CN114924403A - 一种低倍双远心显微成像物镜系统及其应用 - Google Patents
一种低倍双远心显微成像物镜系统及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114924403A CN114924403A CN202210580557.1A CN202210580557A CN114924403A CN 114924403 A CN114924403 A CN 114924403A CN 202210580557 A CN202210580557 A CN 202210580557A CN 114924403 A CN114924403 A CN 114924403A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- positive lens
- low
- lens group
- telecentric
- lens
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 27
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 24
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims abstract description 20
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 claims description 20
- 230000004075 alteration Effects 0.000 claims description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 3
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 238000012634 optical imaging Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000007526 fusion splicing Methods 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/02—Objectives
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/255—Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding
- G02B6/2555—Alignment or adjustment devices for aligning prior to splicing
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
本发明公开了一种低倍双远心显微成像物镜系统及其应用，从物方到像方，沿着光线入射方向，依次为平片低通滤光片、由一个双凸球面正透镜构成前置物镜组，由一个弯月型球面正透镜及与前置物镜组相同镜片组成的后置物镜组，将孔径光阑置于前置物镜组的像方焦平面和后置物镜组的物方焦平面而形成的双远心成像光路。本发明提供的低倍双远心显微成像物镜系统，具有分辨率高，畸变小，成像性能好，结构简单紧凑，成本低的优点。其成像性能达到衍射极限，能够实现在放大倍率≤1X时，可对带状光纤端面进行精细成像、实现高精度对准，并可精确识别4～16芯带状光纤类型，满足纤芯对准式带状光纤熔接机的使用要求。
Description
技术领域
本发明专利涉及光学成像技术，一种低倍双远心显微成像物镜系统及其应用，具体涉及一种将带状光纤端面高清晰成像到CMOS芯片上，用于带状光纤识别和高精度对准的显微光学成像物镜。
背景技术
光纤熔接机主要用于光通信中光缆的施工和维护，所以又叫光缆熔接机。一般工作原理是利用高压电弧将两光纤断面熔化的同时用高精度运动机构平缓推进让两根光纤融合成一根，以实现光纤模场的耦合。随着光通信迅速发展及相应技术的进步，近些年来专门用来熔接带状光纤的带状光纤熔接机获得巨大需求，应用于各大运营商，工程公司，企事业单位的光缆线路工程施工、线路维护、应急抢修、光纤器件的生产测试以及科研院所的研究教学中。
带状光纤的特点是比单根光纤宽，每带内可有4、8、12或16根光纤。带内光纤间距为0.28mm(对于4、8)和0.3mm(对于12和16)，整齐排列，垂直方向上有平面度。12芯扁光纤是最广泛使用的带状光纤。普通单芯通信光纤是直径为0.125mm石英晶体材料组成的圆柱状，而12芯带状光纤呈扁平状，宽3mm。其整体接续要求12芯纤同时接续，并同时热缩保护，最终接续点体积同单芯光纤接续点一般大小，充分发挥带状光纤接续快速和方便的特点。而纤芯对准式是目前光纤熔接机最流行的对准方式，其质量取决于其高精度显微成像物镜的性能，为了实现低熔接损耗，光纤纤芯必须高精度对准，须配备高精度的光学显微成像物镜，对拟配准的两个光纤端面进行高质量成像，同时实现光纤类型识别和高精度对准，以保证光纤的熔接质量。这种高性能显微成像物镜要求相对孔径大、分辨率高；受特定光路限制，普通的成像物镜难以同时满足。保证带状光纤成像能够被系统识别，而带状光纤成像是有一定难度的，能够使最大的12芯带状光纤在芯片感光面上都能够成清晰的像，而且确定两带状光纤在空间的三维准直情况，需要在互相垂直的两方向观察光纤，这就要求所设计的专用显微镜物镜既要足够的视场又要有一定的景深，因此物镜的放大倍率将受到限制，考虑到其图像的失真和清晰度方面的因素，同时，还要考虑到光纤熔接机是便携使用工具，其中的光学系统的体积不能太大，物镜尺寸将受到限制，该物镜的放大倍率不大于1倍.
