CN103234938B - 光学玻璃折射率v棱镜测试修正法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种采用V棱镜折光仪对光学玻璃的折射率的测试数据进行修正的方法。光学玻璃折射率V棱镜测试修正法，该方法为：将V棱镜折光仪测得的样品的折射率值n_c的前三位数、与样品的折射率值n_c前三位数相同的折射率标样的角度差代入公式，计算得到n_标；将所测得的样品的折射率值n_c的前三位数和样品的角度差代入公式，计算得到n_样；将得到的n_样-n_标，就得到了折射率偏差Δn，如果Δn为负值，修正后的样品的折射率值为n_c+Δn；如果Δn为正值，修正后的样品的折射率值为n_c-Δn。本发明在折射液不匹配的情况下，通过修正后的数据能较好满足V棱镜折光仪对玻璃折射率的测试精度。

Description

光学玻璃折射率V棱镜测试修正法

技术领域

本发明涉及光学玻璃折射率测试方法，特别是涉及采用V棱镜折光仪对高折射率光学玻璃的折射率的测试数据进行修正的方法。

背景技术

目前用于对光学玻璃折射率测试的仪器主要有精密测角仪和V棱镜折光仪，精密测角仪测试精度高(±2×10^-5)，但测试速度慢，无法满足生产线大量样品的快速测试要求；V棱镜折光仪测试速度快，能满足生产线大量样品的快速测试要求，但测试精度(±5×10^-5)低于精密测角仪，另外，当采用V棱镜折光仪测试高折射率光学玻璃时，特别是折射率高于1.80的光学玻璃时，由于没有与之相匹配的折射液或由于高折射液的原料剧毒而放弃使用，造成数据偏差常常超出仪器精度(±5×10^-5)范围，不能很好地对光学玻璃的折射率进行测试。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种采用V棱镜折光仪对光学玻璃的折射率的测试数据进行修正的方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：光学玻璃折射率V棱镜测试修正法，该方法包括以下步骤：1)7组计算公式为：

sinθ_入＝n₀sinθ_-1…①

n₀sin(45°+Δ₁-θ_-1)＝nsinθ₁…②

ncos(θ₁-θ_r)＝n_esinθ₃…③

n_esin(θ₃-θ_r+θ_φ)＝n₀sinθ₅…④

n₀sin(θ₅-45°-Δ₂)＝sinθ₇…⑤

θ₈＝θ₇-θ_入-θ_II…⑥

2)调校好V棱镜的工作状态以后，采用V棱镜折光仪测试样品；

3)将所测得的样品的折射率值n_c的前三位数、与样品的折射率值n_c前三位数相同的折射率标样的角度差θ_r、Δ₁、Δ₂、θ_II、θ_φ和n_e代入公式①-⑦，计算得到n_偏，即折射率标样的折射率值n_标；

4)将所测得的样品的折射率值n_c的前三位数和样品的角度差θ_r、Δ₁、Δ₂、θ_II、θ_φ和n_e代入公式①-⑦，计算得到n_偏，即样品的折射率值n_样；

5)将上述步骤3)和4)得到的n_样-n_标，就得到了折射率偏差Δn，如果Δn为负值，修正后的样品的折射率值为n_c+Δn；如果Δn为正值，修正后的样品的折射率值为n_c-Δn。

进一步的，步骤2)所述调校好V棱镜的工作状态是：调校一个适宜的入射角θ_入来抵消光线在高折射率标样和折射液界面的偏折效果，实现测试值无偏差的V棱镜的工作状态。

进一步的，对于折射率值在两个折射率标样之间的样品修正，在上述步骤1)后还包括步骤：采用公式①-⑦，通过赋予θ_r具体角度偏差值，当根据θ_r计算出的折射率值n_偏与其样品测试值n_c前三位数之差n_偏-n_c等于现有折射率标样的n_偏-n_c时，就得到了这个虚拟的标准样品的θ_r。

进一步的，分别对样品的n_F和n_C进行修正，n_F-n_C，就得到样品(1)色散的修正结果。

本发明的有益效果是：在折射液不匹配的情况下，本发明方法修正后的数据能够达到V棱镜折光仪对玻璃折射率的测试精度(±5×10^-5)范围内，能较好满足V棱镜折光仪对玻璃折射率的测试精度，本发明方法特别适用于折射率高于1.80的高折射率玻璃的数据修正。

