透镜折射率测试系统技术方案

本发明专利技术提供一种透镜折射率测试系统。所述系统包括氦氖激光器、光纤耦合器、多个透镜以及透镜组、第一和第二分束镜、第一和第二反射镜以及第一和第二电动挡板、和第一夏克

【技术实现步骤摘要】
透镜折射率测试系统


[0001]本专利技术属于透镜折射率测试系统，特别涉及一种针对非球面透镜、自由曲面元件以及特殊光学玻璃元件的折射率测量系统。

技术介绍

[0002]折射率测量指光在空气中的速度与光在该材料中的速度之比率。材料的折射率越高，使入射光发生折射的能力越强。对于玻璃透镜的折射率测量，现有技术中一般采用传统的波前传感器(例如夏克
‑
哈特曼波前传感器)测量折射率的系统。
[0003]如图1所示，现有技术中的测量系统包括氦氖激光器101，偏振片102，隔离器103，透镜镜头104，透镜镜头组106，107，和传感器108。其中所述传感器108为夏克
‑
哈特曼波前传感器(Shack
‑
Hartmann，SH传感器)，激光经过滤波、消偏并扩束110后，入射到固定在匹配液中的被测样品105上，再经过内部折射率场(透镜镜头组106，107)的缩束111)调制后，聚焦到SH传感器的接收面上。处理所述SH传感器接收到的数据，即可重建被测样品105调制的波前信息，减去参考波前，即获得被测样品105调制的波前信息。
[0004]然而，采用现有技术中的这种方式只能测量入射面和出射面均为平面且互相平行的样品，并且样品的折射率场沿光线传播方向不变，在与光线传播方向垂直的截面上是变化的。
[0005]现有技术的发展说明，随着透镜形状的变化以及折射率场的变化，需要针对非球面透镜、自由曲面元件以及特殊光学玻璃元件、折射率测试准确性、适应性强的测试系统。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供透镜折射率测试系统。
[0007]本专利技术的透镜折射率测试系统，包括：激光光源调整部件、干涉采样光路部件、成像部件和图像分析模块；其中所述激光光源调整部件包括氦氖激光器、所述氦氖激光器外接光纤耦合器；所述氦氖激光器发出光稳定的激光，所述激光通过所述光纤耦合器进入长焦距透镜，以实现激光的扩束；被扩展的激光进入干涉采样光路部件；所述干涉采样光路部件包括第一和第二分束镜，第一和第二反射镜，进入所述第二分束镜前设置的第一和第二透镜，其中，所述第一分束镜将被扩束的激光分成两路平行光，一路平行光作为参考光，另一路平行光作为物光；在所述参考光的末端设置第一反射镜，将垂直的参考光转折为水平；在所述物光的末端设置第二反射镜，将水平的物光转折为垂直；或者在所述参考光的末端设置第一反射镜，将水平的参考光转折为垂直；在所述物光的末端设置第二反射镜，将垂直的物光转折为水平；在所述第一分束镜和所述第一反射镜之间放置第一电动挡板；在所述第一分束镜和所述第二反射镜之间放置第二电动挡板；可通过控制所述第一和第二电动挡板，获得所述参考光和所述物光中的一束或者两束；并在所述第一或第二电动挡板挡住所述参考光或物光的情况下，获得一个图像；或在所述第一或第二电动挡板不挡住参考光或物光的情况下，获得两路光的参考图像和被测样品图像；经过所述第一反射镜和所述第二
反射镜的光彼此垂直，分别通过第一和第二头颈进行所述第二分束镜；透过所述第二分束镜的光线进入成像部件；所述成像部件包括包括第一和第二透镜组，其中每个透镜组由长焦距镜头和小焦距镜头组成；其中通过所述第二分束镜的每束光线先通过透镜组中的长焦距镜头进行汇聚，再通过小焦距镜头扩束；在第一和第二透镜组后分别设置SH传感器和干涉图采集传感器；并进而与图像分析模块相连接；
[0008]所述图像分析模块包括如下部件：折射率偏差模块，用于通过所述SH传感器测量所述透镜样品折射率，通过放入被测样品前后的差异，计算获得样品内折射率偏差；折射率投影模块，用于通过CCD采集所述参考光和所述物光产生的干涉图像；获取所述透镜样品折射率场在不同角度下的投影；相位信息恢复模块，用于提取主值区间的相位信息并将所述相位信息恢复为全值；三维图像生成模块，用于从所述投影中分别提取各层的相位信息；获得每层折射率，并按顺序叠加重建的图像，形成三维图像。
[0009]本专利技术的再一个方面，其中所述折射率偏差模块，还包括：平面调制模块，用于利用波前传感器接收经样品折射率场调制的平面；重建模块，用于重建所述参考光的波前信息并根据样品厚度获得折射率场的分布；并按顺序逐层重建每一层图像。
[0010]本专利技术的再一个方面，其中在所述光纤耦合器后设置偏振片，将所述偏振片调节为与所述氦氖激光器同偏振方向；在所述偏振片之后放置隔离器和孔径光阑，获得点光源。
