CN110567685A - 一种镜片折射率检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种镜片折射率检测装置，其特征在于：包括光源模块、镜片中心物理厚度检测模块和镜片中心光学厚度检测模块，所述光源模块包括用于输出准直光束的第一光源组件和第二光源组件、第一合光组件、以及聚焦组件，所述镜片中心物理厚度检测模块包括第一成像组件和第二成像组件，所述镜片中心光学厚度检测模块包括第一光电探测组件、第二光电探测组件、分光组件、部分反射镜、可移动反射镜。该镜片折射率检测装置操作简单、在线快速无损检测、且对非球面镜片、柱面镜片等非规则面型镜片及成品镜片也适用。另外还提供一种镜片折射率检测方法。

Description

一种镜片折射率检测装置及方法
技术领域
本发明涉及光学透镜参数检测技术领域，具体涉及一种镜片折射率检测装置及方法。
背景技术
折射率参数是光学透镜的一个重要参数指标，为了确保光学系统有很好的成像质量，需要精确测量光学材料的折射率。目前高精度测量光学玻璃材料的折射率是通过最小偏向角法进行检测，但最小偏向角法进行检测的前提是需要将待测的光学玻璃制作成一个三棱镜，进行光折射，同时需要精确检测三棱镜的相关角度。因此最小偏向角法检测光学玻璃材料的折射率是一种直接检测的方式，它存在以下技术问题：1、需要破坏光学元件，这样必然不适用于成品镜片的检测；2、棱镜制作难度大，周期长，且针对不同批次、不同材料的光学玻璃，需要分别制作相应的棱镜，检测效率较低；3、测试时采用的是三棱镜，因此不适用于非球面镜片、柱面镜片等非规则面型的镜片的检测。最小偏向角法比较适用于玻璃制造商对同一批次的原材料玻璃进行检测，而不适用于对成品镜片进行在线高精度检测，例如对眼镜片的折射率检测，需要在不知道光学元件材料的情况下，且不破坏光学元件本身，来实现其折射率检测，进而确定其材料属性。
目前针对成品镜片的折射率检测方法主要有2种：一种是根据光焦度公式进行逆向计算，即利用机械精密测量方法测定其前后表面曲率、中心厚度和镜片光焦度，根据光焦度公式计算其波长折射率，该方法操作复杂、难度大，难以保证测量精度，且不适用于非球面镜片测量；另外一种方法是改变“环境”折射率方法，即通过改变与透镜前后表面接触介质的折射率，如将镜片置于已知折射率的溶液中，或在镜片前后表面贴附已知折射率的柔性介质，分别检测镜片在空气中和在溶液中的光焦度，根据光焦度的变化和溶液的折射率可计算得到镜片的折射率，该方法同样操作复杂，检测难度大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种操作简单、在线快速无损检测、且对非球面镜片、柱面镜片等非规则面型镜片及成品镜片也适用的镜片折射率检测装置。
本发明的技术解决方案是：一种镜片折射率检测装置，其特征在于：包括光源模块、镜片中心物理厚度检测模块和镜片中心光学厚度检测模块，所述光源模块包括用于输出准直光束的第一光源组件和第二光源组件、第一合光组件、以及聚焦组件，所述镜片中心物理厚度检测模块包括第一成像组件和第二成像组件，所述镜片中心光学厚度检测模块包括第一光电探测组件、第二光电探测组件、分光组件、部分反射镜、可移动反射镜，所述第二光电探测组件、部分反射镜、分光组件、聚焦组件、第一合光组件沿第一光轴方向由前至后依次设置，所述可移动反射镜设置在分光组件的一侧，所述第一光电探测组件设置在分光组件的另一侧，所述聚焦组件的焦面位于分光组件与部分反射镜之间用于放置被测镜片，所述第一成像组件和第二成像组件分别设置在被测镜片的上方和下方，所述第一光源组件和第二光源组件输出的准直光束均通过第一合光组件后沿第一光轴方向传输，所述第一光源组件沿第一光轴方向传输的准直光束由聚焦组件在被测镜片处聚焦，同时被测镜片上、下表面产生散射光斑并被第一成像组件和第二成像组件检测，所述第一光源组件聚焦后的光束还经部分反射镜透射到第二光电探测组件中，所述第二光源组件沿第一光轴方向传输的光束经分光组件分为两束，一束投射到可移动反射镜上并由可移动反射镜反射而原路返回，进一步通由分光组件透射到第一光电探测组件中，另一束投射到部分反射镜上并由部分反射镜反射而原路返回，也经由分光组件反射到第一光电探测组件中,两束返回的光束进入到第一光电探测组件中用于检测干涉现象。
本发明镜片折射率检测装置工作原理如下：
在放入被测镜片之前，关闭第二光源组件，打开第一光源组件，第一光源组件发出的准直光束经聚焦组件和部分反射镜透射到第二光电探测组件中，由第二光电探测组件监测投射进来的光束的光斑中心位置，并作为后续被测镜片位置调整的参考位置；放入被测镜片，由第二光电探测组件监测投射进来的光束的实际光斑中心位置，并与之前得到的参考位置进行对比，根据两者的偏差来指导用户调整被测镜片的位置，当实际光斑中心位置与参考位置重合时，被测镜片中心与光路中心重合，即完成被测镜片的位置调整；同时，第一光源组件发出的准直光束经由聚焦组件在被测镜片处聚焦，并在被测镜片上、下表面产生光散射,由第一成像组件和第二成像组件分别对被测镜片上、下表面散射光成像,实现被测镜片上、下表面散射光斑空间高度测定,而被测镜片上、下表面散射光斑空间高度差即为镜片中心物理厚度D0；关闭第一光源组件，打开第二光源组件，第二光源组件发出的光束经分光组件分为两束，一束投射到可移动反射镜上并由可移动反射镜反射而原路返回，另一束投射到部分反射镜上并由部分反射镜反射而原路返回，两束返回的光束均通过分光组件进入到第一光电探测组件中，移动可移动反射镜至适当位置，即第二光源组件发出的光束到可移动反射镜的光程与到部分反射镜的光程完全相等时，可移动反射镜反射回来的光束和部分反射镜反射回来的光束将在第一光电探测组件中发生干涉现象，在放入被测镜片前，记录第一光电探测组件中出现干涉现象时可移动反射镜的位置d1，并在放入被测镜片后，重新调整可移动反射镜的位置并记录第一光电探测组件中再次出现干涉现象时可移动反射镜的位置d2，d2与d1的差值与镜片中心光学厚度相关；然后根据镜片中心物理厚度D0和镜片中心光学厚度相关参数d1、d2，来计算被测镜片的折射率，计算公式为：
