CN112556990A - 镜片折射率测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镜片折射率测量装置，包括屈光度测量模块、共焦反射测量模块及被测镜片；所述的屈光度测量模块用于检测被测镜片的屈光度，共焦反射测量模块用于检测被测镜片上下表面共焦反射位置，通过该测量装置就能得到被测镜片的镜片折射率，无需破坏镜片，操作简单，检测快速，而且适用于普通镜片、非球面镜片、柱面镜等非规则面型镜片折射率测量。本发明镜片折射率测量方法操作简单，检测快速，测量精度高。

Description

镜片折射率测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，更确切地说涉及一种镜片折射率测量装置及其测量方法。

背景技术

折射率参数是光学透镜的一个重要参数指标，为了确保光学***有很好的成像质量，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。最小偏向角法具有精度高、波长范围大，且为直接测量，但最小片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，周期长；另外这种方法无法测试平面的光学元件，它比较适合用于玻璃制造商用于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，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2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上下表面曲率、中心厚度和镜片光焦度，根据光焦度公司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，即通过改变与透镜上下表面接触介质的折射率，如将镜片至于已知折射率溶液中，或在镜片上下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

本发明要解决的技术问题是，提供一种镜片折射率测量装置，该测量装置操作简单，检测快速，测量精度高。

本发明的技术解决方案是，提供一种镜片折射率测量装置，包括屈光度测量模块、共焦反射测量模块及被测镜片；所述的屈光度测量模块包括第一光源模组、第一准直透镜、哈特曼光阑片及第一光电探测器；第一光源模组发出的光经由第一准直透镜后成为平行光束；平行光束经过被测镜片和哈特曼光阑片后射入所述的第一光电探测器内；所述的共焦反射测量模块包括第二光源、第二光电探测器、Y型光纤、透镜组和第一分光片；第二光源发出的光由Y型光纤的第一端口耦合到该Y型光纤中，并由Y型光纤的第二端***出，所述的第二端口置于透镜组的后焦点上，第二端***出的光束经过透镜组汇聚；所述的第一分光片设于所述的第一准直透镜和被测镜片之间，汇聚光再由第一分光片反射在被测镜片处聚焦；所述的第二端口和透镜组均安装于移动组件上，所述的移动组件沿光轴方向来回移动，光束可分别在哈特曼光阑片上表面以及被测镜片的上、下表面聚焦，聚焦时，反射光将原路返回到第二端口处，经光纤传播后，由Y型光纤的第三端口出射到第二光电探测器上。

采用以上结构后，本发明的镜片折射率测量装置，与现有技术相比，具有以下优点：

由于本发明的镜片折射率测量装置，包括屈光度测量模块、共焦反射测量模块及被测镜片；所述的屈光度测量模块用于检测被测镜片的屈光度，共焦反射测量模块用于检测被测镜片上下表面共焦反射位置，通过该测量装置就能得到被测镜片的镜片折射率，无需破坏镜片，操作简单，检测快速，而且适用于普通镜片、非球面镜片、柱面镜等非规则面型镜片折射率测量。

作为改进，所述的测量装置还包括光学厚度测量模块；所述的光学厚度测量模块包括第二光源模组、第二准直透镜、聚焦透镜、第二分光片、第三分光片、反射镜和第三光电探测器；所述的第二光源模组发出的光经由第二准直透镜后成为平行光束，经过聚焦透镜后将平行光束照射在所述的第二分光片上；受第二分光片反射后进入主光路；再经过第三分光片分为两束光，其中一束光反射到反射镜上，再由反射镜原路反射回来，部分光经过第三分光片透射进入第三光电探测器；另外一束光经过第三分光片透射，并被哈特曼光阑片上表面原路反射，反射光经由第三分光片反射后进入第三光电探测器；当第三分光片反射、透射的两部分光经过反射再同时进入第三光电探测器；所述的反射镜安装在所述的移动组件上且与所述的第二端口和透镜组同步移动，移动反射镜，当第三分光片反射、透射的两部分光经过反射进入第三光电探测器的光程相等时，出现干涉现象。采用此种结构后，可以测量被测镜片的光学厚度。

