CN103543129B - 光学玻璃光学均匀性的测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于光学玻璃光学均匀性的测量装置及测量方法，属于光学玻璃检测领域，所述光学玻璃由应力导致折射率不同，所述测量装置，包括：光源组件，用于提供偏振光；干涉色形成组件，用于使发生双折射的所述偏振光形成干涉色；相位补偿器，用于产生不同的光程差；CCD摄像头，用于拍摄干涉色图像；以及计算机，用于获取及处理所述干涉色图像。本发明的测量装置，通过利用光学玻璃双折射形成的干涉色图像，得到各像素点的折射率差值，从而获得光学玻璃的光学均匀性，该装置所用器件为较常用的光学器件，简单易得且成本低廉；测量时无需对光学玻璃表面进行特殊处理，简化了测量步骤且进一步节约了成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学玻璃光学均匀性的测量装置及测量方法，属于光学玻璃检测领域，特别是涉及一种测量主要由应力导致折射率不同的光学玻璃的光学均匀性的装置及方法。
背景技术
光学玻璃的光学均匀性是指同一块玻璃内部折射率的不均匀程度。光学玻璃中存在元素或者化学键的不均匀分布时，产生的化学应力或结构应力会导致光学玻璃不同位置上的折射率不同，通常用光学玻璃各位置上最大折射率与最小折射率的差值Δn表示该光学玻璃的光学均匀性。光学均匀性是反映光学玻璃质量的重要参数，决定了光学玻璃的使用性能，也是表征光学玻璃结构均匀性的一种方法。在光学玻璃的生产、检验等环节，实现光学均匀性低成本、快速、简便的定量测量可以大大提高生产效率。
目前，光学玻璃均匀性的测试方法主要有平行光管法、星点法、刀口阴影法和干涉法。前三种测试方法均为定性分析方法。干涉法是使用干涉仪定量测量光学均匀性的方法。《无色光学玻璃测试方法光学均匀性斐索平面干涉法》(GBT 7962.2-2010)是较为常用的光学玻璃均匀性的测试方法。该方法采用斐索平面干涉仪测量无色光学玻璃的光学均匀性，测量时，一部分光依次通过光学平晶、待测样品，并由标准反射镜反射后由原路返回，另一部分光由光学平晶直接反射回去，这两路光干涉后形成的干涉条纹即包含了待测样品的光学均匀性信息。
发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术至少存在以下缺陷：
现有干涉仪价格昂贵，测量成本高；用干涉法测量时，待测光学玻璃样品的表面需要进行抛光、涂覆折射液或贴制板等处理，以避免样品表面粗糙导致的无法形成干涉条纹的现象，测量工艺复杂，测量成本和测量难度都较高。
发明内容
一方面，本发明提供了一种光学玻璃光学均匀性的测量装置，所述光学玻璃由应力导致折射率不同，所述测量装置，包括：光源组件，用于提供偏振光；干涉色形成组件，用于使发生双折射的所述偏振光形成干涉色；相位补偿器，用于产生不同的光程差；CCD摄像头，用于拍摄干涉色图像；以及计算机，用于获取及处理所述干涉色图像。
较佳的，所述的干涉色形成组件，包括检偏器；所述的光源组件，包括；光源；以及起偏器，位于所述光源及所述检偏器之间，所述起偏器的偏振方向与所述检偏器的偏振方向互相垂直；所述光源、所述起偏器及所述检偏器位于同一光路中。
进一步的，所述光源组件，还包括：第一凸透镜，位于所述光源与所述起偏器之间；散射板，位于所述第一凸透镜与所述起偏器之间；所述光源，位于所述第一凸透镜远离所述散射板一侧的焦点处。
进一步的，所述干涉色形成组件，还包括：全玻片，位于所述起偏器与所述检偏器之间；第二凸透镜；所述检偏器，位于所述全玻片与所述第二凸透镜之间；所述的CCD摄像头，位于所述第二凸透镜远离所述检偏器一侧的焦点处。
