光学系统中的光纤传像束

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光纤传像束原理及其应用

光纤传感器根据光纤的干涉效应、光强变化等现象，感知被测量信息的变化，并将其传输至处理系统进行处理。常见的光纤传感器有干涉型光纤传感器、光强型光纤传感器、荧光光纤传感器等。
二、光纤传感器的应用
1、石油化工领域
在石油化工领域，光纤传感器被广泛应用于监测油井温度、压力等参数。由于光纤传感器具有抗高温、高压、化学腐蚀等特点，因此能够为石油化工企业的安全生产提供可靠的保障。
一、光纤传感器的原理
光纤传感器的基本原理是利用光纤中光的传播特性来感知和传输被测量的信息。光的传播特性包括光的强度、波长、相位等，这些特性都可以受到外界环境因素的影响，从而实现对各种物理量如温度、压力、位移等的测量。
光纤的基本结构由纤芯和包层组成，其中心是纤芯，外围是包层。光在光纤中传播时，由于纤芯和包层的折射率不同，光会在纤芯和包层之间反射，这种反射现象称为全反射。全反射使得光在光纤中不断反射，向前传播，因此光纤可以传送光信号。
在离散模型中，最著名的模型是 contingency current graph（CG）model。该模型通过将系统中所有可能的故障事件表示为节点，并用有向边表示故障之间的依赖关系，来构建一个故障图。在这个图中，节点表示故障事件，边表示故障之间的因果关系。通过分析这个图，可以找到系统的薄弱环节并采取相应的措施来提高系统的韧性。
五、总结
光纤传感器作为一种重要的传感器类型，在多个领域中都有着广泛的应用。其高精度、快响应速度和易于集成等优点使得光纤传感器在许多情况下成为其他传感器的有力竞争者。尽管在实际应用中还存在一些挑战，如抗干扰能力和信号衰减等问题，但随着技术的不断进步和新材料的出现，这些问题也将逐渐得到解决。可以预见，未来光纤传感器将在更多领域中发挥重要作用，推动智能化、小型化、高精度监测技术的发展。

微型光纤传像束内窥镜的物镜设计

微型光纤传像束内窥镜的物镜设计朱晓冬;叶兵;李凯;马伟东【摘要】根据微型纤维软镜小尺寸、大视场的要求,分析其设计准则,采用“负-正”型反远距物镜作为初始结构,确定其为像方远心光学系统.通过理论计算和Zemax光学仿真软件的不断优化,最终设计出了一个工作波段在0.48 μm～0.65 μm,焦距为0.37 mm,全视场90°,相对孔径为1∶4的微型光纤传像束内窥镜物镜.该物镜由4片透镜组成,包括1片负透镜、1片正透镜和1片双胶合透镜.设计结果表明:镜头总长3.89 mm,最大横截面直径0.95 mm,满足像方远心光学系统的初始设计要求,在奈奎斯特空间频率77 lp/mm处的调制传递函数(MTF)近似为0.7,接近衍射极限,并且具有小尺寸、大视场、像质优良、结构合理、像面光照强度均匀等特点,符合微型纤维式内窥镜的使用条件.%According to the requirements of small size and large field of view(FOV) for subminiature fiber soft endoscope,the fundamental design criteria was analyzed,the retrofocus objective with a \"negative-positive\" form was utilized as the initial structure,and the telecentric optical system in image space was determined for this design.Through theoretical calculation and continuous optimization with Zemax optical design software,a designed subminiature endoscope objective lens sample was fabricated finally,with operationwavelength,focal length,FOV and relative aperture of 0.48 μm～0.65μm,0.37 mm,90° and 1:4,respectively.The optical system is compo sed of 4 pieces of lenses,including two single lenses and one cemented doublet.The result shows that its total length is 3.89 mm and maximum cross sectional diameter is 0.95 mm,which can satisfy the initial design requirements ofimage telecentric structure.The modulation transfer function (MTF) value of the lens is approximately 0.7 at Nyquist spatial frequency of 77 lp/ mm,near the diffraction limit.Furthermore,the designed lens has the peculiarity of wide FOV,short focal length,fine quality ofimaging,reasonable structure and uniform illumination at image plane.It is suitable for the subminiature fiber endoscope demand.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2018(039)003【总页数】5页(P418-422)【关键词】应用光学;像方远心;光纤传像束;物镜;极限分辨率【作者】朱晓冬;叶兵;李凯;马伟东【作者单位】合肥工业大学智能制造技术研究院,安徽合肥230001;合肥工业大学智能制造技术研究院,安徽合肥230001;安徽航天生物科技股份有限公司,安徽蚌埠233000;合肥工业大学智能制造技术研究院,安徽合肥230001【正文语种】中文【中图分类】TN253引言内窥镜技术随着科学的进步在不断地提升，在工业制造、机械加工、电力电子、土木建筑等一系列相关领域得到广泛的应用，特别在医疗领域，内窥镜成为日常诊疗和手术中必不可少的设备。

