CN103097921B - 透镜阵列及其透镜边缘检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供能够实现透镜面的位置测定所需的劳力、时间及成本的降低,并且能够实现测定精度及批量生产性的提高的透镜阵列及其透镜边缘检测方法。解决方案:为了能只通过从第一透镜面(4)侧的检测作业来进行在测定第一透镜面(4)及第二透镜面(6)的位置时的两透镜面(4、6)的圆周端部的图像的检测,第一透镜面(4)形成为直径比与第一透镜面(4)对应的第二透镜面(6)的直径小,能通过光透过透光性基体材料(2),从第一透镜面(4)侧检测第二透镜面(6)的圆周端部的图像。
Description
技术领域
本发明涉及透镜阵列及其透镜边缘检测方法,尤其涉及适于测定透镜面的位置时的透镜面的圆周端部的检测的透镜阵列及其透镜边缘检测方法。
背景技术
近年来,作为反映通信的高速化及通信装置的小型化的需求,对以压缩的结构实现多频道的光通信有效的光学部件,日益需要排列配置有多个透镜的透镜阵列。
这种透镜阵列在实际使用状态中,以使各发光元件面向透镜阵列的入射侧的各透镜面的方式安装具备例如VCSEL(Vertical Cavity Emitting Laser)等多个发光元件的光电转换装置,并且以使它们的端面面向透镜阵列的输出侧的各透镜面的方式安装作为光传输体的一个例子的多个光纤。并且,透镜阵列在这样配置在光电转换装置与光纤之间的状态下,能够通过利用各透镜将从光电转换装置的各发光元件出射的光光学地耦合在各光纤的端面,进行多频道的光通信(发送)。
另外,在这种发送用的用途以外,透镜阵列还具有将光纤的端面耦合在光电转换装置所具备的受光元件(光检测器等)并用于接收、或用于光纤的端面彼此的光学的耦合。另外,这种透镜阵列多数由使用模具的树脂材料(例如聚醚酰亚胺等)的注塑成型形成。
在此,图7是表示以往采用的透镜阵列1的一个例子的剖视图。另外,图8是图7的俯视图,图9是图7的仰视图。
如图7所示,透镜阵列1具有平面形状为大致长方形状的长板状的透光性基体材料2,在该透光性基体材料2的厚度(板厚)方向(图7的上下方向)的一方的端面、即上端面3上形成有凸状的多个第一透镜面4。如图8所示,各第一透镜面4以沿透光性基体材料2的长度方向互相相邻的方式排列形成,并且外形都形成为同径的圆形。另外,在图8中,上端面3形成为中央侧的部位3a及周边侧的部位3b的两段结构,在中央侧的部位3a上形成有各第一透镜面4。这些各第一透镜面4在使用状态下分别面向例如多根光纤的端面。
另一方面,如图7所示,在透光性基体材料2的厚度方向的另一方的端面、即下端面5上形成有与第一透镜面4相同个数的凸状的第二透镜面6。如图9所示,各第二透镜面6也与各第一透镜面4相同,以沿透光性基体材料2的长度方向互相相邻的方式排列形成,并且外径都形成为同径的圆形。并且,各第二透镜面6以与分别对应的各第一透镜面4互相光轴一致(即为同轴状)那样的设计形成,并且与各第一透镜面4形成为同径。另外,两透镜4、6的光轴方向相当于图7的上下方向。另外,在图9中,下端面5形成为中央侧的部位5a及周边侧的部位5b的两段结构,在中央侧的部位5a上形成有各第二透镜面6。这些各第二透镜面6在使用状态下例如分别面向光电转换装置的多个发光元件。
另外,如图7~图9所示,在透光性基体材料2的相对于透镜面4、6的形成区域的排列方向的两外侧位置形成有用于进行安装在透镜阵列1上的光纤或光电转换装置的定位的一对位置定位孔7。各定位孔7形成为从上端面3的周边侧的部位3b到下端面5的周边侧的部位5b在上下方向上贯通透光性基体材料2。另外,上端面3及下端面5也可以形成为形成定位孔7的部位无论中央侧的部位3a、5a还是周边侧的部位3b、5b均具有台阶。在这种定位孔7中,在使用状态下,例如配置在收放了多根光纤的端部的多芯一体式连接器上的光纤定位销从第一透镜面侧4嵌合,并且配置在光电转换装置的半导体基板上的装置定位销从第二透镜面6侧嵌合。但是,根据光纤侧/光电转换装置侧的定位结构,代替定位孔7,具有形成凸部、孔部(有底孔)或组合它们的结构的可能性。