进一步的，所述光源组件，还包括：第一箱体，其设有一第一开口端；所述的光源，位于所述第一箱体内，且远离所述第一开口端；所述的起偏器，位于所述第一开口端；所述干涉色形成组件，还包括：第二箱体，其设有一第二开口端，所述第二开口端与所述第一开口端相对；所述的检偏器，位于所述第二开口端；所述的CCD摄像头，位于所述第二箱体内，且远离所述第二开口端。
进一步的，所述的光学玻璃光学均匀性的测量装置，还包括：基座；所述光源组件，与所述基座一端连接；所述干涉色形成组件，与所述基座的与所述光源组件相对的一端连接。
进一步的，所述的光学玻璃光学均匀性的测量装置，还包括：样品台，位于所述光源组件与所述干涉色形成组件之间，用于承载所述光学玻璃，通过丝杠与所述基座连接。
另一方面，本发明提供了一种光学玻璃光学均匀性的测量方法，所述方法包括：测量并记录一偏振光进行双折射后，各光程差下的干涉色图像；用相同的测量装置测量并记录所述偏振光通过待测的光学玻璃的干涉色图像；将所述光学玻璃的干涉色图像中的各像素点与所述的各光程差下的干涉色图像相对照，得出所述光学玻璃各像素点的光程差δ；根据所述光程差δ获得所述光学玻璃各像素点的折射率差值Δni，δ＝Δnid，其中d为该点处所述光学玻璃的厚度，δ为该点处的光程差，Δni的最大值与最小值之差即为所述光学玻璃的光学均匀性值。
较佳的，所述的测量装置为上述测量装置。
进一步的，获得所述光学玻璃的光学均匀性值之后，还包括：将所述的各像素点的折射率差值Δni以三维图的方式画出，得到所述光学玻璃折射率分布的曲面图
借由上述技术方案，本发明光学玻璃光学均匀性的测量装置至少具有下列优点：
本发明提供的光学玻璃光学均匀性的测量装置，通过利用光学玻璃双折射形成的干涉色图像，得到各像素点的折射率差值，从而获得光学玻璃的光学均匀性，该装置所用器件为较常用的光学器件，简单易得且成本低廉；双折射现象由光学玻璃内部应力造成，与光学玻璃表面平整度无关，因此，测量时无需对光学玻璃表面进行特殊处理，简化了测量步骤且进一步节约了成本。
本发明提供的测量方法实现光学玻璃均匀性的低成本、快速、简便测量，减小了检测加工成本，简化了检测程序，提高了光学玻璃的检验效率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一光学玻璃光学均匀性的测量装置结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一光学玻璃光学均匀性的测量装置内部构造示意图；
图3使本发明实施例3的折射率差值等高线图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的光学玻璃光学均匀性的测量装置及测量方法其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
实施例1
如图1和图2所示，本发明实施例提出的一种光学玻璃光学均匀性的测量装置，所测量的光学玻璃由应力导致折射率不同，所述测量装置包括光源组件10、干涉色形成组件30、相位补偿器(图中未示出)、CCD摄像头2及计算机4。光源组件10由光源及起偏器和/或其他能够形成偏振光的基本光学器件构成，用于使光源发生偏振以提供偏振光；干涉色形成组件30由检偏器或其他能够使该偏振光经双折射后产生干涉的光学器件构成，用于使发生双折射的所述偏振光形成干涉色；所述相位补偿器，用于使所述偏振光经双折射后产生不同的光程差，以得到每种光程差对应的干涉色；CCD摄像头2用于拍摄所述偏振光双折射后形成的干涉色，得到干涉色图像；计算机4与CCD摄像头2连接，用于获取、储存及处理所述干涉色图像。
具有应力的光学玻璃，由于各向不同性，光通过它时会产生光通过某些各向异性的晶体一样，产生双折射现象，即在具有内应力的玻璃中，光被分解为二束光，这二束光在玻璃中的传播速度不一样即折射率不一样，一束遵守折射定律称为寻常光，一束不遵守折射定律称为非常光，由于折射率不同，两束光经过光学玻璃后产生一定的光程差。