中国专利公开号为“CN110824682A”，名称为“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”，其具体公开了“采用同轴透射式的光学成像结构，包括双胶合透镜组构成的前组、双凸球面正透镜和两块双分离弯月形球面透镜构成的后组；所述的双胶合透镜组由双胶合透镜的凹凸球面正透镜和双胶合透镜的弯月形球面负透镜胶合而成；沿光线入射方向，依次为双胶合透镜的凹凸球面正透镜、双胶合透镜的弯月形球面负透镜、双凸球面正透镜、后组的弯月形球面负透镜和弯月形球面厚正透镜……”，对比文件采用“负+正”型式的大视场像方远心光路,可以保证光学系统具有比较小的体积和质量，但是系统放大倍率只能做到大于1X，一般放大倍率在4X～10X，这种系统多用于单芯光纤熔接机上，难于应用于带状光纤熔接机上。
发明内容
本发明提供的低倍双远心显微成像物镜，具有分辨率高，畸变小，成像性能好，结构简单紧凑，成本低的优点。其成像性能达到衍射极限，放大倍率为0.5X，可对带状光纤端面进行精细成像、实现高精度对准，并可精确识别12芯带状光纤类型，满足纤芯对准式带状光纤熔接机的使用要求。同时，由于物像方双远心光路，其具有较大的景深，更便于物镜在熔接机中装调。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一方面，本申请提供了一种低倍双远心显微成像物镜系统，从物方到像方，沿着光线入射方向，依次包括低通滤光片、前置物镜组以及后置物镜组；其中，
所述前置物镜组包括一第一双凸球面正透镜；
所述后置物镜组包括一弯月型球面正透镜和一第二双凸球面正透镜，
所述第二双凸球面正透镜设置在靠近像方的那一侧；
所述前置物镜组和后置物镜组之间还设置有孔径光阑，且通过将孔径光阑置于前置物镜组的像方焦平面和后置物镜组的物方焦平面而形成低倍双远心成像光路。
作为优选方案，所述低通滤光片为双面抛光平面镜，其中背离物方的那一面镀有介质增反膜，使得平片低通滤光片透过率τ≤10％。
作为优选方案，所述第一双凸球面正透镜和第二双凸球面正透镜为结构相同的镜片，且其靠近物方的曲面的曲率半径为18～20mm，其靠近像方的曲面的曲率半径为：-25～-40mm，正透镜焦距为13～18mm。
作为优选方案，所述弯月型球面正透镜，其靠近物方的曲面的曲率半径为-40～-60mm，其靠近像方的曲面的曲率半径为：-10～-15mm，正透镜焦距为18～22mm。
作为优选方案，所述所述第一双凸球面正透镜、第二双凸球面正透镜和弯月型球面正透镜，其三者的折射率＞1.7，阿贝数＜50。
另一方面，本申请提供了一种低倍双远心显微成像物镜系统在光纤熔接识别及对准中的应用，其特征在于，包括以下步骤：
光纤熔接机照明系统将625nm光线照射到光纤上，光线经过光纤后，照射到低通滤光片上，确保光纤成像在芯片上面有合理的光能量；
通过低通滤光片的光线入射到双凸球面正透镜构成前置物镜组；
然后经双凸球面正透镜会聚，输出能量集中、分辨率高的会聚光束到其像方焦平面；
将孔径光阑位于双凸球面像方焦平面上，后置物镜组的物方焦平面与双凸球面像方焦平面重合，整个物镜系统关于孔径光阑对称；
将上述得到的汇聚光束入射至后置物镜组，先后通过弯月型球面正透镜和第二双凸球面正透镜，经物镜系统校正光学像差后，在探测器光敏面上获得放大光纤像。
作为优选方案，所述探测器光敏面上获得放大倍率≤1X。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明的目的提供一种具有分辨率高，畸变小，成像性能好，结构简单紧凑，成本低的优点的低倍双远心显微成像物镜。
本发明提供的低倍双远心显微成像物镜，应用于纤芯对准式带状光纤熔接机，其成像性能达到衍射极限，能够实现在放大倍率≤1X时，可对带状光纤端面进行精细成像、实现高精度对准，并可精确识别4～16芯带状光纤类型，满足纤芯对准式带状光纤熔接机的使用要求。
附图说明
图1为本发明一种低倍双远心显微成像物镜结构示意图。
图2为本发明具体实施例中的工作原理示意图。
图3为本发明具体实施例中的MTF图。
图4为本发明具体实施例中的弥散斑图。
图5为本发明具体实施例中的场曲畸变图。
图6为本发明具体实施例中的成像光路图。