这种透镜阵列1以前例如在专利文献1中提出过。
然而,这种透镜阵列1为了实现良好的光耦合效率,各透镜面4、6的位置精度、尤其互相相对的透镜面4、6彼此的相对位置精度(换言之,同轴精度)是重要的。
因此,在这种用于判断各透镜面4、6的位置精度的测定各透镜面4、6的位置时,要求微米以下的极高的测定精度。
在此,图10表示这种以往采用的透镜阵列1的透镜面4、6的位置测定的概要。
如图10所示,以往为了测定各透镜面4、6的位置,使用利用显微镜原理对各透镜面4、6的放大图像进行检测(摄像),并根据检测结果进行位置测定的测定机8。作为这种测定机8,例如能够列举非接触立体测定装置(三鹰光设备株式会社制)、其他的显微镜。
在使用这种测定机8进行位置测定时,例如,首先如图10(a)所示,在测定机8的XY工作台10上以透镜阵列1的第一透镜面4面向测定机8的物镜11的方式设置透镜阵列1。另外,XY工作台10能利用未图示的驱动器在X方向(图10的左右方向)及Y方向(图10的纸面垂直方向)上移动。另外,物镜11能利用未图示的自动对焦机构在Z方向(图10的上下方向)上移动。另外,Z方向相当于设置在工作台10上的状态的透镜阵列1的光轴方向。
接着,适当移动XY工作台10及物镜11,并且利用物镜11使从测定机8的激光光源12出射的激光收敛并照射到透镜阵列1上,使其反射光经过物镜11在CCD摄像机14上成像,检测一个定位孔7的内周面的第一透镜面4侧的端部(以下称为第一内周面端部)的图像。另外,在物镜11与CCD摄像机14的光路上根据需要配置有分束器15、透镜16等光学系统。另外,由CCD摄像机14获得的检测图像能够在监视器TV18的画面上确认。
在此,定位孔7的第一内周面端部的图像的检测通过相对于第一内周面端部上的互相不同的多个点反复进行将物镜11对焦在定位孔7的第一内周面端部上的一点的作业,进行用于检测各点的图像的一连串的检测作业。并且,在其过程中,在每次各点的图像的检测时都能获得各点的坐标。但是,此时的坐标将其原点位于与测定机8相应的XY工作台10上的位置。
并且,在这种定位孔7的第一内周面端部的图像的检测结束的场合,即在检测出上述多个点的全部的图像的场合,通过计算之前获得的各点的坐标的重心坐标,求出定位孔7的第一内周面端部的中心点的坐标。
另外,相对于另一个定位孔7也进行这种第一内周面端部的中心点的坐标的计算。
接着,计算连结这样算出的两个定位孔7的第一内周面端部的中心点彼此的线段L(参照图11),根据计算出的线段L,计算测定第一透镜面4的位置时成为位置的基准点的透镜阵列1上的一点的坐标。该透镜阵列1上的一点例如如图11所示,可以是线段L的垂直二等分线(图中的单点划线部)与上端面3的前端部相交的点P。
接着,通过将这样算出的透镜阵列1上的一点P的坐标作为原点(0,0)并进行坐标转换,设定测定第一透镜面4的位置时的位置的基准点。
接着,以与定位孔7的第一内周面端部的图像的检测相同的方法将第一透镜面4的圆周端部(换言之,轮廓或外形线)的图像的检测作为第一透镜面4的圆周端部上的多个点的图像的检测作业来进行。并且,在该过程中,在每次各点的图像的检测都得到第一透镜面4的圆周端部上的各点以基准点(即原点(0,0))为基准的坐标。
并且,在这种第一透镜面4的圆周端部的图像的检测结束了的场合,通过计算之前获得的第一透镜面4的圆周端部上的各点的坐标的重心坐标,求出以基准点为基准的第一透镜面4的中心点的坐标。
并且,通过相对于全部的第一透镜面4进行这种第一透镜面4的中心点的坐标的计算,第一透镜面4的位置测定结束。