光纤传像束的物镜设计_陈月存

文章编号:100222082(2009)0120110204光纤传像束的物镜设计陈月存,唐　勇(长春理工大学光电工程学院,吉林长春130022)摘　要:分析3种像方远心系统的结构和用途。

在传像光纤物镜的设计过程中,分别采用传统单组像方远心系统和“负2正”型式的像方远心光学系统结构,通过比较发现“负2正”型式的像方远心系统的结构能很好地解决镜头轴外像差校正和像面照度均匀性的问题,并且镜头结构紧凑。

使用ZE M A X 光学软件进行优化,给出工作波长(0.38～0.78)Λm ,焦距1.92mm ,视场角60°,相对孔径为1∶4的镜头设计实例。

设计结果表明:此镜头在46lp mm 处的M T F 大于0.8,像质优良。

关键词:像方远心;光纤传像束;像面照度;物镜中图分类号:TN 253 文献标志码:AObjective len s design of f iber i m age -tran s m itti ng bundleCH EN Yue 2cun ,TAN G Yong(Schoo l of Op toelctronic Engineering ,Changchun U niversity ofScience and T echno logy ,Changchun 130022,Ch ina )Abstract :T he structu res and app licati on s of th ree telecen tric system s in the i m age sp ace are described .T he traditi onal single group telecen tric structu re in the i m age space and “negative 2po sitive ”telecen tric structu re in the i m age sp ace w ere m ade resp ectively du ring the design of the ob jective len s fo r the fiber i m age 2tran s m itting bundle .T he tw o schem es w ere com pared .It isfound that the “negative 2po sitive ”telecen tric structu re in the i m age space m eets the dem ands of the off 2ax is aberrati on co rrecti on and i m age p lane illum inati on un ifo r m ity at its i m age p lane ,and m akes the len s com p act .A fter the op ti m izati on w ith the op tical design softw are Zem ax ,a designed len s sam p le is fab ricated ,w ho se op erati on w avelength ,focal length ,FOV and relative apertu re are 0.38Λm -0.78Λm ,1.92mm ,60°and 1∶4resp ectively .T he resu lt show s that M T F value of the len s is greater than 0.8at the spatial frequency of 46lp mm .Key words :telecen tric in i m age sp ace ;fiber i m age 2tran s m itting bundle ;i m age p laneillum inati on ;ob jective len s引言传像束光纤是一种可任意弯曲的传输图像的无源器件,它与传统的光学成像器件相比,具有柔软、重量轻、自由度大、易实现复杂空间图像传递等特点,打破了传统光学系统必须成直线或空间折线的布局。

第八章光纤传像器件、系统与应用—2

（二）石英多芯型传像光纤
1987年我国北方交大光波所与天津26所等单位在我国首次研制成功石英多芯型传像光纤，并取得了优良的图像传输效果。他们采用MCVD法和一次复丝制造工艺，研制出30万像素（像元）的石英多芯型传像光纤，达到了当时国际的先进水平。石英多芯型传像光纤，由于它具有通信石英光纤特有的优良传光特性，因而其传输图像的质量优良。特别表现为：传输损耗低（每米透过率高达96％~99％，因而能传输图像的距离长；色保真性好，传输图像色彩逼真；传像的像素细、分辨率高，传输图像清晰度好。此外，也具有优良的机械、热和耐辐射特性。上述优点是柔性多组分玻璃传像束所不足的，因而在冶金、锅炉、核反应堆同位索加工、军事、公安等领域均有重要的应用前景。
图8.14
单级静电聚焦倒像式像管结构示意图
1,5—光纤面极；2—光阴极；3—阳极；4—荧光屏
图8.15
采用三级级联像增强器的像管结构示意图与微光夜视仪原理图
采用光纤面板实现级间祸合，可以取代传统的中继成像系统，因而有利于大大减小整个组合器件的尺寸；同时，各单管的光纤面板外表面全成平面，有助于减小极间耦合的分辨率损失，并可以大大提高全系统的耦合效率与有效增益，也使各级的分别设计与检验成为可能。除了一代像增强器外，在第二代、第三代像增强器中光纤面板均有重要应用。在微光像增强器中使用的光纤面板，其厚度一般小于10mm，同时要求气密性好，与光阴极不起作用。
①在微光像增强器中的应用。例如，旱期的微光夜视仪中，为获得高亮度增益，可将完全相同的单级像管（参见图8.14），用光学纤维面板进行多级耦合。因此像管的输入窗和输出窗都是由光纤面板制成，以便将球面像转换为平面像来完成级间直接耦合。由于每级像管都成倒像，所以耦合的级数多取单数，通常为三级。采用三级级联像增强器的微光夜视仪如图8.15所示。该像增强器称为第一代像增强器，俗称一代管。

实验一光纤传像束

实验一光纤传像束光纤一般是指由透明介质构成，直径与长度之比小于1：1 000的细丝。

光线从光纤的一端入射，沿着光纤传播，最后从另一端出射。

单条光纤只能传光，不能成像(如图1所示)。

如果将许多光纤固定在一起，构成光纤束，就可以将具有一定面积的像面通过每根光纤，逐点地将像由光纤束的一端传至另一端。

根据光纤传输光线方式的不同，可以将其分成两大类，一类是由均匀透明介质构成，光线在光纤内部通过表面的全反射和直线传播进行传输．称为全反射光纤或阶梯型光纤：另一类光纤由非均匀介质构成，中心折射率高，边缘折射率低，光线在光纤内部沿着曲线传播，称为梯度折射率光纤。

这两类光纤传播光线的方式不同，应用的范围也不同。

传像光纤主要由全反射光纤构成。

全反射光纤的性质最简单的全反射光纤是由均匀透明介质构成的圆柱形细丝，称为单质光纤，如图2所示。

光纤传像束的原理用于传像束的光纤必须有很好的外包层。

用传像束传像有许多特殊的优点，如长度和空间无严格限制，具有很大的数值孔径，没有像差。

它的缺点是：光纤束中的少数光纤可能被折断，使输出像面上出现盲点：输入输出端的排列形状可能有变形，引起像的变形；只存在一对共轭面，而且景深很小；分辨率受光纤直径的限制。

如果要使图像传送得更清晰，就要尽可能选用直径较小的光纤，因为光纤越细，在一定的传像束上就能容纳进更多的光束，这样就能传送更多的像元。

显然，像元越多，图像就越清晰。

实验二昆特管现象实验中课观察到在昆特管中液体出现“喷泉”现象，即驻波的波腹处，空气振动剧烈，形成环形飞溅的煤油浪花，波节处液体静止不动。

实验原理驻波是由振幅、频率、振动方向均相同而传播方向相反的两列波迭加而成的；由扬声器发出的入射声波在管内的另一端发生反射，波长与管长满足一定的条件，反射波与入射声波叠加就形成驻波。

在昆特管中驻波的波腹处，空气振动剧烈，气压小，从而吸起该处的煤油，使得波腹处的煤油飞溅，环液体振动最激烈；而在驻波的波节处，驻波能量极小，且两侧波腹处的空气向此聚集，气压大，将此处煤油下压，使得煤油只能向两侧（波腹位置）流动，液体基本静止不动。

光纤传感器用途

光纤图像传感器是采用传像束来实现的。

传像束由玻璃光纤按一定规则排列而成。

在一条传像束中，包含了数万条甚至几十万条直径为10~20μm的光纤，每一条光纤传送一个像素信息。

用传像束可对图像进行传递、分解、合成和修正。

传像束式的光纤图像传感器在医疗、工业和军事等部门有着广泛的应用。

（一）工业用的内窥镜在工业生产过程中，经常需要检查系统内部的结构情况，而这种结构由于各种原因不能打开或不能靠近观察。

采用光纤图像传感器将探头放入系统内部，通过光束的传输，可以再系统外部观察、监视系统内部的情况，其中一种结构由物镜、传像束、传光束、目镜组成。

光源发出的光通过光束照射到被测物体上，照明视场，通过物镜和传像束把内部结构图像传送出来，以便观察和照相。

另一种结构是内部结构的图像通过传像束送到CCD器件，这样可把光信号转换成电信号，送入微机进行处理，并可通过微机输出控制伺服装置，以实现跟踪扫描，其结果也可实时显示、打印。

（二）医用内窥镜医用内窥镜由末端的物镜、光纤图像导管、顶端的目镜和控制手柄组成。

照明光是通过图像导管外层光纤照射到被观测物体上，反射光通过传像束输出。

由于光纤柔软、自由度大，末端通过手柄能控制偏转，传输图像失真小，因此，他是检查和诊断人体内部各种疾病和进行某些外科手术的重要仪器。

更多光纤传感器应用请登陆传感器之家。

参考资料：ii。

ii我就是做光纤传感器（OFS）的，OFS在应用上分为传光型的和传感型的。

顾名思义，前一种就是起到传输光的作用，传感元件要与光纤连在一起；后一种就是既有传输光的作用，又有传感作用。

现在研究热点几乎都是后一种，所以我就简单介绍下后一种，因为光纤传感器作为传感用有很多的应用，比如抗腐蚀，抗电磁干扰等，可以在复杂恶劣的环境下使用。

作为传感用的光纤，原理上就是通过对传输光的偏振，强度，相位，波长，周期，频率等进行调制，通过检测器获得调制结果而进行传感的器件。

因为当外界的环境变化时，比如说温度，应力、磁、声、压力、温度、加速度等都会对光纤的折射率分布等一些构造产生微小的影响，导致传输光的特性发生改变，通过探测这些改变而得到外界的变化，起到传感作用。