作为改进，所述的第一光源为单色LED光源，光谱宽度大于10nm小于50nm。

作为改进，所述的透光孔直径小于0.5mm，所述的透光孔与第一光源的距离小于0.5mm。

作为改进，所述的哈特曼光阑片设置有阵列型排布的透光孔，所述的透光圆孔的直径为0.2-0.3mm，圆孔中心距0.5-0.6mm，圆孔数量不少于7*7个，中心位置为反射区，发射率80-90％。

作为改进，所述的第二光源模组包括第三光源及第二孔片，所述的第二孔片靠近所述的第三光源的发光面设有透光孔；所述的第三光源发出的光经过透光孔后射出。

本发明要解决的另一技术问题是，提供一种镜片折射率测量装置的测试方法，该测量方法操作简单，检测快速，测量精度高。

本发明的另一技术解决方案是，提供一种镜片折射率测量装置的测试方法，包括以下步骤：S1、在放入被测镜片前，记录第一光源的光束在第一光电探测器上的分布，并记录所述的哈特曼光阑片上表面在共焦反射测量模块中的信号位置x0；S2、将被测镜片放入所述的第一分光片和哈特曼光阑片之间，调整被测镜片的位置，直到第一光电探测器监测到被测镜片中心与第一光源的光路中心重合；根据第一光电探测器中光强分布计算被测镜片的屈光度；S3、关闭第一光源，并打开第二光源，匀速移动移动组件，透镜组和第二端口同步匀速移动，由第二光电探测器记录哈特曼光阑片上表面共焦信号位置x1，被测镜片上下表面共焦反射位置x2和x3；S4、根据x0、x1、x2、x3以及镜片屈光度计算镜片折射率n。

采用以上结构后，本发明的镜片折射率测量方法，与现有技术相比，具有以下优点：

由于本发明的镜片折射率测量方法可以轻松且快速地测量x0、x1、x2、x3及被测镜片的屈光度这五个值，根据x0、x1、x2、x3以及镜片屈光度可计算镜片折射率n，无需破坏镜片，操作简单，检测快速，而且适用于普通镜片、非球面镜片、柱面镜等非规则面型镜片折射率测量。

本发明要解决的还有一技术问题是，提供一种镜片折射率测量装置的测试方法，该测量方法操作简单，检测快速，测量精度高。

本发明的还有一种技术解决方案是，提供一种镜片折射率测量装置的测试方法，包括以下步骤：S1、在放入被测镜片前，记录第一光源的光束在第一光电探测器上的分布，并记录第二光电探测器中出现干涉现象时所述的反射镜的位置x0；S2、将被测镜片放入所述的第一分光片和哈特曼光阑片之间，调整被测镜片的位置，直到第一光电探测器监测到被测镜片中心与第一光源的光路中心重合；根据第一光电探测器中光强分布计算被测镜片的屈光度；S3、关闭第一光源，并打开第二光源，匀速移动移动组件，反射镜、透镜组和第二端口同步匀速移动，第二光电探测器记录被测镜片的干涉位置x1，第三光电探测器记录被测镜片上下表面共焦反射位置x2和x3；S4、根据x0、x1、x2、x3以及镜片屈光度计算镜片折射率n。

采用以上结构后，本发明的镜片折射率测量方法，与现有技术相比，具有以下优点：

由于本发明的镜片折射率测量方法可以轻松且快速地测量x0、x1、x2、x3及被测镜片的屈光度这五个值，根据x0、x1、x2、x3以及镜片屈光度可计算镜片折射率n，无需破坏镜片，操作简单，检测快速，而且适用于普通镜片、非球面镜片、柱面镜等非规则面型镜片折射率测量。