接着,在这种第一透镜面4的位置测定结束后,如图10(b)所示,这次从图10(a)的状态将透镜阵列1反转(翻过来),以第二透镜面6面向物镜11的方式将透镜阵列1设置在XY工作台10上。
并且,通过以与第一透镜面4的场合相同的方法计算各第二透镜面6的中心点的坐标,进行第二透镜面6的位置测定。
但是,在此时的位置的基准点、即原点(0,0)的计算中,代替上述的定位孔7的第一内周面端部的图像,使用与之相对的定位孔7的内周面的第二透镜面6侧的端部(以下称为第二内周面端部)的图像。这是因为由于透光性基体材料2的厚度,无法从第二透镜面6侧检测定位孔7的第一内周面端部的图像。
并且,在评价这样进行位置测定的各透镜面4、6的位置精度时,根据各透镜面4、6各自的中心点的坐标是否从设计上的坐标收敛在规定的容许误差(例如φ0.1)以内,并且互相相对的两透镜面4、6的中心点彼此的坐标的相对偏差是否收放在容许量(例如φ0.1)以内,判断透镜面4、6的位置精度的好坏。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2009-229996号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是,以往在一方的透镜面4的位置测定结束后,在转换为另一方的透镜面6的位置测定时,必须使透镜阵列1反转并重新设置在测定机8上,必须重新设定与用于一方的透镜面4的位置测定的位置的基准点不同的位置的基准点,因此产生在两透镜面4、6的位置测定上需要大量的劳力、时间及成本之类的问题。
并且,不仅如此,在两透镜面4、6的位置测定时分别求出的位置的基准点例如存在以定位孔7的形状误差、将透镜阵列1重新设置在测定机8上时的设置误差等为起因而互相偏离的场合。并且,在这种场合,在评价互相对应的两透镜面4、6彼此的同轴精度时,由于以分别互相偏离的原点为基准计算两透镜面4、6的中心点的坐标,因此还产生难以进行正确的好坏判断之类的问题。
这些问题在具有多个透镜面4、6的透镜阵列1中极其重大,另外,最近的透镜阵列1的更多频道化使这种问题更深刻化。
因此,本发明是鉴于这种问题点而完成的,其目的在于提供能够实现透镜面的位置测定所需的劳力、时间及成本的降低,并且能够实现测定精度及批量生产性的提高的透镜阵列及其透镜边缘检测方法。
用于解决课题的方法
为了实现上述目的,本发明的方案一的透镜阵列的特征在于,具备:圆形的多个第一透镜面,其形成在板状的透光性基体材料的厚度方向的一方的端面上;圆形的多个第二透镜面,其在上述透光性基体材料的厚度方向的另一方的端面,分别形成为与上述多个第一透镜面同轴状,且分别与各第一透镜面对应,为了能只通过从上述第一透镜面侧的检测作业来进行测定上述第一透镜面及上述第二透镜面的位置时的两透镜面的圆周端部的图像的检测,上述第一透镜面形成为直径比与上述第一透镜面对应的上述第二透镜面的直径小,能通过光透过上述透光性基体材料,从上述第一透镜面侧检测上述第二透镜面的圆周端部的图像。
并且,根据该方案一的发明,通过使第一透镜面形成为直径比第二透镜面的直径小,并能通过光透过透光性基体材料而从第一透镜面侧检测第二透镜面的圆周端部的图像,能够只通过从第一透镜面侧的检测作业一次进行测定第一透镜面及第二透镜面的位置时的两透镜面的圆周端部的图像的检测。由此,在第一透镜面的位置测定后,在进行第二透镜面的位置测定的场合,不需要反转透镜阵列,并且能够使用单一的位置基准高精度地进行两透镜面的位置测定。
另外,方案二的透镜阵列的特征在于,在方案一中,在上述透光性基体材料上能从上述第一透镜面侧检测地形成用于设定测定上述第一透镜面的位置时的位置的基准的特定形状。
并且,根据该方案二的发明,能够在第二透镜面的位置测定时原样利用根据在第一透镜面的位置测定时所设定的特定形状的位置的基准。
