CN105572072A - 一种透明光学材料群折射率测量装置及测量方法 - Google Patents

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Abstract

一种透明光学材料群折射率测量装置及测量方法，涉及光学测量领域，解决了现有测量透明光学材料群折射率的方法存在的工作量大、精度低的问题。该方法为：在被测平面镜上、下面均放置一块平面镜，将两块平面镜与被测平面镜调平行，利用镜面定位仪测量上平面镜下表面与被测平面镜上表面距离d2以及下平面镜上表面与被测平面镜下表面中心的距离d3，并在镜面定位仪上参数设置处将被测平面镜的群折射率设置为1，得到被测平面镜的读取厚度d′，然后将被测平面镜取下，测量上平面镜下表面与下平面镜上表面之间的距离d1，被测平面镜的中心厚度d即为d＝d1-d2-d3，被测平面镜光学材料的群折射率即为n＝d′/d。本发明具有快速、简单、精度高、检测不确定度高等优点。

Description

一种透明光学材料群折射率测量装置及测量方法
技术领域
本发明涉及光学测量技术领域，具体涉及一种透明光学材料群折射率测量装置及测量方法。
背景技术
在光学测量领域中，光学元件的三项基本参数是中心厚度、折射率和曲率半径。其中光学元件中心厚度加工的误差是影响光学系统成像质量的重要因素，而其加工是否满足精度要求，则需要高精度的仪器对其进行检测，尤其对具有高质量要求的光学镜头来说，其中心厚度有更精确的要求，从而需要更精确的测定。
目前，光学元件中心厚度测量方法可分为接触式和非接触式两大类。接触式测量方法有两个缺点：一是容易划伤光学元件，破坏表面光洁度；二是测头与光学元件频繁接触，会因测头磨损而影响测量精度。非接触式测量方法有共面电容法、图像法、共焦法和干涉法等。采用共面电容法测量前需要根据被测透镜的材料对共面电容测头进行精确测试，以取得可靠的数据作为检测依据，测量过程较为复杂；图像法由于受摄像机成像系统、CCD分辨力、图像清晰程度和标定系数精确度等的影响，测量误差较大；共焦法主要是利用被测透镜上下表面反射回来的光谱信息计算透镜的厚度，实际中很难准确获得被测透镜在不同波长处的折射率，一般在测定被测透镜某几个特定波长折射率的基础上通过插值计算获得测量所用光谱的折射率，测量误差较大。现有干涉法理论上具有更高的测量精度，但实际测量时需要精确知道被测透镜材料的折射率，难以提高其测量精度。
现有测量透明光学材料群折射率的方法是对不同波长下光学材料的折射率进行测量，然后拟合出光学材料的群折射率，这种方法工作量大，而且精度较低。
发明内容
为了解决现有测量透明光学材料群折射率的方法存在的工作量大、精度低的问题，本发明提供一种透明光学材料群折射率测量装置及测量方法。
本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的一种透明光学材料群折射率测量装置，包括：第一平面镜调整台、安装在第一平面镜调整台上的上平面镜、第二平面镜调整台、安装在第二平面镜调整台上的被测平面镜、第三平面镜调整台、安装在第三平面镜调整台上的下平面镜、镜面定位仪；
通过调整第一平面镜调整台、第二平面镜调整台和第三平面镜调整台使上平面镜、被测平面镜和下平面镜相互平行；
通过镜面定位仪测量上平面镜下表面与下平面镜上表面之间的距离d1、上平面镜下表面与被测平面镜上表面中心的距离d2以及下平面镜上表面与被测平面镜下表面中心的距离d3。
进一步的，所述被测平面镜的材料为透明材料。
进一步的，所述透明材料为融石英、K9或微晶。
进一步的，所述镜面定位仪发出的光经上平面镜、被测平面镜和下平面镜时分别能够被上平面镜、被测平面镜和下平面镜反射回镜面定位仪。
进一步的，所述被测平面镜的中心厚度d即为d＝d1-d2-d3。
本发明还提供了一种透明光学材料群折射率测量方法，包括以下步骤：
步骤一、将上平面镜安装在第一平面镜调整台上，将下平面镜安装在第三平面镜调整台上，通过调整第一平面镜调整台和第三平面镜调整台使上平面镜和下平面镜两者之间相互平行；
步骤二、将镜面定位仪放置于第三平面镜调整台下侧，利用镜面定位仪测量上平面镜下表面与下平面镜上表面之间的距离d1；