附图说明

图1为本发明的镜片折射率测量装置的实施例一的结构示意图。

图2为本发明的镜片折射率测量装置的实施例二的结构示意图。

图中所示：1、第一光源模组，2、第一准直透镜，3、哈特曼光阑片，4、第一光电探测器，5、第二光源，6、第二光电探测器，7、Y型光纤，701、第一端口，702、第二端口，703、第三端口，8、透镜组，9、第一分光片，10、移动组件，12、被测镜片，13、第二光源模组，14、第二准直透镜，15、聚焦透镜，16、第二分光片，17、第三分光片，18、反射镜，19、第三光电探测器。

具体实施方式

为了更好得理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。

应注意的，在本说明书中，第一、第二等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本申请的指导的情况下，下文中讨论的第一分光片也可被称作第二分光片。

在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了物体的厚度、尺寸和形状。附图仅为示例而非严格按比例绘制。

还应理解的是，用语“包含”“包括”、“具有”、“包含”、“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其他特征、整体、步骤、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“…至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修改列表中的单独元件。

实施例一

本发明的镜片折射率测量装置，包括屈光度测量模块、共焦反射测量模块及被测镜片。

所述的屈光度测量模块包括第一光源模组1、第一准直透镜2、哈特曼光阑片3及第一光电探测器4。所述的第一光源模组1包括第一光源及第一孔片，所述的第一孔片靠近所述的第一光源的发光面的一侧设有透光孔；所述的第一光源发出的光经过透光孔后射出。所述的第一光源为单色LED光源，光谱宽度大于10纳米小于50纳米。所述的透光孔直径小于0.5毫米，优选为小于0.2毫米；所述的透光孔与第一光源的距离小于0.5毫米；所述的第一准直透镜2焦距大于50毫米，优选地，所述的第一准直透镜2焦距大于100毫米。所述的第一光源设于所述的第一准直透镜2的后焦点上。所述的哈特曼光阑片3设置有阵列型排布的透光孔，即所述的哈特曼光阑片3的一侧表面上镀有金属膜，所述的金属膜设置有阵列式透光圆孔。所述的透光圆孔的直径为0.2-0.3mm，圆孔中心距0.5-0.6mm，圆孔数量不少于7*7个。所述的第一光电探测器4为面阵CCD或CMOS传感器，分辨率大于320*240像素，优选分辨率大于640*480像素。

所述的第一光源模组1发出的光经由第一准直透镜2后成为平行光束；平行光束经过被测镜片12和哈特曼光阑片3后射入所述的第一光电探测器4内。

所述的共焦反射测量模块包括第二光源5、第二光电探测器6、Y型光纤7、透镜组8和第一分光片9；Y型光纤7有三个端口。所述的Y型光纤7的第二端口702至于所述的透镜组8的后焦点上。所述的第二端口702和透镜组8均安装于移动组件10上，所述的移动组件10来回移动可带动所述的第二端口702和透镜组8来回移动。所述的第二光源5为LED光源或激光光源，所述的第一光源的中心波长和第二光源5的中心波长相同。

第二光源5发出的光由Y型光纤7的第一端口701耦合到该Y型光纤7中，并由Y型光纤7的第二端口702射出，第二端口702射出的光束经过透镜组8汇聚；所述的第一分光片9设于所述的第一准直透镜2和被测镜片12之间，汇聚光再由第一分光片9反射在被测镜片12处聚焦；所述的移动组件10来回移动，光束可分别在哈特曼光阑片3上表面以及被测镜片12的上、下表面(即上表面为光进入的表面，下表面为光射出的表面)聚焦，聚焦时，反射光将原路返回到第二端口702处，经光纤传播后，由Y型光纤7的第三端口703出射到第二光电探测器6上。Y型光纤的光路的导光关系是第一端口和第二端口之间传导，第二端口和第三端口之间传导。