其中：10-平片低通滤光片，20-前置物镜组，30-孔径光阑，40-后置物镜组，401-第二双凸球面正透镜，402-弯月型球面正透镜。
具体实施方式
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种低倍双远心显微成像物镜系统，其特征在于：从物方到像方，沿着光线入射方向，依次包括低通滤光片、前置物镜组以及后置物镜组；其中，
所述前置物镜组包括一第一双凸球面正透镜；
所述后置物镜组包括一弯月型球面正透镜和一第二双凸球面正透镜，所述第二双凸球面正透镜设置在靠近物方的那一侧；
所述前置物镜组和后置物镜组之间还设置有孔径光阑，且通过将孔径光阑置于前置物镜组的像方焦平面和后置物镜组的物方焦平面而形成低倍双远心成像光路。
一种低倍双远心显微成像物镜系统在光纤熔接识别及对准中的应用，其特征在于，包括以下步骤：
光纤熔接机照明系统将625nm光线照射到光纤上，光线经过光纤后，照射到低通滤光片上，确保光纤成像在芯片上面有合理的光能量；低通滤光片的作用是减少通过光线能量，抑制非通过光纤的光线在芯片像面的背景亮度；
通过低通滤光片的光线入射到双凸球面正透镜构成前置物镜组；
然后经双凸球面正透镜会聚，输出能量集中、分辨率高的会聚光束到其像方焦平面；
将孔径光阑位于双凸球面像方焦平面上，后置物镜组的物方焦平面与双凸球面像方焦平面重合，整个物镜系统关于孔径光阑对称；这样物像方的主光线都平行与光轴，将物方远心和像方远心光路的优点相结合，物方畸变和像方畸变都消除，减小物镜畸变；
将上述得到的汇聚光束入射至后置物镜组，先后通过弯月型球面正透镜和第二双凸球面正透镜，经物镜系统校正光学像差后，在探测器光敏面上获得放大光纤像，所述探测器光敏面上获得放大倍率≤1X。
具体的对应各透镜的相关参数如下物镜参数表，所述平片低通滤光片为双面抛光平面镜，其中背离物方的面，镀有介质增反膜，使得平片低通滤光片透过率τ≤6％(625±20μm)，厚度1.0±0.1mm，H-K9L材料；前置物镜组由一个双凸球面正透镜构成，双凸球面正透镜，其靠近物方的曲面的曲率半径为19.86mm，其靠近像方的曲面的曲率半径为：-31.48mm，正透镜焦距为13.96mm；后置物镜组由一个弯月型球面正透镜及与前置物镜组相同镜片组成，其中弯月型球面正透镜，其靠近物方的曲面的曲率半径为-54.09mm，其靠近像方的曲面的曲率半径为：-11.934mm，正透镜焦距为19.44mm。双凸球面正透镜和弯月型球面正透镜，其折射率分别为1.806105/1.772501，阿贝数分别为41.02/49.61。
本实施例的光学参数见表1，其实现的系统参数如下：光学共轭距(物面到像面的距离TTL)50mm，物方工作距离12.5mm，机械后焦7mm，工作波长625±20μm，像面尺寸1443.2μm X1082.5μm。
| 表面 | 曲率半径R(mm) | 厚度(mm) | 折射率/阿贝数 | 备注 |
| 1 | Infinity | 12.50 | 1.516789/64.20 | |
| 2 | Infinity | 1.00 | ||
| 3 | Infinity | 0.45 | ||
| 4 | 19.860 | 1.63 | 1.806105/41.02 | |
| 5 | -31.480 | 14.40 | ||
| 6 | Infinity | 7.57 | ||
| 7 | -54.019 | 1.53 | 1.772501/49.61 | |
| 8 | -11.934 | 1.05 | ||
| 9 | 19.860 | 1.63 | 1.806105/41.02 | |
| 10 | -31.480 | 8.30 | ||
| 11 | Infinity |
物镜参数表
分析说明：
图3是本实施例提供的低倍双远心显微成像物镜系统的光线追迹点列图，即目标物经显微物镜后在其像平面上的情况。图中的黑色圆为成像物镜的艾里斑，可见，像面上不同视场处的点列图都非常集中地大部分能量聚焦在艾里斑以内，表明该成像物镜基本达到了衍射极限的成像特性。
图4是本实施例提供的低倍双远心显微成像物镜系统的畸变曲线，横坐标是畸变数值，纵坐标表示视场。可见，最大值小于0.8％。由于此系统为光纤成像识别对准，非测量应用，畸变完全可以满足使用要求。
