本发明涉及光纤熔接领域中的光学成像技术，特别涉及一种单镜头光纤熔接机。
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。光纤熔接机是将光、机、电高度融合的一种高精密实用设备，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。光学成像模块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，采用放电电弧进行加热，再通过光纤对准模块使两根光纤端面相互靠近，熔合为整体。
现有的光纤熔接机一般从二维方向检测光纤对准与否，即采用正交的x、y方向光源照射在需要连接的光纤端点处，并通过两组光学显微摄像系统来聚焦成像，由机械驱动机构来调整光学显微摄像系统的运动，使摄像机获取光纤清晰影像，据此判断两根光纤的对准误差。此类光纤熔接机的特点是由二路光学显微摄像系统组成，且需要运动机构使二路光学显微摄像系统到达工作位置，使光纤成像清晰。这种光学显微摄像系统的熔接机，需要两个光学显微摄像系统进行寻像、聚焦运动，机构复杂，稳定性差，且这种光学显微摄像系统一般设有两个光源，容易造成重影等现象。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是弥补上述现有技术的不足，提供一种单镜头光纤熔接机，且仅设有一个光源，使得光纤熔接机的成本下降并有利于熔接机的小型化。
本发明主要通过以下技术手段实现：
本发明提供一种单镜头光纤熔接机，包括光源、镜头、光纤对准模块、光纤、控制模块、显示模块和放电模块，所述控制模块接收所述镜头关于光纤的位置信息，比较所述光纤是否对准，并通过所述显示模块显示出来，同时向所述光纤对准模块发出指令调整光纤位置，最后向所述放电模块发出指令，熔接所述光纤，优选的，所述光源有且仅有一个，所述镜头有且仅有一个；所述镜头包括由五片曲面透镜组合而成的透镜组和成像芯片，所述透镜组包括三片凸透镜和两片凹透镜，所述成像芯片与所述控制模块相连；所述光源进入所述透镜组的光路与所述透镜组、所述成像芯片设置在同一条直线上，所述光源发出的光通过所述透镜组将光纤轴向端面投射到所述成像芯片上成像。
进一步，所述透镜组包括由第三凸透镜和第一凹透镜胶合形成的胶合镜片组，所述胶合镜片组中，所述第三凸透镜靠近所述光源，所述第一凹透镜靠近所述成像芯片。
进一步，其特征在于，所述第三凸透镜和所述第一凹透镜进行胶合的面的曲率半径相同，且两者通过光敏胶相互胶合连接。
进一步，所述第三凸透镜与所述第一凹透镜的胶合面的曲率半径范围为12.4mm~14.5mm，所述第三凸透镜靠近所述光源的面的曲率半径范围为8.3mm~10.4mm，所述第一凹透镜靠近所述成像芯片的面的曲率半径范围为27.9mm~30mmmm。
进一步，所述胶合镜片组与所述光源之间设有第一凸透镜和第二凸透镜，所述第一凸透镜靠近所述光源，所述第二凸透镜靠近所述胶合镜片组；所述胶合镜片组与所述成像芯片之间设有第二凹透镜，所述第一凸透镜、第二凸透镜、第三凸透镜、第一凹透镜、第二凹透镜依次排列形成透镜组，且所述各个透镜的光轴位于同一直线上。
进一步，所述第一凸透镜靠近所述光源的面为平面，靠近所述第二凸透镜的面为曲面，所述第一凸透镜的曲面的曲率半径范围为11.3mm~13.4mm；所述第二凸透镜的两面均为曲面，且两个曲面的曲率半径相同，曲率半径范围均为22.2mm~24.3mm；所述第二凹透镜的两面均为曲面，其中靠近所述胶合镜片组的面的曲率半径范围为6.9mm~9mm，靠近所述成像芯片的面的曲率半径范围为3.1mm~5.1mm。
进一步，所述胶合镜片组与所述第二凸透镜之间的距离小于等于0.1mm，所述第二凸透镜与所述第一凸透镜之间的距离小于等于1mm，所述胶合镜片组与所述第二凹透镜之间的距离范围为6.5mm~8.5mm。