本发明还公开了一种上述镜片折射率测量装置的测试方法，包括以下步骤：

S1、在放入被测镜片12前，记录第一光源的光束在第一光电探测器4上的分布，并记录所述的哈特曼光阑片3上表面(即靠近所述的被测镜片的表面)在共焦反射测量模块中的信号位置x0；

S2、将被测镜片12放入所述的第一分光片9和哈特曼光阑片3之间，调整被测镜片12的位置，直到第一光电探测器4监测到被测镜片12中心与第一光源的光路中心重合；根据第一光电探测器4中光强分布计算被测镜片的屈光度Ф；

S3、关闭第一光源，并打开第二光源5，匀速移动移动组件10，透镜组8和第二端口702同步匀速移动，由第二光电探测器6记录哈特曼光阑片3上表面共焦信号位置x1，被测镜片12上下表面共焦反射位置x2和x3；

S4、根据x0、x1、x2、x3以及镜片屈光度Ф计算镜片折射率n。具体计算公式如下：

实施例二

本发明的镜片折射率测量装置，包括屈光度测量模块、共焦反射测量模块、光学厚度测量模块及被测镜片。

所述的屈光度测量模块包括第一光源模组1、第一准直透镜2、哈特曼光阑片3及第一光电探测器4。所述的第一光源模组1包括第一光源及第一孔片，所述的第一孔片靠近所述的第一光源的发光面的一侧设有透光孔；所述的第一光源发出的光经过透光孔后射出。所述的第一光源为单色LED光源，光谱宽度大于10纳米小于50纳米。所述的透光孔直径小于0.5毫米，优选为小于0.2毫米；所述的透光孔与第一光源的距离小于0.5毫米；所述的第一准直透镜2焦距大于50毫米，优选地，所述的第一准直透镜2焦距大于100毫米。所述的第一光源设于所述的第一准直透镜2的后焦点上。所述的哈特曼光阑片3设置有阵列型排布的透光孔，即所述的哈特曼光阑片3的一侧表面上镀有金属膜，所述的金属膜设置有阵列式透光圆孔。所述的透光圆孔的直径为0.2-0.3mm，圆孔中心距0.5-0.6mm，圆孔数量不少于7*7个。所述的第一光电探测器4为面阵CCD或CMOS传感器，分辨率大于320*240像素，优选分辨率大于640*480像素。

所述的第一光源模组1发出的光经由第一准直透镜2后成为平行光束；平行光束经过被测镜片12和哈特曼光阑片3后射入所述的第一光电探测器4内。

所述的共焦反射测量模块包括第二光源5、第二光电探测器6、Y型光纤7、透镜组8和第一分光片9；Y型光纤7有三个端口。所述的Y型光纤7的第二端口702至于所述的透镜组8的后焦点上。所述的第二端口702和透镜组8均安装于移动组件10上，所述的移动组件10来回移动可带动所述的第二端口702和透镜组8来回移动。所述的第二光源5为LED光源或激光光源，所述的第一光源的中心波长和第二光源5的中心波长相同。

第二光源5发出的光由Y型光纤7的第一端口701耦合到该Y型光纤7中，并由Y型光纤7的第二端口702射出，第二端口702射出的光束经过透镜组8汇聚；所述的第一分光片9设于所述的第一准直透镜2和被测镜片12之间，汇聚光再由第一分光片9反射在被测镜片12处聚焦；所述的移动组件10来回移动，光束可分别在哈特曼光阑片3上表面以及被测镜片12的上、下表面(即上表面为光进入的表面，下表面为光射出的表面)聚焦，聚焦时，反射光将原路返回到第二端口702处，经光纤传播后，由Y型光纤7的第三端口703出射到第二光电探测器6上。