图5是本实施例提供的低倍双远心显微成像物镜系统的光学传递函数曲线，横坐标是空间频率，纵坐标是光学函数值。可见，在像面上40lp/mm处光学系统的传递函数值达到0.5，对应物面可分辨小于2μm的细节。
图6是本实施例提供的低倍双远心显微成像物镜系统的成像光路图。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种低倍双远心显微成像物镜系统，其特征在于：从物方到像方，沿着光线入射方向，依次包括低通滤光片、前置物镜组以及后置物镜组；其中，
所述前置物镜组包括一第一双凸球面正透镜；
所述后置物镜组包括一弯月型球面正透镜和一第二双凸球面正透镜，
所述第二双凸球面正透镜设置在靠近像方的那一侧；
所述前置物镜组和后置物镜组之间还设置有孔径光阑，且通过将孔径光阑置于前置物镜组的像方焦平面和后置物镜组的物方焦平面而形成低倍双远心成像光路。
2.根据权利要求1所述的一种低倍双远心显微成像物镜系统，其特征在于，所述低通滤光片为双面抛光平面镜，其中背离物方的那一面镀有介质增反膜，使得平片低通滤光片透过率τ≤10％。
3.根据权利要求1所述的一种低倍双远心显微成像物镜系统，其特征在于，所述第一双凸球面正透镜和第二双凸球面正透镜为结构相同的镜片，且其靠近物方的曲面的曲率半径为18～20mm，其靠近像方的曲面的曲率半径为：-25～-40mm，正透镜焦距为13～18mm。
4.根据权利要求1所述的一种低倍双远心显微成像物镜系统，其特征在于，所述弯月型球面正透镜，其靠近物方的曲面的曲率半径为-40～-60mm，其靠近像方的曲面的曲率半径为：-10～-15mm，正透镜焦距为18～22mm。
5.根据权利要求1所述的一种低倍双远心显微成像物镜系统，其特征在于，所述所述第一双凸球面正透镜、第二双凸球面正透镜和弯月型球面正透镜，其三者的折射率＞1.7，阿贝数＜50。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种低倍双远心显微成像物镜系统在光纤熔接识别及对准中的应用，其特征在于，包括以下步骤：
光纤熔接机照明系统将625nm光线照射到光纤上，光线经过光纤后，照射到低通滤光片上，确保光纤成像在芯片上面有合理的光能量；
通过低通滤光片的光线入射到双凸球面正透镜构成前置物镜组；
然后经双凸球面正透镜会聚，输出能量集中、分辨率高的会聚光束到其像方焦平面；
将孔径光阑位于双凸球面像方焦平面上，后置物镜组的物方焦平面与双凸球面像方焦平面重合，整个物镜系统关于孔径光阑对称；
将上述得到的汇聚光束入射至后置物镜组，先后通过弯月型球面正透镜和第二双凸球面正透镜，经物镜系统校正光学像差后，在探测器光敏面上获得放大光纤像。
7.根据权利要求6所述的一种低倍双远心显微成像物镜系统在光纤熔接识别及对准中的应用，其特征在于，所述探测器光敏面上获得放大倍率≤1X。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210580557.1A CN114924403A (zh) | 2022-05-25 | 2022-05-25 | 一种低倍双远心显微成像物镜系统及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210580557.1A CN114924403A (zh) | 2022-05-25 | 2022-05-25 | 一种低倍双远心显微成像物镜系统及其应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114924403A true CN114924403A (zh) | 2022-08-19 |
Family
ID=82810455
