CN101464209A - 镜片折射率变化量的测量方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

一种测量镜片折射率变化量的装置及其测量方法，其装置包括激光光源、第一半透半反镜、第一全反镜、第二半透半反镜、第二全反镜、一用于容纳液体和待测镜片的容器、第一偏振片和第二偏振片。该容器至少有两个相对的透光平面表面，该液体充满该容器，且该液体的折射率与该待测镜片的理论折射率相同。测量时，激光光源发出的激光被第一半透半反镜分成第一光束和第二光束。第一偏振片、容器依次位于第一光束所经过的光路中，且第一光束穿过该两个透光平面表面，第二偏振片位于第二光束所经过的光路中，第一偏振片与该第二偏振片的方向不相互垂直。最后在第二半透半反镜处接收干涉图样，进行数据分析。本发明可用于精密测量镜片折射率变化量。

Description

镜片折射率变化量的测量方法及其装置
技术领域
本发明涉及镜片折射率的测量方法及测量装置，尤其涉及精密测量镜片因内应力而产生的折射率变化量的方法及测量装置。
背景技术
在镜片加工过程中，常因模具的设计缺陷或加工方法的不精密使得镜片产生内应力，因而使镜片的折射率产生漂移，偏移理论折射率。目前测量镜片折射率大小的方法为粗略测量。
传统的测量方法是将待测镜片夹在两个偏振片之间，光线通过该结构后入射到观测者眼中。当待测镜片存在内应力，变成各向异性材料时，经过第一偏振片的光线将被待测镜片分解为寻常光(o光)和非寻常光(e光)，这两束光经过第二偏振片后发生干涉，观测者通过观察干涉图样，粗略判断出镜片的折射率变化量。
容易想到使用马赫-曾德尔干涉仪来测量透明材料的折射率，但该干涉仪不能测量具有弯曲表面的透明材料折射率，因此也就不能测量镜片的折射率变化量。
发明内容
有鉴于此，提供一种能够精密测量镜片折射率变化量的装置及方法十分必要。
一种测量镜片折射率变化量的装置，其包括激光光源、第一半透半反镜、第一全反镜、第二半透半反镜、第二全反镜，该第一半透半反镜将该激光光源发出的激光分为第一光束和第二光束，该第一光束经该第二全反镜反射到该第二半透半反镜，该第二光束经该第一全反镜入射到该第二半透半反镜，该两束光在该第二半透半反镜处形成干涉图样，该装置还包括一用于容纳液体和待测镜片的容器、第一偏振片和第二偏振片，该容器至少有两个相对的透光平面表面，该液体充满该容器，且该液体的折射率与该待测镜片的理论折射率相同，该第一偏振片、该容器依次位于该第一光束所经过的光路中，该第二偏振片位于该第二光束所经过的光路中，该第一偏振片与该第二偏振片的方向不垂直。
一种利用测量镜片折射率变化量的装置测量镜片折射率变化量折射率变化的方法，包括以下步骤：
将待测镜片固定于该容器中，该待测镜片的理论折射率为na；
打开该激光光源，该激光波长为λ；
在该第二半透半反镜处拍摄干涉图样，该干涉图样包括无内应力干涉条纹区域及有内应力干涉条纹区域；
在该干涉图样上取一条该待测镜片的等厚线，该等厚线对应的该待测镜片厚度为da，该等厚线穿越该无内应力干涉条纹区域及该有内应力干涉条纹区域，在该等厚线上分别取第一测试点及第二测试点，该第一测试点位于该无应力干涉条纹区域与该有应力干涉条纹区域的边界处，该第二测试点位于该有内应力干涉条纹区域，该第一测试点对应的镜片折射率为na，该第二测试点对应的镜片折射率为nb；
数出该第一测试点与该第二测试点之间的亮纹或暗纹数m；
计算na×da-nb×da＝mλ，得到nb；
计算na-nb得到一组该待测镜片折射率变化量。
相对于现有技术，将待测镜片置于一个充满折射率与待测镜片的理论折射率相同的液体的容器中以形成干涉图样，因此可以精密测量镜片折射率变化量。
附图说明
图1是本发明实施例镜片折射率变化量测量装置示意图。
图2是本发明实施例提供的充满溶液且固定了镜片的容器示意图。
图3是本发明提供的处理干涉图样数据的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的测量装置及测量方法作进一步详细说明。
请参阅图1，本发明实施例的测量镜片折射率变化量的装置10包括：激光光源102、第一半透半反镜103、第一全反镜104、第二半透半反镜105、第二全反镜106、第一偏振片107、第二偏振片108、摄像机109、计算机110和容器40。容器40用于容纳待测镜片402和折射率与待测镜片402的理论折射率相同的液体。
其中，第一偏振片107位于第一半透半反镜103与第二全反镜106之间，相应地，容器40位于第一偏振片107和第二全反镜106之间。第一偏振片107还可以位于第二全反镜106和第二半透半反镜105之间，相应地，容器40位于第一偏振片107和第二半透半反镜105之间。第二偏振片108位于第一全反镜104和第二半透半反镜105之间，第二偏振片108还可以位于第一半透半反镜103和第一全反镜104之间。另外，第一偏振片107和第二偏振片108的方向不能相互垂直，否则不能发生干涉现象。
激光光源102发出的激光束L被第一半透半反镜103分为第一光束L1和第二光束L2，第一光束L1依次经过第一偏振片107、容器40、被第二全反镜106反射至第二半透半反镜105；第二光束L2依次经过第一全反镜104、第二偏振片108，入射至第二半透半反镜105。第一光束L1和第二光束L2在第二半透半反镜105处发生干涉，形成干涉图样。该干涉图样记录了待测镜片402因为内应力而产生的折射率变化相关信息。利用摄像机109拍摄干涉图样。摄像机109可以是CCD摄像机或CMOS摄像机。利用计算机110处理干涉图样所显示的数据。
请参阅图2，容器40具有至少两个相对且互相平行的透光平面表面：透光侧面40a和透光侧面40b。容器40充满了折射率与待测镜片402的理论折射率相同的液体404，理论折射率为待测镜片402无内应力状态下所应该具有的折射率。容器40的另外两个相对侧面40c和40d表面设有固持装置403。固持装置403用以固定待测镜片402。
请参阅图3，在采集到的整个待测镜片402的干涉图样上(图3中未示出)上，内应力区域30显示的干涉条纹与无内应力区域的干涉条纹在条纹密度上不一致。为了计算折射率的变化量，在待测镜片402的镜面上取等厚线20，且等厚线20经过有内应力干涉条纹区域30及无内应力干涉条纹区域。等厚线20对应的待测镜片402的厚度为da，在等厚线20上的无内应力干涉条纹区域和有内应力干涉条纹区域30的边界处取第一测试点a，点a的折射率等于待测镜片402的理论折射率da。在经过内应力干涉条纹区域30的等厚线20上取第二测试点b，点b的折射率为nb。激光102发出的激光波长为λ。
利用计算机110进行条纹计数，数出第一测试点a与第二测试点b相隔m条亮纹或暗纹。
计算na×da-nb×da＝mλ，得到nb；
计算na-nb得到一组待测镜片402折射率变化量。
对于处于有内应力干涉条纹区域30的其他各测试点相对于理论折射率的变化量，可以根据以下步骤得到：
在有内应力干涉条纹区域30内取第三测试点c，且第三测试点c与第二测试点b处于同一亮纹或同一暗纹，第三测试点c对应待测镜片402的厚度为dc，第三测试点c所对应的镜片折射率为nc；
计算nc×dc-nb×da＝0，得到nc；
计算na-nc得到另一组待测镜片402的折射率变化量。
待测镜片402的各测试点所对应的厚度可以利用千分尺测量得到，或利用待测镜片402的球面或非球面曲线公式计算得到。