所述的光学厚度测量模块包括第二光源模组13、第二准直透镜14、聚焦透镜15、第二分光片16、第三分光片17、反射镜18和第三光电探测器19；所述的第二光源模组13包括第三光源和第二孔片，所述的第三光源为单色LED光源，波长与第一光源的波长相同，光谱宽度大于10纳米且小于50纳米。所述的第二孔片靠近所述的第三光源的发光面设置透光孔，所述的透光孔的直径小于0.2毫米，优选小于0.1毫米，所述的透光孔与所述的第三光源的距离小于0.5毫米；所述的第二准直透镜14的焦距大于50毫米，优选大于100毫米，第三光源置于所述的第二准直透镜14的后焦点。聚焦透镜15焦距置于第二准直透镜14和第二分光片16之间，焦距大于50毫米，优选焦距大于100毫米。第二分光片16为半透半反射镜，透射率与反射率比在3:7-7:3范围内；第三分光片17为半透半反射镜，透射率与反射率比在5:5。

所述的第二光源模组13发出的光经由第二准直透镜14后成为平行光束，并经过聚焦透镜15将平行光束照射到第二分光片16上；受第二分光片16反射后进入主光路；再经过第三分光片17分为两束光，其中一束光反射到反射镜18上，再由反射镜18原路反射回来，部分光经过第三分光片17透射进入第三光电探测器19；另外一束光经过第三分光片17透射，并被哈特曼光阑片3上表面原路反射，反射光经由第三分光片17反射后进入第三光电探测器19；当第三分光片17反射、透射的两部分光经过反射再同时进入第三光电探测器19；所述的反射镜18安装在所述的移动组件10上，移动反射镜18，当第三分光片17反射、透射的两部分光经过反射进入第三光电探测器19的光程相等时，出现干涉现象。

本发明还公开了一种上述镜片折射率测量装置的测试方法，包括以下步骤：

S1、在放入被测镜片12前，记录第一光源的光束在第一光电探测器4上的分布，并记录第二光电探测器4中出现干涉现象时所述的反射镜18的位置x0；

S2、将被测镜片12放入所述的第一分光片9和哈特曼光阑片3之间，调整被测镜片12的位置，直到第一光电探测器4监测到被测镜片12中心与第一光源的光路中心重合；根据第一光电探测器4中光强分布计算被测镜片12的屈光度Ф；

S3、关闭第一光源，并打开第二光源5，匀速移动移动组件10，反射镜18、透镜组8和第二端口702同步匀速移动，第二光电探测器6记录被测镜片12的干涉位置x1，第三光电探测器19记录被测镜片12上下表面共焦反射位置x2和x3；

S4、根据x0、x1、x2、x3以及镜片屈光度Ф计算镜片折射率n。具体计算公式如下：

相对具体实施例一来说，本具体实施例对镜片折射率测量的测量精度更高。

Claims (10)

1.一种镜片折射率测量装置，其特征在于：包括屈光度测量模块、共焦反射测量模块及被测镜片；

所述的屈光度测量模块包括第一光源模组、第一准直透镜、哈特曼光阑片及第一光电探测器；第一光源模组发出的光经由第一准直透镜后成为平行光束；平行光束经过被测镜片和哈特曼光阑片后射入所述的第一光电探测器内；

所述的共焦反射测量模块包括第二光源、第二光电探测器、Y型光纤、透镜组和第一分光片；第二光源发出的光由Y型光纤的第一端口耦合到该Y型光纤中，并由Y型光纤的第二端***出，所述的第二端口置于透镜组的后焦点上，第二端***出的光束经过透镜组汇聚；所述的第一分光片设于所述的第一准直透镜和被测镜片之间，汇聚光再由第一分光片反射在被测镜片处聚焦；所述的第二端口和透镜组均安装于移动组件上，所述的移动组件沿光轴方向来回移动，光束可分别在哈特曼光阑片上表面以及被测镜片的上、下表面聚焦，聚焦时，反射光将原路返回到第二端口处，经光纤传播后，由Y型光纤的第三端口出射到第二光电探测器上。