进一步，所述镜头的轴线与所述光纤所在直线呈90°正交。
进一步，所述光纤熔接机包括上盖和机体，所述上盖包括反光镜，所述光源固定在所述机体中，所述光源发出的光经过所述反光镜反射后进入所述透镜组，进入所述透镜组的光路与所述透镜组、所述成像芯片设置在同一条直线上。
与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：
本发明利用单镜头的光纤熔接机，可以更大程度的利用镜头的功能，且共轭距离减小，既降低了成本又有利于光纤熔接机的小型化，通过镜头内部的特殊结构设计，使得单镜头熔接机达到良好的成像效果，避免了重影等现象的发生。
附图说明
图1为本发明单镜头光纤熔接机的机芯主要部分俯视图；
图2为沿图1中a-a线的剖面图；
图3为图1的机芯主要部分模块拆分状态的立体图；
图4为本发明单镜头光纤熔接机实施例二的剖视图；
图5为本发明单镜头光纤熔接机的透镜组剖面图；
图6为本发明单镜头光纤熔接机镜头的透镜组的光路图；
图7为本发明单镜头光纤熔接机的镜头对光纤成像的实际效果图。
图中标号：
1光源，2机体，21镜头，211透镜组，2111第一凸透镜，2112第二凸透镜，2113第三凸透镜2114第一凹透镜，2115第二凹透镜，212成像芯片，22光纤对准模块，3光纤，4上盖，41反光镜。
具体实施方式
以下基于优选的实施方式并结合附图对本发明进行进一步详细说明：
本发明提供一种单镜头光纤熔接机，包括光源1、机体2、光纤3、上盖4、控制模块、显示模块和放电模块，机体2和上盖4通过转轴连接，机体2包括镜头21和光纤对准模块22，镜头21包括透镜组211和成像芯片212，镜头21的轴线与光纤3所在直线呈90°正交。
光源1有且仅有一个，且光源1发出并进入透镜组211的光路与光纤3、透镜组211和成像芯片212设置在同一条直线上，光源1发出的光通过透镜组211将光纤轴向端面投射到成像芯片212上成像，光源1有多种固定方式，例如，实施例一，将光源1固定在上盖4，或用支架将光源1架在机体2上方，使得光源1、光纤3、透镜组211和成像芯片212设置在同一条直线上；实施例二，上盖4包括反光镜41，且反光镜41固定在上盖4上，光源1固定在机体2内，光源1发出的光经过反光镜41反射后进入透镜组211，使得最终进入透镜组211的光、光纤3、透镜组211和成像芯片212设置在同一条直线上，优选的，本发明使用实施例一的方法，应当指出的是，本发明对光源的固定位置不做限制，仅改变光源的固定位置及进入透镜组的光路的反射方式也应在本发明的保护范围内，在此不做赘述。
镜头21有且仅有一个，且固定在机身2中，透镜组211固定在镜头21靠近光纤的一端，透镜组211包括第一凸透镜2111、第二凸透镜2112、第三凸透镜2113、第一凹透镜2114和第二凹透镜2115，其中第三凸透镜2113与第一凹透镜2114通过光敏胶进行胶合形成胶合镜片组，且第三凸透镜2113靠近光纤3一端，第一凹透镜2114靠近成像芯片212一端；胶合镜片组之外，胶合镜片组与光纤3之间设置有第一凸透镜2111和第二凸透镜2112，且第一凸透镜2111靠近光纤3一端，第二凸透镜2112靠近胶合镜片组一端，胶合镜片组与成像芯片212之间设置有第二凹透镜2115，各个透镜的光轴位于同一直线上。其中，透镜组211所使用的透镜包括但不限于玻璃透镜，形成的焦距范围为5mm~6mm。成像芯片212固定在镜头21远离光纤3的一端，且与控制模块相连，成像芯片的分辨率为640*480。
第三凸透镜2113和第一凹透镜2114进行胶合的面均为曲面，且曲率半径相同，范围均为12.4mm~14.5mm，第三凸透镜2113靠近光源的面的曲率半径范围为8.3mm~10.4mm，第一凹透镜2114靠近成像芯片的面的曲率半径范围为27.9mm~30mm；胶合镜片组之外，第一凸透镜2111靠近光源的面为平面，靠近第二凸透镜2112的面为曲面，第一凸透镜2111的曲面的曲率半径范围为11.3mm~13.4mm，第二凸透镜2112的两面均为曲面，且两个曲面的曲率半径相同，范围均为22.2mm~24.3mm；第二凹透镜2115的两面均为曲面，其中靠近胶合镜片组的面的曲率半径范围为6.9mm~9mm，靠近成像芯片的面的曲率半径范围为3.1mm~5.1mm。胶合镜片组与第二凸透镜2112之间的距离范围为0mm~0.1mm，第二凸透镜2112与第一凸透镜2111之间的距离范围为0mm~1mm，胶合镜片组与第二凹透镜2115之间的距离范围为6.5mm~8.5mm。第一凸透镜2111的厚度范围为2.45mm~2.65mm，第二凸透镜2112的厚度范围为1.52mm~1.72mm，第三凸透镜2113的厚度范围为1.13mm~1.33mm，第一凹透镜2114的厚度范围为0.9mm~1.1mm，第二凹透镜2115的厚度范围为0.9mm~1.1mm。
本实施例中，优选的，第三凸透镜2113和第一凹透镜2114进行胶合的面的曲率半径均为13.45mm，第三凸透镜2113靠近光源的面的曲率半径为9.35mm，第一凹透镜2114靠近成像芯片的面的曲率半径为28.95mm；胶合镜片组之外，第一凸透镜2111靠近第二凸透镜2112的曲面的曲率半径为12.33mm，第二凸透镜2112的两个曲面的曲率半径均为23.28mm；第二凹透镜2115靠近胶合镜片组的面的曲率半径为7.93mm，靠近成像芯片的面的曲率半径为4.12mm。胶合镜片组与第二凸透镜2112之间的距离为0.1mm，第二凸透镜2112与第一凸透镜2111之间的距离为0.1mm，胶合镜片组与第二凹透镜2115之间的距离为7.3mm。第一凸透镜2111的厚度为2.55mm，第二凸透镜2112的厚度为1.62mm，第三凸透镜2113的厚度为1.23mm，第一凹透镜2114的厚度为1mm，第二凹透镜2115的厚度为1mm。图6为本发明实施例的透镜组的光路图。
通过本实施例，能够使得镜头的放大倍数放大到原来的4.3倍，成像光路能够使得成像系统镜头的共轭距离达到50mm，有利于熔接机的小型化。
本实施例的镜头参数如下：
（1）镜头共轭距离为50mm，物距为11.3mm，后截距为20mm；
（2）镜头放大倍数：4.3x；
（3）可视范围：0.5mm，数值孔径：0.3；
（4）分辨率＞30%（110线对/mm）；
（5）畸变失真：边缘＜0.23；
（6）成像芯片：640*480（像素3μm）；
（7）透射光光谱范围：625±15nm。
下面对本发明的一种单镜头光纤熔接机的工作流程进行详细说明。
将需要进行熔接的光纤3放入光纤对准模块22中，通过镜头21观察光纤3，并将光纤3的位置信息输入控制模块，控制模块比较光纤3是否对准，并通过显示模块显示出来。图7为本发明实施例的单镜头光纤熔接机的镜头对光纤成像的实际效果图，图中(a)为镜头21观察两根光纤平面方向的位置未对准的情况，即两根光纤上下位置未对准；图中(b)为镜头21观察两根光纤立体方向的位置未对准的情况，既两根光纤前后位置未对准；图中(c)为镜头21观察两根光纤完全对准的情况，即两根光纤上下位置和前后位置完全对准。若未对准，则向光纤对准模块22发出指令调整光纤3位置，直至光纤对准，若已对准，则跳过对准步骤，最后控制模块向放电模块发出指令，熔接光纤。
以上对本发明的具体实施方式进行了详细的描述，应当指出的是，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下可对本发明做出若干修正和改进，这些修正和改进也应在本发明的保护范围内。