光纤传像束原理及现象

光纤传像束是通过多个玻璃或塑料纤维束联合传输光信号的技术。

这种技术在医学、通信和工业领域都得到了广泛应用。

以下是光纤传像束的基本原理及现象：原理：1.全反射原理：光纤传像束基于光的全反射现象。

当光线从光密介质射向光疏介质时，入射角大于临界角时，光线会发生全反射，完全在光密介质内部反射。

2.多个光纤捆绑：光纤传像束通常由数百甚至数千根非常细小的光纤捆绑在一起。

每根光纤充当信号的传输通道。

3.图案编排：在捆绑过程中，光纤的排列和编排是按照要传输的图像或信号进行设计的。

这样可以确保在传输过程中，捆绑的光纤可以正确地将原始图像的各个部分传输到相应的位置。

现象：1.灵活性：光纤传像束非常灵活，可以弯曲和弯折而不影响信号传输。

这使得它在一些需要穿越曲线和弯道的应用中非常实用，例如内窥镜。

2.集束效应：捆绑在一起的多个光纤在一端聚集，形成一个集束。

这个集束可以通过一个小的端口或接口插入到需要传输图像或信号的设备中。

3.保真度：光纤传像束的设计和制造可以实现较高的图像保真度。

每根光纤的位置和方向都精确控制，以确保信号的精准传输。

4.分辨率：光纤传像束的分辨率取决于光纤的直径和排列密度。

更小直径和更高密度的光纤捆绑通常会带来更高的分辨率。

5.透明度：光纤通常是透明的，因此它们可以传输可见光范围内的图像，也可以用于红外和紫外光的传输，具有较宽的波长范围。

总的来说，光纤传像束通过利用全反射原理和光纤的灵活性，实现了在弯曲和弯折的情况下对光信号的高效传输，从而在医学、工业和通信等领域发挥了重要作用。

光纤束传像技术

光纤束传像技术（上海大学机电工程与自动化学院，上海 200072）摘要：本文首先分析了光纤传像方法异于其他传像方法的特点，并结合这些特点，列举了光纤传像在医学、工业、军事领域成功应用的例子，又介绍了光纤传像束的传像原理，并详细列举了光纤传像束的光学性能参数，分析影响传像质量的原因。

之后结合主题重点介绍了光纤传像的一个应用——医用纤维内窥镜的功能和结构。

最后，介绍了目前传像光纤的两种制作方法——层叠法和酸溶法。

关键词：光纤；传像；纤维内窥镜Technology of optical fiber image transmission (School of Mechatronics Engineering and Automation,Shanghai University,Shanghai 200072, China)Abstract：In this artical,we firstly analyzed the characteristics of fiber optic image transmission differ from other methods,combining which,listed some successful cases in medical,industry and military field.And we introduced the principle of fibre optic image transmission.Then catering to the class theme we focused on the medical endoscope.At last,two manufacturing methods of imaging optical fiber are presented.Key words：fiber optic, image transmission, fibrescope1光纤传像束的特点光纤传像束是一种可任意弯曲的传输图像的无源器件。

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过光学物镜把目标成像于传像束的端面上，该端面
上的图像可以看作是由许多亮度不等的像元组成的。每根光纤都有良好的光学绝缘性能，即其独立传光
Ａｓｒｃ：ｐｃｌｂｒｂｎｌ（Ｆ）ｒｆｘｌｐｓｖｅｉｓｓｄｆｒｒｎｍｔｎｉｕｅ．ｏｐｒｄｔｔｅｂｔｔＯｔａｆｅｕｄｅＯＢａｅｌｉｅａｓｅｄｖｅｅａｓｉｉｐｃｒＣｍａｅａｉｉｓｅｂｉｃｕｏｔｔｇｔｓｏｈ
学元件．将多根一定长度的光纤有规则地集合成束以实现图像的传递，是一种可任意弯曲的传输图像的无源器件。由于其特有的不可替代的特性，光纤
传像束被广泛应用于医学、工业、科研、军事等众
多领域【］Ｊ。－２
传像机理的限制，在输出图像的背景中附加了光纤
Ｌｕｊ，Ｎａ－ｉＩｉｕＷＡＧＹｎｊＧ＿ｅ
（ａｇｈｎｎｔｕｅｆｐｉ，ｉＭｅｈｎｓｎＰｙｉ，ｈｅｅｃｄｍｏＳｉｃｓＣａｇｈｎ１０３，ｈａＣｎｃｕＩｓｔＯｔｓＦｎｃａｉｄｈｓｓＣｉｓＡａｅｙｆｃｎｅｈｃｕ３０３Ｃｉ）ｈｉｔｏｃｅｃａｃｎｅ，ｎｎ
ｔａｉｏａｐｉａｍａｉｇｄｖｃｓｈｙｈｖｉｔｅｕｈａｉｈｉｈ，ｍｏｅｄｍｅｓｏｓａｄｅｓｅｏｔａｓｔｒｄｔｎｌｏｔｃｌｉｇｎｅｉｅ，ｔｅａｅｖｒｕｓｓｃｓｌｇｔｗｅｇｔｉｒｉｎｉｎｎａｉｒｔｒｎｍｉｉｇｓｉｏｌｘｓａｉｌｓｒｃｕｅ．ＴｅｅｏｅｈＢｃｎｂｄｌｓｄｉｎｅｄ，ｓｃｓｍｅｉａａｅｍａｅｎｃｍｐｅｐｔｔｔｒｓｈｒｆｒ，ｔｅＯＦａｕａｅｗｉｅｙｕｅｎｍａｙｆｌｓｕｈａｄｃｌｃｒ，ｉｉｄｓｒ，ｅｅｒｈｓａｉｔｏｎｌｔｒｔ．ｅｐｉｃｐｅｏＢ，ｔｅａｐｉａｉｎｎｍｅｉｉｅｎｄｓｒ，ｌａｙｎｕｔｒｓａｃｅ，ｖａｉｎａｄｍｉｉｙｅｃＴｈｒｉｌｆＯＦｙａｎｈｐｌｔｓｉｄｃｎ，ｉｕｔｍｉｉｒｃｏｙｔａｄｔｅｒｓｎｅｅｒｈｐｏｒｓｎＯＦＢａｅｉｔｏｕｅｎｔｉｐｒｎｈｅｅｔｒｓａｃｒｇｅｓｉｒｎｒｄｃｄｉｈｓｐａｅ．
第２卷第１期７２
Ｖ０．７Ｎｏ１１２．２
文章编号：０７１８（００１— ０８０１０ — １０２１）２０２ — ５
光学系统中的光纤传像束
李桂菊，王延杰
（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１０３）３０３
中的传输机理、光纤元件的性能、制造工艺、测试以
纤维光学是近几十年来从近代光学领域发展起
及各种光纤应用技术的学科。近年来。纤维光学技术
基金项目：国家自然科学基金（准号：６９７６，１２００批０７０２６０７１）资助项目
Ｋｅｗｏｄ：ｐｉａｆｅｕｄｅ；ａｂｔｒｙｂｎｅ；ｅｄｓｏｅｏｔａｙｔｍｙｒｓｏｔｌｂｒｎｌｓｒｉａｉｅｄｄｎｏｃｐ；ｐｉｌｓｅｃｉｂｒｌｃｓ
１引
言
来的一门分支学科，它是研究光波在透明光学纤维
关键词：光纤传像柬；可任意弯曲；内窥镜；学系统光中图分类号：Ｔ２３Ｎ５文献标识码：Ａ
ＤｏＩｌ．７８／０８２．
ＯｐｉａｉｅｎｌｎＯｐｉａｓｅｔｌｂｒＢｕｄｅｉｔｌｃＦｃＳｙｔｍｓ
摘要：光纤传像柬是一种可任意弯曲的传输图像的无源器件。与传统的光学成像器件相比，它具有重量
轻、使用自由度大、易实现复杂空间结构的图像传递等优点，被广泛地应用于医学、工业及科研、航天、军
事等多种领域。本文介绍了光纤传像束的原理，在医疗、工业及国防安全等领域的应用以及国内外研究状况。
２８
ＷＷＷ．ｍｅｎｏｃｍｏｉｆ．ｏ
Ｄｅ．２０ｃ０１
第２卷第１期７２
１Ｖ１７Ｎｏ．２ｏ．２
已在光的传递和视觉信息的传递等诸多领域中得到
了广泛的应用。光纤传像束作为一种典型的纤维光
像束的成品率较低。尤其是生产过程中所形成的断丝、暗丝、错位以及叠层的不均匀，都对其传输图像质量有十分明显的影响。另外，由于光纤传像束
传像束的网格结构，也导致了图像像质降低四。所以，
目前在应用过程中，很多都是通过采用波分复用技
术来提高图像质量，以弥补图像像质降低的缺陷。
２光纤传像束的原理
图ｌ为光纤传像束原理示意图。在使用时，通
３光纤传像束的应用领域
３１医学领域．