附图说明

图1是本发明的测试光路示意图。

具体实施方式

采用V棱镜折光仪对样品折射率进行测试的光路如图1所示，光线左入右出，图中虚线为各分界面法线以及样品1和V棱镜2的90°角度位置线，设定样品1的折射率n大于V棱镜2的折射率n₀，折射液的折射率用n_e表示，Δ₁、Δ₂分别是V棱镜2入射端和出射端45°角角度偏差，θ_r是样品1的直角角度偏差，θ_φ是V棱镜2直角角度偏差。从光线入射方向看，为了便于研究和表述，这里拟定V棱镜2的前直角边与样品1的前直角边完全贴合，V棱镜2后直角边与样品1后直角边有间隙，间隙中有折射液，θ_入、θ_-1分别是V棱镜2入射面的入射角和折射角，θ₁是样品1入射面的折射角，θ₂和θ₃分别是折射液入射面的入射角和折射角，θ₄和θ₅分别是折射液出射面的入射角和折射角，θ₆和θ₇分别是V棱镜2出射面的入射角和折射角，θ_II是V棱镜2的入射面和出射面的平行差，θ₈是V棱镜2出射光线和水平入射光线的夹角(即仪器测试角)。

发明人研究发现，在V棱镜2、样品1和折射液各分界面分别用折射率定律和角度关系可以得到下列6组公式：

sinθ_入＝n₀sinθ_-1…………………………………………………………………①

n₀sin(45°+Δ₁-θ_-1)＝nsinθ₁…………………………………………………②

由nsinθ₂＝n_esinθ₃、θ₂＝90°+θ_r-θ₁

得：ncos(θ₁-θ_r)＝n_esinθ₃……………………………………………………③

由n_esinθ₄＝n₀sinθ₅、θ₄＝θ₃-θ_r+θ_φ

得：n_esin(θ₃-θ_r+θ_φ)＝n₀sinθ₅…………………………………………④

由n₀sinθ₆＝sinθ₇、θ₆＝θ₅-45°-Δ₂

得：n₀sin(θ₅-45°-Δ₂)＝sinθ₇……………………………………………⑤

θ₈＝θ₇-θ_入-θ_II………………………………………………………………………⑥

将由上述6组公式所求得的sinθ₈代入折射率计算公式⑦

得到有Δ₁、Δ₂、θ_II、θ_r和θ_φ偏差情况的样品1的折射率值n_偏。

对处于工作状态的V棱镜2而言，其角度等偏差是一定的，样品1置于V棱镜2上时，折射液会填补样品1和V棱镜2之间的直角间隙，在折射液的折射率与样品1匹配的情况下，光线通过样品1和折射液界面时不发生偏折，不会带来测试值n_c的偏差；反之，在折射液的折射率与样品1不匹配情况下，光线通过样品1和折射液界面时将会发生偏折，这样的偏折就会引起测试值n_c的偏差Δn。

在测试折射率高于1.80的光学玻璃时，由于没有与之相匹配的折射液，因此首先需要用高折射率标样调校V棱镜2的工作状态，高折射率标样和V棱镜2之间的直角间隙使光线通过高折射率标样和折射液界面时发生偏折，产生测试偏差，这时可调校一个适宜的入射角θ_入来抵消光线在高折射率标样和折射液界面的偏折效果，实现测试值无偏差的V棱镜2的工作状态，但当该状态的V棱镜2用于测试时，样品1的直角偏差与高折射率标样存在差异(即不相等)时，既定的θ_入无法抵消这部分差异效果，就产生了测试值n_c的偏差Δn，如果样品1的直角偏差与高折射率标样不存在差异(即相等)，也就没有了测试值n_c的偏差(即Δn＝0)。

实际测试时，对一具体的V棱镜2和样品1而言，Δ₁、Δ₂、θ_II、θ_r和θ_φ可事先测量获得，n_e也可提前知道，鉴于折射率值小数点后第3位以后的数值对Δn计算的影响只会在10^-6级上变化2-3个单位，不会对Δn的10^-5级上数值造成根本影响，因此，可用V棱镜折光仪测得的n_c的前三位数代替公式②、③中n，如n_c＝1.99458，则公式②、③中n＝1.99。V棱镜2的折射率n₀也取前三位数，如n₀＝1.92286，则n₀取1.92。

通过以上分析，本发明的修正方法包括以下步骤：

1)将V棱镜2工作状态按照上述方法调校好以后，采用V棱镜折光仪测试样品1；

2)将所测得的样品1的折射率值n_c的前三位数、与样品1的折射率值n_c前三位数相同的折射率标样的角度差θ_r、Δ₁、Δ₂、θ_II、θ_φ和n_e代入上述公式①-⑦，计算得到n_偏，即折射率标样的折射率值n_标；

3)将所测得的样品1的折射率值nc的前三位数和样品1的角度差θ_r、Δ₁、Δ₂、θ_II、θ_φ和n_e代入上述公式①-⑦，计算得到n_偏，即样品1的折射率值n_样；

4)将步骤2)和3)得到的n_样-n_标，就得到了折射率偏差Δn，如果Δn为负值，说明样品1的折射率测试值n_c比其真实值低，修正后的样品1的折射率值为n_c+Δn；反之，如果Δn为正值，说明样品1的折射率测试值n_c比其真实值高，修正后的样品1的折射率值为n_c-Δn。

