CN110542541B - 一种镜片反射率测量方法及测量装置 - Google Patents

Abstract

一种镜片反射率测量方法及测量装置，将至少由随镀片、平板玻璃、位于平板玻璃与随镀片之间的折射率匹配液构成的待测组合物放入分光光度计的光路中，使分光光度计的光源发出的入射光经过待测组合物反射和折射后，被分光光度计的接收器接收；打开分光光度计的光源，光源发出的入射光经过待测组合物反射和折射后形成出射光，接收器接收的出射光包括三路光线，测量接收器接收的上述出射光光强，测量光源发出的上述入射光光强，计算出射光光强值与入射光光强值的比值，即得到随镀片的反射率，实现镜片反射率的准确测量，精度高，结构简单，操作方便。

Description

一种镜片反射率测量方法及测量装置

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，具体地涉及一种镜片反射率测量方法及测量装置。

背景技术

一般用于VR产品的光学镜片具有较大的视场角，来获得较好的沉浸感和用户体验，因此在光学镜片反射率测试中，对于大角度的反射率测试尤为重要，光学镜片表面一般镀有膜系，一般将膜系的反射率作为光学镜片的反射率。大角度反射率的测试仪器一般采用分光光度计，从光源发出的带有一定锥角的光经过待测样品表面反射后，进入探测器窗口，要求出射光路与接收器光路的最小夹角为8°，在测量光学镜片的反射率时，一般采用替代法，选取随镀片作为测试的样品。随镀片即在镀膜工艺中，跟光学镜片一起进行镀膜的光学平板玻璃，除外形尺寸外，具有跟光学镜片一致的膜系。在光学领域中光学镜片的外形有多种，而且凹凸度不同，实际测量光学镜片的表面反射率存在一定难度，因此需要测量与实际光学镜片具有一致膜系的光学平板玻璃，来实现光学镜片表面反射率的测量，也就是光学镜片表面反射率的测量样品为随镀片，通过对随镀片的表面反射率测量即可得出与随镀片具有一致膜系的光学镜片的表面反射率。

根据光学反射、折射定律可知，光经过随镀片第一反射面发生反射，同时也在表面发生折射，因此一部分光经过光学玻璃内部传播后达到第二反射面，同样的，在第二反射面也会发生反射、折射现象，见图1。这时，探测器接收到的光不仅包含了来自随镀片第一反射面的反射光，同时包含了来自随镀片第二反射面的反射光，导致测试的结果不准确。目前有几种方法可以改善：一是在随镀片第二表面经行磨砂、喷墨处理，将反射到随镀片第二面的光进行漫反射和吸收；二是增大随镀片的尺寸，使得光在随镀片内传播时发生一定位置平移，平移的位置大于探测器的半径。第一种方法仍会有少量漫反射光会到达接收器，且工艺比较复杂，对随镀片造成一定破坏，不可重复利用；第二种方法受限于镀膜工艺中的治具尺寸不可能做得很大，因此实现起来较困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镜片反射率测量方法及测量装置，该测量方法和测量装置能够实现镜片反射率的准确测量，测量精度高，并且结构简单，操作方便。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种镜片反射率测量方法，所述测量方法包括：

S1：选取与待测镜片具有相同膜系的随镀片；

S2:将至少由随镀片、平板玻璃、位于平板玻璃与随镀片之间的折射率匹配液构成的待测组合物放入分光光度计的光路中，使分光光度计的光源发出的入射光经过待测组合物反射和折射后，被分光光度计的接收器接收；

S3:打开分光光度计的光源，光源发出的入射光经过待测组合物反射和折射后形成出射光，接收器接收的出射光包括三路光线，分别为随镀片上表面的反射光光路R1、随镀片下表面与折射率匹配液分界面上的反射光光路R2 和折射率匹配液与平板玻璃分界面上的反射光光路R3；

测量接收器接收的上述出射光光强，测量光源发出的上述入射光光强，计算出射光光强值与入射光光强值的比值，即得到随镀片的反射率。

作为优化，所述光源发出的入射光光路Ⅰ0一部分经过随镀片上表面反射形成反射光光路R1，反射光光路R1进入接收器被接收器接收，光源发出的入射光光路Ⅰ0另一部分光经过随镀片折射进入随镀片内部形成折射光光路Ⅰ1。

作为优化，所述折射光光路Ⅰ1到达随镀片与折射率匹配液分界面，折射光光路Ⅰ1一部分光经过随镀片与折射率匹配液分界面反射，再经过随镀片上表面折射形成反射光光路R2，反射光光路R2进入接收器被接收器接收，折射光光路Ⅰ1另一部分光经过随镀片与折射率匹配液分界面再次折射进入折射率匹配液内部形成折射光光路Ⅰ2。

