CN115855832A - 用于测量双凸透镜的双折射的测量方法及测量装置 - Google Patents
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Abstract
提供了一种用于测量双凸透镜的双折射的测量方法及测量装置。该测量方法包括：将测量光束引导至双凸透镜上，测量光束的入射方向与双凸透镜的光轴平行，测量光束从双凸透镜上的入射点射入双凸透镜并且从双凸透镜上的出射点射出；根据双凸透镜的前顶点与双凸透镜的后顶点之间的距离、双凸透镜的有效半径以及入射点与光轴之间的距离，获得入射点与出射点之间的距离。这样，能够容易且准确地获得入射点与出射点之间的距离，使得双凸透镜上任意入射点处的双折射均能够被准确地测出。
Description
技术领域
本申请涉及光学领域，更具体地涉及一种用于测量双凸透镜的双折射的测量方法及测量装置。
背景技术
对于终端光学加工和装配厂家而言，光学镜片的应力分布对镜头或光学系统是否能够完美成像起着决定性的作用。在块料加工过程中，需要较大的应力炸断块料。而在光学冷加工过程和镜头的装配过程中，较大的应力又可能造成样件和镜片的炸裂。因此，只有精确掌握光学材料的应力分布，才能完成高质量的加工和装配工作。
应力双折射是光学材料的重要性能之一，用于反映光学材料的应力分布。现有的应力双折射的测量主要针对厚度均一的平板材料，因为这样能够确保不同测试点处的通光厚度一致，从而能够准确计算出应力双折射的大小。
然而，对于加工好的双凸透镜，镜片的厚度是非均一的，并且光束在通过镜片时会产生折射，使得光束在镜片内的传播距离难以获得，使用现有的测试方法难以准确计算出应力双折射的大小。此外，与块料相比，加工好的双凸透镜通常尺寸较小，镜片的应力双折射也相应较小，人眼无法借助现有的大型应力偏光设备分辨如此微弱的颜色变化。因此，寻求一种能够准确测量双凸透镜的应力双折射的测量方法显得尤为重要。
发明内容
鉴于上述现有技术的状态而做出本申请。本申请的目的在于提供一种用于测量双凸透镜的双折射的测量方法及测量装置，其能够克服上述背景技术中说明的缺点中的至少一个缺点。
为了实现上述目的，本申请采用如下的技术方案。
本申请提供了一种如下的用于测量双凸透镜的双折射的测量方法，该测量方法包括：将测量光束引导至所述双凸透镜上，所述测量光束的入射方向与所述双凸透镜的光轴平行，所述测量光束从所述双凸透镜上的入射点射入所述双凸透镜并且从所述双凸透镜上的出射点射出；以及获得所述入射点与所述出射点之间的距离d，其满足
其中，H为所述双凸透镜的前顶点与所述双凸透镜的后顶点之间的距离，R为所述双凸透镜的有效半径，A为所述入射点与所述光轴之间的距离。
在一个可选的方案中，包括：将所述测量光束引导至所述双凸透镜上的第一入射点；以及将所述测量光束引导至所述双凸透镜上的第二入射点，所述第二入射点的位置与所述第一入射点的位置不同。
在另一个可选的方案中，包括：提供探测器，其用于测量第一部分光束与第二部分光束的光程差δ，所述第一部分光束和所述第二部分光束为利用所述双凸透镜从所述测量光束分离得到的光束，所述第一部分光束与所述第二部分光束正交地线偏振；以及将所述探测器的接收端布置在所述双凸透镜的后焦点。
在另一个可选的方案中，所述双凸透镜由无色光学玻璃制成。
在另一个可选的方案中，所述双凸透镜的有效直径为3mm至10mm。
在另一个可选的方案中，所述双凸透镜的后焦距f大于或等于所述双凸透镜的有效直径。
在另一个可选的方案中，所述双凸透镜包括球面和/或非球面。
本申请还提供了一种用于上述的测量方法的测量装置，该测量装置包括：光源，其用于产生测量光束；以及探测器，其用于测量第一部分光束与第二部分光束的光程差，所述第一部分光束和所述第二部分光束为利用双凸透镜从所述测量光束分离得到的光束，所述第一部分光束与所述第二部分光束正交地线偏振。
在一个可选的方案中，还包括第一驱动源，所述第一驱动源用于驱动所述光源相对所述双凸透镜移动。
在另一个可选的方案中，还包括第二驱动源，所述第二驱动源用于驱动所述探测器相对所述双凸透镜移动。
采用上述技术方案，能够容易且准确地获得入射点与出射点之间的距离d，使得双凸透镜上任意入射点处的双折射δsb均能够被准确地测出。
附图说明
图1示出了根据本申请的一个实施例的用于测量双凸透镜的双折射的测量方法的示意图。
图2示出了根据本申请的一个实施例的用于测量双凸透镜的双折射的测量装置的示意图。
附图标记说明
1双凸透镜；1a光轴；1b后焦点；1c前顶点；1d后顶点；
2 光源；
3 第一驱动源；
4 三爪透镜架；
5 水平旋钮；
L 测量光束；
I 第一入射点；
O 第一出射点。
具体实施方式
下面参照附图描述本申请的示例性实施例。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本申请，而不用于穷举本申请的所有可行的方式，也不用于限制本申请的范围。
在本申请中，如无特殊说明，“前”是指测量光束射入双凸透镜的一侧，“后”是指测量光束从双凸透镜射出的一侧。“距离”是指最小距离。“入射平面”是指经过双凸透镜上的入射点且与双凸透镜的光轴垂直的平面，“出射平面”是指经过双凸透镜上的出射点且与双凸透镜的光轴垂直的平面。“中间平面”是指与双凸透镜的前顶点和双凸透镜的后顶点距离相等且与双凸透镜的光轴垂直的平面。数值符号下标中的数字用于区分不同的入射点或出射点，例如d用于表示任意可能的入射点与相应的出射点之间的距离，d1用于表示第一入射点与第一出射点之间的距离，d2用于表示第二入射点与第二出射点之间的距离。
图1示出了根据本申请的一个实施例的用于测量双凸透镜1的双折射的测量方法，特别是一种适用于测量有效直径较小的双凸透镜1的应力双折射的测量方法。该方法大致可以包括：
提供光源2，其用于产生测量光束L；
将测量光束L引导至双凸透镜1上的第一入射点I，测量光束L的入射方向与双凸透镜1的光轴1a平行，测量光束L从双凸透镜1上的第一入射点I射入双凸透镜1并且从双凸透镜1上的第一出射点O射出；
提供探测器，其用于测量第一部分光束与第二部分光束的光程差δ1(单位为nm)，第一部分光束和第二部分光束为利用双凸透镜1从测量光束L分离得到的光束，第一部分光束与第二部分光束正交地线偏振；
将探测器的接收端布置在双凸透镜1的后焦点1b；
获得第一入射点I与第一出射点O之间的距离d1(单位为cm)，其满足
其中，H为双凸透镜1的前顶点1c与双凸透镜1的后顶点1d之间的距离，R为双凸透镜1的有效半径(有效直径的一半)，A1为第一入射点I与光轴1a之间的距离；
获得双凸透镜1在第一入射点I处的应力双折射δsb1，其满足
重复上述步骤，其中将测量光束L引导至双凸透镜1上的第二入射点(图中未示出)，第二入射点的位置与第一入射点I的位置不同，从而获得第一部分光束与第二部分光束的光程差δ2，第二入射点与第二出射点(图中未示出)之间的距离d2，以及双凸透镜1在第二入射点处的应力双折射δsb2。
具体地，双凸透镜1可以由无色光学玻璃制成。双凸透镜1的后焦距f可以大于或等于双凸透镜1的有效直径。双凸透镜1的有效直径可以为3mm至10mm，例如可以为3mm。距离H可以为1mm至3mm，例如可以为2mm。双凸透镜1可以包括经过细磨或抛光的球面和/或非球面。
测量光束L的波长可以为440nm至700nm，例如可以为632.8nm。测量光束L可以为线偏振光。第一部分光束可以具有与测量光束L相同的偏振态，例如第一部分光束可以为寻常光(o光)，第二部分光束可以为非常光(e光)。需要理解的是，虽然第一部分光束的传播方向与第二部分光束的传播方向存在一定的角度，然而由于该角度以及双凸透镜1的后焦距f均较小，第一部分光束的光路和第二部分光束的光路可以认为是彼此重合的。
下面以第一入射点I和第一出射点O为例介绍距离d1的推导过程。
由于双凸透镜1的有效直径较小，根据三角形相似公式，前顶点1c与入射平面之间的距离C1可以满足
其中，E1为后顶点1d与中间平面之间的距离。显然，在中间平面与前顶点1c和后顶点1d距离相等的情况下，容易得到
H＝2E1＝2(C1+D1) (2)
其中，D1为第一入射点I与中间平面之间的距离。
经过第一入射点I和后焦点1b的直线与光轴1a所呈的角度α1可以满足
由于双凸透镜1的有效直径较小，tanα1可以满足
tana1≈a1(4)
例如在有效半径R为1.5mm，距离H为2mm，后焦距f为5mm以及A1约为1.41mm的情况下，tanα1约为0.24，角度α1约为0.23rad。进一步地，基于该条件，第一入射点I与后焦点1b之间的距离c1可以满足
c1≈D1+E1+f(5)经过第一出射点O和后焦点1b的直线与光轴1a所呈的角度β1可以满足
其中，B1为第一出射点O与光轴1a之间的距离，F1为后顶点1d与出射平面之间的距离。由于双凸透镜1的有效直径较小，tanβ1可以满足
tanβ1≈β1(7)
例如在有效半径R为1.5mm，距离H为2mm，后焦距f为5mm，F1约为0以及B1约为1.41mm的情况下，tanβ1约为0.28，角度β1约为0.27rad。进一步地，基于该条件，第一出射点O与后焦点1b之间的距离e1可以满足
e1≈F1+f(8)
由于双凸透镜1的有效直径较小，角度α1与角度β1的差值可以被认为是较小的。因此，距离d1可以满足
d1≈c1-e1(9)将公式(5)和公式(8)带入公式(9)，可以得到
d1≈D1+E1-F1(10)
由于双凸透镜1的有效直径较小，距离C1和距离F1可以被认为是相等的。因此，公式(10)可以被改写为
d1≈D1+E1-C1(11)将公式(1)和公式(2)带入公式(11)，可以得到
在精度允许的情况下，公式(12)可以被改写为