采用上述结构后，本发明具有以下优点：
本发明镜片折射率检测装置是通过检测聚焦光束在被测镜片上、下表面产生的散射光斑的空间高度差及干涉现象来获取计算折射率的相关参数，无需制作棱镜，也无需对棱镜的相关角度进行检测，操作更方便，并且缩短了检测周期，可以实现在线快速检测；无需制作棱镜，就不会破坏待测的光学元件，因此也非常适用于成品镜片的检测；并且散射光斑的空间高度差及干涉现象的检测，也适用于非球面镜片、柱面镜片等非规则面型镜片。
作为优选，所述第一合光组件包括一半透半反的第一分光片，所述第一光源组件设置在第一分光片的后方，且其输出的准直光束沿第一光轴方向投射到第一分光片上后发生透射，所述第二光源组件设置在第一分光片的一侧，且其输出的准直光束沿与第一光轴方向相垂直的第二光轴方向投射到第一分光片上后发生反射，当第二光源组件设置在第一分光片的右侧时，所述第一分光片的侧面与第二光轴方向的夹角为45°，当第二光源组件设置在第一分光片的左侧时，所述第一分光片的侧面与第二光轴方向的夹角为135°。该第一合光组件结构简单，使得第一光源组件和第二光源组件输出的准直光束只需经过一次透射或一次反射即可沿第一光轴方向传输，光束的能量损耗小，有利于检测的准确可靠进行。
作为优选，所述第一光源组件包括一半导体激光器，所述半导体激光器设置在第一分光片的后方，且其输出的准直光束沿第一光轴方向投射到第一分光片上后发生透射。半导体激光器体积小、重量轻、运转可靠、耗电少、效率高。
作为优选，所述第二光源组件包括一个或多个单色LED测试光源，所述各单色LED测试光源的前方设有一透光孔，所述各透光孔的前方各设有一准直透镜，所述各单色LED测试光源均设置在对应的准直透镜的后焦点上，用于将各单色LED测试光源透过透光孔发出的光束经由准直透镜后变为准直光束，所述单色LED测试光源的数量为1个时，其输出的准直光束沿与第一光轴方向相垂直的第二光轴方向投射到第一分光片上，所述单色LED测试光源的数量为2个及以上时，所述第二光源组件还包括一设置在准直透镜前方的第二合光组件，用于将各单色LED测试光源经准直透镜后输出的不同方向上的准直光束经第二合光组件后均沿与第一光轴方向相垂直的第二光轴方向投射到第一分光片上。单色LED测试光源成本低、能耗小、使用更安全；设置一个单色LED测试光源，成本低，结构简单；设置多个单色LED测试光源，可测定被测镜片在多个波长处的折射率；将单色LED测试光源转换为准直光束，可使光路耦合更可靠；将各单色LED测试光源输出的准直光束通过第二合光组件转换到同一光路上，可简化结构，进一步提高光路耦合的可靠性。
作为优选，所述单色LED测试光源的数量为1个，所述第一分光片的中心、准直透镜的中心、透光孔的中心和单色LED测试光源的中心均位于与第一光轴方向相垂直的第二光轴方向上。该设置结构简单，且可使单个单色LED测试光源发出的准直光束能沿与第一光轴方向相垂直的第二光轴方向投射到第一分光片上。
作为优选，所述单色LED测试光源的数量为3个，分别为第一单色LED测试光源、第二单色LED测试光源和第三单色LED测试光源，所述第一、第二、第三单色LED测试光源分别发出青光、黄光、红光，所述第一单色LED测试光源的中心、与其对应的第一透光孔的中心和第一准直透镜的中心、以及第一分光片的中心均位于与第一光轴方向相垂直的第二光轴方向上，所述第二合光组件包括设置在第一准直透镜与第一分光片之间的一半透半反的第二分光片、以及设置在第一分光片与第二分光片之间的一半透半反的第三分光片，所述第二单色LED测试光源的中心、与其对应的第二透光孔的中心和第二准直透镜的中心、以及第二分光片的中心均位于与第二光轴方向相垂直的第三光轴方向上，所述第三单色LED测试光源的中心、与其对应的第三透光孔的中心和第三准直透镜的中心、以及第三分光片的中心均位于与第二光轴方向相垂直的第四光轴方向上，当第二单色LED测试光源/第三单色LED测试光源位于第二光轴方向的上方时，所述第二分光片/第三分光片与第二光轴方向的夹角为45°，当第二单色LED测试光源/第三单色LED测试光源位于第二光轴方向的下方时，所述第二分光片/第三分光片与第二光轴方向的夹角为135°。该设置结构简单、不仅可测定被测镜片在多个波长处的折射率，而且可根据计算得到的三种不同波长的折射率，计算色散系数。
作为优选，所述第一成像组件和第二成像组件均为一带斜像镜头的相机，所述斜像镜头的光轴方向相对第一光轴方向的夹角α与斜像镜头的光轴方向相对相机的成像芯片平面的夹角β，满足成像镜头倾斜成像的物象共轭关系。斜像镜头成像效果更好，采集的图像更准确。
作为优选，所述分光组件包括一半透半反的第四分光片，所述第一光电探测组件的中心、第四分光片的中心和可移动反射镜的中心均位于与第一光轴方向相垂直的第五光轴方向上，当可移动反射镜位于第四分光片的左侧时，所述第四分光片的侧面与第五光轴方向的夹角为45°，当可移动反射镜位于第四分光片的右侧时，所述第四分光片的侧面与第五光轴方向的夹角为135°。该分光组件结构简单，且能方便可靠地实现干涉现象。
本发明要解决的另一技术问题是：提供一种操作简单、在线快速无损间接检测、且对非球面镜片、柱面镜片等非规则面型镜片及成品镜片也适用的镜片折射率检测方法。
