一种用于测量光学镜片参数的装置及方法与流程

1.本发明涉及光学透镜参数检测技术领域，尤其是涉及一种用于测量光学镜片参数的装置及方法。


背景技术：

2.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。
3.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。


技术实现要素：

4.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用于测量光学镜片参数的装置。
5.本发明所采用的技术方案是，一种用于测量光学镜片参数的装置，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、与第二准直透镜位于同一光轴上的哈特曼光阑片、与第二准直透镜位于同一光轴上的相机以及位于第二准直透镜和哈特曼光阑片之间的被测镜片；
6.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，由第二准直透镜准直输出的平行光线投射到哈特曼光阑片上，投射到哈特曼光阑片上的一部分光通过透射进入到相机中，并在
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；同时，投射到哈特曼光阑片上的另一部分光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。
7.本发明的有益效果是：采用上述一种用于测量光学镜片参数的装置，该装置光学结构简单，所用到的光学部件少，成本低，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以及光焦度，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。
8.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。
9.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。
10.一种用于测量光学镜片参数的方法，该方法在上述一种用于测量光学镜片参数的装置上执行，该方法包括下列步骤：
11.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；
12.s2、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；
13.s3、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
14.图1为本发明中一种用于测量光学镜片参数的装置的光学结构示意图；
15.图2为本发明中哈特曼光阑片的结构示意图；
16.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。
具体实施方式
17.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。
18.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。
19.本发明涉及一种用于测量光学镜片参数的装置，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、通过第四光纤臂5与耦合组件1连接的第二准直透镜9、位于第一准直透镜8后方的可移动参考镜10、与第二准直透镜9位于同一光轴上的哈特曼光阑片11、与第二准直透镜9位于同一光轴上的相机12以及位于第二准直透镜9和哈特曼光阑片11之间的被测镜片13；
20.如图1所示，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准直输出的平行光线投射到哈特曼光阑片11上，投射到哈特曼光阑片11上的一部分光通过透射进入到相机12中，并在相机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；同时，投射到哈特曼光阑片11上的另一部分光在哈特曼光阑片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。
21.采用上述一种用于测量光学镜片参数的装置，该装置光学结构简单、成本低，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以及光焦度，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。
22.如图1所示，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。
23.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的下表面镀金属膜，并形成阵列式透光孔,如图2所示，哈特曼光阑片11包括位于最上层的分光膜14、位于最下层的金属孔阵列膜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。
24.一种用于测量光学镜片参数的方法，该方法在上述一种用于测量光学镜片参数的装置上执行，该方法包括下列步骤：
25.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；
26.s2、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；
27.s3、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：