一种光学镜片参数测量装置及方法与流程

1.本发明涉及光学透镜参数检测技术领域，尤其是涉及一种光学镜片参数测量装置及方法。


背景技术：

2.焦距、中心厚度、折射率、阿贝数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。
5.本发明所采用的技术方案是，一种光学镜片参数测量装置，包括光学干涉检测单元、屈光检测单元以及干涉信号探测单元，其中：
6.光学干涉检测单元包括耦合组件、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、通过第三光纤臂与耦合组件连接的第二准直透镜、被测镜片、哈特曼光阑片以及相机；
7.干涉信号探测单元包括通过第四光纤臂与耦合组件连接的第四准直透镜、第二分光片、第三分光片、第一滤光片、第二滤光片、第三滤光片、第一光电探测器、第二光电探测器以及第三光电探测器；所述第一滤光片的中心波长设定设定为nf，所述第二滤光片的中心波长设定设定为ne，所述第三滤光片的中心波长设定为nc；
8.屈光检测单元包括第二光源、第三准直透镜以及第一分光片；
9.所述第一光源发出的光线通过第一光纤臂进入耦合组件，分成两束光线，其中一
束光线通过第二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二光纤臂，经由耦合组件进入到第四光纤臂中；另一束光线通过第三光纤臂进入第二准直透镜，由第二准直透镜聚焦后投射到哈特曼光阑片上，再被哈特曼光阑片的上表面反射后原路返回，由第二准直透镜聚焦进入第三光纤臂中，再经过耦合组件进入到第四光纤臂中，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；
10.进入到第四光纤臂中的光线经过第四准直透镜，由第四准直透镜输出平行光束，波长为nf的平行光束依次经过第二分光片透射和第一滤光片透射进入到第一光电探测器中，波长为nc的平行光束依次经过第二分光片反射、第三分光片透射以及第三滤波片透射进入到第三光电探测器中，波长为ne的平行光束依次经过第二分光片反射、第三分光片反射以及第二滤光片透射进入到第二光电探测器中；
11.第二光源发出的光线经过第三准直透镜，从第三准直透镜出射的平行光束被第一分光片反射后通过哈特曼光阑片进入到相机中，在相机中形成光点阵列，当插入被测镜片后，通过光点阵列的偏移来计算被测镜片的光焦度。
12.本发明的有益效果是：采用上述一种光学镜片参数测量装置，该装置能够在不破坏成品镜片的情况下，实现成品镜片特定波长折射率以及光焦度的高精度测量，操作简单，检测快速，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。
13.作为优选，当融合在一起的这两束光的光程相等时会发生干涉现象，根据干涉发生时可移动参考镜的位置测出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以及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，进而计算得到被测镜片的折射率为：
14.作为优选，所述第一光源为白光光源，其光谱范围为450-680nm。
15.作为优选，所述第二光源为绿光光源，其光谱范围为530-550nm。
16.作为优选，第二分光片和第三分光片均为长波通分光片，第二分光片对于波长大于600nm光发生透射，对于波长小于600nm光发生反射；第三分光片对于波长大于500nm光透射，对于波长小于500nm光反射。
17.作为优选，第一滤光片、第二滤光片以及第三滤光片均为窄带滤光片，第一滤光片的中心波长655nm，第二滤光片的中心波长546nm，第三滤光片的中心波长486nm。
18.作为优选，被测镜片的阿贝数ve为：其中，nf为第一滤光片的中心波长，ne为第二滤光片的中心波长，nc为第三滤光片的中心波长。
19.一种光学镜片参数测量方法，该方法在上述一种光学镜片参数测量装置上执行，该方法包括下列步骤：
20.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；
21.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；
22.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的反射的反射光线的光程相等时，将发生光学干涉现象，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：
23.采用上述一种光学镜片参数测量方法，该方法能够在不破坏成品镜片的情况下，实现成品镜片特定波长折射率以及光焦度的高精度测量，操作简单，检测快速，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。
附图说明
24.图1为本发明的一种光学镜片参数测量装置的结构示意图；
25.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、第一准直透镜；8、第二准直透镜；9、可移动参考镜；10、哈特曼光阑片；11、相机；12、被测镜片；13、第二光源；14、第三准直透镜；15、第一分光片；16、第四准直透镜；17、第二分光片；18、第三分光片；19、第一滤光片；20、第二滤光片；21、第三滤光片；22、第一光电探测器；23、第二光电探测器；24、第三光电探测器。
具体实施方式
26.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。
27.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。
28.本发明涉及一种光学镜片参数测量装置，如图1所示，包括光学干涉检测单元、屈光检测单元以及干涉信号探测单元，其中：
29.光学干涉检测单元包括耦合组件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连接的第一准直透镜7、通过第三光纤臂4与耦合组件1连接的第二准直透镜8、位于第一准直透镜7后方的可移动参考镜9、与第二准直透镜8位于同一垂直光轴上的哈特曼光阑片10、与第二准直透镜8位于同一垂直光轴上的相机11以及位于第二准直透镜8和哈特曼光阑片10之间的被测镜片12；所述第一光源6发出的光线通过第一光纤臂2进入耦合组件1，并分成两束光线，其中一束光线通过第二光纤臂3进入第一准直透镜7，再经过可移动参考镜9发生反射，可移动参考镜9的反射光线由第一准直透镜7收集再次进入第二光纤臂3，经由耦合组件1进入到第四光纤臂5中；另一束光线通过第三光纤臂4进入第二准直透镜8，由第二准直透镜8聚焦后投射到哈特曼光阑片10上，再被哈特曼光阑片10的上表面反射后原路返回，由
第二准直透镜8聚焦进入第三光纤臂4中，再经过耦合组件1进入到第四光纤臂5中，从而与可移动参考镜9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12的折射率；
30.如图1所示，屈光检测单元包括第二光源13、与第二光源13位于同一水平光轴上的第三准直透镜14和第一分光片15，所述第一分光片15位于被测镜片12和第二准直透镜8之间，第二光源13发出的光线经过第三准直透镜14后成为平行光束，从第三准直透镜14出射的平行光束被第一分光片15反射后通过哈特曼光阑片10进入到相机11中，在相机11中形成光点阵列，当插入被测镜片12后，通过光点阵列的偏移来计算被测镜片12的光焦度；
31.如图1所示，干涉信号探测单元包括通过第四光纤臂5与耦合组件1连接的第四准直透镜16、第二分光片17、第三分光片18、中心波长为nf的第一滤光片19、中心波长为ne的第二滤光片20、中心波长为nc的第三滤光片21、第一光电探测器22、第二光电探测器23以及第三光电探测器24；第四准直透镜16、第二分光片17、第一滤光片19以及第一光电探测器22位于同一水平光轴上，第二分光片17、第三分光片18、第三滤光片21以及第三光电探测器24位于同一垂直光轴上，第三分光片18、第二滤光片20以及第二光电探测器23位于同一水平光轴上；进入到第四光纤臂5中的光线经过第四准直透镜16，由第四准直透镜16输出平行光束，波长为nf的平行光束依次经过第二分光片17透射和第一滤光片19透射进入到第一光电探测器22中，波长为nc的平行光束依次经过第二分光片17反射、第三分光片18透射以及第三滤波片透射进入到第三光电探测器24中，波长为ne的平行光束依次经过第二分光片17反射、第三分光片18反射以及第二滤光片20透射进入到第二光电探测器23中。
32.采用上述一种光学镜片参数测量装置，该装置能够在不破坏成品镜片的情况下，实现成品镜片特定波长折射率以及光焦度的高精度测量，操作简单，检测快速，且为非接触式检测方法，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。
33.当融合在一起的这两束光的光程相等时会发生干涉现象，根据干涉发生时可移动参考镜9的位置测出被测镜片12的上表面到第二准直透镜8的光程d1、被测镜片12的下表面到第二准直透镜8的光程d2以及插入被测镜片12后哈特曼光阑片10的上表面到第二准直透镜8的光程d，同时再获得无被测镜片12时哈特曼光阑片10上表面到第二准直透镜8的光程d0，进而计算得到被测镜片12的折射率为：光的波长不同，各变量d1、d2、d0以及d的值不同，即探测器d1、d2和d3测得干涉信号位置不同。
34.所述第一光源6为白光光源，其光谱范围为450-680nm。
35.所述第二光源13为绿光光源，其光谱范围为530-550nm。
36.第二分光片17和第三分光片18均为长波通分光片，第二分光片17对于波长大于600nm光发生透射，对于波长小于600nm光发生反射；第三分光片18对于波长大于500nm光透射，对于波长小于500nm光反射。
37.第一滤光片19、第二滤光片20以及第三滤光片21均为窄带滤光片，第一滤光片19的中心波长655nm，第二滤光片20的中心波长546nm，第三滤光片21的中心波长486nm。
38.被测镜片12的阿贝数ve为：其中，nf为第一滤光片19的中心波长，ne为第二滤光片20的中心波长，nc为第三滤光片21的中心波长。
39.一种光学镜片参数测量方法，该方法在上述一种光学镜片参数测量装置上执行，
该方法包括下列步骤：
40.s1、如图1所示，对被测镜片12进行测试时，将被测镜片12置于哈特曼光阑片10上方，距离哈特曼光阑3-6mm；
41.s2、通过相机11实时监测光信号位置，判断被测镜片12的中心是否与光路中心对正，当被测镜片12的中心对正后，根据相机11中的光点阵列的偏移程度来计算镜片的光焦度；
42.s3、然后控制可移动参考镜9水平移动，当可移动参考镜9的反射光线的光程与由哈特曼光阑片10的上表面的反射出来的反射光线的光程相等时，将发生光学干涉现象，根据干涉发生时可移动参考镜9的位置来测得被测镜片12的上表面到第二准直透镜8的光程d1、被测镜片12的下表面到第二准直透镜8的光程d2和插入被测镜片12后哈特曼光阑片10上表面到第二准直透镜8的光程d，同时根据光学系统定标来获得没有置入被测镜片12时哈特曼光阑片10上表面到第二准直透镜8的光程d0，进而计算被测镜片12的折射率：
[0043][0044]
采用上述一种光学镜片参数测量方法，该方法能够在不破坏成品镜片的情况下，实现成品镜片特定波长折射率以及光焦度的高精度测量，操作简单，检测快速，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。