[发明专利]一种球面元件介质折射率的测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种球面元件介质折射率的测量装置，包括光谱共焦传感器（11）及光谱仪（14），其特征在于，还包括调距机构，其中，所述光谱共焦传感器（11）包括白光点光源（S）、半透半反射镜（X）及色散物镜（L）；所述半透半反射镜(X)和色散物镜（L）在白光点光源（S）和被测球面元件介质（13）之间沿光轴依次设置，所述半透半反射镜(X)靠近白光点光源（S），所述色散物镜（L）靠近被测球面元件介质（13）侧；所述调距机构驱使所述光谱共焦传感器（11）与被测球面元件介质（13）两者彼此靠近或远离以使得所述色散物镜（L）与被测球面元件介质（13）的距离沿着光轴变化4次；所述光谱仪（14）与所述半透半反射镜（X）的反射面相对，用于检测在被测球面元件介质（13）上聚焦并反射回的单色光的波长；若被测球面元件介质（13）的上下两面均为球面，则将检测得到的5个不同波长代入公式：

中计算出被测球面元件介质（13）在5个波长下的折射率；若被测球面元件介质（13）与色散物镜（L）相对侧表面是平面，则将检测得到的5个不同波长代入公式：

中计算出被测球面元件介质（13）在5个波长下的折射率；定义：

球面元件介质的中心厚度为H；

被所述色散物镜（L）分解后的多条单色光由至少一个单色光子集构成，每个单色光子集包括一条上单色光与一条下单色光；每个单色光子集中的上单色光聚焦于被测球面元件介质（13）的上表面，每个单色光子集中的下单色光聚焦于被测球面元件介质（13）的下表面；

每个单色光子集中的下单色光的波长为λ；

每个单色光子集中的下单色光的入射角度为；

每个单色光子集中的上单色光与下单色光的焦点距离为；

其中，和是光谱共焦传感器（11）中色散物镜（L）的已知参数；是被测球面元件介质（13）与色散物镜（L）相对侧表面的曲率半径；

色散物镜（L）的边缘光线出射角度与波长的关系为：

，

色散物镜（L）的后截距与波长的关系为：

，

每个单色光子集中上单色光与下单色光的距离为：

；

定义：

所述色散物镜（L）与被测球面元件介质（13）间的距离未变化时，上单色光的波长为λ₁，下单色光的波长为λ₂；

所述色散物镜（L）与被测球面元件介质（13）间的距离第一次变化时，上单色光的波长为λ₃，下单色光的波长为λ₄；

所述色散物镜（L）与被测球面元件介质（13）间的距离第二次变化时，上单色光的波长为λ₅，下单色光的波长为λ₆；

所述色散物镜（L）与被测球面元件介质（13）间的距离第三次变化时，上单色光的波长为λ₇，下单色光的波长为λ₈；

所述色散物镜（L）与被测球面元件介质（13）间的距离第三次变化时，上单色光的波长为λ₉，下单色光的波长为λ₁₀；则可获得各下单色光的入射角度，并有：

，

根据折射率的公式并且结合公式计算出被测球面元件介质（13）的折射率曲线；

其中，X₁、X₂、X₃、X₄为波长项系数，并有3.5≤X₁≤4, 4.5≤X₂≤5, 5.5≤X₃≤6, 0.1≤X₄≤0.5；A、B、C、D、E为待求解常数；

被测球面元件介质（13）的折射率曲线的波长范围为400~1100nm。

2.一种球面元件介质折射率的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一测量装置，所述测量装置包括光谱共焦传感器（11）、光谱仪（14）及调距机构，其中，所述光谱共焦传感器（11）包括白光点光源（S）、半透半反射镜（X）及色散物镜（L）；所述半透半反射镜(X)和色散物镜（L）在白光点光源（S）和被测球面元件介质（13）之间沿光轴依次设置，所述半透半反射镜(X)靠近白光点光源（S），所述色散物镜（L）靠近被测球面元件介质（13）侧；

所述调距机构驱使所述光谱共焦传感器（11）与被测球面元件介质（13）两者彼此靠近或远离以使得所述色散物镜（L）与被测球面元件介质（13）的距离沿着光轴变化4次；

将所述光谱仪（14）与所述半透半反射镜（X）的反射面相对设置，所述光谱仪（14）用于检测在被测球面元件介质（13）上聚焦并反射回的单色光的波长；

若被测球面元件介质（13）的上下两面均为球面，则将检测得到的5个不同波长代入公式：

中计算出被测球面元件介质（13）在5个波长下的折射率；

若被测球面元件介质（13）与色散物镜（L）相对侧表面是平面，则将检测得到的5个不同波长代入公式：

中计算出被测球面元件介质（13）在5个波长下的折射率；定义：

球面元件介质的中心厚度为H；

被所述色散物镜（L）分解后的多条单色光由至少一个单色光子集构成，每个单色光子集包括一条上单色光与一条下单色光；每个单色光子集中的上单色光聚焦于被测球面元件介质（13）的上表面，每个单色光子集中的下单色光聚焦于被测球面元件介质（13）的下表面；

每个单色光子集中的下单色光的波长为λ；

每个单色光子集中的下单色光的入射角度为；

每个单色光子集中的上单色光与下单色光的焦点距离为；

其中，和是光谱共焦传感器（11）中色散物镜（L）的已知参数； 是被测球面元件介质（13）与色散物镜（L）相对侧表面的曲率半径；

色散物镜（L）的边缘光线出射角度与波长的关系为：

，

色散物镜（L）的后截距与波长的关系为：

，

每个单色光子集中上单色光与下单色光的距离为：

；

定义：

所述色散物镜（L）与被测球面元件介质（13）间的距离未变化时，上单色光的波长为λ₁，下单色光的波长为λ₂；

所述色散物镜（L）与被测球面元件介质（13）间的距离第一次变化时，上单色光的波长为λ₃，下单色光的波长为λ₄；

所述色散物镜（L）与被测球面元件介质（13）间的距离第二次变化时，上单色光的波长为λ₅，下单色光的波长为λ₆；

所述色散物镜（L）与被测球面元件介质（13）间的距离第三次变化时，上单色光的波长为λ₇，下单色光的波长为λ₈；

所述色散物镜（L）与被测球面元件介质（13）间的距离第三次变化时，上单色光的波长为λ₉，下单色光的波长为λ₁₀；则可获得各下单色光的入射角度，并有：

，

根据折射率的公式并且结合公式计算出被测球面元件介质（13）的折射率曲线；

其中，X₁、X₂、X₃、X₄为波长项系数，并有3.5≤X₁≤4, 4.5≤X₂≤5, 5.5≤X₃≤6, 0.1≤X₄≤0.5；A、B、C、D、E为待求解常数；

被测球面元件介质（13）的折射率曲线的波长范围为400~1100nm。