CN216956431U - 基于多芯光纤的空间成像探测结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于多芯光纤的空间成像探测结构，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，多芯光纤阵列输入端设有锥形的切面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。

Description

基于多芯光纤的空间成像探测结构

技术领域

本实用新型涉及光电成像技术领域，尤其是涉及一种基于多芯光纤的空间成像探测结构。

背景技术

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。

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。

实用新型内容

本实用新型提供了一种基于多芯光纤的空间成像探测结构，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。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种基于多芯光纤的空间成像探测结构，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，多芯光纤阵列输入端设有锥形的切面。

优选的方案中，还包括照明光源，多芯光纤阵列束内设有多个照明光纤，照明光纤一端组成照明光纤束，照明光纤束与照明光源连接。

优选的方案中，照明光纤包括外圈照明光纤和间隙照明光纤，外圈照明光纤设在多芯光纤阵列束外缘，间隙照明光纤设在相邻的多芯光纤之间。

优选的方案中，外圈照明光纤和间隙照明光纤为多芯光纤或单模光纤。

优选的方案中，多芯光纤阵列束的截面外形为圆形或方形。

优选的方案中，多芯光纤的纤芯数量为四或四的整数倍。

优选的方案中，多个多芯光纤呈六边形阵列分布或方形阵列分布。

优选的方案中，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，外围纤芯数量为六或六的整数倍。

本实用新型的有益效果为：

1、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。

2、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。

3、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。

4、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。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型的连接示意图。

图2是本实用新型的多芯光纤阵列束示意图。

图3是本实用新型的圆形多芯光纤阵列束六边形阵列截面图。

图4是本实用新型的圆形多芯光纤阵列束方形阵列截面图。

图5是本实用新型的方形多芯光纤阵列束方形阵列截面图。

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；切面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；照明光纤束5；外圈照明光纤501；间隙照明光纤502；照明光源6。

具体实施方式

如图1-5中，一种基于多芯光纤的空间成像探测结构，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，多芯光纤阵列输入端101设有锥形的切面104。

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。

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。

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。

优选的方案中，还包括照明光源6，多芯光纤阵列束1内设有多个照明光纤，照明光纤一端组成照明光纤束5，照明光纤束5与照明光源6连接。

优选的方案中，照明光纤包括外圈照明光纤501和间隙照明光纤502，外圈照明光纤501设在多芯光纤阵列束1外缘，间隙照明光纤502设在相邻的多芯光纤103之间的间隙中。

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502尤其是处于内圈的间隙照明光纤502，主要用于端面照明时的补光，提高成像质量。

另外间隙照明光纤502为多点分布式照明，成像不会出现阴影。

优选的方案中，外圈照明光纤501和间隙照明光纤502为多芯光纤或单模光纤，多芯光纤或单模光纤的数量及直径依据多芯光纤103之间剩余的间隙大小而定。

优选的方案中，多芯光纤阵列束1的截面外形为圆形或方形。

优选的方案中，多芯光纤103的纤芯数量为四或四的整数倍。

优选的方案中，多个多芯光纤103呈六边形阵列分布或方形阵列分布。

优选的方案中，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数量为六或六的整数倍。

多芯光纤阵列束1截面外形为圆形时，多芯光纤103宜为中心纤芯105加外围纤芯106结构，外围纤芯106数量宜为六或六的整数倍，多个多芯光纤103宜呈六边形阵列分布，此种结构，纤芯数量排布密集，即像素密度大，成像质量高。

多芯光纤阵列束1截面外形为方形时，多芯光纤103的纤芯数量宜为四或四的整数倍，多个多芯光纤103宜呈方形阵列分布，此种结构，纤芯排布呈坐标式，易于降低成像算法难度。

上述的实施例仅为本实用新型的优选技术方案，而不应视为对于本实用新型的限制，本实用新型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，也在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于多芯光纤的空间成像探测结构，其特征是：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，多芯光纤阵列输入端（101）设有锥形的切面（104）。

2.根据权利要求1所述基于多芯光纤的空间成像探测结构，其特征是：还包括照明光源（6），多芯光纤阵列束（1）内设有多个照明光纤，照明光纤一端组成照明光纤束（5），照明光纤束（5）与照明光源（6）连接。

3.根据权利要求2所述基于多芯光纤的空间成像探测结构，其特征是：照明光纤包括外圈照明光纤（501）和间隙照明光纤（502），外圈照明光纤（501）设在多芯光纤阵列束（1）外缘，间隙照明光纤（502）设在相邻的多芯光纤（103）之间。

4.根据权利要求3所述基于多芯光纤的空间成像探测结构，其特征是：外圈照明光纤（501）和间隙照明光纤（502）为多芯光纤或单模光纤。

5.根据权利要求1所述基于多芯光纤的空间成像探测结构，其特征是：多芯光纤阵列束（1）的截面外形为圆形或方形。

6.根据权利要求1所述基于多芯光纤的空间成像探测结构，其特征是：多芯光纤（103）的纤芯数量为四或四的整数倍。

7.根据权利要求1所述基于多芯光纤的空间成像探测结构，其特征是：多个多芯光纤（103）呈六边形阵列分布或方形阵列分布。

8.根据权利要求1所述基于多芯光纤的空间成像探测结构，其特征是：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）数量为六或六的整数倍。

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