一种具有更大放大倍率的光纤熔接机显微物镜的制作方法

1.本发明属于光纤熔接机技术领域，具体涉及一种具有更大放大倍率的光纤熔接机显微物镜。


背景技术：

2.光纤熔接机是实现光纤低损耗接续的必备工具，是光学、机械、电气、计算机等技术相结合的高精密设备，在光纤熔接机的实际应用中，一般是将直径为0.125mm 的两根裸光纤相熔接，需要通过光纤成像系统将光纤放大，经计算机进行信息处理，控制相关工作机构将两侧裸光纤对准，再控制高压电弧将光纤熔融并接续在一起，而高清显微物镜是光纤熔接机的核心部件，由于显微物镜是用来观察近距离物体，其像距大于物距，故显微物镜是光纤熔接机的眼睛，使得光纤熔接机在光纤通信技术中使用越来越广泛。
3.显微物镜的光学设计一般从长距离方向计算，为了便于后续的像差优化，目前的光学设计方法是根据光路的可逆原理，采用逆向光路进行优化设计，逆向光路设计的光学系统其几何像差调制传递函数（mtf）、星点图等体现的是物面处的成像质量，但实际应用中需要得到靶面处的成像质量，逆向光路与实际应用的光路相反，使得逆向光路设计的显微物镜不能贴近实际的使用状态，从而使得显微物镜的分辨率较低。
4.现阶段已有正向光路设计的显微物镜，虽使显微物镜能够较贴近实际的使用状态，提高了显微物镜在较小的数值孔径和较小的放大倍率下的分辨率，但在更大的数值孔径和放大倍率下显微物镜的分辨率较低。如中国专利文献公告号cn110824682a，公开日：2020年02月21日，公开了一种用于光纤熔接机纤芯识别的显微成像物镜及其成像方法，文中提出“它采用同轴透射式的光学成像结构，沿光线入射方向，依次为由凹凸球面正透镜和弯月形球面负透镜双胶合组成的前组、双凸球面正透镜、弯月形球面负透镜和弯月形球面厚正透镜双分离组成的后组”，此现有技术是通过沿光线方线不同位置的透镜采用不同的弯曲方向，虽实现了大视场和大相对孔径物镜的像差校正，但此现有技术的放大倍率只达到5倍，数值孔径n .a .的取值范围n .a .≥0 .2，仍较小，若在更大的数值孔径和放大倍率下显微成像物镜的分辨率极易变低，从而影响到后期的成像效果。为此，需要一种新的技术方案来解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种具有更大放大倍率的光纤熔接机显微物镜，以解决上述背景技术中提出的现阶段光纤熔接机显微物镜在更大的数值孔径和放大倍率下分辨率低的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具有更大放大倍率的光纤熔接机显微物镜，包括光学成像结构，其特征在于，所述光学成像结构包括沿光线入射方向自左向右依次设置有双凸正透镜a、双凸正透镜b、双胶合透镜组、光阑、双凸正透镜d和双凹负透镜b。
7.进一步的，所述光学成像结构的放大倍率为8-10倍，数值孔径的取值范围为≥0.3，所述光学成像结构的工作距离为12.3-13.3mm，共轭距离为50.3-51.3mm。
8.进一步的，所述显微物镜还包括ccd图像传感器，所述ccd图像传感器与光学成像结构配合设置，所述显微物镜的工作波长为625-645nm，使得光学成像结构其几何像差调制传递函数、星点图等能够直观体现ccd图像传感器接收靶面处的成像质量，从而使得显微物镜更能贴近实际使用状态。
9.进一步的，所述双胶合透镜组由双凸正透镜c和双凹负透镜a胶合而成。
10.进一步的，所述双凸正透镜a与双凸正透镜b的空气间隔为0.15-0.25mm，所述双凸正透镜b和双凸正透镜c之间的空气间隔与双凸正透镜a和双凸正透镜b之间的空气间隔相等。
11.进一步的，所述双凸正透镜c和双凹负透镜a的空气间隔为0mm，所述双凹负透镜a与双凸正透镜d之间的空气间隔为0.755-0.955mm，所述双凸正透镜d与双凹负透镜b之间的空气间隔为0.59-2.59mm。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.本发明的光学成像结构是按正向光路进行优化设计的，利用光线入射方向自左向右依次设置有双凸正透镜a、双凸正透镜b、双胶合透镜组、光阑、双凸正透镜d和双凹负透镜b，有效地缩小了像差经过物镜的距离，从而使得像差校正更加容易，能够有效避免显微物镜在更大放大倍率和更大数值孔径下分辨率低的问题，使显微物镜具备了优越公差性能的特点，有效地提升了显微物镜的良品率。
13.2.本发明的显微物镜采用更大放大倍率和更大数值孔径的光学成像结构，使得显微物镜能够更加清晰呈现光纤的纤芯位置，同时又利用较长的工作距离和较短共轭距离的光学成像结构，有效地避免了显微物镜在更大放大倍率和更大数值孔径下分辨率低的问题，有效地提高光纤熔接机的对准精度，从而达到降低光纤熔接损耗的目的。
14.3.本发明采用光学成像结构与ccd图像传感器配合设置的显微物镜，使得几何像差调制传递函数、星点图等都能够直观体现ccd图像传感器接收靶面处的成像质量，从而使得显微物镜更能贴近实际使用状态，利用较长工作波长的显微物镜，有效地提高了更大放大倍率和更大数值孔径下的显微物镜分辨率。
附图说明
15.图1为本发明的显微物镜的光学成像结构示意图；图2为本发明的显微物镜的mtf曲线图图3为本发明的显微物镜的离焦mtf曲线图；图4为本发明的显微物镜的场曲和畸变曲线图；图5为本发明的显微物镜的垂轴色差曲线图。
16.其中：1、物面；2、双凸正透镜a；3、双凸正透镜b；4、双凸正透镜c；5、双凹负透镜a；6、光阑；7、双凸正透镜d；8、双凹负透镜b；9、像面；10、ccd图像传感器。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述。
18.如图1所示，一种具有更大放大倍率的光纤熔接机显微物镜，包括光学成像结构，光学成像结构的前侧设置为物面1，光学成像结构包括沿光线入射方向自左向右依次设置有双凸正透镜a2、双凸正透镜b3、双胶合透镜组、光阑6、双凸正透镜d7和双凹负透镜b8，双凹负透镜b8的后侧设置为像面9，像面9的后侧设置为ccd图像传感器10；双胶合透镜组由双凸正透镜c4和双凹负透镜a5胶合而成；双凸正透镜a2与双凸正透镜b3的空气间隔为0.15-0.25mm，双凸正透镜b3和双凸正透镜c4之间的空气间隔与双凸正透镜a2和双凸正透镜b3之间的空气间隔相等，双凸正透镜c4和双凹负透镜a5的空气间隔为0mm，双凹负透镜a5与双凸正透镜d6之间的空气间隔为0.755-0.955mm，双凸正透镜d6与双凹负透镜b7之间的空气间隔为0.59-2.59mm，有效地缩小了像差经过物镜的距离，从而使得像差校正更加容易，从而使显微物镜具备了优越公差性能的特点，有效地提升了显微物镜的良品率；光学成像结构的放大倍率为8-10倍，数值孔径的取值范围为≥0.3，使得显微物镜能够更加清晰呈现光纤的纤芯位置，光学成像结构的工作距离为12.3-13.3mm，共轭距离为50.3-51.3mm，有效地避免了显微物镜在更大放大倍率和更大数值孔径下分辨率低的问题，有效地提高光纤熔接机的对准精度，从而达到降低光纤熔接损耗的目的；ccd图像传感器10通过像面9与光学成像结构配合设置，使得几何像差调制传递函数、星点图等都能够直观体现ccd图像传感器接收靶面处的成像质量，从而使得显微物镜更能贴近实际使用状态，显微物镜的工作波长为625-645nm，有效地提高了更大放大倍率和更大数值孔径下的显微物镜分辨率。
19.光纤熔接机显微物镜的光学成像结构选用的是六枚玻璃球面镜片，其中，第3枚镜片和第4枚镜片为玻璃双胶合镜片，而该光学成像结构的玻璃球面镜片的前后面的曲率及厚度均不相同，可以有效地缩小了像差经过物镜的距离，从而使得像差校正更加容易，从而使显微物镜具备了优越公差性能的特点，有效地提升了显微物镜的良品率，提高生产的效率。
20.该光学成像结构的具体镜面的参数数据如下：
。
21.根据上述各镜面的技术参数，该显微物镜可实现的技术指标如下：
。
22.如图2所示，该显微物镜的光学传递函数曲线，其中横坐标表示空间频率，单位是lp/mm，纵坐标表示光学传递函数值，即mtf值，如图2可以看出在45 lp/mm处的mtf值达到0.4，则表明该显微物镜的分辨能力很高。
23.如图3所示，该显微物镜的光学传递函数的离焦曲线，其中横坐标表示离焦量范围为-1mm到+1mm，纵坐标光学传递函数值，即mtf值，如图3可以看出该显微物镜的焦深很大，则表示该显微物镜的光轴方向的成像范围更大。
24.如图4所示，该显微物镜的场曲和畸变曲线，左半边曲线为场曲曲线，其中横坐标表示场曲的大小，单位是mm，纵坐标表示归一化的视场半径，如图4左半边图可以看出在有效视场范围内的场曲曲线弯曲程度很小，则说明镜头的成像质量比较均匀；右半边为畸变曲线，其中横坐标表示畸变数值，纵坐标表示归一化的视场半径，如图4右半边图可以看出畸变最大值为1.6%，畸变很小，则说明该显微物镜的成像变形程度很小。
25.如图5所示，该显微物镜的垂轴色差曲线，其中横坐标表示垂轴色差的大小，单位是um，纵坐标表示归一化的视场半径，如图5可以看出垂轴色差最大值为12um，则说明该显微物镜的垂轴色差较小，使得该显微物镜更能贴近实际使用状态，有效地提高了更大放大倍率和更大数值孔径下的显微物镜分辨率，从而使得该显微物镜能够更加清晰呈现光纤的纤芯位置，有效地提高光纤熔接机的对准精度，从而达到降低光纤熔接损耗的目的。
26.装配有该光学成像结构的显微物镜的优点在于：（1）装配有该光学成像结构的显微物镜选用了六枚玻璃球面镜片，其中两枚为玻璃双胶合镜片，并按照正向光路进行传输，有效地缩小了像差经过物镜的距离，从而使得像差校正更加容易；（2）装配有该光学结构的显微物镜能够避免显微物镜在更大放大倍率和更大数值孔径下分辨率低的问题；（3）装配有该光学结构的显微物镜能够更加清晰呈现光纤的纤芯位置，提高光纤熔接机的对准精度，从而达到降低光纤熔接损耗的目的；（4）装配有该光学结构的显微物镜的工作波长达到635
±
10nm；（5）装配有该光学结构的显微物镜具备了工作距离长，共轭距离短，公差性能优越、良品率高的特点；（6）装配有该光学结构的显微物镜能够更加贴近实际使用状态。