一种微透镜制造技术

本发明专利技术公开了一种微透镜，所述微透镜连接光纤，所述微透镜呈圆锥型，所述圆锥的侧面母线为直线，所述圆锥具有轴线，所述侧面母线与所述轴线之间的夹角为半顶角

【技术实现步骤摘要】
一种微透镜


[0001]本专利技术属于光学成像领域，特别涉及一种微透镜。

技术介绍

[0002]光纤作为一种光导材料，具有可弯折的特性。因此利用光纤阵列实现平面或曲面成像具有独特的优势。由于石英光纤抗弯性较差，即容易被折断，因此光纤成像更青睐于塑料光纤。但是塑料光纤的数值孔径通常为0.5，对应的接收角则为60
°
。该接收角较大，因此在光纤阵列成像时会导致相邻光纤传导的光信息重复过多，有效信息量减少。而在光纤端面处增加微透镜则是降低接收角的有效方法。
[0003]已有的文献虽然对光纤端面的微透镜有所提及(马孟超,张翼,顾磊,等.一种重叠型复眼:中国,CN113141493A[P].2021
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20.)，但提及到的微透镜形状由其表面张力决定，通常为半球型，并未对该形状的合理性进行过验证，也并未设计过最优尺寸。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种微透镜。
[0005]一种微透镜，所述微透镜连接光纤，所述微透镜呈圆锥型，所述圆锥的侧面母线为直线，所述圆锥具有轴线，所述侧面母线与所述轴线之间的夹角为半顶角θ，所述圆锥具有底面，从所述圆锥的底面至所述圆锥的顶点所述圆锥的横截面尺寸连续减小，所述半顶角θ为30
°
～45
°
。
[0006]进一步的，所述半顶角θ为32
°
～43
°
。所述半顶角θ为35
°
。/>[0007]可选的，所述圆锥型微透镜的锥型顶部由圆弧型球顶形成，所述侧面母线与所述球顶相切形成切点；所述球顶的顶点与所述切点间的高度为H1,所述球顶的顶点与所述底面间的高度为H2，H1:H2为1:10
‑
1:2之间，H1过大则微透镜接收角远大于设计接收角，H1过小则微透镜接收区域中间信息丢失；所述球顶曲率连续变化。
[0008]其中，所述半顶角θ满足下式：
[0009][0010]其中，∠8为上接触面临界角(当∠8<θ时)，n
l
是微透镜的折射率，n1是光纤核的折射率，n2是光纤包层的折射率。
[0011]本专利技术的有益效果是：本专利技术将对光纤端面的微透镜形状进行分析对比，在此基础上对其尺寸进行合理选择。合理设计光纤端面的微透镜形状及尺寸对光纤阵列成像时有效信息量的提高具有重要意义。本专利技术确定了最优的光纤端面微透镜形状；确定了合适的光纤端面微透镜尺寸；提高了光纤传递的有效信息量。
附图说明
[0012]图1为光纤上接触面光线传入球型微透镜光路图；
[0013]图2为球型微透镜不同半径的上接触面临界角与射出点位置关系图；
[0014]图3为光纤下接触面光线传入球型微透镜光路图；
[0015]图4为球型微透镜不同半径的下接触面临界角与射出点位置关系图；
[0016]图5为球型微透镜不同半径的上下接触面临界角之差与射出点位置关系图；
[0017]图6为微透镜的结构示意图；
[0018]图7为光纤上接触面光线传入圆锥型微透镜且无微透镜内部的反射光路图；
[0019]图8为光纤下接触面光线传入圆锥型微透镜且无微透镜内部的反射光路图；
[0020]图9为圆锥型微透镜内部光线直接折射时各角度与半顶角关系；
[0021]图10为来自于光纤上接触面的光线在微透镜内部的反射；
[0022]图11为来自于光纤下接触面的光线在微透镜内部的反射；
[0023]图12为圆锥型微透镜内部光线反射时各角度与半顶角关系；
[0024]图13为光线从微透镜中射出的情况一；
[0025]图14为光线从微透镜中射出的情况二；
[0026]图15为圆弧型球顶修饰的圆锥型微透镜透镜示意图；
[0027]图16为半顶角等于85
°
时，接收面的光照结果；
[0028]图17为半顶角等于80
°
时，接收面的光照结果；
[0029]图18为半顶角等于75
°
时，接收面的光照结果；
[0030]图19为半顶角等于70
°
时，接收面的光照结果；
[0031]图20为半顶角等于68
°
时，接收面的光照结果；
[0032]图21为半顶角等于65
°
时，接收面的光照结果；
[0033]图22为半顶角等于60
°
时，接收面的光照结果；
[0034]图23为半顶角等于55
°
时，接收面的光照结果；
[0035]图24为半顶角等于50
°
时，接收面的光照结果；
[0036]图25为半顶角等于45
°
时，接收面的光照结果；
[0037]图26为半顶角等于43
°
时，接收面的光照结果；
[0038]图27为半顶角等于40
°
时，接收面的光照结果；
[0039]图28为半顶角等于35
°
时，接收面的光照结果；
[0040]图29为半顶角等于30
°
时，接收面的光照结果；
[0041]对于图中标号的说明：A代表接收面，B代表微透镜，C代表光纤。
具体实施方式
[0042]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明，使本专利技术的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本专利技术的主旨。
[0043]由于微透镜及光纤均轴对称，因此如图1，图3，图7，图8，图10，图11所示，本专利技术以微透镜的光轴的一侧为例进行分析。定义微透镜的接收角逆时针为正。同时根据光线可逆原理，微透镜的接收角等于其发散角，因此本专利技术通过计算发散角来分析接收角。
[0044]球型微透镜不同位置处的接收角分析
[0045]由于球型微透镜是最常见也最易加工的微透镜，因此首先对球型微透镜进行分析。
[0046](1)上接触面临界角分析
[0047]如图1所示，当光线从光纤核和光纤包层的上接触面反射后，会被折射进入微透镜，最终折射进入空气。如果最终折射进入空气的所有光线与光纤光轴平行线的夹角均小于球面微透镜在该点的切线角(即微透镜内未发生全反射现象)，则有：当光线在上接触面的反射角∠1等于光纤的全反射角时，光线最终折射进入空气的∠8为上接触面临界角。此时∠8满足公式：
[0048][0049]其中，n
l
是微透镜的折射率，n1是光纤核的折射率，n2是光纤包层的折射率，n0是空气的折射率，d是光线于微透镜上的出射位置与光纤轴线的距离，R是球型微透镜的半径。
[0050]如果上述∠8大于球面微本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微透镜，其特征在于，所述微透镜连接光纤，所述微透镜呈圆锥型，所述圆锥的侧面母线为直线，所述圆锥具有轴线，所述侧面母线与所述轴线之间的夹角为半顶角θ，所述圆锥具有底面，从所述圆锥的底面至所述圆锥的顶点所述圆锥的横截面尺寸连续减小，所述半顶角θ为30
°
～45
°
。2.根据权利要求1所述的微透镜，其特征在于，所述半顶角θ为32
°
～43
°
。3.根据权利要求1所述的微透镜，其特征在于，所述半顶角θ为35
°
。4.根据权利要求1至3任一所述的微透镜，其特征在于，所述圆锥型微透...

【专利技术属性】
技术研发人员：张需明，姜衡，蔡智聪，
申请(专利权)人：香港理工大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：