[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

摘要

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。

主权项

一种宽波段共焦红外透镜元件折射率测量方法，其特征在于：利用宽波段共焦光路对被测透镜进行层析定焦，利用光学追迹算法计算被测透镜元件折射率，进而实现可见到红外宽波段范围内任意波长条件下被测透镜元件折射率的高精度非接触测量，包括以下步骤：(a)调节宽波段点光源系统(1)发射所需波长的发散光束，发散光束透过宽波段分光系统(3)后被宽波段准直与会聚系统(4)调制为空心会聚测量光束；测量光束照射到被测透镜(5)上被并被反射回光路，经过宽波段准直与会聚系统(4)被调制为空心会聚信号光束，空心信号光束被宽波段分光系统(3)反射进入共焦探测系统(7)中，经过针孔(8)被探测器(9)接收，探测器(9)将探测得到的光强信号传输至控制与计算系统(11)进行处理，得到共焦轴向响应曲线(12)；(b)轴向移动被测透镜(5)，当前表面顶点位于空心会聚测量光束会聚点附近时，传输至控制与计算系统(11)获得前表面定焦曲线(15)，当后表面顶点位于空心会聚测量光束会聚点附近时，传输至控制与计算系统(11)获得后表面定焦曲线(16)，测量前表面定焦曲线(15)的峰值点与后表面定焦曲线(16)峰值点之间的轴向距离(17)获得被测透镜的光学厚度d；(c)使用如下公式计算被测透镜(5)的折射率n：n=∫ϵ1n(r,d,t,D,fo,fc,ρ)·K(ρ)·ρdρ]]>其中，其中r和t分别为被测透镜(5)第一面曲率半径和厚度，ε为光束归一化内径，ρ为光瞳归一化半径，f0为宽波段准直与会聚系统(4)的物方焦距，fc为宽波段准直与会聚系统(4)的像方焦距，D为宽波段准直与会聚系统(4)的通光口径；根据光学追迹算法，积分函数n(r,d,D,f0,fc,ρ)中各变量满足如下关系：t(ρ)=r+1n·ρ·(d-r)·D/2fosin[arcsin(ρ·D/2fo)+arcsin(d-rr·ρ·D/2fo)-arcsin(d-rn·r·ρ·D/2fo)]]]>根据测量得到的光学厚度d、测量光路参数、被测透镜(5)的第一面曲率半径r和厚度t即可计算得到被测透镜元件折射率n；(d)调节宽波段点光源系统(1)发射其他所需波长，重复步骤(a)～(c)测量得到其他波长条件下的被测透镜(5)的折射率。