实施例一：V棱镜折光仪测试折射率为2.00的高折射率样品的数据修正

其中，V棱镜2的折射率为1.92，样品1的折射率为2.00，折射率标样的θr＝105″，n_e＝1.78。

表1

表2

另外，采用本发明方法也可以对玻璃色散(n_F-n_C)进行修正，表3就是对表2的实施例11-22的色散(n_F-n_C)的修正结果。

表3

实施例二：V棱镜折光仪测试折射率为1.92的高折射率样品的数据修正

其中，V棱镜2的折射率为1.92，样品1的折射率为1.92，折射率标样的θr＝-3θ″，n_e＝1.78。

表4

以上表1-表4中，精密测角仪的测试数据均为绝对测量(测试精度±2×10^-5)，视为标准数据。通过表1-表4的数据可以看出：

采用本发明的方法对V棱镜折光仪的测试值进行修正后，其数据与精密测角仪所测得的标准数据比较，差值都在±4×10^-5以内，鉴于V棱镜折光仪测试重复性在±2×10^-5(即同一样品在同一V棱镜折光仪上重复多次测量后，所得折射率值的变化范围为±2×10^-5)和精密测角仪目前测试精度(±2×10^-5)，综合二者因素，采用本发明方法修正后的数据存在±4×10^-5偏差，能够达到V棱镜折光仪对玻璃折射率的测试精度(±5×10^-5)范围，所得数据可以使用。

对于折射率值在两个折射率标样之间的样品修正问题，对一具体处于工作状态的V棱镜而言，同理可以借助公式①-⑦的关系式，通过赋予θ_r具体角度偏差值，当根据θ_r计算出的折射率值n_偏与其样品测试值n_c前三位数之差n_偏-n_c等于现有折射率标样的n_偏-n_c时，就得到了这个虚拟的标准样品的θ_r，然后根据此标样的θ_r，采用本发明的修正方法，就可以计算得到测试样品的折射率偏差Δn，从而实现数据修正。

由上可知，本发明在折射液不匹配的情况下，用数据修正的方法能较好实现V棱镜折光仪对高折射率玻璃的测试精度。

Claims (2)

1.光学玻璃折射率V棱镜测试修正法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)7组计算公式为：

sinθ_入＝n₀sinθ_-1…①

n₀sin(45°+Δ₁-θ_-1)＝nsinθ₁…②

ncos(θ₁-θ_r)＝n_esinθ₃…③

n_esin(θ₃-θ_r+θ_φ)＝n₀sinθ₅…④

n₀sin(θ₅-45°-Δ₂)＝sinθ₇…⑤

θ₈＝θ₇-θ_入-θ_Ⅱ…⑥

2)调校好V棱镜(2)的工作状态以后，采用V棱镜折光仪测试样品(1)；

3)将所测得的样品(1)的折射率值n_c的前三位数、与样品(1)的折射率值n_c前三位数相同的折射率标样的直角角度偏差θ_r以及Δ₁、Δ₂、θ_Ⅱ、θ_φ和n_e代入公式①-⑦，计算得到n_偏，即折射率标样的折射率值n_标；

4)将所测得的样品(1)的折射率值n_c的前三位数和样品(1)的直角角度偏差θ_r以及Δ₁、Δ₂、θ_Ⅱ、θ_φ和n_e代入公式①-⑦，计算得到n_偏，即样品(1)的折射率值n_样；

5)将步骤3)和4)得到的n_样-n_标，就得到了折射率偏差Δn，如果Δn为负值，修正后的样品(1)的折射率值为n_c+Δn；如果Δn为正值，修正后的样品(1)的折射率值为n_c-Δn；

上述θ_入、θ_-1分别是V棱镜(2)入射面的入射角和折射角，θ₁是样品(1)入射面的折射角，θ₃是折射液入射面的折射角，θ₅是折射液出射面的折射角，θ₇是V棱镜(2)出射面的折射角，θ_Ⅱ是V棱镜(2)的入射面和出射面的平行差，θ₈是V棱镜(2)出射光线和水平入射光线的夹角，θ_r是直角角度偏差，θ_φ是V棱镜(2)直角角度偏差，Δ₁、Δ₂分别是V棱镜(2)入射端和出射端45°角角度偏差，n是样品(1)的折射率，n₀是V棱镜(2)的折射率，n_e是折射液的折射率，n_c是样品(1)的折射率测试值。

2.如权利要求1所述的光学玻璃折射率V棱镜测试修正法，其特征在于，步骤2)所述调校好V棱镜(2)的工作状态是：调校一个适宜的入射角θ_入来抵消光线在高折射率标样和折射液界面的偏折效果，实现测试值无偏差的V棱镜(2)的工作状态。