[0011]本专利技术的再一个方面，其中所述图像分析模块还包括：图像读取模块，用于读取拟被处理的干涉图像；降噪模块，用于对所述干涉图像进行降噪处理，识别降噪后的图像中的点，以点阵最中间的点为原坐标、其他点减去中间点的坐标的方法将所有点划分在坐标图中，得到点的坐标分布；图像点识别模块，用于导入未放入样品前的图像作为参考图像，并上述识别点步骤中的识别点的方法识别所述参考图像中的点，并获得点的坐标函数；波前重构模块，用于用样品图像坐标函数减去参考图像的坐标函数，得到实际光斑的重心偏移量，根据偏移量推出波前斜率以便重构波前；折射率平均值模块，用于获得沿光路方向的折射率平均值。
[0012]本专利技术的另一个方面，其中折射率平均值模块，用放置样品的波前信息L(x，y)减去参考波前信息L
r
，得到调制波前信息ΔL(x，y)，利用光程的计算方法Δl(x，y)＝Δn(x，y)t，得到折射率的计算方法为其中Δl(x，y)是加入样品前后的光程差，即波面信息，Δn(x，y)即为样品与环境(折射率匹配液)的折射率差，t为透镜样品的厚度。
[0013]本专利技术的另一个方面，其中相位信息恢复模块中，通过加窗的快速傅里叶变换(WFFT)从干涉图中提取相位信息，再将图像经过滤波以及平移实现降噪以及消除背景，然后进行反傅里叶变换实现相位提取；重建模块中，根据得到的较为连续的相位图，采用滤波反投影算法重建被测样品内部的三维折射率场；所述图像分析模块还包括：相位解缠模块，根据多方算法比对，采用不带权重的最小二乘法和离散余弦法(DCT)对所述干涉图恢复的相位图进行相位解缠，将获得的不连续的相位图转换为较为连续的相位图。
[0014]采用上述结构的玻璃透镜折射率测试系统，能够克服现有技术中波前传感器测试折射率系统的局限性，提高测试的准确性，并能广泛应用于非球面透镜、自由曲面元件以及特殊光学玻璃元件。减小机械误差，并通过光线转折减小系统的整体空间尺寸。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创新性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1为现有技术中的玻璃透镜折射率测试系统的结构示意图。
[0017]图2为本专利技术的玻璃透镜折射率测试系统的结构示意图。
[0018]图3为本专利技术的激光光源调整部件一个实施方式的结构图。
[0019]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种透镜折射率测试系统，包括：激光光源调整部件、干涉采样光路部件、成像部件和图像分析模块；其中所述激光光源调整部件包括氦氖激光器、所述氦氖激光器外接光纤耦合器；所述氦氖激光器发出光稳定的激光，所述激光通过所述光纤耦合器进入长焦距透镜，以实现激光的扩束；被扩展的激光进入干涉采样光路部件；所述干涉采样光路部件包括第一和第二分束镜，第一和第二反射镜，进入所述第二分束镜前设置的第一和第二透镜，其中，所述第一分束镜将被扩束的激光分成两路平行光，一路平行光作为参考光，另一路平行光作为物光；在所述参考光的末端设置第一反射镜，将垂直的参考光转折为水平；在所述物光的末端设置第二反射镜，将水平的物光转折为垂直；或者在所述参考光的末端设置第一反射镜，将水平的参考光转折为垂直；在所述物光的末端设置第二反射镜，将垂直的物光转折为水平；在所述第一分束镜和所述第一反射镜之间放置第一电动挡板；在所述第一分束镜和所述第二反射镜之间放置第二电动挡板；可通过控制所述第一和第二电动挡板，获得所述参考光和所述物光中的一束或者两束；并在所述第一或第二电动挡板挡住所述参考光或物光的情况下，获得一个图像；或在所述第一或第二电动挡板不挡住参考光或物光的情况下，获得两路光的参考图像和被测样品图像；经过所述第一反射镜和所述第二反射镜的光彼此垂直，分别通过第一和第二头颈进行所述第二分束镜；透过所述第二分束镜的光线进入成像部件；所述成像部件包括包括第一和第二透镜组，其中每个透镜组由长焦距镜头和小焦距镜头组成；其中通过所述第二分束镜的每束光线先通过透镜组中的长焦距镜头进行汇聚，再通过小焦距镜头扩束；在第一和第二透镜组后分别设置SH传感器和干涉图采集传感器；并进而与图像分析模块相连接；所述图像分析模块包括如下部件：折射率偏差模块，用于通过所述SH传感器测量所述透镜样品折射率，通过放入被测样品前后的差异，计算获得样品内折射率偏差；折射率投影模块，用于通过CCD相机采集所述参考光和所述物光产生的干涉图像；获取所述透镜样品折射率场在不同角度下的投影；相位信息恢复模块，用于提取主值区间的相位信息并将所述相位信息恢复为全值；三维图像生成模块，用于从所述投影中分别提取各层的相位信息；获得每层折射率，并按...

【专利技术属性】
技术研发人员：李莉华，赵玮，曲晓峰，林煜瑛，廖培东，刘亦婷，叶丽停，
申请(专利权)人：深圳技术大学，
类型：发明
国别省市：