另外,方案三的透镜阵列的特征在于,在方案二中,上述特定形状为用于进行安装在上述一方的端面上的光传输体、或光电转换装置的安装时的定位的定位结构的外形。
并且,根据该方案三的发明,能够将已有的形状有效地运用于透镜面的位置测定。
另外,方案四的透镜阵列的特征在于,在方案一~三任一项中,上述第一透镜面及上述第二透镜面形成为将入射到一方的透镜面的发散光作为会聚光从另一方的透镜面出射。
并且,根据该方案四的发明,能够适当地进行光传输体与光电转换装置的光学的耦合及光传输体间的光学的耦合任一项。
另外,方案五的透镜边缘检测方法的特征在于,该透镜阵列具备:圆形的多个第一透镜面,其形成在板状的透光性基体材料的厚度方向的一方的端面上;圆形的多个第二透镜面,其在上述透光性基体材料的厚度方向的另一方的端面,分别形成为与上述多个第一透镜面同轴状,且分别与各第一透镜面对应,在相对于透镜阵列进行使用了规定的测定装置的上述第一透镜面及上述第二透镜面的位置的测定时,用于利用上述测定装置检测两透镜面的圆周端部的图像,该透镜边缘检测方法,包括下述步骤:以上述第一透镜面的直径比与上述第一透镜面对应的上述第二透镜面的直径小的方式形成上述透镜阵列的第一步骤;以上述第一透镜面面向上述测定装置的成像光学系统的方式将由该第一步骤形成的上述透镜阵列设置在上述测定装置的规定的设置位置上的第二步骤;相对于由该第二步骤设置在上述设置位置上的上述透镜阵列,将上述成像光学系统对焦在上述第一透镜面的圆周端部上,进行上述第一透镜面的圆周端部的图像的检测的第三步骤;相对于由上述第二步骤设置在上述设置位置上的上述透镜阵列,通过光透过上述透光性基体材料而将上述成像光学系统对焦在上述第二透镜面的圆周端部上,并进行上述第二透镜的圆周端部的图像的检测的第四步骤。
并且,根据该方案五的发明,根据第一~第四步骤,能够只通过从第一透镜面侧的检测作业来进行在测定第一透镜面及第二透镜面的位置时的两透镜面的圆周端部的图像的检测,因此在第一透镜面的位置测定后进行第二透镜面的位置测定的场合,不需要使透镜阵列反转,并且能够使用单一的位置基准高精度地进行两透镜面的位置测定。
发明效果
根据本发明,能够实现透镜面的位置测定所需的劳力、时间及成本的降低,并且能够实现测定精度及批量生产性的提高。
附图说明
图1是表示本发明的透镜阵列的实施方式的剖视图及局部放大图。
图2是图1的透镜阵列的俯视图。
图3是图1的透镜阵列的仰视图。
图4是表示本发明的透镜阵列的变形例的俯视图。
图5是图4的仰视图。
图6是表示本发明的透镜边缘检测方法的实施方式的示意图。
图7是表示现有的透镜阵列的一个例子的剖视图。
图8是图7的俯视图。
图9是图7的仰视图。
图10是表示现有的透镜阵列的透镜面的位置测定方法的示意图。
图11是表示图10的位置测定方法的基准点的设定方法的一个例子的示意图。
具体实施方式
(透镜阵列的实施方式)
下面,参照图1~图5并以本发明的透镜阵列的实施方式与以往的不同点为中心进行说明。
另外,对基本结构与以往相同或类似的部位使用相同的符号进行说明。
图1是本实施方式的透镜阵列20的剖视图及其局部放大图。另外,图2是图1的俯视图,图3是图1的仰视图。
本实施方式的透镜阵列20与以往的透镜阵列1不同,形成为能只通过从第一透镜面4侧的检测作业进行第一透镜面4及第二透镜面6的位置测定时的两透镜面4、6的圆周端部的图像的检测。
即,如图1所示,本实施方式的透镜阵列20形成为第一透镜面4的直径d比与该第一透镜面4对应的第二透镜面6的直径D小。这种关系在全部的第一透镜面4中成立。并且,通过为这种关系,能通过光透过透光性基体材料2而从第一透镜面4侧检测第二透镜面6的圆周端部的图像。另外,可以使D的值为250μm,使d的值为230μm。
