CN216285933U - 一种光纤聚光镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光纤聚光镜头，包括镜筒、光纤探头，镜筒内形成有前筒、后筒，光纤探头嵌套于镜筒的后筒内；前筒处安装有多组透镜，分别为一号透镜、二号透镜、三号透镜、四号透镜，一号透镜、二号透镜、三号透镜、四号透镜依次同轴设置于物面与像面之间，且相邻的透镜之间设有间隔固定透镜的隔圈，隔圈嵌套于镜筒内。本新型具有良好像差特性、较高图像分辨率以及清晰度的光学镜头，在聚光过程中不容易出现光线溢出现象，聚光效果好，因此更有利于完整有效的传递信息，尤其作为光线聚光镜头使用；此外，本新型的结构简单紧凑、透镜数量少，有利于镜头的小型化设计，从而降低生产成本。

Description

一种光纤聚光镜头

技术领域

本实用新型涉及一种镜头，尤其涉及一种光纤聚光镜头。

背景技术

光纤探头是光纤传感器在接收信号的最前端部分。光纤传感器一般由光源(主动探测时有，被动探测时无)、探头及传输元件(光纤)、光探测器和信号处理系统组成。光纤聚光镜头是一种能够将光源光束汇聚成一个较小光斑的镜头，根据光纤聚光镜头成像面较小的这种特质，其通常被广泛应用在光纤通信、激光探测等装置上。

现有光纤聚光镜存在尺寸较大、聚焦光斑过大等问题，无法清楚有效的将光源光束聚焦到光纤中，已不能满足光纤通信对光学镜头越来越高的要求；因此，亟需设计一款小型化、小光斑，且拥有较高成像质量的光纤聚光镜头。

实用新型内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本实用新型提供了一种光纤聚光镜头。

为了解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种光纤聚光镜头，包括镜筒、光纤探头，镜筒内形成有前筒、后筒，光纤探头嵌套于镜筒的后筒内；

前筒处安装有多组透镜，分别为一号透镜、二号透镜、三号透镜、四号透镜，一号透镜、二号透镜、三号透镜、四号透镜依次同轴设置于物面与像面之间，且相邻的透镜之间设有间隔固定透镜的隔圈，隔圈嵌套于镜筒内。

进一步地，一号透镜、二号透镜、三号透镜、四号透镜的焦距范围分别为：4<|f1|/f<6.5、2.5<|f2|/f<5、1<|f3|/f<2.5、1.2<|f4|/f<3；

其中，f为光纤聚光镜头整个光学系统的焦距，f1、f2、f3、f4分别为一号透镜、二号透镜、三号透镜、四号透镜的焦距。

进一步地，一号透镜、二号透镜、三号透镜、四号透镜均为玻璃球面镜片；

其中，一号透镜为弯月型透镜，二号透镜为平凸透镜，三号透镜为双凸透镜，四号透镜为双凸透镜。

进一步地，光纤聚光镜头的光学总长小于或等于5.4mm。

进一步地，一号透镜的折射率Nd为1.8<Nd<1.9，色散率Vd为38<Vd<48；

二号透镜的折射率Nd为1.8<Nd<1.9，色散率Vd为33<Vd<43；

三号透镜的折射率Nd为1.9<Nd<2.0，色散率Vd为30<Vd<40；

四号透镜的折射率Nd为1.7<Nd<1.9，色散率Vd为40<Vd<50。

进一步地，隔圈分为隔圈一、隔圈二、隔圈三，隔圈一设置于一号透镜与二号透镜之间，隔圈二设置于二号透镜与三号透镜之间，且隔圈二还起到孔径光阑作用，隔圈三设置于三号透镜与四号透镜之间。

进一步地，镜筒的前端通过螺纹连接有压环。

进一步地，镜头的后筒开设有注胶孔和胶槽，注胶孔与胶槽相连通。

进一步地，光纤聚光镜头的结构总长小于或等于8mm。

进一步地，光纤聚光镜头的物距小于或等于30mm，光纤聚光镜头的最大像高小于或等于0.4mm。

本实用新型公开了一种光纤聚光镜头，仅通过四片玻璃球面镜片即可生产出具有良好像差特性、较高图像分辨率以及清晰度的光学镜头，在聚光过程中不容易出现光线溢出现象，聚光效果好，因此更有利于完整有效的传递信息，尤其作为光线聚光镜头使用；此外，本新型的结构简单紧凑、透镜数量少，有利于镜头的小型化设计，从而降低生产成本。