2.根据权利要求1所述的镜片折射率测量装置，其特征在于：所述的测量装置还包括光学厚度测量模块；所述的光学厚度测量模块包括第二光源模组、第二准直透镜、聚焦透镜、第二分光片、第三分光片、反射镜和第三光电探测器；所述的第二光源模组发出的光经由第二准直透镜后成为平行光束，经过聚焦透镜后将平行光束照射在所述的第二分光片上；受第二分光片反射后进入主光路；再经过第三分光片分为两束光，其中一束光反射到反射镜上，再由反射镜原路反射回来，部分光经过第三分光片透射进入第三光电探测器；另外一束光经过第三分光片透射，并被哈特曼光阑片上表面原路反射，反射光经由第三分光片反射后进入第三光电探测器；当第三分光片反射、透射的两部分光经过反射再同时进入第三光电探测器；所述的反射镜安装在所述的移动组件上且与所述的第二端口和透镜组同步移动，移动反射镜，当第三分光片反射、透射的两部分光经过反射进入第三光电探测器的光程相等时，出现干涉现象。

3.根据权利要求1所述的镜片折射率测量装置，其特征在于：所述的第一光源模组包括第一光源及第一孔片，所述的第一孔片靠近所述的第一光源的发光面的一侧设有透光孔；所述的第一光源发出的光经过透光孔后射出。

4.根据权利要求3所述的镜片折射率测量装置，其特征在于：所述的第一光源为单色LED光源，光谱宽度大于10nm小于50nm。

5.根据权利要求3所述的镜片折射率测量装置，其特征在于：所述的透光孔直径小于0.5mm，所述的透光孔与第一光源的距离小于0.5mm。

6.根据权利要求1所述的镜片折射率测量装置，其特征在于：所述的第一准直透镜焦距大于50毫米。

7.根据权利要求1所述的镜片折射率测量装置，其特征在于：所述的哈特曼光阑片设置有阵列型排布的透光孔，所述的透光圆孔的直径为0.2-0.3mm，圆孔中心距0.5-0.6mm，圆孔数量不少于7*7个，中心位置为反射区，发射率80-90%。

8.根据权利要求2所述的镜片折射率测量装置，其特征在于：所述的第二光源模组包括第三光源及第二孔片，所述的第二孔片靠近所述的第三光源的发光面设有透光孔；所述的第三光源发出的光经过透光孔后射出。

9.一种基于权利要求1所述的镜片折射率测量装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在放入被测镜片前，记录第一光源的光束在第一光电探测器上的分布，并记录所述的哈特曼光阑片上表面在共焦反射测量模块中的信号位置x0；

S2、将被测镜片放入所述的第一分光片和哈特曼光阑片之间，调整被测镜片的位置，直到第一光电探测器监测到被测镜片中心与第一光源的光路中心重合；根据第一光电探测器中光强分布计算被测镜片的屈光度；

S3、关闭第一光源，并打开第二光源，匀速移动移动组件，透镜组和第二端口同步匀速移动，由第二光电探测器记录哈特曼光阑片上表面共焦信号位置x1，被测镜片上下表面共焦反射位置x2和x3；

S4、根据x0、x1、x2、x3以及镜片屈光度计算镜片折射率n。

10.一种基于权利要求2所述的镜片折射率测量装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在放入被测镜片前，记录第一光源的光束在第一光电探测器上的分布，并记录第二光电探测器中出现干涉现象时所述的反射镜的位置x0；

S2、将被测镜片放入所述的第一分光片和哈特曼光阑片之间，调整被测镜片的位置，直到第一光电探测器监测到被测镜片中心与第一光源的光路中心重合；根据第一光电探测器中光强分布计算被测镜片的屈光度；

S3、关闭第一光源，并打开第二光源，匀速移动移动组件，反射镜、透镜组和第二端口同步匀速移动，第二光电探测器记录被测镜片的干涉位置x1，第三光电探测器记录被测镜片上下表面共焦反射位置x2和x3；

S4、根据x0、x1、x2、x3以及镜片屈光度计算镜片折射率n。

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