根据这种结构,只要求出第一透镜面4的位置测定时的位置的基准点(即原点),就能够将该基准点原样应用于从第一透镜面4侧通过光透过透光性基体材料2而检测(摄像)的第二透镜面6的位置测定。另外,在设定基准点时,可以与以往相同地利用定位孔7(定位结构)的外形(特定形状),但在本实施方式中,由于只设定第一透镜面14侧的基准点即可,因此可以只检测定位孔7的第一内周面端部的图像,不需要定位孔7的第二内周面端部的图像。
因此,不需要如以往那样在进行第一透镜面4的位置测定后转换到第二透镜面6的位置测定时的反转透镜阵列1、为了第二透镜面6的位置测定而格外计算与第一透镜面4的位置测定时的基准点不同的新的基准点的作业。
另外,能够使用单一的基准点进行两透镜面4、6的位置测定,因此能够适当地进行两透镜面4、6的同轴精度的评价。
另外,本发明未限定于图1~图3所示的12频道的透镜阵列20,例如也能够有效地应用于图4及图5所示的24频道的透镜阵列21。另外,图4及图5所示的透镜阵列21为并列配置有两列一连串的12个透镜面4、6的结构。
另外,两透镜面4、6形成为将入射到一方的透镜面4、6的发散光作为会聚光从另一方的透镜面4、6出射。
另外,两透镜面4、6的曲率半径可以互相相同,也可以不同。
另外,为了通过从第一透镜面4侧的检测作业适当地检测第二透镜面6的圆周端部的图像,期望在来自第二透镜面的圆周端部的物体光朝向第一透镜面4侧透过了透光性基体材料2后,从第一透镜面4侧的出射位置向与第一透镜面4的光轴方向相同的方向出射。为了确保这种来自第二透镜面6的圆周端部的物体光的出射位置,如图1所示,在与光轴方向垂直的平坦面22上形成互相相邻的第一透镜面4彼此的间隙部。
(透镜边缘检测方法的实施方式)
接着,参照图6说明本发明的透镜边缘检测方法的实施方式。
在本实施方式中,首先,形成上述那样的透镜阵列20(21)(第一步骤)。
并且,之后的本实施方式的各工序(步骤)作为透镜面4、6的位置测定中的一个工序而进行。
即,在第一步骤后,与图10(a)所示的场合相同,以透镜阵列20(21)第一透镜面4面向作为测定机8(测定装置)的成像光学系统的物镜11的方式将透镜阵列20(21)设置在XY工作台10上(第二步骤)。
接着,以与以往相同的方法进行根据定位孔7的第一内周面端部的检测图像的基准点的设定。
接着,相对于透镜阵列20(21)将物镜11对焦在第一透镜面4的圆周端部上,进行第一透镜面4的圆周端部的图像的检测(第三步骤)。该第三步骤的第一透镜面4的圆周端部的图像的检测与以往相同,作为用于检测该圆周端部上的多个点的一连串的检测作业进行。
接着,以与以往相同的方法进行根据在第三步骤中检测的第一透镜面4的圆周端部的图像的第一透镜面4的中心点的坐标的计算。
并且,与以往相同地,通过相对于全部的第一透镜面4进行这种第一透镜面4的中心点的坐标的计算,第一透镜面4的位置测定结束。
接着,转移到第二透镜面6的位置测定,此时,不需要反转透镜阵列20(21)并重新设置在XY工作台10上,并且不需要重新设定位置的基准点。
即,在本实施方式中,在开始了第二透镜面6的位置测定后,首先,相对于设置在XY工作台10上的透镜阵列20(21),将物镜11通过光透过透光性基体材料2而对焦到第二透镜面6的圆周端部上,进行第二透镜面6的圆周端部的图像的检测(第四步骤)。该第四步骤的第二透镜面6的圆周端部的图像的检测作为用于检测该圆周端部上的多个点的一连串的检测作业来进行。
接着,以与第一透镜面4的场合相同的方法进行根据在第四步骤中检测的第二透镜面6的圆周端部的图像的第二透镜面6的中心点的坐标的计算。
并且,通过相对于全部的第二透镜面6进行这种第二透镜面6的中心点的坐标的计算,第二透镜面6的位置测定结束。