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210580557.1A Pending CN114924403A (zh) | 2022-05-25 | 2022-05-25 | 一种低倍双远心显微成像物镜系统及其应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114924403A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116931236A (zh) * | 2023-09-14 | 2023-10-24 | 长春长光智欧科技有限公司 | 一种基于探针对准晶圆的双倍率光学系统 |
-
2022
- 2022-05-25 CN CN202210580557.1A patent/CN114924403A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116931236A (zh) * | 2023-09-14 | 2023-10-24 | 长春长光智欧科技有限公司 | 一种基于探针对准晶圆的双倍率光学系统 |
| CN116931236B (zh) * | 2023-09-14 | 2023-11-28 | 长春长光智欧科技有限公司 | 一种基于探针对准晶圆的双倍率光学系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110244442B (zh) | 一种应用于多视野并行成像的新型物镜阵列 | |
| CN116582738B (zh) | 一种焦距为85mm的长焦大光圈短法兰视频镜头 | |
| CN114924403A (zh) | 一种低倍双远心显微成像物镜系统及其应用 | |
| CN112229516A (zh) | 一种用于快照式成像光谱仪的分光成像系统及其成像方法 | |
| CN110824682A (zh) | 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 | |
| CN217467334U (zh) | 一种低倍双远心显微成像物镜系统 | |
| CN114460733B (zh) | 一种具有更大放大倍率的光纤熔接机显微物镜 | |
| CN209879123U (zh) | 大视野双远心光学系统 | |
| CN211236429U (zh) | 一种用于光纤熔接机纤芯识别的高精度显微成像物镜 | |
| CN213888711U (zh) | 一种用于激光切割加工的远心透镜 | |
| CN113433678B (zh) | 一种色散物镜光路结构 | |
| CN211653287U (zh) | 一种用于透镜缺陷检测的双倍率双远心光学系统 | |
| CN208000417U (zh) | 一种用于1.064μm光纤激光的准直器 | |
| CN213764516U (zh) | 一种用于激光切割加工的远心透镜 | |
| CN211478702U (zh) | 一种对称结构的微透镜组的光纤耦合结构 | |
| CN113589497B (zh) | 一种用于有限共轭距成像的紫外镜头 | |
| CN221303691U (zh) | 一种镜头 | |
| CN219533523U (zh) | 一种光阑前置的长焦大像面目镜光学系统 | |
| CN219574486U (zh) | 一种光纤纤芯可视的显微镜头 | |
| CN217034408U (zh) | 一种用于扫描场镜视觉定位的消色差成像镜头 | |
| CN221101135U (zh) | 一种十倍远心镜头 | |
| CN221149035U (zh) | 大光圈近拍镜头 | |
| CN216083232U (zh) | 长焦黑光级高清光学成像镜头 | |
| US20240184089A1 (en) | Compact optical microscope, metrology device comprising the optical microscope and a wafer positioning metrology apparatus comprising the metrology device | |
| CN221860735U (zh) | 一种工业镜头 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |