多芯光纤成像装置的制作方法

1.本发明涉及光电成像技术领域，尤其是涉及一种多芯光纤成像装置。


背景技术：

2.光纤具有低损耗，低成本，抗电磁干扰等优点，因此光纤成像技术不仅延续了光纤的优势，也具有集成化，小型化等优点；光纤成像技术可以广泛应用于生物医学、激光技术等领域。cn110989074a专利中光纤成像系统采用多根单模光纤组成的光纤束收集图像，每一根单模光纤用于收集一个像素点的图像，包含较多的单模光纤，导致光纤束的直径较大，因此，cn113419307a专利为了提高光纤成像系统的微型化程度，将光纤成像系统中的光纤束替换为单根多模光纤；可见，现有技术中的光纤成像系统仍包含多根多模光纤，若待成像物体所处环境为血管，支气管等，可能会导致该光纤成像系统中的多根多模光纤无法进入待成像物体所处环境，也就无法获取到待成像物体的图像，导致光纤成像系统的适用范围较窄。专利cn111603133a提出了一种适用于血管内插入式可视化柔性光纤手术工具，采用安德森局域光纤，但是此光纤制备过程复杂，制备困难，成本高，且无法弯曲探测窄小环境的两侧环境。
3.综上，目前主要的光纤成像技术，小型化与成像清晰度不能同时具备，且已具备的存在高成本，制备困难等问题，因此亟须一种基于多芯光纤的空间成像探测结构，它可以实现照明，并集成不用弯曲多芯光纤即可实现光纤空间可视化功能，同时满足小型化低成本等要求。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种多芯光纤成像装置，解决了传统的光纤成像技术难以同时满足小型化和空间成像的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种多芯光纤成像装置，包括多芯光纤阵列束、成像物镜、成像管透镜和成像相机，多芯光纤阵列束包括多个多芯光纤，多芯光纤阵列束设有多芯光纤阵列输入端和多芯光纤阵列输出端，多芯光纤阵列束的多芯光纤阵列输出端与成像物镜连接，成像物镜、成像管透镜和成像相机依次连接，多芯光纤阵列束的多芯光纤阵列输入端设有锥形的倒角部，多个多芯光纤呈六边形阵列分布，多芯光纤设有中心纤芯，中心纤芯外侧沿周向设有外围纤芯，外围纤芯的纤芯数量为六或六的整数倍。
6.优选的方案中，多芯光纤阵列束内设有多个照明光纤，照明光纤包括多个外圈照明光纤、第一间隙照明光纤和第二间隙照明光纤，外圈照明光纤设在多芯光纤阵列束外缘，第一间隙照明光纤和第二间隙照明光纤设在相邻多芯光纤之间，第一间隙照明光纤和第二间隙照明光纤交替布置在多芯光纤外侧。
7.优选的方案中，还包括照明光源，多个外圈照明光纤一端组成第三照明光纤束，第三照明光纤束与照明光源连接，多个第一间隙照明光纤一端组成第一照明光纤束，多个第
二间隙照明光纤一端组成第二照明光纤束，第一照明光纤束和第二照明光纤束用于成像或照明，还设有照明时序控制器，第一照明光纤束和第二照明光纤束通过照明时序控制器与照明光源或成像物镜连接，照明时序控制器用于切换第一照明光纤束和第二照明光纤束的成像或照明状态。
8.优选的方案中，照明时序控制器包括外壳体，外壳体内设有可旋转的通光器，通光器内还设有第一光路和第二光路，第一光路设有偏心进光端和偏心出光端，第二光路设有偏心进光端和中心出光端，外壳体设有第一偏心进光孔、第二偏心进光孔、第一偏心出光孔、中心出光孔和第二偏心出光孔，照明光源设有第一光源部和第二光源部，第一照明光纤束端部对准第一偏心进光孔，第二照明光纤束端部对准第二偏心进光孔，第一光源部对准第二偏心出光孔，第二光源部对准第一偏心出光孔，成像物镜对准中心出光孔，通光器旋转使第一光路和第二光路两端的连接对象改变以切换第一照明光纤束和第二照明光纤束的成像或照明状态。
