[发明专利]宽波段共焦红外透镜元件折射率测量方法与装置

说明书

本发明涉及一种宽波段共焦红外透镜元件折射率测量方法与装置，属于光学精密测量技术领域。本发明采用黑体光源通过波长选通系统生成指定波长照明点光源，利用共焦光路对被测透镜前后表面顶点进行层析定焦，测量得到被测透镜光学厚度，通过光线追迹算法计算得到透镜的元件折射率，实现可见到红外宽波段范围内任意波长条件下的红外透镜元件折射的高精度非接触测量。本发明无需对被测透镜进行破坏性采样，实现了可见到红外任意波长条件下的透镜的元件折射率无损直接测量，具有测量过程便捷，测量精度高、抗环境干扰能力强的优点，可为透镜的元件折射率检测提供一个全新的有效技术途径。

技术领域

本发明属于光学精密测量技术领域，将可见到红外宽波段任意波长点光源发生技术、共焦层析定焦技术和光线追迹折射率计算算法结合，涉及一种宽波段共焦红外透镜元件折射率测量方法与装置，可用于可见到红外波段任意波长条件下透镜元件折射率高精度直接测量。

技术背景

折射率测量在光学加工、精密检测和测试计量等领域应用非常广泛，虽然最小偏向角法、棱镜耦合法和阿贝法等传统测量技术已经较为成熟，精度已经可以达到10^-6量级，但是需要将被测材料加工成特定形状，对于光学领域中最常用的透镜的折射率无法直接测量，只能对加工前的材料进行采样测量，利用材料折射率进行量值传递，作为加工后透镜元件折射率使用，但是透镜从加工、装配到使用过程中，受温度变化、应力释放等影响，折射率会发生明显变化，尤其对于空间成像、激光加工等领域中的红外元件，变化更为明显；并且为适应不同系统工作波长的差异，还需要将测量得到的折射率标准值进行波长换算，得到所需波长条件下的折射率，该过程复杂繁琐，引入较多计算误差，计算精度较低。

透镜的折射率是决定光学系统的关键指标，准确测量工作波长条件下的透镜元件折射率对于保证光学系统性能十分重要。

在元件折射率的测量领域中，目前提出的方法大多针对于平板和薄膜类样品，对于透镜元件的折射率测量报道的方法较少，主要有浸液法，干涉法和成像法等，浸液法通过将被测透镜浸入液体前后光束会聚点位置的变化，结合液体折射率计算透镜折射率，测量精度可达10^-3量级；干涉法通过测量透过被测透镜的干涉条纹计算被测透镜的折射率，测量精度约为5×10^-3；成像法通过测量光束透过透镜会聚点位置变化，利用成像公式计算样品的折射率，测量精度可达10^-3量级；

此外，现有技术尚无法实现在宽波段范围内指定波长的折射率测量，需要通过波长换算得到所需波长条件下的折射率。

综上所述，但现有折射率测量技术应用于透镜元件折射率测量存在以下突出问题：

1)目前方法大多测量透镜加工前的材料折射率，需要通过量值传递得到透镜折射率，测量过程复杂且传递精度低；

2)仅能直接测量一个波长条件下的折射率，不能实现宽波段范围内任意波长条件下折射率直接测量；

3)测量精度较低，在透镜折射率测量精度仅达到10^-3量级；

因此，如何提高宽波段范围透镜元件折射率的测量效率和精度成为光学领域的一个重要技术问题。

共焦光路轴向相应曲线峰值点与测量光束会聚点准确对应，可对透明样品进行精确的层析定焦。基于此，本发明提出一种宽波段共焦红外透镜元件折射率测量方法与装置，其利用黑体光源通过波长选通系统生成指定波长照明点光源，利用共焦光路对被测红外透镜前后表面顶点进行层析定焦，测量得到被测透镜光学厚度，通过光线追迹算法计算得到透镜的元件折射率。

本发明提出一种宽波段共焦红外透镜元件折射率测量方法与装置可为可见到红外宽波段范围内任意指定波长条件下的透镜元件折射的高精度非接触测量提供一个全新的有效技术途径。

发明内容