本发明的另一技术解决方案是：一种镜片折射率检测方法，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)关闭第二光源组件，打开第一光源组件，由第二光电探测组件监测第一光源组件的光束的光斑中心位置，并将其作为参考位置；
(2)关闭第一光源组件，打开第二光源组件，由第一光电探测组件检测干涉现象，并记录第一光电探测组件中出现干涉现象时可移动反射镜的位置d1；
(3)关闭第二光源组件，插入被测镜片，打开第一光源组件，由第二光电探测组件监测第一光源组件的光束的实际光斑中心位置，并与步骤(1)中得到的参考位置进行对比，根据两者的偏差来指导用户调整被测镜片的位置，当第一光源组件的光束的实际光斑中心位置与参考位置重合时，被测镜片中心与光路中心重合，完成被测镜片的位置调整；
(4)由第一成像组件和第二成像组件分别对被测镜片上、下表面散射光成像,实现被测镜片上、下表面散射光斑空间高度测定,而被测镜片上、下表面散射光斑空间高度差即为镜片中心物理厚度D0；
(5)关闭第一光源组件，打开第二光源组件，重新调整可移动反射镜的位置并记录第一光电探测组件中再次出现干涉现象时可移动反射镜的位置d2；
(6)根据镜片中心物理厚度D0和镜片中心光学厚度相关参数d1、d2，来计算被测镜片的折射率，计算公式为：
采用上述方法后，本发明具有以下优点：
本发明镜片折射率检测方法是通过检测聚焦光束在被测镜片上、下表面产生的散射光斑的空间高度差及干涉现象来获取计算折射率的相关参数，无需制作棱镜，也无需对棱镜的相关角度进行检测，操作更方便，并且缩短了检测周期，可以实现在线快速检测；无需制作棱镜，就不会破坏待测的光学元件，因此也非常适用于成品镜片的检测；并且散射光斑的空间高度差及干涉现象的检测，也适用于非球面镜片、柱面镜片等非规则面型镜片。
本发明要解决的再一技术问题是：提供一种操作简单、在线快速无损检测、能检测多个波长处的折射率和色散系数、并对非球面镜片、柱面镜片等非规则面型镜片及成品镜片也适用的镜片折射率检测方法。
本发明的再一技术解决方案是：一种镜片折射率检测方法，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)关闭第二光源组件，打开第一光源组件，由第二光电探测组件监测第一光源组件的光束的光斑中心位置，并将其作为参考位置；
(2)关闭第一光源组件，依次打开第一单色LED测试光源、第二单色LED测试光源和第三单色LED测试光源，所述第一、第二、第三单色LED测试光源分别发出青光、黄光、红光，同一时刻仅有一个单色LED测试光源被打开，针对各单色LED测试光源，由第一光电探测组件分别检测干涉现象，并记录第一光电探测组件中分别出现干涉现象时可移动反射镜的位置d11、d12、d13；
(3)关闭所有的单色LED测试光源，插入被测镜片，打开第一光源组件，由第二光电探测组件监测第一光源组件的光束的实际光斑中心位置，并与步骤(1)中得到的参考位置进行对比，根据两者的偏差来指导用户调整被测镜片的位置，当第一光源组件的光束的实际光斑中心位置与参考位置重合时，被测镜片中心与光路中心重合，完成被测镜片的位置调整；
(4)由第一成像组件和第二成像组件分别对被测镜片上、下表面散射光成像,实现被测镜片上、下表面散射光斑空间高度测定,而被测镜片上、下表面散射光斑空间高度差即为镜片中心物理厚度D0；
(5)关闭第一光源组件，再依次打开第一单色LED测试光源、第二单色LED测试光源和第三单色LED测试光源，同一时刻，只有一个单色LED测试光源被打开，并分别在上述三种情况下，重新调整可移动反射镜的位置并记录第一光电探测组件中再次出现干涉现象时可移动反射镜的位置d21、d22、d23；
(6)根据镜片中心物理厚度D0和镜片中心光学厚度相关参数d11、d12、d13、d21、d22、d23，来计算被测镜片在不同波长处的折射率nF、nd和nC，计算公式为： 再根据折射率nF、nd和nC，计算色散系数，计算公式为：
采用上述方法后，本发明具有以下优点：
本发明镜片折射率检测方法是通过检测聚焦光束在被测镜片上、下表面产生的散射光斑的空间高度差及干涉现象来获取计算折射率的相关参数，无需制作棱镜，也无需对棱镜的相关角度进行检测，操作更方便，并且缩短了检测周期，可以实现在线快速检测；无需制作棱镜，就不会破坏待测的光学元件，因此也非常适用于成品镜片的检测；并且散射光斑的空间高度差及干涉现象的检测，也适用于非球面镜片、柱面镜片等非规则面型镜片；另外该检测方法不仅检测了多个波长处的折射率，而且还根据三个波长处的折射率，获取到了色散系数，检测功能更强大。
附图说明：
图1为实施例1中的镜片折射率检测装置；
图2为实施例3中的镜片折射率检测装置；
图3为成像镜头倾斜成像的物象共轭关系图；
图中：1-第一光源组件，2-第二光源组件，3-第一合光组件，4-聚焦组件，5-第一成像组件，6-第二成像组件，7-第一光电探测组件，8-第二光电探测组件，9-分光组件，10-部分反射镜，11-可移动反射镜，12-被测镜片，13-单色LED测试光源，13-1-第一单色LED测试光源，13-2-第二单色LED测试光源，13-3-第三单色LED测试光源，14-透光孔，14-1-第一透光孔，14-2-第二透光孔，14-3-第三透光孔，15-准直透镜，15-1-第一准直透镜，15-2-第二准直透镜，15-3-第三准直透镜，16-斜像镜头，17-相机，18-镜架，19-第二合光组件，20-半导体激光器，21-第一分光片，22-第二分光片，23-第三分光片，24-第四分光片，25-第一光轴方向，26-第二光轴方向，27-第三光轴方向，28-第四光轴方向，29-第五光轴方向，30-物平面，31-像平面。
