专利名称：一种光纤熔接机的成像系统及光纤熔接机的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤熔接领域中的光学成像技术，尤其涉及一种光纤熔接机的成像系 统及光纤熔接机。
背景技术：
石英光纤是由石英芯部和形成在芯部周围的石英包层组成，且由涂覆层进行包裹 加强保护，光在光纤芯部传输。为了保证光信号在光纤中有效传输一定距离，需要将相对短 的光纤连接在一起。光纤熔接机是一种光、机、电高度融合的高精密实用设备，可以提供快 捷、长期稳定、低损耗的光纤接点，用于光纤架设及维护。光学成像系统是光纤熔接机中一 个重要的组成部分，光纤熔接机熔接光纤时，通过光学显微摄像系统，获取两根需要熔接光 纤的对准误差，调整此误差至允许的范围后，采用放电电弧加热，通过准直机构使两根光纤 端面相互靠近，融合为整体。现有的光纤熔接机由于结构设计差异，存在如下不足1)成像 系统显微物镜共轭距离一般为160_左右，无法适用于体积小、结构紧凑的熔接机内，携带 不便；2)工作距离小，因电极放电熔化光纤，光纤熔化物及空气中灰尘颗粒聚集到镜头上可 能影响成像；3) —般从X和Y两个方向检测光纤对准与否，使得光纤熔接机在使用过程中 熔接时间长；熔接损耗较高；4)光纤熔接机适用的石英光纤范围小。
针对上述问题，本发明提出一种光纤熔接机成像系统及光纤熔接机，在保证成像 分辨率的情况下，使得光纤熔接机工作距离变大且显微物镜共轭距离变小，操作方便，便于 携带，且能够识别多种类型的光纤。发明内容
本发明要解决的技术问题在于提出一种光纤熔接机的成像系统及光纤熔接机，解 决了不同类型光纤难以识别，及由于显微物镜共轭距离大使得光纤熔接机体积较大，携带 不便的问题。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的
—种光纤熔接机的成像系统，所述系统包括照明光源、光学显微镜头、镜筒和成像 芯片，所述光学显微镜头包括四片曲面透镜组合而成的放大透镜模组，所述四片曲面透镜 包括两片凸透镜和两片凹透镜，其中一片凹透镜和一片凸透镜胶合连接形成胶合镜片组， 然后依次与另一凸透镜和另一凹透镜组合，照明光源发出的光通过所述光学显微镜头将光 纤轴向端面投射到成像芯片上成像。
进一步地，所述光学显微镜头的焦距范围为4mm 6mm。
进一步地，所述胶合镜片组中，凹透镜与凸透镜进行胶合的曲面曲率半径相同，且 凸透镜的侧边所在的曲面连同胶合面侧超过胶合面部分的透镜表面上涂覆无光黑漆。
进一步地，所述胶合镜片组中，凹透镜一个曲面侧的曲率半径范围为805mm 806mm,另一曲面侧的曲率半径范围为8mm 9mm ;所述双凸透镜两曲面侧的曲率半径相同， 范围为8mm 9mm ;胶合镜片组外，另一凸透镜一个曲面侧的曲率半径范围为64mm 65mm,另一曲面侧的曲率半径范围9. 5mm 10. 5mm ;另一凹透镜一个曲面侧的曲率半径范围为 6mm 7mm,另一曲面侧的曲率半径范围为355mm 356mm,胶合镜片组与另一凸透镜间的 距离范围为O. 23mm O. 27mm，所述另一凸透镜与另一凹透镜间的距离范围为10. 97mm 11. 03mmo
进一步地，所述镜筒上安装有光阑，用于对透射光的强弱进行调节，还可控制杂散 光在成像光路系统中的影响。
进一步地，所述光学显微镜头与镜筒间通过锁母进行连接。
进一步地，所述光学显微镜头所使用的透镜包括玻璃透镜。
进一步地，所述成像系统还包括PCB板和PCB支座，所述PCB板用于安装成像芯 片，所述PCB支座用于支撑PCB板，通过调节PCB支座的位置调整成像芯片的视场平行度。
进一步地，所述成像芯片包括CMOS图像传感芯片或者CXD图像传感芯片。
相应地，本发明还公开一种光纤熔接机，所述光纤熔接机包括微处理器、电源模 块、熔接电极、电极驱动模块、成像系统、通信模块和显示模块，所述显示模块、通信模块、电 源模块、成像系统和电极驱动模块与微处理器连接，所述电极驱动模块与熔接电极连接，所 述成像系统包括照明光源、光学显微镜头、镜筒和成像芯片，所述光学显微镜头包括由四片 曲面透镜组合而成的放大透镜模组，所述四片曲面透镜包括两片凸透镜和两片凹透镜，其 中一片凹透镜和一片凸透镜胶合连接形成胶合镜片组，然后依次与另一凸透镜和另一凹透 镜组合，照明光源发出的光通过所述光学显微镜头将光纤轴向端面投射到成像芯片上成 像，成像芯片将图像信号转换为数据信号传输到微处理器，微处理器对数据信号进行分析 并进行自动对准，选择合适的熔接程序，启动电机驱动模块和熔接电极进行熔接。
本发明的技术方案，通过选择不同参数的透镜并根据实际情况对透镜间的距离进 行调整进行成像，在保证分辨率的前提下，能够使光纤熔接机的工作距离达到IOmm以上， 并且使镜头的共轭距至少减小一半，能够达到65mm左右，满足了机器小型化、便携化的需 求；同时，该成像系统适用于多种类型石英光纤。
图1为本发明实施例的光纤熔接机的成像系统的结构示意图2为本发明实施例的成像系统光学显微镜头的光路图3为本发明实施例的单模光纤(SM)、多模光纤(MM)、色散位移光纤(DS)和非零 色散位移光纤(NZDS)分别通过光纤熔接机成像系统后的数据分析图4为本发明实施例的光纤熔接机成像系统对单模光纤(SM)和非零色散位移光 纤(NZDS )成像的实际效果图。
图5为本发明实施例的光纤熔接机的结构框图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附 图予以详细说明。
图1为本发明实施例的光纤熔接机的成像系统的结构示意图。如图1所示，所述 成像系统包括照明光源101、光学显微镜头102、镜筒103和成像芯片104，所述光学显微镜头102与镜筒103连接，所述光学显微镜头102包括由四片曲面透镜组合而成的放大透镜 模组，所述四片曲面透镜包括两片凸透镜和两片凹透镜，其中一片凹透镜和一片凸透镜胶 合连接形成胶合镜片组，然后依次与另一凸透镜和另一凹透镜组合，照明光源101发出的 光通过所述光学显微镜头将光纤轴向端面20投射到成像芯片104上成像，为光纤熔接机的 自动对准提供清晰的光纤图像。
其中，所述光学显微镜头所使用的透镜包括但不仅限于玻璃透镜，形成的焦距范 围为4mm 6mm。所述镜筒103上带有光阑106，用于对透射光的强弱进行调节。光学显微 镜头102和镜筒103间通过锁母105 (型号为M12X0. 5)进行连接，通过调节锁母105可对 像距进行调整，即调整像到透镜中心之间的距离。
所述成像系统还包括PCB板107，所述成像芯片104安装于PCB板107上，由PCB 支架108对PCB板107进行支撑，通过调节PCB支座108的位置来调整成像芯片107的视场 平行度，所述平行度指如果光纤在液晶显示屏上看到是倾斜的，通过旋转PCB支座调节PCB 板的位置。
所述成像芯片104包括CMOS图像传感芯片或者CXD图像传感芯片。成像芯片的 分辨率为640*480。
本发明光纤熔接机的成像系统在保证成像分辨率的情况下，工作距离可以达到 IOmm以上，而且镜头的共轭距离可以缩小到65mm，与传统光学显微镜头相比，共轭距减小 了一半还多，能够满足机器小型化、便携化的要求，同时，本发明的光学成像系统能够识别 多种类型的光纤。
图2为本发明实施例的成像系统光学显微镜头的光路图。如图2所示，所所述光 学显微镜头采用由四片曲面透镜组合而成的放大透镜模组，所述放大透镜模组包括两片凹 透镜(镜片I和镜片4)和两片凸透镜(镜片2和镜片3)，其中，镜片4和镜片3胶合连接组 成胶合镜片组，然后依次与镜片2和镜片I组合。镜片胶合以减小由透镜本身结构差异引 起的色差、球差等。所述胶合镜片组中胶合面两个曲面的曲率半径相同，所述曲面参数可根 据实际需要进行选择，且镜片3的侧边所在的曲面连同胶合面侧超过胶合面部分的透镜表 面上涂覆无光黑漆。
镜片4 一个曲面侧的曲率半径范围为805mm 806mm，该曲面侧位于镜头的最前 端，另一曲面侧的曲率半径范围为8mm 9mm，该曲面与镜片3进行胶合；所述镜片3两曲面 侧的曲率半径相同，范围为8mm 9mm ;镜片2 —个曲面侧的曲率半径范围为64mm 65mm， 该曲面侧与镜片I相对，另一曲面侧的曲率半径范围9. 5mm 10. 5mm，该曲面侧与镜片3相 对；镜片I 一个曲面侧的曲率半径范围为6mm 7mm,该曲面侧位于镜头的最后端,另一曲 面侧的曲率半径范围为355_ 356_，该曲面侧与镜片2相对；胶合镜片组与镜片2间的 距离范围为O. 23mm O. 27mm，所述镜片2与镜片I间的距离范围为10. 97mm 11. 03mm。 其中，所有透镜的光轴在同一直线上。
通过对透镜选择合适的镜片参数，能够使得镜头的放大倍数放大到原来的8倍， 甚至更高。所述成像光路能够使得成像系统镜头的共轭距离达到65mm，与传统显微镜头共 轭距离160mm相比，减小了一半还多。
第一实施例
本发明具体实施例中，所述成像系统的胶合镜片组中，凹透镜两曲面侧的曲率半径分别805. 97mm和8. 31mm,凸透镜两曲面侧的曲率半径都为8. 31mm，胶合镜片组外，凸透镜两曲面侧的曲率半径分别为64. 86mm和IOmm,凹透镜曲率半径为8. 31mm的曲面和凸透镜曲率半径为8. 31mm曲面胶合胶合镜片组外，凹透镜两曲面侧的曲率半径分别为6. 28mm和 355. 18mm，按照本发明前面所述的组合方式，胶合镜片组与胶合镜片组外凸透镜间的距离为O. 25mm，所述凸透镜与胶合镜片组外凹透镜的距离为11mm，所述镜筒带有光阑，LED (发光二级管)或者激光器发出632nm红光，通过该成像系统在成像芯片上成像，能够达到系统的分辨率、失真等指标。
该具体实施例得到的镜头参数如下
I)镜头共轭距为65mm，物距10. 157mm，第一透镜模组到成像芯片的距离为 35. 7mm ；
2)成像系统放大倍数8X
3)可视范围O. 25mm，数值孔径(NA)为O. 252 ；
4)分辨率 >40%(400c/mm);
5)畸变失真〈O. 01% ;
6)成像芯片640*480 像素 6um ；
7)透射光1^0光谱范围(632±10_)。
该成像系统的优点1)有效自动识别单模光纤(SM)、多模光纤(丽)、色散位移光纤(DS)和非零色散位移光纤(NZDS)，针对不同光纤，为熔接参数优化提供可靠的依据，达到最佳的熔接效果；2)对光纤切割端面的质量(如切割角度、有无碎片及崩角、端面有无灰尘等 )进行分析，保证光纤的对准误差小于O. 2um,降低熔接的损耗，提高抗拉强度等；3)工作距离能够达到至少10mm，当电极放电熔化光纤，能够防止光纤熔化物及空气中灰尘颗粒聚集到镜头上影响成像；4)光学显微镜头的共轭距离小于传统的显微镜头，能够满足机器小型化的要求，使光纤熔接机体积更小、质量也尽量减到最小，且方便携带。
第二实施例
本发明具体实施例中，所述成像系统的胶合镜片组中，凹透镜两曲面侧的曲率半径分别805mm和8mm,凸透镜两曲面侧的曲率半径都为8mm,胶合镜片组外，凸透镜两曲面侧的曲率半径分别为64mm和9. 5mm,凹透镜曲率半径为8mm的曲面和凸透镜曲率半径为8mm 曲面胶合胶合镜片组外，凹透镜两曲面侧的曲率半径分别为6mm和355mm，按照本发明前面所述的组合方式，胶合镜片组与胶合镜片组外凸透镜间的距离为O. 23mm，所述凸透镜与胶合镜片组外凹透镜的距离为10. 97mm，所述镜筒带有光阑，LED (发光二级管)或者激光器发出632nm红光，通过该成像系统在成像芯片上成像，能够达到系统的分辨率、失真等指标。
第三实施例
本发明具体实施例中，所述成像系统的胶合镜片组中，凹透镜两曲面侧的曲率半径分别806mm和9mm，凸透镜两曲面侧的曲率半径都为9mm，胶合镜片组外，凸透镜两曲面侧的曲率半径分别为65mm和10. 5mm,凹透镜曲率半径为9mm的曲面和凸透镜曲率半径为9mm 曲面胶合胶合镜片组外，凹透镜两曲面侧的曲率半径分别为7mm和356mm，按照本发明前面所述的组合方式，胶合镜片组与胶合镜片组外凸透镜间的距离为O. 27mm，所述凸透镜与胶合镜片组外凹透镜的距离为11. 03mm，所述镜筒带有光阑，LED (发光二级管)或者激光器发出632nm红光，通过该成像系统在成像芯片上成像，能够达到系统的分辨率、失真等指标。