本实施例提供的光学玻片均匀性的测量装置，工作时，先将相位补偿器放入光源组件10及干涉色形成组件30之间，使光源组件10、所述相位补偿器及干涉色形成组件30位于同一光路中；打开光源组件10产生偏振光，所述相位补偿器使所述偏振光产生不同的光程差；不同光程差下的偏振光经干涉色形成组件30后形成颜色不同的干涉色，通过CCD摄像头2拍摄所述干涉色图像，并传输给计算机4；计算机4获取所述干涉色图像后，将光程差与特定颜色对应关联；然后将所述相位补偿器从光路中取出，放入待测光学玻璃100，通过CCD摄像头2拍摄偏振光经该光学玻璃100折射后形成的干涉色图像，并将干涉色图像传输给计算机4，计算机4获取该干涉色图像后，根据已获得的所述光程差与特定颜色关系，得出该干涉色图像各像素点的光程差δ，根据δ计算所述各像素点的非常光与寻常光的折射率差值Δni，Δni＝dδ，其中，d为该点处样品的厚度，δ为该点处的光程差，Δni的最大值与最小值之差即为所述光学玻璃的光学均匀性值。
本实施例提供的光学玻璃光学均匀性的测量装置，通过利用光学玻璃双折射形成的干涉色图像，得到各像素点的折射率差值，从而获得光学玻璃的光学均匀性，该装置所用器件为较常用的光学器件，简单易得且成本低廉；双折射现象由光学玻璃内部应力造成，与光学玻璃表面平整度无关，因此，测量时无需对光学玻璃表面进行特殊处理，简化了测量步骤且进一步节约了成本。
较佳的，如图2所示，光源组件10包括第一箱体11、光源12及起偏器13，第一箱体11的右侧设有第一开口端，光源12位于第一箱体11内，且远离所述第一开口端，起偏器13位于所述第一开口端，使第一箱体11形成一闭合的箱体；干涉色形成组件30包括：第二箱体31和检偏器32，第二箱体31左侧设有第二开口端，所述第二开口端与所述第一开口端相对；检偏器32位于所述第二开口端，检偏器32的偏振方向与起偏器13的偏振方向互相垂直；CCD摄像头2位于第二箱体31内，且远离所述第二开口端；光源10、起偏器13、检偏器32及CCD摄像头2位于同一光路上。
光源12及起偏器13经第一箱体11固定，能够稳定的产生偏振光；检偏器32经第二箱体31固定，第一箱体11与第二箱体31相对，使光源12、起偏器13及检偏器32固定在同一光路中，所述偏振光经双折射后经过检偏器32，形成干涉色，该干涉色可以被CCD摄像头2拍摄。该光源组件及干涉色形成组件构造简单、成本低廉；在其他实施例中，各光学器件可以直接固定在光路中，本实施例通过第一箱体11和第二箱体31固定各光学组件，能够避免在搬运过程中各器件受损。
样品台20位于基座50的中部，通过丝杠与基座50连接，所述丝杆用于调节样品台的上下高度。
较佳的，光源组件10还包括第一凸透镜14和散射板15。第一凸透镜14位于第一箱体11内，用于使光源12发出的光形成平行光，光源12位于第一凸透镜14的左侧的焦点处；散射板15位于第一凸透镜14与起偏器13之间，用于获得均匀的光。
通过设置第一凸透镜14和散射板15，使光源12发出集中均匀的光，有利于形成均匀的干涉色。
较佳的，本实施例中所用相位补偿器为标准石英楔，品牌为德国Leitz，可产生0-1300nm的光程差；石英楔自上而下厚度逐渐变化，透过其不同位置的偏振光形成不同的光程差，最薄处产生的光程差为0nm，最厚处产生的光程差为1300nm；偏振光经石英楔后产生与其形状匹配的干涉色图像，因此，只需进行一次测量即可根据某一干涉色的位置，确定该干涉色对应的光程差，大大节约了测量时间。