图2示出了用于上述测量方法的测量装置，该测量装置可以包括光源2、第一驱动源3、探测器(图中未示出)、第二驱动源(图中未示出)、三爪透镜架4以及水平旋钮5。
具体地，光源2用于产生测量光束L，例如光源2可以为氦氖激光器。第一驱动源3用于驱动光源2相对双凸透镜1移动，使得测量光束L能够被引导至不同的入射点，例如第一驱动源3可以为步进电机。探测器用于通过接收端接收第一部分光束和第二部分光束，并且测量第一部分光束与第二部分光束的光程差δ，例如探测器可以包括滤光片、起偏器、四分之一波片以及检偏器。探测器的测量精度可以为±0.1nm。第二驱动源用于驱动探测器相对光源2移动，使得探测器的接收端能够被布置在双凸透镜1的后焦点1b，例如第二驱动源可以为步进电机。三爪透镜架4用于夹持双凸透镜1，多个水平旋钮5可以设置于三爪透镜架4的底部以支撑三爪透镜架4。通过旋拧水平旋钮5，双凸透镜1的光轴1a可以被调节至与水平面垂直的状态。
这样，通过使用上述测量方法，能够容易且准确地获得入射点与出射点之间的距离d，使得双凸透镜1上任意入射点处的双折射δsb均能够被准确地测出。此外，通过将探测器的输入端布置在双凸透镜1的后焦点1b，探测器无需追踪测量光束L的光路，使得测量装置的控制流程得以简化。
应当理解，上述实施例仅是示例性的，不用于限制本申请。本领域技术人员可以在本申请的教导下对上述实施例做出各种变型和改变，而不脱离本申请的范围。
应当理解，入射点不限于包括第一入射点I和第二入射点，例如入射点可以包括三个或三个以上位置不同的入射点，多个入射点可以依照测量顺序排列为螺旋状，相邻入射点之间的距离可以为1mm、2mm或3mm。
应当理解，入射点可以用坐标来表示，例如可以在输入平面上建立平面直角坐标系。进一步地，可以将光轴1a与输入平面的交点视作平面直角坐标系的原点。相应地，可以根据入射点的坐标引导测量光束L。
Claims (10)
1.一种用于测量双凸透镜的双折射的测量方法，其特征在于，包括：
将测量光束(L)引导至所述双凸透镜(1)上，所述测量光束(L)的入射方向与所述双凸透镜(1)的光轴(1a)平行，所述测量光束(L)从所述双凸透镜(1)上的入射点射入所述双凸透镜(1)并且从所述双凸透镜(1)上的出射点射出；以及
获得所述入射点与所述出射点之间的距离d，其满足
其中，H为所述双凸透镜(1)的前顶点(1c)与所述双凸透镜(1)的后顶点(1d)之间的距离，R为所述双凸透镜(1)的有效半径，A为所述入射点与所述光轴(1a)之间的距离。
2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，包括：
将所述测量光束(L)引导至所述双凸透镜(1)上的第一入射点(I)；以及
将所述测量光束(L)引导至所述双凸透镜(1)上的第二入射点，所述第二入射点的位置与所述第一入射点(I)的位置不同。
3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，包括：
提供探测器，其用于测量第一部分光束与第二部分光束的光程差δ，所述第一部分光束和所述第二部分光束为利用所述双凸透镜(1)从所述测量光束(L)分离得到的光束，所述第一部分光束与所述第二部分光束正交地线偏振；以及
将所述探测器的接收端布置在所述双凸透镜(1)的后焦点(1b)。
4.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述双凸透镜(1)由无色光学玻璃制成。
5.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述双凸透镜(1)的有效直径为3mm至10mm。
6.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述双凸透镜(1)的后焦距f大于或等于所述双凸透镜(1)的有效直径。
7.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述双凸透镜(1)包括球面和/或非球面。
8.一种用于权利要求1至7中任一项所述的测量方法的测量装置，其特征在于，包括：
光源(2)，其用于产生测量光束(L)；以及
探测器，其用于测量第一部分光束与第二部分光束的光程差，所述第一部分光束和所述第二部分光束为利用双凸透镜(1)从所述测量光束(L)分离得到的光束，所述第一部分光束与所述第二部分光束正交地线偏振。
9.根据权利要求8所述的测量装置，其特征在于，还包括第一驱动源(3)，所述第一驱动源(3)用于驱动所述光源(2)相对所述双凸透镜(1)移动。
10.根据权利要求8所述的测量装置，其特征在于，还包括第二驱动源，所述第二驱动源用于驱动所述探测器相对所述双凸透镜(1)移动。
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