附图说明

图1为本实用新型光纤聚光镜头的系统组成结构图。

图2为本实用新型在注胶孔与胶槽处的剖面图。

图3为实施例中光线的进入路径图。

图4为实施例的MTF解像曲线图。

图5为实施例的像散曲线图。

图6为实施例的光学畸变图。

图7为实施例的相对照度图。

图8为实施例的点列图。

图中：1、一号透镜；2、二号透镜；3、三号透镜；4、四号透镜；5、物面；6、像面；7、隔圈一；8、隔圈二；9、隔圈三；10、压环；11、镜筒；12、光纤探头；13、注胶孔；14、胶槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

一种光纤聚光镜头，包括镜筒11、光纤探头12，如图1所示，在镜筒11内形成有前筒、后筒，前筒处安装有多组透镜，分别为一号透镜1、二号透镜2、三号透镜3、四号透镜4；

一号透镜1、二号透镜2、三号透镜3、四号透镜4从物面5至像面6同轴依序设置；其中，一号透镜1具有负光焦度，其物侧表面为凸面且像侧表面为凹面的弯月型透镜；二号透镜2为具有正光焦度且凸面朝向物方的平凸透镜，以校正穿过经一号透镜1的光线所产生的像差，并将光线传送到三号透镜3；三号透镜3为具有正光焦度的双凸透镜，用以校正穿经二号透镜2的光线所产生的像差，并将光线汇聚并传送至四号透镜4；四号透镜4为具有正光焦度的双凸透镜，具有收光的作用，并将光线汇聚并传送至像面6。

对于一号透镜1、二号透镜2、三号透镜3、四号透镜4均采用玻璃球面镜片，具有良好的像差特性，成像质量好，还可以有效降低加工难度和生产成本。

在镜筒11的前筒中，相邻的透镜之间设有隔圈，由隔圈间隔固定透镜，隔圈则嵌套于镜筒11内。隔圈分为隔圈一7、隔圈二8、隔圈三9，其中，隔圈一7设置于一号透镜1与二号透镜2透镜之间，隔圈二8设置于二号透镜2与三号透镜3之间，隔圈二8采用孔径光阑，即能实现间隔固定还能起到孔径光阑的作用，隔圈三9设置于三号透镜3与四号透镜4之间。

并且，镜筒11的前端通过螺纹连接有压环10，由压环10对透镜进行整体固定；在压环10的内壁设有内螺纹，镜筒11外壁设有外螺纹，用于连接压环10。

对于前筒，其内径较大用于透镜的安装、隔圈的嵌套固定；后筒的内径较小，用于嵌套光纤探头12；如图2所示，后筒处开设有注胶孔13和胶槽14，注胶孔13和胶槽14连通，用于点胶固定光纤探头；注胶孔的个数小于或等于8个。

对于本实用新型所公开的光纤聚光镜头，其光学系统还具有以下特征：

光纤聚光镜头的整个光学系统的焦距设为f，将一号透镜1、二号透镜2、三号透镜3、四号透镜4的焦距分别表示为f1、f2、f3、f4，则各透镜的焦距范围分别为：4<|f1|/f<6.5、2.5<|f2|/f<5、1<|f3|/f<2.5、1.2<|f4|/f<3。

光纤聚光镜头的光学总长小于或等于5.4mm。

一号透镜1的折射率Nd为1.8<Nd<1.9，色散率Vd为38<Vd<48；

二号透镜2的折射率Nd为1.8<Nd<1.9，色散率Vd为33<Vd<43；

三号透镜3的折射率Nd为1.9<Nd<2.0，色散率Vd为30<Vd<40；

四号透镜4的折射率Nd为1.7<Nd<1.9，色散率Vd为40<Vd<50。

光纤聚光镜头的结构总长小于或等于8mm。

光纤聚光镜头的物距小于或等于30mm。

光纤聚光镜头的最大像高小于或等于0.4mm。

下面通过具体实施例，对本实用新型所公开的光纤聚光镜头的光学性能作进一步详细说明。

本实施例中，光学镜头的有效焦距f为1.8mm，光圈值FNO为1.8，最大像高为0.36mm，光学总长TTL＝5.4mm，光学镜头的具体光学参数见表1：

表1光学参数表

表面名称	表面类型	曲面半径	厚度	折射率	色散系数
						一号透镜	球面	4.8	0.58	1.84	42.7
	球面	3.1	0.27
						二号透镜	球面	5.1	1.0	1.83	37.4
	球面	无限	0.15
						光阑	球面	无限	0.25
三号透镜	球面	5.0	1.01	1.91	35.2
							球面	-5.0	0.33
四号透镜	球面	4.9	1.01	1.80	46.5
							球面	5.1	0.83