较佳的，干涉色形成组件30还包括全玻片34和第二凸透镜33。全玻片34位于所述第二开口端，使第二箱体31形成一密封箱体，检偏器32位于全玻片34与第二凸透镜33之间，全玻片34用于提供一附加光程差，全玻片优选光程差为565nm，当不用全玻片34时，本实施例中的相位补偿器能够产生0-1300nm的光程差，当加上全玻片34后，能够产生565nm-1865nm的光程差，通过插入或者取下全玻片34扩大了相位补偿器能够得到的光程差范围；第二凸透镜33位于第二箱体31内，CCD摄像头2的CCD芯片位于其右侧的焦点处，第二凸透镜33用于聚焦光线，以使CCD摄像头2摄取到清晰的干涉色图像。
较佳的，所述的光学玻璃光学均匀性的测量装置，还包括基座50，如图2所示，光源组件10位于基座50的左端，干涉色形成组件30位于基座50的右端。
通过设置基座，提高了整个测量装置的整体性，便于移动或运输测量装置。
较佳的，所述的光学玻璃光学均匀性的测量装置，还包括样品台20，样品台20位于基座50的中部，其包括托盘21和丝杆22，托盘21通过丝杠22与基座50连接，托盘21用于承载光学玻璃，丝杠22用于调节样品台的上下高度。通过调节样品台20可以调节待测的光学玻璃在光路中的位置，以便获得最佳测量位置。
实施例2
本发明实施例提供了一种光学玻璃光学均匀性的测量方法，所述方法包括：
步骤1：测量并记录一偏振光进行双折射后，各光程差下的干涉色图像，具体包括：
该方法采用上述实施例提供的测量装置进行测量；
测量前先检测测量装置是否正常，测量方法为：打开光源12，光线依次通过光路中的各光学器件，照在CCD摄像头2上，观察在计算机40上是否显示出CCD摄像头2拍摄的干涉色图像，若显示图像则表示装置正常，可进行测试，若不现实，可以对装置中各器件进行微调，直至在计算机40上显示出干涉色图像；
然后，先将相位补偿器放在样品台20上，调整样品台20的高度，使光源组件10、所述相位补偿器及干涉色形成组件30位于同一光路中；打开光源组件10产生偏振光，所述相位补偿器使所述偏振光产生不同的光程差，不同光程差下的偏振光经干涉色形成组件30后形成颜色不同的干涉色，通过CCD摄像头2拍摄所述干涉色图像，并传输给计算机4；计算机4获取所述干涉色图像后，获取干涉色的RGB数据，并将光程差与其特定颜色的RGB数据对应关联，得到光程差与RGB数据关系对照表；对于一套测量装置，步骤上述步骤只需进行一次即可，其得到的光程差与RGB数据关系对照表可重复使用；
本实施例中所用相位补偿器为标准石英楔，品牌为德国Leitz，可产生0-1300nm的光程差；
步骤2：用相同的测量装置测量并记录所述偏振光通过待测的光学玻璃的干涉色图像，具体包括：
将所述相位补偿器从样品台20上取下，将待测光学玻璃放到样品台20上，调节样品台20的高度，使所述光学玻璃处于光路的合适位置，调整所述光学玻璃，使其待测的通光面垂直于光路，通过CCD摄像头2拍摄偏振光经该光学玻璃折射后形成的干涉色图像，并将干涉色图像传输给计算机4；
步骤3：将所述光学玻璃的干涉色图像中的各像素点与所述的各光程差下的干涉色图像相对照，得出所述光学玻璃各像素点的光程差δ，具体包括：
计算机4获取该光学玻璃干涉色图像后，获得各像素点的RGB值，根据所述的光程差与RGB数据关系对照表，得出该干涉色图像各像素点的光程差δ；
步骤4：根据所述光程差δ获得所述光学玻璃各像素点的折射率差值Δni，δ＝Δnid，其中d为该点处所述光学玻璃的厚度，δ为该点处的光程差，Δni的最大值与最小值之差即为所述光学玻璃的光学均匀性值。
本发明实施例提供的测量方法实现光学玻璃均匀性的低成本、快速、简便测量，减小了检测加工成本，简化了检测程序，提高了光学玻璃的检验效率。
获得所述各像素点的折射率差值Δni后，将每个点的Δni以三维图的方式画出，得到折射率分布的曲面图，可以更直观的评价光学玻璃的光学均匀性分布。
实施例3