步骤三、将需要测量材料群折射率的光学材料加工为被测平面镜，将被测平面镜安装在第二平面镜调整台上，将将被测平面镜连同第二平面镜调整台放置在上平面镜与下平面镜之间，通过调整第一平面镜调整台、第二平面镜调整台和第三平面镜调整台使上平面镜、被测平面镜和下平面镜三者之间相互平行，利用镜面定位仪测量上平面镜下表面与被测平面镜上表面中心的距离d2以及下平面镜上表面与被测平面镜下表面中心的距离d3；
步骤四、在镜面定位仪上的参数设置处将被测平面镜的群折射率设置为1，得到被测平面镜的读取厚度d′；
步骤五、计算被测平面镜的中心厚度d即为d＝d1-d2-d3；
步骤六、计算被测平面镜的群折射率n即为n＝d′/d。
本发明的有益效果是：本发明提出的一种透明光学材料群折射率的测量方法原理如下：将需要测量的透明光学材料两面抛光制作成被测平面镜，在被测平面镜的上面及下面均放置一块平面镜，将两块平面镜与被测平面镜调平行，利用镜面定位仪测量上平面镜下表面与被测平面镜上表面距离d2以及下平面镜上表面与被测平面镜下表面中心的距离d3，并在镜面定位仪上参数设置处将被测平面镜的群折射率设置为1，得到被测平面镜的读取厚度d′，然后将被测平面镜取下，测量上平面镜下表面与下平面镜上表面之间的距离d1，被测平面镜的中心厚度d即为d＝d1-d2-d3，被测平面镜光学材料的群折射率即为n＝d′/d。
本发明的一种透明光学材料群折射率测量装置及测量方法，可以精确的测量透明光学元件材料的群折射率，能够对各种透明光学材料的群折射率进行检测，具有快速、简单、检测不确定度高等优点，从而实现对平面、球面以及各种非球面光学元件的群折射率的精确测量。
附图说明
图1为本发明的一种透明光学材料群折射率测量装置的结构示意图。
图中：1、上平面镜，2、第一平面镜调整台，3、被测平面镜，4、第二平面镜调整台，5、下平面镜，6、第三平面镜调整台，7、镜面定位仪。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明的一种透明光学材料群折射率测量装置，主要包括：上平面镜1、第一平面镜调整台2、被测平面镜3、第二平面镜调整台4、下平面镜5、第三平面镜调整台6和镜面定位仪7。
上平面镜1安装在第一平面镜调整台2上，被测平面镜3安装在第二平面镜调整台4上，下平面镜5安装在第三平面镜调整台6上。第一平面镜调整台2、第二平面镜调整台4和第三平面镜调整台6分别用于调整上平面镜1、被测平面镜3和下平面镜5，使得上平面镜1、被测平面镜3和下平面镜5三者之间相互平行，并使得镜面定位仪7发出的光经过上平面镜1、被测平面镜3和下平面镜5时分别能够被上平面镜1、被测平面镜3和下平面镜5反射回镜面定位仪7。
镜面定位仪7用于测量上平面镜1下表面与下平面镜5上表面之间的距离d1、上平面镜1下表面与被测平面镜3上表面中心的距离d2以及下平面镜5上表面与被测平面镜3下表面中心的距离d3。被测平面镜3的中心厚度d即为d＝d1-d2-d3。
本发明的一种透明光学材料群折射率测量方法，具体步骤如下：
步骤一、安装上平面镜1和下平面镜5，将上平面镜1安装在第一平面镜调整台2上，将下平面镜5安装在第三平面镜调整台6上，通过调整第一平面镜调整台2和第三平面镜调整台6使上平面镜1和下平面镜5两者之间相互平行。
步骤二、将镜面定位仪7放置于第三平面镜调整台6下侧，利用镜面定位仪7测量上平面镜1下表面与下平面镜5上表面之间的距离d1。
步骤三、将需要测量材料群折射率的光学材料加工为被测平面镜3，将被测平面镜3安装在第二平面镜调整台4上，将将被测平面镜3连同第二平面镜调整台4放置在上平面镜1与下平面镜5之间，通过调整第一平面镜调整台2、第二平面镜调整台4和第三平面镜调整台6使上平面镜1、被测平面镜3和下平面镜5三者之间相互平行，利用镜面定位仪7测量上平面镜1下表面与被测平面镜3上表面中心的距离d2以及下平面镜5上表面与被测平面镜3下表面中心的距离d3。
步骤四、在镜面定位仪7上的参数设置处将被测平面镜3的群折射率设置为1，得到被测平面镜3的读取厚度d′。
步骤五、计算被测平面镜3的中心厚度d即为d＝d1-d2-d3。
步骤六、计算被测平面镜3的群折射率n即为n＝d′/d。
本实施方式中，被测平面镜3的材料可以为各种透明材料，如融石英、K9、微晶等。

Claims (6)

1.一种透明光学材料群折射率测量装置，其特征在于，包括：第一平面镜调整台(2)、安装在第一平面镜调整台(2)上的上平面镜(1)、第二平面镜调整台(4)、安装在第二平面镜调整台(4)上的被测平面镜(3)、第三平面镜调整台(6)、安装在第三平面镜调整台(6)上的下平面镜(5)、镜面定位仪(7)；
通过调整第一平面镜调整台(2)、第二平面镜调整台(4)和第三平面镜调整台(6)使上平面镜(1)、被测平面镜(3)和下平面镜(5)相互平行；
通过镜面定位仪(7)测量上平面镜(1)下表面与下平面镜(5)上表面之间的距离d1、上平面镜(1)下表面与被测平面镜(3)上表面中心的距离d2以及下平面镜(5)上表面与被测平面镜(3)下表面中心的距离d3。
2.根据权利要求1所述的一种透明光学材料群折射率测量装置，其特征在于，所述被测平面镜(3)的材料为透明材料。
3.根据权利要求2所述的一种透明光学材料群折射率测量装置，其特征在于，所述透明材料为融石英、K9或微晶。
4.根据权利要求1所述的一种透明光学材料群折射率测量装置，其特征在于，所述镜面定位仪(7)发出的光经上平面镜(1)、被测平面镜(3)和下平面镜(5)时分别能够被上平面镜(1)、被测平面镜(3)和下平面镜(5)反射回镜面定位仪(7)。
5.根据权利要求1所述的一种透明光学材料群折射率测量装置，其特征在于，所述被测平面镜(3)的中心厚度d即为d＝d1-d2-d3。
6.如权利要求1所述的一种透明光学材料群折射率测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将上平面镜(1)安装在第一平面镜调整台(2)上，将下平面镜(5)安装在第三平面镜调整台(6)上，通过调整第一平面镜调整台(2)和第三平面镜调整台(6)使上平面镜(1)和下平面镜(5)两者之间相互平行；
步骤二、将镜面定位仪(7)放置于第三平面镜调整台(6)下侧，利用镜面定位仪(7)测量上平面镜(1)下表面与下平面镜(5)上表面之间的距离d1；
步骤三、将需要测量材料群折射率的光学材料加工为被测平面镜(3)，将被测平面镜(3)安装在第二平面镜调整台(4)上，将将被测平面镜(3)连同第二平面镜调整台(4)放置在上平面镜(1)与下平面镜(5)之间，通过调整第一平面镜调整台(2)、第二平面镜调整台(4)和第三平面镜调整台(6)使上平面镜(1)、被测平面镜(3)和下平面镜(5)三者之间相互平行，利用镜面定位仪(7)测量上平面镜(1)下表面与被测平面镜(3)上表面中心的距离d2以及下平面镜(5)上表面与被测平面镜(3)下表面中心的距离d3；
步骤四、在镜面定位仪(7)上的参数设置处将被测平面镜(3)的群折射率设置为1，得到被测平面镜(3)的读取厚度d′；
步骤五、计算被测平面镜(3)的中心厚度d即为d＝d1-d2-d3；
步骤六、计算被测平面镜(3)的群折射率n即为n＝d′/d。
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