作为优化，所述折射光光路Ⅰ2到达折射率匹配液与平板玻璃分界面，折射光光路Ⅰ2一部分光经过折射率匹配液与平板玻璃分界面反射，再经过折射率匹配液与随镀片分界面折射，最后经过随镀片上表面折射形成反射光光路R3，反射光光路R3进入接收器被接收器接收，折射光光路Ⅰ2另一部分光经过折射率匹配液与平板玻璃分界面折射再次进入平板玻璃内部形成折射光光路Ⅰ3。

作为优化，所述折射光光路Ⅰ3到达平板玻璃下表面，经过平板玻璃下表面反射，再依次经过平板玻璃与折射率匹配液分界面折射、折射率匹配液与随镀片分界面折射、随镀片上表面折射形成反射光光路R4，所述光路R4 发生位置平移，偏离接收器接收范围。

作为优化，将调配好的所述折射率匹配液放置在随镀片与平板玻璃之间，并保证且随镀片与平板玻璃之间无气泡存在，随镀片与平板玻璃固定安装在治具上端面，治具安装与分光光度计测试光路中。

一种镜片反射率测量装置，包括分光光度计、治具以及至少由待测随镀片、平板玻璃、位于平板玻璃与待测随镀片之间的折射率匹配液所构成的待测组合物；

所述分光光度计包括光源和接收器，所述光源用于发射入射光，所述接收器用于接收经过待测组合物反射和折射后的出射光；

所述治具安装在分光光度计测试光路中，用于固定待测随镀片和平板玻璃；

所述折射率匹配液设置在随镀片和平板玻璃之间。

作为优化，所述折射率匹配液的折射率与随镀片的折射率相同或相近。

作为优化，所述分光光度计的接收器接收到的出射光光包括三路光线，分别为随镀片上表面的反射光光路R1、随镀片下表面与折射率匹配液分界面上的反射光光路R2和折射率匹配液与平板玻璃分界面上的反射光光路R3。

作为优化，所述折射率匹配液包括以下重量份数的原料：丙三醇1-99.9 份和表面活性剂0.1-99份。

本发明的技术效果：

与现有技术相比，本发明的一种镜片反射率测量装置，结构简单，无需对随镀片进行在加工，无需增大随镀片尺寸，通过在随镀片与平板玻璃之间增加特定的折射率匹配液，利用随镀片、折射率匹配液和平板玻璃组合，实现对随镀片反射率的测量，设计巧妙，并且本发明的镜片反射率测量方法，有效避免现有技术中单一检测随镀片时，光在随镀片内部传播到达第二反射面后发生的反射光进入分光光度计中，本发明方法和装置中加入折射率匹配液和第二层的平板玻璃，实现折射光多次折射后再从随镀片折射出去，第二层的平板玻璃第二层表面的反射光发生了位置平移，因此不会被接收器接收到，起到检测过程中滤光的作用，测量步骤简单，精度高，同时提高了测量的工作效率。

附图说明

图1为光学反射和折射原理图；

图2为本发明测量装置结构原理图；

图3为本发明测量方法的一个实施例；

其中，1光学玻璃、2第一反射面、3第二反射面、4光源、5接收器、6 入射光路、7出射光路、8随镀片、9折射率匹配液、10平板玻璃、11治具。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例一

根据附图2和附图3，一种镜片反射率测量方法，特别是用来检测用于 AR或VR等成像设备的镜片反射率测量方法，包括以下步骤：

S1:选取与待测镜片具有相同膜系的随镀片；

将治具安装于分光光度计测试光路中；

将调配好的折射率匹配液放置在随镀片与平板玻璃之间，并使随镀片与平板玻璃之间无气泡存在，然后将随镀片与平板玻璃固定安装在治具上端面，随镀片、折射率匹配液和平板玻璃组成待测组合物；

调节治具旋转方向，使分光光度计光源发出的入射光经过反射后，被分光光度计接收器接收；

打开光源，光源发出的入射光经过测试组合物反射和折射后形成出射光，接收器接收的出射光包括三路光线，分别为随镀片上表面的反射光光路R1、随镀片下表面与折射率匹配液分界面上的反射光光路R2和折射率匹配液与平板玻璃分界面上的反射光光路R3；