用实施例2提供的方法，测量一光学玻璃的均匀性，所述待测光学玻璃由应力导致折射率不同，该光学玻璃尺寸为54mm×19mm，厚度为20mm，图3为测得该样品的折射率差值等高线图，从测量数据可以得到Δni最大值为4.9×10-6，Δni最小值为-5.8×10-6，二者之差为1.17×10-5因此，本样品的光学均匀性为1.17×10-5。另外，从图3可以看出Δni的分布梯度，这样可以直观地看出均匀性较差的位置。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种光学玻璃光学均匀性的测量装置，所述光学玻璃由应力导致折射率不同，其特征在于，所述测量装置，包括：
光源组件，用于提供偏振光；
干涉色形成组件，用于使发生双折射的所述偏振光形成干涉色；
相位补偿器，用于产生不同的光程差；
CCD摄像头，用于拍摄干涉色图像；以及
计算机，用于获取及处理所述干涉色图像,并根据所述光程差与特定颜色对应关系，得出所述干涉色图像各像素点的光程差；
其中，所述的干涉色形成组件，包括检偏器、全玻片和第二凸透镜；所述检偏器，位于所述全玻片与所述第二凸透镜之间；
所述的光源组件，包括光源和起偏器；所述起偏器，位于所述光源及所述检偏器之间，所述起偏器的偏振方向与所述检偏器的偏振方向互相垂直；
所述光源、所述起偏器及所述检偏器位于同一光路中；
所述全玻片，位于所述起偏器与所述检偏器之间；
所述的CCD摄像头，位于所述第二凸透镜远离所述检偏器一侧的焦点处。
2.根据权利要求1所述的光学玻璃光学均匀性的测量装置，其特征在于，所述光源组件，还包括：
第一凸透镜，位于所述光源与所述起偏器之间；
散射板，位于所述第一凸透镜与所述起偏器之间；
所述光源，位于所述第一凸透镜远离所述散射板一侧的焦点处。
3.根据权利要求1所述的光学玻璃光学均匀性的测量装置，其特征在于：
所述光源组件，还包括：
第一箱体，其设有一第一开口端；
所述的光源，位于所述第一箱体内，且远离所述第一开口端；
所述的起偏器，位于所述第一开口端；和/或
所述干涉色形成组件，还包括：
第二箱体，其设有一第二开口端，所述第二开口端与所述第一开口端相对；
所述的检偏器，位于所述第二开口端；
所述的CCD摄像头，位于所述第二箱体内，且远离所述第二开口端。
4.根据权利要求1-3任一项所述的光学玻璃光学均匀性的测量装置，其特征在于，还包括：
基座；
所述光源组件，与所述基座一端连接；
所述干涉色形成组件，与所述基座的与所述光源组件相对的一端连接。
5.根据权利要求4所述的光学玻璃光学均匀性的测量装置，其特征在于，还包括：
样品台，位于所述光源组件与所述干涉色形成组件之间，用于承载所述光学玻璃，通过丝杠与所述基座连接。
6.一种光学玻璃光学均匀性的测量方法，其特征在于，所述方法包括：
测量并记录一偏振光进行双折射后，各光程差下的干涉色图像；
用相同的测量装置测量并记录所述偏振光通过待测的光学玻璃的干涉色图像；
将所述光学玻璃的干涉色图像中的各像素点与所述的各光程差下的干涉色图像相对照，得出所述光学玻璃各像素点的光程差δ；
根据所述光程差δ获得所述光学玻璃各像素点的折射率差值Δni，δ＝Δnid，其中d为该点处所述光学玻璃的厚度，δ为该点处的光程差，Δni的最大值与最小值之差即为所述光学玻璃的光学均匀性值。
7.根据权利要求6所述的光学玻璃光学均匀性的测量方法，其特征在于：所述的测量装置为权利要求1-5任一项提供的测量装置。
8.根据权利要求7所述的光学玻璃光学均匀性的测量方法，其特征在于，获得所述光学玻璃的光学均匀性值之后，还包括：
将所述的各像素点的折射率差值Δni以三维图的方式画出，得到所述光学玻璃折射率分布的曲面图。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |