоваться универсальные измерители толщины серии 137/157 компании Bristol Instruments, отличающиеся высочайшей точностью. Данные приборы используют бесконтактные методы контроля, которые не оказывают никакого механического воздействия на исследуемые образцы. Также данные измерители характеризуются точностью измерения толщины до ± 0.0001 мм, которая остается неизменной на протяжении многих лет использования. Это особенно важно при контроле офтальмологической продукции, в частности толщины контактных линз, а также для точного измерения толщины компонентов различных оптических систем, приборов и устройств, представляющих собой простые склеенные объективы или с воздушным промежутком и более сложные.

Эксперимент

Для контроля контактных линз был использован измеритель оптической толщины серии 157. С его помощью измерялись два особенно важных параметра: центральная толщина (ЦТ) и сагиттальная высота (СВ) линзы. Стоит отметить, что чувствительность системы серии 157 достаточна для того, чтобы производить измерения, когда контактная линза находится в ячейке в соляном растворе. Это сохраняет основные условия содержания данных линз при повседневном использовании.

Рис. 1. Линза в ячейке с соляным раствором.

Во время измерений ячейка с линзой в соляном растворе была немного наклонена, чтобы обеспечить устойчивое положение линзы. Для проведения правильного измерения оптический зонд измерителя был настроен на оптическую ось контактной линзы (см. рис. ниже).

Рис. 2. Настройка оптического зонда прибора

Свет от измерителя толщины направлялся на оптический зонд через волокно, а затем падал на исследуемую линзу через ячейку. Отражение от каждой поверхности возвращалось обратно в измеритель толщины и анализировалось. Скриншот окна программы во время измерения контактной линзы представлен ниже. В результате измерений было получено четыре пика, соответствующие двум внутренним стенкам ячейки и задней и передней поверхности контактной линзы. Соответствующие измеренные толщины обозначены у соответствующих пиков, отображенных в программе. Численные значения для измеренных центральной толщины (2-й слой) и сагиттальной высоты (3-й слой) составили 95.45 мкм и 3645.21 мкм соответственно. Погрешность определения данных значений составила 0.1 мкм.

Рис. 3. Окно анализирующей программы

На следующем рисунке представлена стабильность измерений с течением времени с помощью данного прибора, а именно значение центральной толщины без усреднения за 5 минут. Стандартное отклонение измерений составило всего ± 0.027 мкм. Такая превосходная стабильность является одним из доказательств того, что измеритель толщины серии 157 проводит самые точные измерения среди всего доступного оборудования в своем классе. Еще раз стоит отметить, что для подтверждения таких характеристик во время измерений не применялось никаких усреднений.

Рис. 4. График стабильности измерения толщины контактной линзы

Для измерения толщины оптической системы также использовался измеритель толщины той же серии. Оптическая система представляла собой две линзы, склеенных вместе. Измеритель толщины серии 157 также идеально подходит и для решения данной задачи, так как он может определить оптическую толщину системы с точностью ± 0.1 мкм, а воспроизводимость измерений составляет ± 0.02 мкм.

Установка для проведения данного эксперимента очень простая. Оптический зонд был настроен на оптическую ось склеенных линз, размещенных на измерительном столике. Свет от LED диода был направлен на исследуемую систему через волокно и оптический зонд, а обратное отражение от каждой поверхности (верхней, средней и нижней) переносилось в измеритель толщины для анализа. Толщина вычисляется с помощью встроенного в прибор процессора, а затем данные переносятся на ПК и отображаются в программе.

В качестве используемой системы из двух склеенных линз использовался двухлинзовый ахроматический объектив. Толщина первой линзы (N-BAF10, n = 1.6688) по паспорту составляет 4 мм. Толщина второй линзы (N-SF6HT, n = 1.79482) по паспорту составляет 1.5 мм. Для того чтобы вычислить абсолютную физическую толщину исследуемых линз, необходимо знать показатель преломления каждого элемента оптической системы и внести его в программу обработки данных. Скриншот окна программы с измеренными значениями толщины представлен ниже.

Рис. 5. Окно анализирующей программы

Видно, что в результатах измерения зарегистрировано 3 пика, которые соответствуют каждой границе каждой линзы. Первый пик – это верхняя первой линзы, второй пик – граница между первой и второй линзами, третий пик – нижняя граница второй линзы. Измеренная толщина линз составила: 3.74526 мм (N-SF6HT) и 1.68412 мм (N-BAF10). Общая толщина 5.42938 мм. Измерения показали, что общая центральная толщина данного объектива соответствует заявленной по паспорту толщине с указанной погрешностью ± 0.15 мм.

Подробные характеристики измерителя оптической толщины серии 157