CN114199521B - 光学镜片参数测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学镜片参数测量装置及方法，光学镜片参数测量装置包括耦合组件、第一光纤臂、第二光纤臂、第三光纤臂、第四光纤臂、第一光源、光纤探测器、第一准直透镜、可移动参考镜、第二准直透镜、被测镜片、哈特曼光阑片、相机、第二光源、第三准直透镜以及分光片，所述第二准直透镜、分光片、被测镜片、哈特曼光阑片以及相机位于同一垂直光轴上，所述第二光源、第三准直透镜以及分光片位于同一水平光轴上，该装置的光学结构简单，所使用的光学器件少，节省成本，并且能够在不破坏成品镜片的情况下，高精度、简单且快速地测量成品镜片特定波长折射率的同时再测出其光焦度，且适用于非球面镜片、柱面镜等非规则面型镜片的折射率测量。
Description
技术领域
本发明涉及光学透镜参数检测技术领域，尤其是涉及光学镜片参数测量装置及方法。
背景技术
焦距、折射率、中心厚度等参数是光学透镜的重要参数指标，为了确保光学系统有良好的成像质量，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折射率是通过最小偏向角法进行的。最小偏向角法具有精度高、波长范围大，且为直接测量方式，但最小偏向角测试方法的前提是需要制作一个棱镜，进行光折射，同时需要精确测试棱镜的角度，这样的棱镜制作难度大，且周期长；另外这种方法无法测试平面的光学元件，它比较适合玻璃制造商对同一批玻璃的折射率样品测试，而不适合进行对实际镜片材料进行在线高精度测试，尤其某些特殊的应用场合，如眼镜片折射率检测，在不知道光学元件材料的情况下，要求不破坏元件，实现其折射率检测，进而确定其材料属性。
目前针对成品镜片测定其折射率的检测方法主要有两种，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测试波长折射率，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，如将镜片至于已知折射率溶液中，或在镜片前后表面贴附已知折射率的柔性介质，分别测试镜片在空气中和在溶液中的光焦度，根据光焦度变化和溶液折射率可计算透镜材料折射率，该方法同样操作复杂，检测难度大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种光学结构简单、成本低，且在不破坏成品镜片的情况下，能够高精度、简单且快速地测量成品镜片特定波长折射率以及光焦度的光学镜片参数测量装置。
本发明所采用的技术方案是，光学镜片参数测量装置，包括耦合组件、第一光纤臂、第二光纤臂、第三光纤臂、第四光纤臂、通过第一光纤臂与耦合组件连接的第一光源、通过第二光纤臂与耦合组件连接的光纤探测器、通过第三光纤臂与耦合组件连接的第一准直透镜、位于第一准直透镜后方的可移动参考镜、通过第四光纤臂与耦合组件连接的第二准直透镜、被测镜片、哈特曼光阑片、相机、第二光源、第三准直透镜以及分光片，所述第二准直透镜、分光片、被测镜片、哈特曼光阑片以及相机位于同一垂直光轴上，所述第二光源、第三准直透镜以及分光片位于同一水平光轴上；
所述第一光源发出的光线通过第一光纤臂中进入耦合组件，并分成两束光线，其中一束光线通过第三光纤臂进入第一准直透镜，再经过可移动参考镜发生反射，可移动参考镜的反射光线由第一准直透镜收集再次进入第三光纤臂，经由耦合组件进入到光纤探测器；另一束光线通过第四光纤臂进入第二准直透镜，由第二准直透镜输出的汇聚光线投射到哈特曼光阑片上，投射到哈特曼光阑片上的汇聚光线在哈特曼光阑片的上表面发生反射，反射出来的光线被第二准直透镜汇聚到第四光纤臂中，再经过耦合组件进入到光纤探测器，从而与可移动参考镜的反射光线融合在一起，当融合在一起的这两束光的光程相等时会发生干涉现象，从而计算出被测镜片的折射率；所述第二光源发出的光线进入第三准直透镜，第三准直透镜输出平行光束，平行光束经过分光片发生反射，反射光线经由哈特曼分光片进入到相机中，在相机中形成光点阵列，通过光点阵列的偏移计算出被测镜片的光焦度。
本发明的有益效果是：采用上述光学镜片参数测量装置，该装置的光学结构简单，所使用的光学器件少，节省成本，并且能够在不破坏成品镜片的情况下，高精度、简单且快速地测量成品镜片特定波长折射率的同时再测出其光焦度，且适用于非球面镜片、柱面镜等非规则面型镜片的折射率测量。
作为优选，被测镜片的折射率表示为：其中，d1表示为当发生干涉现象时根据可移动参考镜的位置测出的被测镜片的上表面到第二准直透镜的光程；d2表示为当发生干涉现象时被测镜片的下表面到第二准直透镜的光程；D表示当插入被测镜片后哈特曼光阑片的上表面到第二准直透镜的光程；D0表示没有置入被测镜片时哈特曼光阑片的上表面到第二准直透镜的光程。
作为优选，所述哈特曼光阑片的上表面的反射率为5～20％，哈特曼光阑片包括分光膜、位于分光膜下方的金属孔阵列膜以及位于分光膜和金属孔阵列膜之间的玻璃基材。
光学镜片参数测量方法，该方法在上述光学镜片参数测量装置上执行，该方法包括下列步骤：
S1、对被测镜片进行测试时，将被测镜片置于哈特曼光阑片上方，距离哈特曼光阑3-6mm；
S2、打开第二光源，通过相机实时监测光信号位置，判断被测镜片的中心是否与光路中心对正，当被测镜片的中心对正后，根据相机中的光点阵列的偏移程度来计算镜片的光焦度；
S3、关闭第二光源，打开第一光源，然后控制可移动参考镜水平移动，当可移动参考镜的反射光线的光程与由哈特曼光阑片的上表面反射的反射光线的光程相等时，发生光学干涉现象，根据干涉发生时可移动参考镜的位置来测得被测镜片的上表面到第二准直透镜的光程d1、被测镜片的下表面到第二准直透镜的光程d2和插入被测镜片后哈特曼光阑片上表面到第二准直透镜的光程D，同时再获得没有置入被测镜片时哈特曼光阑片上表面到第二准直透镜的光程D0，进而计算被测镜片的折射率：
附图说明
图1为本发明中光学镜片参数测量装置的光学结构示意图；
图2为本发明中哈特曼光阑片的结构示意图；
如图所示：1、耦合组件；2、第一光纤臂；3、第二光纤臂；4、第三光纤臂；5、第四光纤臂；6、第一光源；7、光纤探测器；8、第一准直透镜；9、第二准直透镜；10、可移动参考镜；11、哈特曼光阑片；12、相机；13、被测镜片；14、分光膜；15、玻璃基材；16、金属孔阵列膜；17、第二光源；18、第三准直透镜；19、分光片。
具体实施方式
以下参照附图并结合具体实施方式来进一步描述发明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施，本发明保护范围并不受限于该具体实施方式。
本领域技术人员应理解的是，在本发明的公开中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
本发明涉及光学镜片参数测量装置，如图1所示，包括耦合组件1、第一光纤臂2、第二光纤臂3、第三光纤臂4、第四光纤臂5、通过第一光纤臂2与耦合组件1连接的第一光源6、通过第二光纤臂3与耦合组件1连接的光纤探测器7、通过第三光纤臂4与耦合组件1连接的第一准直透镜8、位于第一准直透镜8后方的可移动参考镜10、通过第四光纤臂5与耦合组件1连接的第二准直透镜9、被测镜片13、哈特曼光阑片11、相机12、第二光源17、第三准直透镜18以及分光片19，所述第二准直透镜9、分光片19、被测镜片13、哈特曼光阑片11以及相机12位于同一垂直光轴上，所述第二光源17、第三准直透镜18以及分光片19位于同一水平光轴上；
所述第一光源6发出的光线通过第一光纤臂2中进入耦合组件1，并分成两束光线，其中一束光线通过第三光纤臂4进入第一准直透镜8，再经过可移动参考镜10发生反射，可移动参考镜10的反射光线由第一准直透镜8收集再次进入第三光纤臂4，经由耦合组件1进入到光纤探测器7；另一束光线通过第四光纤臂5进入第二准直透镜9，由第二准直透镜9输出的汇聚光线投射到哈特曼光阑片11上，投射到哈特曼光阑片11上的汇聚光线在哈特曼光阑片11的上表面发生反射，反射出来的光线被第二准直透镜9汇聚到第四光纤臂5中，再经过耦合组件1进入到光纤探测器7，从而与可移动参考镜10的反射光线融合在一起，当融合在一起的这两束光的光程相等时会发生干涉现象，从而计算出被测镜片13的折射率；所述第二光源17发出的光线进入第三准直透镜18，第三准直透镜18输出平行光束，平行光束经过分光片19发生反射，反射光线经由哈特曼分光片19进入到相机12中，在相机12中形成光点阵列，通过光点阵列的偏移计算出被测镜片13的光焦度。
采用上述光学镜片参数测量装置，该装置的光学结构简单，所使用的光学器件少，节省成本，并且能够在不破坏成品镜片的情况下，高精度、简单且快速地测量成品镜片特定波长折射率的同时再测出其光焦度，且适用于非球面镜片、柱面镜等非规则面型镜片的折射率测量。
被测镜片13的折射率表示为：其中，d1表示为当发生干涉现象时根据可移动参考镜10的位置测出的被测镜片13的上表面到第二准直透镜9的光程；d2表示为当发生干涉现象时被测镜片13的下表面到第二准直透镜9的光程；D表示当插入被测镜片13后哈特曼光阑片11的上表面到第二准直透镜9的光程；D0表示没有置入被测镜片13时哈特曼光阑片11的上表面到第二准直透镜9的光程。
如图2所示，所述哈特曼光阑片11的上表面的反射率为5～20％，哈特曼光阑片11包括分光膜14、位于分光膜14下方的金属孔阵列膜16以及位于分光膜14和金属孔阵列膜16之间的玻璃基材15。
光学镜片参数测量方法，该方法在上述光学镜片参数测量装置上执行，该方法包括下列步骤：
S1、如图1所示，对被测镜片13进行测试时，将被测镜片13置于哈特曼光阑片11上方，距离哈特曼光阑3-6mm；
S2、打开第二光源17，通过相机12实时监测光信号位置，判断被测镜片13的中心是否与光路中心对正，当被测镜片13的中心对正后，根据相机12中的光点阵列的偏移程度来计算镜片的光焦度；
S3、关闭第二光源17，打开第一光源6，然后控制可移动参考镜10水平移动，当可移动参考镜10的反射光线的光程与由哈特曼光阑片11的上表面反射的反射光线的光程相等时，发生光学干涉现象，根据干涉发生时可移动参考镜10的位置来测得被测镜片13的上表面到第二准直透镜9的光程d1、被测镜片13的下表面到第二准直透镜9的光程d2和插入被测镜片13后哈特曼光阑片11上表面到第二准直透镜9的光程D，同时再获得没有置入被测镜片13时哈特曼光阑片11上表面到第二准直透镜9的光程D0，进而计算被测镜片13的折射率：
Claims (3)
1.光学镜片参数测量装置，其特征在于：包括耦合组件(1)、第一光纤臂(2)、第二光纤臂(3)、第三光纤臂(4)、第四光纤臂(5)、通过第一光纤臂(2)与耦合组件(1)连接的第一光源(6)、通过第二光纤臂(3)与耦合组件(1)连接的光纤探测器(7)、通过第三光纤臂(4)与耦合组件(1)连接的第一准直透镜(8)、位于第一准直透镜(8)后方的可移动参考镜(10)、通过第四光纤臂(5)与耦合组件(1)连接的第二准直透镜(9)、被测镜片(13)、哈特曼光阑片(11)、相机(12)、第二光源(17)、第三准直透镜(18)以及分光片(19)，所述第二准直透镜(9)、分光片(19)、被测镜片(13)、哈特曼光阑片(11)以及相机(12)位于同一垂直光轴上，所述第二光源(17)、第三准直透镜(18)以及分光片(19)位于同一水平光轴上；
所述第一光源(6)发出的光线通过第一光纤臂(2)中进入耦合组件(1)，并分成两束光线，其中一束光线通过第三光纤臂(4)进入第一准直透镜(8)，再经过可移动参考镜(10)发生反射，可移动参考镜(10)的反射光线由第一准直透镜(8)收集再次进入第三光纤臂(4)，经由耦合组件(1)进入到光纤探测器(7)；另一束光线通过第四光纤臂(5)进入第二准直透镜(9)，由第二准直透镜(9)输出的汇聚光线投射到哈特曼光阑片(11)上，投射到哈特曼光阑片(11)上的汇聚光线在哈特曼光阑片(11)的上表面发生反射，反射出来的光线被第二准直透镜(9)汇聚到第四光纤臂(5)中，再经过耦合组件(1)进入到光纤探测器(7)，从而与可移动参考镜(10)的反射光线融合在一起，当融合在一起的这两束光的光程相等时会发生干涉现象，从而计算出被测镜片(13)的折射率；所述第二光源(17)发出的光线进入第三准直透镜(18)，第三准直透镜(18)输出平行光束，平行光束经过分光片(19)发生反射，反射光线经由哈特曼分光片(19)进入到相机(12)中，在相机(12)中形成光点阵列，通过光点阵列的偏移计算出被测镜片(13)的光焦度；被测镜片(13)的折射率表示为：其中，d1表示为当发生干涉现象时根据可移动参考镜(10)的位置测出的被测镜片(13)的上表面到第二准直透镜(9)的光程；d2表示为当发生干涉现象时被测镜片(13)的下表面到第二准直透镜(9)的光程；D表示当插入被测镜片(13)后哈特曼光阑片(11)的上表面到第二准直透镜(9)的光程；D0表示没有置入被测镜片(13)时哈特曼光阑片(11)的上表面到第二准直透镜(9)的光程。
2.根据权利要求1所述的光学镜片参数测量装置，其特征在于：所述哈特曼光阑片(11)的上表面的反射率为5～20％，哈特曼光阑片(11)包括分光膜(14)、位于分光膜(14)下方的金属孔阵列膜(16)以及位于分光膜(14)和金属孔阵列膜(16)之间的玻璃基材(15)。
3.光学镜片参数测量方法，该方法在权利要求1至权利要求2任意一项所述的光学镜片参数测量装置上执行，该方法包括下列步骤：
S1、对被测镜片(13)进行测试时，将被测镜片(13)置于哈特曼光阑片(11)上方，距离哈特曼光阑3-6mm；
S2、打开第二光源(17)，通过相机(12)实时监测光信号位置，判断被测镜片(13)的中心是否与光路中心对正，当被测镜片(13)的中心对正后，根据相机(12)中的光点阵列的偏移程度来计算镜片的光焦度；
S3、关闭第二光源(17)，打开第一光源(6)，然后控制可移动参考镜(10)水平移动，当可移动参考镜(10)的反射光线的光程与由哈特曼光阑片(11)的上表面反射的反射光线的光程相等时，发生光学干涉现象，根据干涉发生时可移动参考镜(10)的位置来测得被测镜片(13)的上表面到第二准直透镜(9)的光程d1、被测镜片(13)的下表面到第二准直透镜(9)的光程d2和插入被测镜片(13)后哈特曼光阑片(11)上表面到第二准直透镜(9)的光程D，同时再获得没有置入被测镜片(13)时哈特曼光阑片(11)上表面到第二准直透镜(9)的光程D0，进而计算被测镜片(13)的折射率：
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