依此类推，同理可得到应力区域30所对应的各点相对于理论折射率na的变化量。
上述数据处理过程可以全部由计算机完成。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (8)

  1. 【权利要求1】一种测量镜片折射率变化量的装置，其包括激光光源、第一半透半反镜、第一全反镜、第二半透半反镜、第二全反镜，该第一半透半反镜将该激光光源发出的激光分为第一光束和第二光束，该第一光束经该第二全反镜反射到至第二半透半反镜，该第二光束经该第一全反镜入射至该第二半透半反镜，该两束光在该第二半透半反镜处形成干涉图样，其特征在于：该装置还包括一用于容纳液体和待测镜片的容器、第一偏振片和第二偏振片，该容器至少有两个相对的透光平面表面，该液体充满该容器，且该液体的折射率与该待测镜片的理论折射率相同，该第一偏振片、该容器依次位于该第一光束所经过的光路中，且该第一光束穿过该两个透光平面表面，该第二偏振片位于该第二光束所经过的光路中，该第一偏振片与该第二偏振片的方向不相互垂直。
  2. 【权利要求2】如权利要求1所述的测量镜片折射率变化量的装置，其特征在于：该装置进一步包括摄像机和计算机，该摄像机用于拍摄该干涉图样，该计算机用于处理该干涉图样所显示的数据。
  3. 【权利要求3】如权利要求1所述的测量镜片折射率变化量的装置，其特征在于：该容器具有固持装置，该固持装置用以固定该待测镜片。
  4. 【权利要求4】如权利要求2所述的测量镜片折射率变化量的装置，其特征在于：该摄像机是CCD摄像机或CMOS摄像机。
  5. 【权利要求5】一种利用权利要求1所述的测量镜片折射率变化量的装置测量镜片折射率变化量的方法，包括以下步骤：
    将待测镜片固定于该容器中，该待测镜片的理论折射率为na；
    打开该激光光源，该激光波长为λ；
    在该第二半透半反镜处拍摄干涉图样，该干涉图样包括无内应力干涉条纹区域及有内应力干涉条纹区域；
    在该干涉图样上取一条该待测镜片的等厚线，该等厚线对应的该待测镜片厚度为da，该等厚线穿越该无内应力干涉条纹区域及该有内应力干涉条纹区域，在该等厚线上分别取第一测试点及第二测试点，该第一测试点位于该无应力干涉条纹区域与该有应力干涉条纹区域的边界处，该第二测试点位于该有内应力干涉条纹区域，该第一测试点对应的镜片折射率为na，该第二测试点对应的镜片折射率为nb；
    数出该第一测试点与该第二测试点之间的亮纹或暗纹数m；
    计算na×da-nb×da＝mλ，得到nb；
    计算na-nb得到一组该待测镜片折射率变化量。
  6. 【权利要求6】如权利要求5所述的测量镜片折射率变化的方法，其特征在于：进一步包括利用该第二测试点的所对应的镜片折射率计算与该第二测试点处于同一亮纹或同一暗纹各测试点所对应的镜片折射率的步骤，该步骤包括：
    在该有内应力干涉条纹区域内取第三测试点，且该第三测试点与该第二测试点处于同一亮纹或同一暗纹，该第三测试点对应该待测镜片的厚度为dc，该第三测试点所对应的镜片折射率为nc；
    计算nc×dc-nb×da＝0，得到nc；
    计算na-nc得到一组该待测镜片折射率变化量。
  7. 【权利要求7】如权利要求5或6所述的测量镜片折射率变化量的方法，其特征在于：利用千分尺测量或利用该待测镜片的球面或非球面曲线公式计算得到各测试点对应于待测镜片的厚度。
  8. 【权利要求8】如权利要求5所述的测量镜片折射率变化量的方法，其特征在于：该容器具有固持装置，该固持装置用以固定该待测镜片。
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