本实施例中，各光学镜头的焦距为：|f1|/f＝5.64，|f2|/f＝3.34，|f3|/f＝1.61，|f4|/f＝1.81。

图3展示了光线从本实施例中进入的路径图，下面通过具体实验对本实施例的光学性能进行验证：

(1)本实施例在不同物高的MTF(Modulation Transfer Function，调制传递函数)解像曲线分别如图4所示，其中，横坐标表示线对/每毫米(lp/mm)的空间频率，纵坐标表示MTF值。从图中可以看出，本实施例在160lp/mm的空间频率内展现了较好的对比度，可以表明本实施例的综合解像水平较高。

(2)本实施例的像散曲线如图5所示，其中，横轴表示调焦(mm)，纵轴表示物高。从图中可以看出，本实施例的像散程度较轻，基本上可控制在0.04以内，可在一定程度上反应本实发明具有较低的光学畸变水平。

(3)本实施例的光学畸变如图6所示，其中，横坐标表示百分比，纵坐标表示物高。从图中可以看出，全球面设计在最大物高时，畸变仅为-0.33％，表明本实施例在作为光纤聚光镜头使用时，具有较低的光学畸变，其光学性能较佳。

(4)本实施例的相对照度曲线如图7所示，其中，横坐标表示物高，纵坐标表示相对照度值。从图中可以看出，系统照度不低于100％，满足使用需求。

(5)本实施例在不同物高的光学系统点列图如图8所示，其中，各物高下的像点几乎都汇聚成了一个理想的点，表明本实用新型具有良好的成像性能。

上述实施方式并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种光纤聚光镜头，包括镜筒(11)、光纤探头(12)，其特征在于：所述镜筒(11)内形成有前筒、后筒，所述光纤探头(12)嵌套于镜筒(11)的后筒内；

所述前筒处安装有多组透镜，分别为一号透镜(1)、二号透镜(2)、三号透镜(3)、四号透镜(4)，一号透镜(1)、二号透镜(2)、三号透镜(3)、四号透镜(4)依次同轴设置于物面(5)与像面(6)之间，且相邻的透镜之间设有间隔固定透镜的隔圈，隔圈嵌套于镜筒(11)内。

2.根据权利要求1所述的光纤聚光镜头，其特征在于：所述一号透镜(1)、二号透镜(2)、三号透镜(3)、四号透镜(4)的焦距范围分别为：4<|f1|/f<6.5、2.5<|f2|/f<5、1<|f3|/f<2.5、1.2<|f4|/f<3；

其中，f为光纤聚光镜头整个光学系统的焦距，f1、f2、f3、f4分别为一号透镜(1)、二号透镜(2)、三号透镜(3)、四号透镜(4)的焦距。

3.根据权利要求1所述的光纤聚光镜头，其特征在于：所述一号透镜(1)、二号透镜(2)、三号透镜(3)、四号透镜(4)均为玻璃球面镜片；

其中，一号透镜(1)为弯月型透镜，二号透镜(2)为平凸透镜，三号透镜(3)为双凸透镜，四号透镜(4)为双凸透镜。

4.根据权利要求1或3所述的光纤聚光镜头，其特征在于：光纤聚光镜头的光学总长小于或等于5.4mm。

5.根据权利要求4所述的光纤聚光镜头，其特征在于：

所述一号透镜(1)的折射率Nd为1.8<Nd<1.9，色散率Vd为38<Vd<48；

所述二号透镜(2)的折射率Nd为1.8<Nd<1.9，色散率Vd为33<Vd<43；

所述三号透镜(3)的折射率Nd为1.9<Nd<2.0，色散率Vd为30<Vd<40；

所述四号透镜(4)的折射率Nd为1.7<Nd<1.9，色散率Vd为40<Vd<50。

6.根据权利要求1所述的光纤聚光镜头，其特征在于：所述隔圈分为隔圈一(7)、隔圈二(8)、隔圈三(9)，所述隔圈一(7)设置于一号透镜(1)与二号透镜(2)透镜之间，所述隔圈二(8)设置于二号透镜(2)与三号透镜(3)之间，且隔圈二(8)还起到孔径光阑作用，所述隔圈三(9)设置于三号透镜(3)与四号透镜(4)之间。

7.根据权利要求1所述的光纤聚光镜头，其特征在于：所述镜筒(11)的前端通过螺纹连接有压环(10)。

8.根据权利要求1所述的光纤聚光镜头，其特征在于：所述镜筒(11)的后筒开设有注胶孔(13)和胶槽(14)，注胶孔(13)与胶槽(14)相连通。

9.根据权利要求1所述的光纤聚光镜头，其特征在于：光纤聚光镜头的结构总长小于或等于8mm。

10.根据权利要求1所述的光纤聚光镜头，其特征在于：光纤聚光镜头的物距小于或等于30mm，光纤聚光镜头的最大像高小于或等于0.4mm。

Images