具体实施方式
下面结合附图，并结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1：
一种镜片折射率检测装置，包括光源模块、镜片中心物理厚度检测模块和镜片中心光学厚度检测模块，所述光源模块包括用于输出准直光束的第一光源组件1和第二光源组件2、第一合光组件3、以及聚焦组件4，所述镜片中心物理厚度检测模块包括第一成像组件5和第二成像组件6，所述镜片中心光学厚度检测模块包括第一光电探测组件7、第二光电探测组件8、分光组件9、部分反射镜10、可移动反射镜11，所述第二光电探测组件8、部分反射镜10、分光组件9、聚焦组件4、第一合光组件3沿第一光轴方向25由前至后依次设置，所述可移动反射镜11设置在分光组件9的一侧，所述第一光电探测组件7设置在分光组件9的另一侧，所述聚焦组件4的焦面位于分光组件9与部分反射镜10之间用于放置被测镜片12，所述第一成像组件5和第二成像组件6分别设置在被测镜片12的上方和下方，所述第一光源组件1和第二光源组件2输出的准直光束均通过第一合光组件3后沿第一光轴方向25传输，所述第一光源组件1沿第一光轴方向25传输的准直光束由聚焦组件4在被测镜片12处聚焦，同时被测镜片12上、下表面产生散射光斑并被第一成像组件5和第二成像组件6检测，所述第一光源组件1聚焦后的光束还经部分反射镜10透射到第二光电探测组件8中，所述第二光源组件2沿第一光轴方向25传输的光束经分光组件9分为两束，一束投射到可移动反射镜11上并由可移动反射镜11反射而原路返回，进一步通由分光组件9透射到第一光电探测组件7中，另一束投射到部分反射镜10上并由部分反射镜10反射而原路返回，也经由分光组件9反射到第一光电探测组件7中,两束返回的光束进入到第一光电探测组件7中用于检测干涉现象。
所述第一合光组件3包括一半透半反的第一分光片21，所述第一光源组件1设置在第一分光片21的后方，且其输出的准直光束沿第一光轴方向25投射到第一分光片21上后发生透射，所述第二光源组件2设置在第一分光片21的一侧，且其输出的准直光束沿与第一光轴方向25相垂直的第二光轴方向26投射到第一分光片21上后发生反射，本实施例中，所述第二光源组件2设置在第一分光片21的右侧，所述第一分光片21的侧面与第二光轴方向26的夹角为45°，当然第二光源组件2也可以设置在第一分光片21的左侧，这样第一分光片21的侧面与第二光轴方向26的夹角为135°。该第一合光组件3结构简单，使得第一光源组件2和第二光源组件1输出的准直光束只需经过一次透射或一次反射即可沿第一光轴方向传输，光束的能量损耗小，有利于检测的准确可靠进行。
所述第一光源组件1包括一半导体激光器20，所述半导体激光器20设置在第一分光片21的后方，且其输出的准直光束沿第一光轴方向25投射到第一分光片21上后发生透射。半导体激光器20体积小、重量轻、运转可靠、耗电少、效率高。
所述第二光源组件2包括一个单色LED测试光源13，所述单色LED测试光源13可为贴片封装形式，该单色LED测试光源13可以是530nm或者540nm的绿光，也可以是450nm或者480nm的蓝光，也可以是610nm或者630nm的红光等，单色LED测试光源13是哪个波长，就可以测试哪个波长处的折射率，所述单色LED测试光源13的前方设有一透光孔14，所述透光孔14的前方设有一准直透镜15，所述单色LED测试光源13设置在对应的准直透镜15的后焦点上，用于将单色LED测试光源13透过透光孔14发出的光束经由准直透镜15后变为准直光束，所述单色LED测试光源13输出的准直光束沿与第一光轴方向25相垂直的第二光轴方向26投射到第一分光片21上；所述第一分光片21的中心、准直透镜15的中心、透光孔14的中心和单色LED测试光源13的中心均位于与第一光轴方向25相垂直的第二光轴方向26上。单色LED测试光源成本低、能耗小、使用更安全；设置一个单色LED测试光源，成本低，结构简单；将单色LED测试光源转换为准直光束，可使光路耦合更可靠；将各单色LED测试光源输出的准直光束通过第二合光组件转换到同一光路上，可简化结构，进一步提高光路耦合的可靠性。
所述聚焦组件4包括一聚焦透镜。该聚集组件4结构简单。
所述第一成像组件5和第二成像组件6均为一带斜像镜头16的相机17，所述斜像镜头16的光轴方向相对第一光轴方向25的夹角与斜像镜头16的光轴方向相对相机17的成像芯片平面的夹角，满足成像镜头倾斜成像的物象共轭关系，如图3所示，30代表物平面，31代表像平面，像平面即第一成像组件5或第二成像组件6的成像芯片平面，第一光源组件1输出的聚焦光束在被测镜片12上、下表面产生的散射光，经由两个斜像镜头16分别在两个相机17中的成像芯片平面上聚焦成像，第一成像组件5用于测定第一光源组件1的聚焦光束与被测镜片12上表面交点的空间高度，第二成像组件6用于测定第一光源组件1的聚焦光束与被测镜片12下表面交点的空间高度，上、下表面交点的空间高度差即为镜片中心物理厚度D0。斜像镜头16成像效果更好，采集的图像更准确。
所述分光组件9包括一半透半反的第四分光片24，所述第一光电探测组件7的中心、第四分光片24的中心和可移动反射镜11的中心均位于与第一光轴方向25相垂直的第五光轴方向29上，本实施例中，所述可移动反射镜11位于第四分光片24的右侧，所述第四分光片24的侧面与第五光轴方向29的夹角为135°，当然可移动反射镜11也可位于第四分光片24的左侧，这样第四分光片24的侧面与第五光轴方向29的夹角为45°。该分光组件9结构简单，且能方便可靠地实现干涉现象。