测量接收器接收的上述出射光光强，测量光源发出的上述入射光光强，计算所述出射光光强值与入射光光强值的比值，即得到随镀片的反射率。

在本实施例中，如图3所示，通过在随镀片与平板玻璃之间放置一种与随镀片折射率相同或者相近似的液体，即本发明中的折射率匹配液，折射率匹配液为无色透明，不影响光线的传输，而且在随镀片与平板玻璃之间液体状态存在，折射率匹配液的厚度较小，对整个检测装置的尺寸不会造成影响，同时折射率匹配液的折射率与随镀片和平板玻璃的折射率相同或者相近似，分界面处折射光线不会产生角度变化，反射光线的光线强度较小，相当于整体为一种介质，所以在随镀片与折射率匹配液分界面以及平板玻璃与折射率匹配液分界面上的光大部分经过折射形成折射光，最终进入到平板玻璃，然而在平板玻璃与空气的分界面位置，会形成折射光和反射光，而且反射光占比较大，因此在接收器中吸收的光线中包括R1、R2和R3，其中R2和R3 光线强度较小，对测量镜片反射率影响较小，由于光线R4光线强度值较大，会对镜片反射率测量形成较大影响，因此通过上述方法合理将R4进行位置平移，接收器不会接收到R4光线，也就不会对测量形成影响。

所述光源发出的入射光光路Ⅰ0一部分经过随镀片上表面反射形成反射光光路R1，反射光光路R1进入接收器被接收器接收，光源发出的入射光光路Ⅰ0另一部分光经过随镀片折射进入随镀片内部形成折射光光路Ⅰ1。

如图3所示，所述折射光光路Ⅰ1到达随镀片与折射率匹配液分界面，折射光光路Ⅰ1一部分光经过随镀片与折射率匹配液分界面反射，再经过随镀片上表面折射形成反射光光路R2，反射光光路R2进入接收器被接收器接收，折射光光路Ⅰ1另一部分光经过随镀片与折射率匹配液分界面再次折射进入折射率匹配液内部形成折射光光路Ⅰ2。

其中折射光光路Ⅰ1一部分到达随镀片与空气分界面时，除了折射形成光路R2以外，也会继续产生反射，然后此处的光路Ⅰ1本身光强较小，再次经过反射后光强会继续减小，而且折射光光路Ⅰ1到达随镀片与空气分界面形成的反射光线，再经过一次反射和折射才能从随镀片与空气分界面射出，而通过光线位置平移，光线也超出了接收器的孔径范围，因此也不会形成影响。

如图3所示，所述折射光光路Ⅰ2到达折射率匹配液与平板玻璃分界面，折射光光路Ⅰ2一部分光经过折射率匹配液与平板玻璃分界面反射，再经过折射率匹配液与随镀片分界面折射，最后经过随镀片上表面折射形成反射光光路R3，反射光光路R3进入接收器被接收器接收，折射光光路Ⅰ2另一部分光经过折射率匹配液与平板玻璃分界面折射再次进入平板玻璃内部形成折射光光路Ⅰ3。

同样折射光光路Ⅰ2到达折射率匹配液与平板玻璃分界面时，经过反射后的光线到达随镀片与空气分界面，此时光线经过折射形成光路R3以外，还会形成反射，由于反射光线再次到达随镀片与折射率匹配液分界面反射，然后最后达到随镀片与空气分界面折射后射出，此时射出的光线应该位置平移已经超出了接收器孔径的接受范围，也不会对测量产生影响。

所述折射光光路Ⅰ3到达平板玻璃下表面，经过平板玻璃下表面反射，再依次经过平板玻璃与折射率匹配液分界面折射、折射率匹配液与随镀片分界面折射、随镀片上表面折射形成反射光光路R4，所述光路R4发生位置平移，偏离接收器接收范围。

实施例二

如图2所示，一种镜片反射率测量装置，包括分光光度计、折射率匹配液、平板玻璃和治具；

随镀片与待测镜片具有相同膜系；

所述分光光度计包括光源和接收器，所述光源用于发射入射光，所述接收器用于接收经过待测样品反射和折射后的出射光；

所述治具安装在分光光度计测试光路中，用于固定随镀片和平板玻璃；

所述折射率匹配液设置在随镀片和平板玻璃之间。

所述折射率匹配液的折射率与随镀片的折射率相同或相近。

折射率匹配液是特定折射率的液体，并且通不同成分的液体调配制成，根据待检测样品的材料，选择具有相同或者相近折射率的折射率匹配液，此处相近似折射率的折射率范围值前后不超过0.1，而且折射率匹配液是无色、无腐蚀性、透明，而且热稳定性良好，具有优良介电性能，通过相同或者相近似折射率的折射率匹配液，近似认为光在两种介质分界面折射后，入射角与折射角相同或相近似，不会产生角度的大变化，而分界面出的反射光则还会正常形成反射。

如图3所示，所述分光光度计的接收器接收到的出射光包括三路光线，分别为随镀片上表面的反射光光路R1、随镀片下表面与折射率匹配液分界面上的反射光光路R2和折射率匹配液与平板玻璃分界面上的反射光光路R3。

在图3中，光源产生的入射光经过随镀片上表面第一次折射后进入随镀片，进入随镀片后再达到随镀片与折射率匹配液分界面后，再次经过折射，然而折射率匹配液的折射率与随镀片的折射率相同或者相近似，则折射角也与入射角相同或者相近似，折射光线不会产生角度变化，则折射光线实际在图3中向右侧形成了位置偏移，见图3中的光线Ⅰ2，经过再次折射后的光线进入到折射率匹配液内部，到达折射率匹配液与平板玻璃分界面时，第三次经过折射，又由于折射率匹配液的折射率与随镀片的折射率相同或者相近似，则折射角也与入射角相同或者相近似，折射光线不会产生角度变化，则折射光线实际在图3中再次向右侧形成了位置偏移，见图3中光线Ⅰ3，光线Ⅰ3 到达平板玻璃下表面时，经过反射，反射后的光线则经过三次折射后，从随镀片上表面发出，即图3中的光线R4，光线R4在整个光线传输过程中经过了4次折射，因此就回产生四次位置向右平移，最后在R4光线射出后，形成了光线R4已经偏离了接收器的接收孔径范围，而且巧妙了将说明书背景技术中记载的第二反射面的光对测量镜片折射率的影响消除。

所述折射率匹配液包括以下重量份数的原料：丙三醇1-99.9份和表面活性剂0.1-99份。其中表面活性剂可选为：十二烷基苯磺酸钠，可根据不同的测量材料，配制相同或者相近似折射率的匹配液，达到与随镀片折射率匹配的目的，折射率匹配液根据不同成分配比进行调配。

在折光匹配的结算中引入匹配度σ的概念，

其中n_l是折射率匹配液的折射率，n_s是随镀片玻璃折射率。

如果将玻璃浸泡在液体内，分界面上的剩余反射率R和σ的关系为：

σ为已知，从公式中可以得出，最佳的匹配是σ＝1时，当其大于1或者小于1都会产生剩余反射，若匹配度在0.91＜σ＜0.99范围内，则匹配后的剩余反射率在2.7×10^-3＜R＜2.5×10^-5范围，匹配液的折射率与随镀片玻璃越来越近，剩余反射率越小，测试数值越准确。

根据图3所示，在反射率测试中，分光光度计接收到的反射光由以下部分组成：

1、来自随镀片第一表面的表面反射光R1，其反射率值为R₀₁；

2、来自随镀片第二面与折射率匹配液分界面上的反射光R2，其反射率值为R₀₂；

3、来自折射率匹配液与平板玻璃第一面分界面上的反射光R3，其反射率值为R₀₃；

最终经过平板玻璃第二面反射的光由于位置发生平移，错过接收器的孔径，传输至分光光度计内部被吸收掉，因此，分光光度计接收到的反射光包括R1、R2和R3，那么通过检测后的随镀片的反射率值为：

实施例三

以某VR产品所用镜片为例，该镜片材料为EP6000，随镀片厚度为3mm，折射率为n_s＝1.64，所选的折射率匹配液的折射率为n_l＝1.63，需要测试的最大反射角度为θ＝75°，平板玻璃与随镀片材料相同，厚度为18mm，通过实施例 1中测量方法和实施例2中的测量装置，对该镜片反射率进行测量，设为实验组；

同样，以某VR产品所用镜片为例，该镜片材料为EP6000，随镀片厚度为3mm，折射率为n_s＝1.64，需要测试的最大反射角度为θ＝75°，通过现有技术中单度对镜片反射率进行测量，无折射率匹配液和平板玻璃，设为对照组；

实验组测量数据：其中根据实验组中的条件，通过实施例2中剩余反射率结算公式计算后，最终得出随镀片的反射率为：

对照组测量数据：不设置折射率匹配液和平板玻璃，则随镀片上下两个表面均与空气接触，可以将空气视为一种特殊的“匹配液”，空气的折射率为 1，则

那么在随镀片第二表面与空气分界面上的剩余反射率为：

因此通过对照组测量的随镀片的反射率为：

结论：通过上述计算能够得出，实验组的测量数量要明显更加精准，对照组中的测量数据对镜片反射率的真实值影响较大，在光学测量领域来说，来自第二面的反射率高达6％的影响，严重影响了测试结果，而本发明实验组中通过实验数据已经证明了，其反射光对测量结果影响较小，可以忽略不计，更加接近镜片的真实反射率值。

综上所述仅为本发明较佳的实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化及修饰，皆应属于本发明的技术范畴。

Claims (9)

1.一种镜片反射率测量方法，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：

S1：选取与待测镜片具有相同膜系的随镀片；

S2:将至少由随镀片、平板玻璃、位于平板玻璃与随镀片之间的折射率匹配液构成的待测组合物放入分光光度计的光路中，使分光光度计的光源发出的入射光经过待测组合物反射和折射后，被分光光度计的接收器接收；

S3：打开分光光度计的光源，光源发出的入射光经过待测组合物反射和折射后形成出射光，接收器接收的出射光包括三路光线，分别为随镀片上表面的反射光光路R1、随镀片下表面与折射率匹配液分界面上的反射光光路R2和折射率匹配液与平板玻璃分界面上的反射光光路R3；

测量接收器接收的上述出射光光强，测量光源发出的上述入射光光强，计算出射光光强值与入射光光强值的比值，即得到随镀片的反射率。

2.根据权利要求1所述的一种镜片反射率测量方法，其特征在于：所述光源发出的入射光光路Ⅰ0一部分经过随镀片上表面反射形成反射光光路R1，反射光光路R1进入接收器被接收器接收，光源发出的入射光光路Ⅰ0另一部分光经过随镀片折射进入随镀片内部形成折射光光路Ⅰ1。

3.根据权利要求2所述的一种镜片反射率测量方法，其特征在于：所述折射光光路Ⅰ1到达随镀片与折射率匹配液分界面，折射光光路Ⅰ1一部分光经过随镀片与折射率匹配液分界面反射，再经过随镀片上表面折射形成反射光光路R2，反射光光路R2进入接收器被接收器接收，折射光光路Ⅰ1另一部分光经过随镀片与折射率匹配液分界面再次折射进入折射率匹配液内部形成折射光光路Ⅰ2。

4.根据权利要求3所述的一种镜片反射率测量方法，其特征在于：所述折射光光路Ⅰ2到达折射率匹配液与平板玻璃分界面，折射光光路Ⅰ2一部分光经过折射率匹配液与平板玻璃分界面反射，再经过折射率匹配液与随镀片分界面折射，最后经过随镀片上表面折射形成反射光光路R3，反射光光路R3进入接收器被接收器接收，折射光光路Ⅰ2另一部分光经过折射率匹配液与平板玻璃分界面折射再次进入平板玻璃内部形成折射光光路Ⅰ3。

5.根据权利要求4所述的一种镜片反射率测量方法，其特征在于：所述折射光光路Ⅰ3到达平板玻璃下表面，经过平板玻璃下表面反射，再依次经过平板玻璃与折射率匹配液分界面折射、折射率匹配液与随镀片分界面折射、随镀片上表面折射形成反射光光路R4，所述光路R4发生位置平移，偏离接收器接收范围。

6.根据权利要求1所述的一种镜片反射率测量方法，其特征在于：将所述折射率匹配液放置在随镀片与平板玻璃之间，使随镀片与平板玻璃之间无气泡存在。

7.一种镜片反射率测量装置，其特征在于：包括分光光度计、治具以及至少由随镀片、平板玻璃、位于平板玻璃与待测随镀片之间的折射率匹配液所构成的待测组合物；

随镀片与待测镜片具有相同膜系；

所述分光光度计包括光源和接收器，所述光源用于发射入射光，所述接收器用于接收经过待测组合物反射和折射后的出射光；

所述分光光度计的接收器接收到的出射光包括三路光线，分别为随镀片上表面的反射光光路R1、随镀片下表面与折射率匹配液分界面上的反射光光路R2和折射率匹配液与平板玻璃分界面上的反射光光路R3；

所述治具安装在分光光度计测试光路中，用于固定待测随镀片和平板玻璃；

所述折射率匹配液设置在待测随镀片和平板玻璃之间。

8.根据权利要求7所述的一种镜片反射率测量装置，其特征在于：所述折射率匹配液的折射率与随镀片的折射率相同或相近。

9.根据权利要求7所述的一种镜片反射率测量装置，其特征在于：所述折射率匹配液包括以下重量份数的原料：丙三醇1-99.9份和表面活性剂0.1-99份。

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