9.优选的方案中，第一光路和第二光路为通孔或光纤结构或棱镜结构。
10.优选的方案中，第一间隙照明光纤和第二间隙照明光纤为单模光纤，第一间隙照明光纤和第二间隙照明光纤的纤芯直径与多芯光纤的纤芯直径相同。
11.优选的方案中，照明光源为常亮型光源。
12.优选的方案中，三个相邻多芯光纤之间间隙中的第一间隙照明光纤或第二间隙照明光纤的数量为一个或多个。
13.优选的方案中，外圈照明光纤为多芯光纤或单模光纤。
14.本发明的有益效果为：多芯光纤由于多纤芯共享包层等结构，在纤芯数量相同的情况下，多芯光纤与多根单模光纤相比，体积大大减小，因此利用多芯光纤阵列而成的多芯光纤阵列束具有小型化特点；多芯光纤阵列束输入端设有切面，可以直接对侧面进行成像，不用弯曲；多芯光纤为阵列布置，纤芯排列有序，不用定标原始图像，降低解调难度，响应快；相邻多芯光纤之间的夹缝中设有照明光纤，照明光纤分布均匀，有利于提高成像质量，多芯光纤阵列束输入端端面、切面的照明均能被满足，不存在挡光的情况；照明光纤具有间歇成像功能，能够对多芯光纤之间的间隙位置进行成像，通过调整通光器转速，还可以照明和成像的切换频率。
附图说明
15.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
16.图1是本发明的连接示意图。
17.图2是本发明的多芯光纤阵列束切面示意图。
18.图3是本发明的多芯光纤阵列束截面示意图。
19.图4是本发明的间隙照明光纤状态一示意图。
20.图5是本发明的间隙照明光纤状态二示意图。
21.图6是本发明的多芯光纤交界缝隙示意图。
22.图7是本发明的照明时序控制器端面示意图。
23.图8是本发明的照明时序控制器状态一示意图。
24.图9是本发明的照明时序控制器状态二示意图。
25.图中：多芯光纤阵列束1；多芯光纤阵列输入端101；多芯光纤阵列输出端102；多芯光纤103；倒角部104；中心纤芯105；外围纤芯106；成像物镜2；成像管透镜3；成像相机4；第一照明光纤束5；外圈照明光纤501；第一间隙照明光纤502；第二间隙照明光纤503；照明光源6；第一光源部601；第二光源部602；第二照明光纤束7；照明时序控制器8；通光器801；外壳体802；第一光路803；第二光路804；第一偏心出光孔805；中心出光孔806；第二偏心出光孔807；第一偏心进光孔808；第二偏心进光孔809；第三照明光纤束9。
具体实施方式
26.如图1-9中，一种多芯光纤成像装置，包括多芯光纤阵列束1、成像物镜2、成像管透镜3和成像相机4，多芯光纤阵列束1包括多个多芯光纤103，多芯光纤阵列束1设有多芯光纤阵列输入端101和多芯光纤阵列输出端102，多芯光纤阵列束1的多芯光纤阵列输出端102与成像物镜2连接，成像物镜2、成像管透镜3和成像相机4依次连接，多芯光纤阵列束1的多芯光纤阵列输入端101设有锥形的倒角部104，多个多芯光纤103呈六边形阵列分布，多芯光纤103设有中心纤芯105，中心纤芯105外侧沿周向设有外围纤芯106，外围纤芯106的纤芯数量为六或六的整数倍。
27.多芯光纤阵列束1端面的n根多芯光纤103的n个纤芯被定义为n*n个像素，n和n是大于1的整数，多芯光纤103之间填充结构胶固定，光信号由纤芯一端传输到另一端，因此纤芯为最小的光信号传输单元，一根纤芯对应一个像素点，从多芯光纤阵列输入端101获取的光学信息，经过多芯光纤阵列束1传输后，由多芯光纤阵列输出端102输出，并依次通过成像物镜2，成像管透镜3，并聚焦在成像相机4的感光面处，并通过有序多芯光纤信息得到像素，像素按照纤芯的位置排布组合，最终还原为探测物图像。
28.多芯光纤阵列输入端101可称为探测端是磨成一定角度的锥形结构或球面结构，不需要弯曲即可实现空间成像。
29.多芯光纤阵列输出端102与成像物镜2的成像焦面重合，多芯光纤阵列输出端102输出的光线，通过成像物镜2后，准直输出，并通过成像管透镜3后，聚焦在成像相机4的感光面，成像管透镜3的后焦面与成像相机4的感光面重合。
30.优选的方案中，多芯光纤阵列束1内设有多个照明光纤，照明光纤包括多个外圈照明光纤501、第一间隙照明光纤502和第二间隙照明光纤503，外圈照明光纤501设在多芯光纤阵列束1外缘，第一间隙照明光纤502和第二间隙照明光纤503设在相邻多芯光纤103之间，第一间隙照明光纤502和第二间隙照明光纤503交替布置在多芯光纤103外侧，三种照明光纤可独立控制，可调整局部光照强度。
31.传统成像结构，光纤束只是端部成像，照明光纤一般贴附在光纤束外侧，但本结构由于多芯光纤阵列束1端部切角，照明光纤端部不能超出切面104，直接贴附在外侧会导致端部的光线部分被挡住，正前端光线偏暗，因此将照明光纤集成于多芯光纤阵列束1中，外圈照明光纤501和主要负责侧面成像时的照明，间隙照明光纤尤其是处于内圈的间隙照明光纤，主要用于端面照明时的补光，提高成像质量。
32.照明光纤的亮度通常通过调整发光源的亮度统一控制，对于目标拍摄物反光度周围非目标拍摄物时，难以获得较好的拍摄想过，尤其是侧面也需要成像的情况下，若依旧统一亮度，成像效果难以保证，因此采用外圈照明光纤和间隙照明光纤相结合的结构，便于独
立调整亮度，间隙照明光纤为用多点分布式照明，成像时不会出现阴影，另外间隙照明光纤也分为两种，照射模式更加丰富，可微调光照角度与强度。
33.优选的方案中，还包括照明光源6，多个外圈照明光纤501一端组成第三照明光纤束9，第三照明光纤束9与照明光源6连接，多个第一间隙照明光纤502一端组成第一照明光纤束5，多个第二间隙照明光纤503一端组成第二照明光纤束7，第一照明光纤束5和第二照明光纤束7用于成像或照明，还设有照明时序控制器8，第一照明光纤束5和第二照明光纤束7通过照明时序控制器8与照明光源6或成像物镜2连接，照明时序控制器8可以切换连通状态，照明时序控制器8用于切换第一照明光纤束5和第二照明光纤束7的成像或照明状态。
34.多芯光纤阵列束1中多芯光纤103是彼此贴紧的，其夹缝位置处没有成像纤芯，因此，该位置对应拍摄位置的像素处于丢失状态，由于多芯光纤阵列束1中多芯光纤103众多，尤其是多芯光纤103自身包含的纤芯较多直径较大时，夹缝相应也比较大，因此该处的成像为空白状态，影响整个图像的质量。因此利用该处的第一间隙照明光纤502和第二间隙照明光纤503，第一间隙照明光纤502照明时，第二间隙照明光纤503处于成像状态，记为状态a，第一间隙照明光纤502成像时，第二间隙照明光纤503处于照明状态，记为记为状态b，外圈照明光纤501处于常亮状态，由于同一时间总是存在一组间隙照明光纤照明，因此对总体和局部的亮度影响并不大，拍照时，同一位置拍摄状态a和状态b两张照片，将空白位置相互补充，合成完整照片；探测时，由于需要拍摄连续图像，利用照明时序控制器8控制状态a和状态b交替切换，空白位置相互补充，其他位置相互重叠，切换频率最好超过20hz，以防止人眼察觉到闪铄，产生疲劳。
35.优选的方案中，照明时序控制器8包括外壳体802，外壳体802内设有可旋转的通光器801，通光器801内还设有第一光路803和第二光路804，第一光路803设有偏心进光端和偏心出光端，第二光路804设有偏心进光端和中心出光端，外壳体802设有第一偏心进光孔808、第二偏心进光少言寡语是第一偏心出光孔805、中心出光孔806和第二偏心出光孔807，照明光源6设有第一光源部601和第二光源部602，第一照明光纤束5端部对准第一偏心进光孔808，第二照明光纤束7端部对准第二偏心进光孔809，第一光源部601对准第二偏心出光孔807，第二光源部602对准第一偏心出光孔805，成像物镜2对准中心出光孔806，通光器801旋转使第一光路803和第二光路804两端的连接对象改变以切换第一照明光纤束5和第二照明光纤束7的成像或照明状态。
36.状态a时，第一间隙照明光纤502通过第一光路803接通光源6，第二间隙照明光纤503通过第二光路804接通成像相机4；状态b时，通光器801转过180
°
，第一间隙照明光纤502通过第二光路804接通成像相机4，第二间隙照明光纤503通过第一光路803接通光源6。
37.多芯光纤阵列束1；多芯光纤阵列输入端101；多芯光纤阵列输出端102；多芯光纤103；倒角部104；中心纤芯105；外围纤芯106；成像物镜2；成像管透镜3；成像相机4；第一照明光纤束5；外圈照明光纤501；第一间隙照明光纤502；第二间隙照明光纤503；照明光源6；第一光源部601；第二光源部602；第二照明光纤束7；照明时序控制器8；通光器801；外壳体802；第一光路803；第二光路804；第一偏心出光孔805；中心出光孔806；第二偏心出光孔807；第一偏心进光孔808；第二偏心进光孔809；第三照明光纤束9。
38.通光器801的旋转，可通过外部驱动机构实现。
39.优选的方案中，第一光路803和第二光路804为通孔或光纤结构或棱镜结构。
40.以图9中状态为例，第一光路803和第二光路804若采用通孔结构，第一照明光纤束5合束后通过通孔无遮挡的直接对准第一光源部601，第二光路804设置为斜向通孔，第二间隙照明光纤503通过斜向通孔对准成像物镜2中心；光纤结构即为多个多芯或单模光纤，纤芯总数与第一照明光纤束5或第二照明光纤束7相等即可，第一光路803和第二光路804若采用光纤结构，端部直接相连即可，不必考虑入射角度；第一光路803和第二光路804也可以采用棱镜结构，棱镜结构即为多个相互配合的、角度布置恰当的镜组，通过反射将光线由一端传播到另一端。
41.优选的方案中，第一间隙照明光纤502和第二间隙照明光纤503为单模光纤，容易其调整与多芯光纤103中纤芯的行列位置相匹配，第一间隙照明光纤502和第二间隙照明光纤503的纤芯直径与多芯光纤103的纤芯直径相同，成像时间隙照明光纤纤芯与多芯光纤103的纤芯像素大小一致。
42.优选的方案中，照明光源6为常亮型光源，如led光源，避免照明光源6自身的闪烁周期给成像算法增加难度。
43.优选的方案中，三个相邻多芯光纤103之间间隙中的第一间隙照明光纤502或第二间隙照明光纤503的数量为一个或如图6中的多个，根据夹缝间隙的具体大小确定。
44.优选的方案中，外圈照明光纤501为多芯光纤或单模光纤，数量根据空间大小而定。
45.上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。