一种紧凑型高分辨率光纤成像系统技术方案

本发明专利技术公开了一种紧凑型高分辨率光纤成像系统，属于光纤熔接机领域，本发明专利技术装置包括照明部分与成像部分，照明部分采用直射式结构设计，利用准直透镜对led光源进行调制可在较短的光程内得到平行光束，削弱杂散光带来的干扰，有利提高成像质量；成像部分主要由显微物镜、镜筒及摄像头组成，能够完成在较短共轭距离内实现对待熔光纤的放大成像，画面清晰。该光纤成像系统在实现高像质同时可促使熔接机体积有一定程度地缩小，满足当今熔接机器市场便携式的需求。

A compact high resolution optical fiber imaging system

【技术实现步骤摘要】
一种紧凑型高分辨率光纤成像系统
本专利技术属于光纤熔接机领域，具体涉及一种紧凑型高分辨率光纤成像系统。
技术介绍
当今信息时代，物联网的高速发展，光纤通信已成为信息传输的主力军，有线光网络的普及需要大量的光纤接续，光纤熔接机作为光纤接续的主导仪器(设备)，在光通信发展领域承担了重要的角色。光纤熔接机的关键性能指标是熔接点的光功损耗，高质量的熔接点才能保证光信号的长距离传输，若要保证熔接质量，需要完成对两端光纤在物理上的纤芯的精准对接，这就需要高分辨率光纤成像系统获取完备的待熔光纤图像信息，软件通过输入的图像分析进而驱动结构调节，实现物理空间上的精准对接，从而保证在高质量的模场耦合。已公开的专利技术专利CN107121727A提出一种纤芯识别成像系统，照明部分采用准直反射式，增加光损失的同时需要在机身增加照明灯定位的空间，成像部分存在放大倍数小、镜头解像力不高的制约因素，不能满足当今市场对熔接机器光纤成像系统小巧精致、画面清晰的需求。已公开的专利技术专利CN102998788A提出一种光纤熔接机成像系统，具有较大的放大倍数，但共轭距离较大，增加机架的装配空间，同时成像分辨率较低，影响软件对纤芯的判断以及客户对图像的视觉感受。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术提出一种紧凑型的高分辨率光纤成像系统，在保证优良的成像质量同时，可使照明光路及成像光路的有效距离明显缩小，满足便携式小型化光纤熔接机的开发需求，有效降低成本的同时减轻机器自身的重量。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种紧凑型高分辨率光纤成像系统，包括光纤照明光路和光纤成像光路；光纤照明光路采用直射式照明方式，包括光源和导光筒，导光筒用于光束的传导，导光筒的前端贴附光源，后端装有准直透镜，导光筒的后端出射平行光束投射至光纤，从光源的中心到被照光纤的中心的有效距离为18mm；导光筒的筒径中心与光源的发光中心及准直透镜的光轴重合；准直透镜对输入光束进行调制，生成一定口径且发散角小于1.5度的平行光束；光纤成像光路采用显微成像方式，包括显微物镜、镜座和摄像板，实现对近距离细小光纤的放大成像，光纤至摄像板的共轭距离为52mm；镜座的前端内壁设置有螺纹，用于与显微物镜旋合连接，镜座的后端设置有两个螺钉孔，用于与摄像板的贴合固定；其中，显微物镜是核心的光学放大部件，用于实现将有限距离处的细小光纤物体聚焦成像至摄像板的图像传感器上，镜座的内部空腔用于传导有效成像光线，避免周围杂散光线的引入干扰，摄像板的上面分布感光摄像头，用于实时记录和传递成像信息。优选地，光源为波长为630nm±15nm的红色LED光源，其发光角度40°。优选地，导光筒的外观为圆柱形，导光筒的纵向长度为7.5mm，其内部的通光孔呈锥形。优选地，准直透镜为双凸透镜，焦距范围为10～12mm。优选地，显微物镜的基本特性为：焦距范围为3～4mm，放大倍率为7x，物方视场为0.8mm，数值孔径为0.3，解像力能达到100lp/mm，畸变小于1.5％。优选地，显微物镜的内部包含五片透镜，分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜；其中，第一透镜是焦距为11.4mm的双凸透镜，其一面曲率半径范围为40mm～41mm，另一面曲率半径范围为8mm～9mm；第二透镜是焦距为16.7mm的双凸透镜，其一面曲率半径范围为31mm～32mm，另一面曲率半径范围为15mm～16mm；第三透镜是焦距为-13.6mm的负弯月透镜，其一面曲率半径范围为8mm～9mm，另一面曲率半径范围为28mm～29mm；第四透镜是焦距为16.8mm的正弯月透镜，其一面曲率半径范围为6mm～7mm，另一面曲率半径范围为17mm～18mm；第五透镜是焦距为-5.2mm的双凹透镜，其一面曲率半径范围为2mm～3mm，另一面曲率半径范围为33mm～34mm。优选地，第一透镜靠近光源，第五透镜靠近感光摄像头。优选地，镜座是一种长方体结构，镜座的内部空腔中部设置有光阑。优选地，摄像板是具有倒角的长方形结构，其左上角与右下角各设置有一圆形过孔。优选地，感光摄像头为1/4英寸CMOS图像传感芯片，有效像素百万。本专利技术所带来的有益技术效果：本专利技术提出的技术方案，相比传统光纤熔接机通过设计优化可使照明光路及成像光路的所占机器空间得到进一步缩小，同时光纤的成像分辨率得到较大提高，画面清晰可进一步提高光纤的对准精度，有效减小熔接损耗，使研制开发成本低廉成像优越的小型化光纤熔接机具有极强的市场竞争力。附图说明图1是本专利技术系统的原理框图。图2是照明光路的设计原理图。图3是成像光路的设计原理图。图4是成像系统的MTF曲线图。图5是单模光纤在机器上的实际成像效果图。其中，1-led光源；2-导光筒；3-准直透镜；4-显微物镜；301-第一透镜；302-第二透镜；303-第三透镜；304-第四透镜；305-第五透镜；5-镜座；6-摄像板.具体实施方式下面结合附图以及具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明：如图1所示，一种紧凑型高分辨率光纤成像系统，包括光纤照明光路Ⅰ和光纤成像光路Ⅱ两大部分。光纤照明光路Ⅰ采用直射式照明方式，分别包含led光源1和导光筒2，相比传统的反射式照明方式，可减少因反射光程较长导致的光能损失，由于led光源1其发光面积很小，在这里我们可近似为点光源，导光筒2呈圆柱形，长度为7.5mm，内部通光孔呈锥形，用于发光光束的传导，前端贴附光源、后端固定准直透镜3，导光筒2的径中心与led光源1的发光中心及准直透镜3的光轴重合。光纤成像光路Ⅱ采用显微成像方式，分别包含显微物镜4、镜座5、摄像板6三个部件，其中显微物镜4是核心的光学放大部件，可实现将有限距离处的细小光纤(物体)聚焦成像至摄像板6的图像传感器上，镜座5是一种两面开孔的长方体金属结构，其内部空腔用于传导有效成像光线，避免周围杂散光线的射入干扰，其前端内壁设有螺纹，用于显微物镜旋合连接，其后端具有两个螺钉孔，用于摄像板6的贴合固定，镜座5内部空腔中部设有光阑，摄像板6外形是具有倒角的长方形，其左上角与右下角各具有一圆形过孔，用于与镜座5的螺钉固定，其中间位置焊接有感光摄像头，有效像素达百万，用于实时记录和传递成像信息。如图2所示为照明光路的原理图，从光源中心到被照光纤中心的有效距离为18mm，准直透镜3对输入光束进行调制，生成口径Ф2.5且发散角为1.5度的平行光束，避免大角度光线的干扰，为光纤的后续成像提供良好的照明环境，所述的准直透镜3为双凸透镜，焦距范围为10～12mm。如图3所示为成像光路的原理图，光纤物体至单相摄像头的共轭距离为52mm，相比传统光纤熔接机镜头减小10mm以上，显微物镜内部包含五片透镜，第一透镜301是焦距为11.4mm的双凸透镜，其一面曲率半径范围为40mm～41mm，另一面曲率半径范围为8mm～9mm；第二透镜3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种紧凑型高分辨率光纤成像系统，其特征在于：包括光纤照明光路和光纤成像光路；/n光纤照明光路采用直射式照明方式，包括光源和导光筒，导光筒用于光束的传导，导光筒的前端贴附光源，后端装有准直透镜，导光筒的后端出射平行光束投射至光纤，从光源的中心到被照光纤的中心的有效距离为18mm；导光筒的筒径中心与光源的发光中心及准直透镜的光轴重合；准直透镜对输入光束进行调制，生成一定口径且发散角小于1.5度的平行光束；/n光纤成像光路采用显微成像方式，包括显微物镜、镜座和摄像板，实现对近距离细小光纤的放大成像，光纤至摄像板的共轭距离为52mm；镜座的前端内壁设置有螺纹，用于与显微物镜旋合连接，镜座的后端设置有两个螺钉孔，用于与摄像板的贴合固定；其中，显微物镜是核心的光学放大部件，用于实现将有限距离处的细小光纤物体聚焦成像至摄像板的图像传感器上，镜座的内部空腔用于传导有效成像光线，避免周围杂散光线的引入干扰，摄像板的上面分布感光摄像头，用于实时记录和传递成像信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种紧凑型高分辨率光纤成像系统，其特征在于：包括光纤照明光路和光纤成像光路；
光纤照明光路采用直射式照明方式，包括光源和导光筒，导光筒用于光束的传导，导光筒的前端贴附光源，后端装有准直透镜，导光筒的后端出射平行光束投射至光纤，从光源的中心到被照光纤的中心的有效距离为18mm；导光筒的筒径中心与光源的发光中心及准直透镜的光轴重合；准直透镜对输入光束进行调制，生成一定口径且发散角小于1.5度的平行光束；
光纤成像光路采用显微成像方式，包括显微物镜、镜座和摄像板，实现对近距离细小光纤的放大成像，光纤至摄像板的共轭距离为52mm；镜座的前端内壁设置有螺纹，用于与显微物镜旋合连接，镜座的后端设置有两个螺钉孔，用于与摄像板的贴合固定；其中，显微物镜是核心的光学放大部件，用于实现将有限距离处的细小光纤物体聚焦成像至摄像板的图像传感器上，镜座的内部空腔用于传导有效成像光线，避免周围杂散光线的引入干扰，摄像板的上面分布感光摄像头，用于实时记录和传递成像信息。


2.根据权利要求1所述的紧凑型高分辨率光纤成像系统，其特征在于：光源为波长为630nm±15nm的红色LED光源，其发光角度40°。


3.根据权利要求1所述的紧凑型高分辨率光纤成像系统，其特征在于：导光筒的外观呈圆柱形，导光筒的纵向长度为7.5mm，其内部的通光孔呈锥形。


4.根据权利要求3所述的紧凑型高分辨率光纤成像系统，其特征在于：准直透镜为双凸透镜，焦距范围为10～12mm。


5.根据权利要求1所述的紧凑型高分辨率光纤成像系统，其特征在于：显微物镜的基本特性为：焦距范围为3～4m...

【专利技术属性】
技术研发人员：任晓楠，杨小光，曹雨，贺永亮，彭杰，叶旭，李博，
申请(专利权)人：中电科仪器仪表安徽有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34