所述第一光电探测组件7为一面阵相机17、线阵相机17或者光电二极管。该第一光电探测组件7探测效果好。
所述第二光电探测组件8为一位置敏感探测器或面阵相机17。该第二光电探测组件8探测效果好。
所述可移动反射镜11还可由电机驱动使其自动移动。该设置可实现可移动反射镜11的自动移动，使用更方便，移动更精确。
所述镜片通过镜架18固定。该设置可使被测镜片稳定固定。
本实施例中，所述半导体激光器20输出的准直光束的直径小于3mm，例如1.5mm，波长大于650nm；所述单色LED测试光源13的光谱宽度为10nm～50nm，中心波长为546nm；所述透光孔14的直径小于0.5mm，优选透光孔14的直径小于0.2mm，例如0.15mm；所述透光孔14与单色LED测试光源13的距离小于0.5mm；所述准直透镜15的焦距大于50mm，优选准直透镜15的焦距大于100mm；所述聚焦透镜的焦距大于50mm，优选聚焦透镜的焦距大于100mm；所述第四分光片24对单色LED测试光源13的光束的透射反射比为1:1,对于半导体激光器20的光束透射率大于反射率；所述部分反射镜10上表面为分光膜，对于大于650nm的波长光透射率大于80％，对于小于640nm的波长光反射率大于80％，因此部分反射镜10对半导体激光器20的光透射率大于80％，对单色LED测试光源13的光反射率大于80％，所述部分反射镜10下表面为全光谱增透膜，对于450nm-800nm的波长光反射率小于2％；所述第二光电探测组件8到部分反射镜10的距离小于30mm。
本实施例镜片折射率检测装置工作原理如下：
在放入被测镜片12之前，关闭第二光源组件2,打开第一光源组件1，第一光源组件1发出的准直光束经聚焦组件4和部分反射镜10透射到第二光电探测组件8中，由第二光电探测组件8监测投射进来的光束的光斑中心位置，并作为后续被测镜片12位置调整的参考位置；放入被测镜片12，由第二光电探测组件8监测投射进来的光束的实际光斑中心位置，并与之前得到的参考位置进行对比，根据两者的偏差来指导用户调整被测镜片12的位置，当实际光斑中心位置与参考位置重合时，被测镜片12中心与光路中心重合，即完成被测镜片12的位置调整；同时，第一光源组件1发出的准直光束经由聚焦组件4在被测镜片12处聚焦，并在被测镜片12上、下表面产生光散射,由第一成像组件5和第二成像组件6分别对被测镜片12上、下表面散射光成像,实现被测镜片12上、下表面散射光斑空间高度测定,而被测镜片12上、下表面散射光斑空间高度差即为镜片中心物理厚度D0；关闭第一光源组件1，打开第二光源组件2，第二光源组件2发出的光束经分光组件9分为两束，一束投射到可移动反射镜11上并由可移动反射镜11反射而原路返回，另一束投射到部分反射镜10上并由部分反射镜10反射而原路返回，两束返回的光束均通过分光组件9进入到第一光电探测组件7中，移动可移动反射镜11至适当位置，即第二光源组件2发出的光束到可移动反射镜11的光程与到部分反射镜10的光程完全相等时，可移动反射镜11反射回来的光束和部分反射镜10反射回来的光束将在第一光电探测组件7中发生干涉现象，在放入被测镜片12前，记录第一光电探测组件7中出现干涉现象时可移动反射镜11的位置d1，并在放入被测镜片12后，重新调整可移动反射镜11的位置并记录第一光电探测组件7中再次出现干涉现象时可移动反射镜11的位置d2，d2与d1的差值与镜片中心光学厚度相关；然后根据镜片中心物理厚度D0和镜片中心光学厚度相关参数d1、d2，来计算被测镜片12的折射率，计算公式为：
本发明镜片折射率检测装置是通过检测聚焦光束在被测镜片12上、下表面产生的散射光斑的空间高度差及干涉现象来获取计算折射率的相关参数，无需制作棱镜，也无需对棱镜的相关角度进行检测，操作更方便，并且缩短了检测周期，可以实现在线快速检测；无需制作棱镜，就不会破坏待测的光学元件，因此也非常适用于成品镜片的检测；并且散射光斑的空间高度差及干涉现象的检测，也适用于非球面镜片、柱面镜片等非规则面型镜片。
实施例2：
一种镜片折射率检测方法，该方法是基于实施例1中的镜片折射率检测装置，它包括以下步骤：
(1)关闭第二光源组件2,打开第一光源组件1，由第二光电探测组件8监测第一光源组件1的光束的光斑中心位置，并将其作为参考位置；当无被测镜片12时，第一光源组件1发出的光束经由部分反射镜透射进入第二光电探测组件8中，且光束的实际光斑中心位置投射到第二光电探测组件8的中心位置处；
(2)关闭第一光源组件1，打开第二光源组件2，由第一光电探测组件7检测干涉现象，并记录第一光电探测组件7中出现干涉现象时可移动反射镜11的位置d1；
(3)关闭第二光源组件2，插入被测镜片12，打开第一光源组件1，由第二光电探测组件8监测第一光源组件1的光束的实际光斑中心位置，并与步骤(1)中得到的参考位置进行对比，根据两者的偏差来指导用户调整被测镜片12的位置，当第一光源组件1的光束的实际光斑中心位置与参考位置重合时，被测镜片12中心与光路中心重合，完成被测镜片12的位置调整；被测镜片12插入后，如果被测镜片12中心与光路中心不重合，则第一光源组件1发出的光束将发生偏折，投射到第二光电探测组件8上的光束的实际光斑中心位置将发生偏移，而被测镜片12中心与光路中心重合时，第一光源组件1发出的光束经被测镜片12后传播方向不变，光束的实际光斑中心位置仍投射到第二光电探测组件8的中心位置处；
(4)由第一成像组件5和第二成像组件6分别对被测镜片12上、下表面散射光成像,实现被测镜片12上、下表面散射光斑空间高度测定,而被测镜片12上、下表面散射光斑空间高度差即为镜片中心物理厚度D0；
(5)关闭第一光源组件1，打开第二光源组件2，重新调整可移动反射镜11的位置并记录第一光电探测组件7中再次出现干涉现象时可移动反射镜11的位置d2；
(6)根据镜片中心物理厚度D0和镜片中心光学厚度相关参数d1、d2，来计算被测镜片12的折射率，计算公式为：
实施例3：
本实施例的其他结构均与实施例1的结构相同，不同之处在于：
实施例1中只有一路单色LED测试光源13，只能检测一个波长处的折射率，而本实施例中增加了两路单色LED测试光源13，本实施例中设置第一、第二、第三单色LED测试光源13-1、13-2、13-3分别发出青光、黄光、红光，其对应的波长分别为486nm、589nm和656nm，从而可以测定被测镜片12在这3个波长处的折射率，分别为nF、nd和nC，半导体激光器20的波长大于680nm，通过计算得到的三个折射率，进一步计算其色散系数阿贝数，公式如下：
上述改进对应的区别技术特征如下：
所述第二光源组件2包括多个单色LED测试光源13，所述各单色LED测试光源13的前方设有一透光孔14，所述各透光孔14的前方各设有一准直透镜15，所述各单色LED测试光源13均设置在对应的准直透镜15的后焦点上，用于将各单色LED测试光源13透过透光孔14发出的光束经由准直透镜15后变为准直光束，所述第二光源组件2还包括设置在准直透镜15前方的一第二合光组件19，用于使各单色LED测试光源13经准直透镜15后输出的不同方向上的准直光束经第二合光组件19后均沿与第一光轴方向25相垂直的第二光轴方向26投射到第一分光片21上；所述单色LED测试光源13的数量为3个，分别为第一单色LED测试光源13-1、第二单色LED测试光源13-2和第三单色LED测试光源13-3，所述第一、第二、第三单色LED测试光源13-3分别发出青光、黄光、红光，所述第一单色LED测试光源13-1的中心、与其对应的第一透光孔14-1的中心和第一准直透镜15-1的中心、以及第一分光片21的中心均位于与第一光轴方向25相垂直的第二光轴方向26上，所述第二合光组件19包括设置在第一准直透镜15与第一分光片21之间的一半透半反的第二分光片22、以及设置在第一分光片21与第二分光片22之间的一半透半反的第三分光片23，所述第二单色LED测试光源13-2的中心、与其对应的第二透光孔14-2的中心和第二准直透镜15-2的中心、以及第二分光片22的中心均位于与第二光轴方向26相垂直的第三光轴方向27上，所述第三单色LED测试光源13-3的中心、与其对应的第三透光孔14-3的中心和第三准直透镜15-3的中心、以及第三分光片23的中心均位于与第二光轴方向26相垂直的第四光轴方向28上，本实施例中设置第二单色LED测试光源13-2/第三单色LED测试光源13-3均位于第二光轴方向26的上方，所述第二分光片22/第三分光片23与第二光轴方向26的夹角为45°，当然第二单色LED测试光源13-2/第三单色LED测试光源13-3也可位于第二光轴方向26的下方，这样相应的第二分光片22/第三分光片23与第二光轴方向26的夹角为135°。
本实施例中，所述半导体激光器20输出的准直光束的直径小于3mm，例如1.5mm，波长大于680nm，如685nm、780nm或者810nm；所述单色LED测试光源13的光谱宽度为10nm～50nm，中心波长为546nm；所述透光孔14的直径小于0.5mm，所述透光孔14与单色LED测试光源13的距离小于0.5mm；所述准直透镜15的焦距大于50mm；所述聚焦透镜的焦距大于50mm；所述第一分光片21透射波长大于680nm的光，反射波长小于675nm的光；所述第二分光片22透射波长小于530nm的光，反射波长大于530nm的光；所述第三分光片23透射波长小于620nm的光，反射波长大于620nm的光；所述第四分光片24对于波长大于680nm的光透过率大于反射率，对于波长450-675nm之间的光反射率和透射率近似相等；所述部分反射镜10对于波长大于680nm的光透过率大于50％，对于波长小于675nm的光反射率大于90％；所述第二光电探测组件8到部分反射镜10的距离小于30mm。
实施例4：
一种镜片折射率检测方法，本实施例是基于实施例3所述的镜片折射率检测装置，它包括以下步骤：
(1)关闭第二光源组件2，打开第一光源组件1，由第二光电探测组件8监测第一光源组件1的光束的光斑中心位置，并将其作为参考位置；
(2)关闭第一光源组件1，依次打开第一单色LED测试光源13-1、第二单色LED测试光源13-2和第三单色LED测试光源13-3，所述第一、第二、第三单色LED测试光源13-1、13-2、13-3分别发出青光、黄光、红光，同一时刻仅有一个单色LED测试光源13被打开，针对各单色LED测试光源13，由第一光电探测组件7分别检测干涉现象，并记录第一光电探测组件7中分别出现干涉现象时可移动反射镜11的位置d11、d12、d13；
(3)关闭所有的单色LED测试光源13，插入被测镜片12，打开第一光源组件1，由第二光电探测组件8监测第一光源组件1的光束的实际光斑中心位置，并与步骤(1)中得到的参考位置进行对比，根据两者的偏差来指导用户调整被测镜片12的位置，当第一光源组件1的光束的实际光斑中心位置与参考位置重合时，被测镜片12中心与光路中心重合，完成被测镜片12的位置调整；
(4)由第一成像组件5和第二成像组件6分别对被测镜片12上、下表面散射光成像,实现被测镜片12上、下表面散射光斑空间高度测定,而被测镜片12上、下表面散射光斑空间高度差即为镜片中心物理厚度D0；
(5)关闭第一光源组件1，再依次打开第一单色LED测试光源13-1、第二单色LED测试光源13-2和第三单色LED测试光源13-3，同一时刻，只有一个单色LED测试光源13被打开，分别在上述三种情况下，重新调整可移动反射镜11的位置并记录第一光电探测组件7中再次出现干涉现象时可移动反射镜11的位置d21、d22、d23；
(6)根据镜片中心物理厚度D0和镜片中心光学厚度相关参数d11、d12、d13、d21、d22、d23，来计算被测镜片12在不同波长处的折射率nF、nd和nC，计算公式为： 再根据折射率nF、nd和nC，计算色散系数，计算公式为：

Claims (9)

1.一种镜片折射率检测装置，其特征在于：包括光源模块、镜片中心物理厚度检测模块和镜片中心光学厚度检测模块，所述光源模块包括用于输出准直光束的第一光源组件(1)和第二光源组件(2)、第一合光组件(3)、以及聚焦组件(4)，所述镜片中心物理厚度检测模块包括第一成像组件(5)和第二成像组件(6)，所述镜片中心光学厚度检测模块包括第一光电探测组件(7)、第二光电探测组件(8)、分光组件(9)、部分反射镜(10)、可移动反射镜(11)，所述第二光电探测组件(8)、部分反射镜(10)、分光组件(9)、聚焦组件(4)、第一合光组件(3)沿第一光轴方向(25)由前至后依次设置，所述可移动反射镜(11)设置在分光组件(9)的一侧，所述第一光电探测组件(7)设置在分光组件(9)的另一侧，所述聚焦组件(4)的焦面位于分光组件(9)与部分反射镜(10)之间用于放置被测镜片(12)，所述第一成像组件(5)和第二成像组件(6)分别设置在被测镜片(12)的上方和下方，所述第一光源组件(1)和第二光源组件(2)输出的准直光束均通过第一合光组件(3)后沿第一光轴方向(25)传输，所述第一光源组件(1)沿第一光轴方向(25)传输的准直光束由聚焦组件(4)在被测镜片(12)处聚焦，同时被测镜片(12)上、下表面产生散射光斑并被第一成像组件(5)和第二成像组件(6)检测，所述第一光源组件(1)聚焦后的光束还经部分反射镜(10)透射到第二光电探测组件(8)中，所述第二光源组件(2)沿第一光轴方向(25)传输的准直光束经分光组件(9)分为两束，一束投射到可移动反射镜(11)上并由可移动反射镜(11)反射而原路返回,进一步通由分光组件(9)透射到第一光电探测组件(7)中，另一束投射到部分反射镜(10)上并由部分反射镜(10)反射而原路返回，也经由分光组件(9)反射到第一光电探测组件(7)中,两束返回的光束进入到第一光电探测组件(7)中用于检测干涉现象。
2.根据权利要求1所述的一种镜片折射率检测装置，其特征在于：所述第一合光组件(3)包括一半透半反的第一分光片(21)，所述第一光源组件(1)设置在第一分光片(21)的后方，且其输出的准直光束沿第一光轴方向(25)投射到第一分光片(21)上后发生透射，所述第二光源组件(2)设置在第一分光片(21)的一侧，且其输出的准直光束沿与第一光轴方向(25)相垂直的第二光轴方向(26)投射到第一分光片(21)上后发生反射，当第二光源组件(2)设置在第一分光片(21)的右侧时，所述第一分光片(21)的侧面与第二光轴方向(26)的夹角为45°，当第二光源组件(2)设置在第一分光片(21)的左侧时，所述第一分光片(21)的侧面与第二光轴方向(26)的夹角为135°。
3.根据权利要求1所述的一种镜片折射率检测装置，其特征在于：所述第二光源组件(2)包括一个或多个单色LED测试光源(13)，所述各单色LED测试光源(13)的前方设有一透光孔(14)，所述各透光孔(14)的前方各设有一准直透镜(15)，所述各单色LED测试光源(13)均设置在对应的准直透镜(15)的后焦点上，用于将各单色LED测试光源(13)透过透光孔(14)发出的光束经由准直透镜(15)后变为准直光束，所述单色LED测试光源(13)的数量为1个时，其输出的准直光束沿与第一光轴方向(25)相垂直的第二光轴方向(26)投射到第一分光片(21)上，所述单色LED测试光源(13)的数量为2个及以上时，所述第二光源组件(2)还包括一设置在准直透镜(15)前方的第二合光组件(19)，用于将各单色LED测试光源(13)经准直透镜(15)后输出的不同方向上的准直光束经第二合光组件(19)后均沿与第一光轴方向(25)相垂直的第二光轴方向(26)投射到第一分光片(21)上。
4.根据权利要求3所述的一种镜片折射率检测装置，其特征在于：所述单色LED测试光源(13)的数量为1个，所述第一分光片(21)的中心、准直透镜(15)的中心、透光孔(14)的中心和单色LED测试光源(13)的中心均位于与第一光轴方向(25)相垂直的第二光轴方向(26)上。
5.根据权利要求3所述的一种镜片折射率检测装置，其特征在于：所述单色LED测试光源(13)的数量为3个，分别为第一单色LED测试光源(13-1)、第二单色LED测试光源(13-2)和第三单色LED测试光源(13-3)，所述第一、第二、第三单色LED测试光源(13-1，13-2，13-3)分别发出青光、黄光、红光，所述第一单色LED测试光源(13-1)的中心、与其对应的第一透光孔(14-1)的中心和第一准直透镜(15-1)的中心、以及第一分光片(21)的中心均位于与第一光轴方向(25)相垂直的第二光轴方向(26)上，所述第二合光组件(19)包括设置在第一准直透镜(15)与第一分光片(21)之间的一半透半反的第二分光片(22)、以及设置在第一分光片(21)与第二分光片(22)之间的一半透半反的第三分光片(23)，所述第二单色LED测试光源(13-2)的中心、与其对应的第二透光孔(14-2)的中心和第二准直透镜(15-2)的中心、以及第二分光片(22)的中心均位于与第二光轴方向(26)相垂直的第三光轴方向(27)上，所述第三单色LED测试光源(13-3)的中心、与其对应的第三透光孔(14-3)的中心和第三准直透镜(15-3)的中心、以及第三分光片(23)的中心均位于与第二光轴方向(26)相垂直的第四光轴方向(28)上，当第二单色LED测试光源(13-2)/第三单色LED测试光源(13-3)位于第二光轴方向(26)的上方时，所述第二分光片(22)/第三分光片(23)与第二光轴方向(26)的夹角为45°，当第二单色LED测试光源(13-2)/第三单色LED测试光源(13-3)位于第二光轴方向(26)的下方时，所述第二分光片(22)/第三分光片(23)与第二光轴方向(26)的夹角为135°。
6.根据权利要求1所述的一种镜片折射率检测装置，其特征在于：所述第一成像组件(5)和第二成像组件(6)均为一带斜像镜头(16)的相机(17)，所述斜像镜头(16)的光轴方向相对第一光轴方向(25)的夹角与斜像镜头(16)的光轴方向相对相机(17)的成像芯片平面的夹角，满足成像镜头倾斜成像的物象共轭关系。
7.根据权利要求1所述的一种镜片折射率检测装置，其特征在于：所述分光组件(9)包括一半透半反的第四分光片(24)，所述第一光电探测组件(7)的中心、第四分光片(24)的中心和可移动反射镜(11)的中心均位于与第一光轴方向(25)相垂直的第五光轴方向(29)上，当可移动反射镜(11)位于第四分光片(24)的左侧时，所述第四分光片(24)的侧面与第五光轴方向(29)的夹角为45°，当可移动反射镜(11)位于第四分光片(24)的右侧时，所述第四分光片(24)的侧面与第五光轴方向(29)的夹角为135°。
8.一种镜片折射率检测方法，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)关闭第二光源组件(2)，打开第一光源组件(1)，由第二光电探测组件(8)监测第一光源组件(1)的光束的光斑中心位置，并将其作为参考位置；
(2)关闭第一光源组件(1)，打开第二光源组件(2)，由第一光电探测组件(7)检测干涉现象，并记录第一光电探测组件(7)中出现干涉现象时可移动反射镜(11)的位置d1；
(3)关闭第二光源组件(2)，插入被测镜片(12)，打开第一光源组件(1)，由第二光电探测组件(8)监测第一光源组件(1)的光束的实际光斑中心位置，并与步骤(1)中得到的参考位置进行对比，根据两者的偏差来指导用户调整被测镜片(12)的位置，当第一光源组件(1)的光束的实际光斑中心位置与参考位置重合时，被测镜片(12)中心与光路中心重合，完成被测镜片(12)的位置调整；
(4)由第一成像组件(5)和第二成像组件(6)分别对被测镜片(12)上、下表面散射光成像,实现被测镜片(12)上、下表面散射光斑空间高度测定,而被测镜片(12)上、下表面散射光斑空间高度差即为镜片中心物理厚度D0；
(5)关闭第一光源组件(1)，打开第二光源组件(2)，重新调整可移动反射镜(11)的位置并记录第一光电探测组件(7)中再次出现干涉现象时可移动反射镜(11)的位置d2；
(6)根据镜片中心物理厚度D0和镜片中心光学厚度相关参数d1、d2，来计算被测镜片(12)的折射率，计算公式为：
9.一种镜片折射率检测方法，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)关闭第二光源组件(2)，打开第一光源组件(1)，由第二光电探测组件(8)监测第一光源组件(1)的光束的光斑中心位置，并将其作为参考位置；
(2)关闭第一光源组件(1)，依次打开第一单色LED测试光源(13-1)、第二单色LED测试光源(13-2)和第三单色LED测试光源(13-3)，所述第一、第二、第三单色LED测试光源(13-1，13-2，13-3)分别发出青光、黄光、红光，同一时刻仅有一个单色LED测试光源(13)被打开，针对各单色LED测试光源(13)，由第一光电探测组件(7)分别检测干涉现象，并记录第一光电探测组件(7)中分别出现干涉现象时可移动反射镜(11)的位置d11、d12、d13；
(3)关闭所有的单色LED测试光源(13)，插入被测镜片(12)，打开第一光源组件(1)，由第二光电探测组件(8)监测第一光源组件(1)的光束的实际光斑中心位置，并与步骤(1)中得到的参考位置进行对比，根据两者的偏差来指导用户调整被测镜片(12)的位置，当第一光源组件(1)的光束的实际光斑中心位置与参考位置重合时，被测镜片(12)中心与光路中心重合，完成被测镜片(12)的位置调整；
(4)由第一成像组件(5)和第二成像组件(6)分别对被测镜片(12)上、下表面散射光成像,实现被测镜片(12)上、下表面散射光斑空间高度测定,而被测镜片(12)上、下表面散射光斑空间高度差即为镜片中心物理厚度D0；
(5)关闭第一光源组件(1)，再依次打开第一单色LED测试光源(13-1)、第二单色LED测试光源(13-2)和第三单色LED测试光源(13-3)，同一时刻，只有一个单色LED测试光源(13)被打开，并分别在上述三种情况下，重新调整可移动反射镜(11)的位置并记录第一光电探测组件(7)中再次出现干涉现象时可移动反射镜(11)的位置d21、d22、d23；
(6)根据镜片中心物理厚度D0和镜片中心光学厚度相关参数d11、d12、d13、d21、d22、d23，来计算被测镜片(12)在不同波长处的折射率nF、nd和nC，计算公式为： 再根据折射率nF、nd和nC，计算色散系数，计算公式为：
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