如上所述,根据本实施方式,通过将第一透镜面4形成为直径比第二透镜面6的直径小,能通过光透过透光性基体材料2而从第一透镜面4侧检测第二透镜面6的圆周端部的图像,能够只由从第一透镜面4侧的检测作业来进行在测定第一透镜面4及第二透镜面6的位置时的两透镜面4、6的圆周端部的图像的检测。由此,不需要在第一透镜面4的位置测定后反转进行第二透镜面6的位置测定时的透镜阵列20(21)的劳力,并且能够使用单一的位置的基准点高精度地进行两透镜面4、6的位置测定,因此能够实现透镜面4、6的位置测定所需的劳力、时间及成本的降低,并且能够实现测定精度及批量生产性的提高。
另外,本发明未限定于上述的实施方式,能在不损害本发明的特征的范围内进行各种改变。
例如,本发明还能够有效地应用于比24频道更多频道的透镜阵列。
另外,本发明还能够有效地应用于光导波路径等光纤以外的光传输体。
另外,本发明只要能遵守由来自第一透镜面4侧的摄像求出位置的基准点的规则即可,之后可以率先进行第一透镜面4的位置测定及第二透镜面6的位置测定任一种。
另外,在通过光学地读取形成在透镜阵列上的对准记号来进行光传输体及光电转换装置的定位的场合,可以将该定位记号的外形作为特定形状而采用并用于设定位置测定的基准点。
符号说明
2—透光性基体材料,3—上端面,4—第一透镜面,5—下端面,6—第二透镜面,20—透镜阵列。
Claims (5)
1.一种透镜阵列,具备:
圆形的多个第一透镜面,其形成在板状的透光性基体材料的厚度方向的一方的端面上;以及
圆形的多个第二透镜面,其在上述透光性基体材料的厚度方向的另一方的端面,分别形成为与上述多个第一透镜面同轴状,且分别与各第一透镜面对应,
该透镜阵列的特征在于,
为了能只通过从上述第一透镜面侧的检测作业来进行在测定上述第一透镜面及上述第二透镜面的位置时的两透镜面的圆周端部的图像的检测,上述第一透镜面形成为直径比与上述第一透镜面对应的上述第二透镜面的直径小,能通过光透过上述透光性基体材料,从上述第一透镜面侧检测上述第二透镜面的圆周端部的图像。
2.根据权利要求1所述的透镜阵列,其特征在于,
在上述透光性基体材料上能从上述第一透镜面侧检测地形成能用于设定测定上述第一透镜面的位置时的位置的基准的特定形状。
3.根据权利要求2所述的透镜阵列,其特征在于,
上述特定形状为用于进行安装在上述一方的端面上的光传输体、或光电转换装置的安装时的定位的定位结构的外形。
4.根据权利要求1~3任一项所述的透镜阵列,其特征在于,
上述第一透镜面及上述第二透镜面形成为将入射到一方的透镜面的发散光作为会聚光从另一方的透镜面出射。
5.一种透镜边缘检测方法,该透镜边缘检测方法在相对于具备圆形的多个第一透镜面和圆形的多个第二透镜面的透镜阵列进行使用了规定的测定装置的上述第一透镜面及上述第二透镜面的位置的测定时,用于利用上述测定装置检测两透镜面的圆周端部的图像,其中,上述第一透镜面形成在板状的透光性基体材料的厚度方向的一方的端面上,上述第二透镜面在上述透光性基体材料的厚度方向的另一方的端面,分别形成为与上述多个第一透镜面同轴状,且分别与各第一透镜面对应,该透镜边缘检测方法的特征在于,包括下述步骤:
第一步骤,其以上述第一透镜面的直径比与上述第一透镜面对应的上述第二透镜面的直径小的方式形成上述透镜阵列;
第二步骤,其以上述第一透镜面面向上述测定装置的成像光学系统的方式将由该第一步骤形成的上述透镜阵列设置在上述测定装置的规定的设置位置上;
第三步骤,其相对于由该第二步骤设置在上述设置位置上的上述透镜阵列,将上述成像光学系统对焦在上述第一透镜面的圆周端部上,进行上述第一透镜面的圆周端部的图像的检测;以及
第四步骤,其相对于由上述第二步骤设置在上述设置位置上的上述透镜阵列,通过光透过上述透光性基体材料而将上述成像光学系统对焦在上述第二透镜面的圆周端部上,并进行上述第二透镜的圆周端部的图像的检测。
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