图3为本发明实施例的单模光纤(SM)、多模光纤(MM)、色散位移光纤(DS)和非零色散位移光纤(NZDS)分别通过光纤熔接机成像系统后的数据分析图。如图3所示，每个数据分析图的横坐标代表光纤轴向端面的距离(um)，即光纤的粗细，纵坐标代表成像芯片的感光亮度。石英光纤是由石英芯部和形成在芯部周围的石英包层组成的，因此，在采用光谱范围为632± IOnm的透射光进行成像时，传感器芯片感受到的石英芯部的亮度高于周围包层的亮度，在石英芯部与包层接触的边缘位置，亮度最大，由于石英芯部结构不同，传感器芯片感受的亮度值也不同。其中，根据数据分析图可知，通过感光亮度的变化趋势很容易将单模光纤(SM)与其他三种光纤区别开来，针对不同光纤，为熔接参数优化提供可靠的依据，达到最佳的熔接效果。以单模光纤熔接为例，通过对两个待熔接的单模光纤轴向端面数据进行对准误差分析，当对准误差达到允许的对准误差范围时，即认为两个单模光纤轴向端面对准，通过准直机构使两个光纤轴向端面靠近，选择合适的熔接程序即可进行熔接。由于本发明实施例的光学成像系统放大倍数足够清楚的显示光纤轴向端面的图像，因此，其他三种光纤熔接同样可以按照单模光纤的熔接方法实现低损耗熔接。图4为本发明实施例的光纤熔接机成像系统对单模光纤(SM)和非零色散位移光纤(NZDS)成像的实际效果图。通过对图3中的数据进行分析，光纤熔接机将待熔接的光纤轴向端面图像通过显示屏进行显示，实际成像效果如图4，由图4可以清楚的分辨出两个待熔接的光纤不属于同种光纤，为获得低损耗、高强度的熔接点，需根据光纤类型进行放电强度、放电持续时间、放电电弧的中心位置进行相应的调整。图5为本发明实施例的光纤熔接机的结构框图。如图5所示，所述光纤熔接机包括微处理器501、电源模块502、熔接电极503、电极驱动模块504、成像系统505、通信模块506和显示模块507，所述显示模块507、通信模块506、电源模块502、成像系统505和电极驱动模块504与微处理器501进行连接，所述电极驱动模块504与熔接电极503连接；所述成像系统505包括照明光源、光学显微镜头、镜筒和成像芯片，所述光学显微镜头包括由四片曲面透镜组合而成的放大透镜模组，所述四片曲面透镜包括两片凸透镜和两片凹透镜，其中一片凹透镜和一片凸透镜胶合连接形成胶合镜片组，然后依次与另一凸透镜和另一凹透镜组合，照明光源发出的光通过所述光学显微镜头将光纤轴向端面投射到成像芯片上成像，成像芯片将图像信号转换为数据信号传输到微处理器501，微处理器501对数据信号进行分析并进行自动对准，选择合适的熔接程序，启动电机驱动模块504和熔接电极503进行熔接。所述光学显微镜头的焦距范围为4 6mm。所述光学显微镜头所使用的透镜包括但不仅限于玻璃透镜。所述镜筒上带有光阑，用于对透射光的强弱进行调节。所述光学显微镜头和镜筒间通过锁母(M12X0. 5)进行连接，通过调节锁母可对像距进行调整。所述成像系统还包括PCB板，所述成像芯片安装于PCB板上，由PCB支架对PCB板进行支撑，通过调节PCB支架的位置来调整成像芯片的视场位置。所述成像芯片包括CMOS图像传感芯片或者CXD图像传感芯片。本发明的技术方案，通过选择不同参数的透镜并根据实际情况对透镜间的距离进行调整形成的成像系统，在保证分辨率的前提下，能够使光纤熔接机的工作距离达到IOmm以上，并且与传统光学显微镜头160mm的共轭距相比，本发明镜头的共轭距至少减小一半， 满足了机器小型化、便携化的需求；同时，该成像系统适用于多种类型石英光纤。
上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理，任何熟悉本技术领域的技术人 员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围 内。
权利要求
1.一种光纤熔接机的成像系统，所述系统包括照明光源、光学显微镜头、镜筒和成像芯片，其特征在于，所述光学显微镜头包括四片曲面透镜组合而成的放大透镜模组，所述四片曲面透镜包括两片凸透镜和两片凹透镜，其中一片凹透镜和一片凸透镜胶合连接形成胶合镜片组，然后依次与另一凸透镜和另一凹透镜组合，照明光源发出的光通过所述光学显微镜头将光纤轴向端面投射到成像芯片上成像。
2.根据权利要求1所述的光纤熔接机的成像系统，其特征在于，所述光学显微镜头的焦距范围为4mm 6_。
3.根据权利要求1所述的光纤熔接机的成像系统，其特征在于，所述胶合镜片组中，凹透镜与凸透镜进行胶合的曲面曲率半径相同，且凸透镜的侧边所在的曲面连同胶合面侧超过胶合面部分的透镜表面上涂覆无光黑漆。
4.根据权利要求3所述的光纤熔接机的成像系统，其特征在于，所述胶合镜片组中，凹透镜一个曲面侧的曲率半径范围为805mm 806mm，另一曲面侧的曲率半径范围为8mm 9mm ;所述双凸透镜两曲面侧的曲率半径相同，范围为8mm 9mm ;胶合镜片组外，另一凸透镜一个曲面侧的曲率半径范围为64mm 65mm，另一曲面侧的曲率半径范围9. 5mm 10. 5mm;另一凹透镜一个曲面侧的曲率半径范围为6mm 7mm，另一曲面侧的曲率半径范围为355mm 356mm,胶合镜片组与另一凸透镜间的距离范围为O. 23mm O. 27mm,所述另一凸透镜与另一凹透镜间的距离范围为10. 97mm 11.03mm。
5.根据权利要求1所述的光纤熔接机的成像系统，其特征在于，所述镜筒上安装有光阑，用于对透射光的强弱进行调节。
6.根据权利要求1所述的光纤熔接机的成像系统，其特征在于，所述光学显微镜头与镜筒间通过锁母进行连接。
7.根据权利要求1所述的光纤熔接机成像系统，其特征在于，所述光学显微镜头所使用的透镜包括玻璃透镜。
8.根据权利要求1所述的光纤熔接机的成像系统，其特征在于，所述成像系统还包括PCB板和PCB支座，所述PCB板用于安装成像芯片，所述PCB支座用于支撑PCB板，通过调节PCB支座的位置调整成像芯片的视场平行度。
9.根据权利要求1所述的光纤熔接机的成像系统，其特征在于，所述成像芯片包括CMOS图像传感芯片或者CXD图像传感芯片。
10.一种光纤熔接机，所述光纤熔接机包括微处理器、电源模块、熔接电极、电极驱动模块、成像系统、通信模块和显示模块，所述显示模块、通信模块、电源模块、成像系统和电极驱动模块与微处理器连接，所述电极驱动模块与熔接电极连接，其特征在于，所述成像系统包括照明光源、光学显微镜头、镜筒和成像芯片，所述光学显微镜头包括由四片曲面透镜组合而成的放大透镜模组，所述四片曲面透镜包括两片凸透镜和两片凹透镜，其中一片凹透镜和一片凸透镜胶合连接形成胶合镜片组，然后依次与另一凸透镜和另一凹透镜组合，照明光源发出的光通过所述光学显微镜头将光纤轴向端面投射到成像芯片上成像，成像芯片将图像信号转换为数据信号传输到微处理器，微处理器对数据信号进行分析并进行自动对准，选择合适的熔接程序，启动电机驱动模块和熔接电极进行熔接。
全文摘要
本发明公开了一种光纤熔接机的成像系统及光纤熔接机，所述成像系统的光学显微镜头包括由四片曲面透镜组合而成的放大透镜模组，所述四片曲面透镜包括两片凸透镜和两片凹透镜，其中一片凹透镜和一片凸透镜胶合连接形成胶合镜片组，然后依次与另一凸透镜和另一凹透镜组合，照明光源发出的光通过所述光学显微镜头将光纤轴向端面投射到成像芯片上成像，为光纤熔接机的自动对准及光纤识别提供清晰的光纤图像，该成像系统在保证分辨率的前提下，能够使光纤熔接机的工作距离达到10mm以上，并且与传统光学显微镜相比，镜头的共轭距至少减小一半，能够达到65mm左右，满足了机器小型化、便携化的需求；同时，该成像系统适用于多种类型石英光纤。
文档编号G02B21/36GK102998788SQ201210497388
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月28日 优先权日2012年11月28日
发明者刘云龙, 王勇, 张 林, 吴林兵, 崔云鹏, 周乐常 申请人:北京信维科技股份有限公司