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硬光纤传像元件技术指标解读

浏览次数: 日期:2017年11月14日 11:46

 

0 引言

纤维光学是近几十年来从近代光学领域发展起来的一门分支学科,光纤传像元件是纤维光学的一种典型元件,同时具有传光和传像的特性,与普通的玻璃和透镜系统相比,在光学上具有零厚度、集光性能好、分辨率高,无失真地传递图像等优点,目前已在光和图像的传递以及视觉信息的传递等领域中得到了广泛的应用。

光纤传像元件是由大量高折射率的芯料玻璃、低折射率的皮料玻璃和光吸收玻璃材料组成。经过材料玻璃的组合拉制、排列、熔压、扭转或拉伸而成的具有一定厚度的硬性光纤元件。具有代表性的硬光纤传像元件有光纤面板、光纤倒像器和光纤光锥(如图1所示)

1 光纤传像元件的实物图

1 光纤传像元件主要技术指标解读

1.1性能指标

1 数值孔径NA是表征收集输入光能力的物理量。n1为芯料玻璃的折射率,n2为皮料玻璃的折射率。光纤传像元件产品在加工过程发生的光纤弯曲变形、端面倾斜和光纤变为锥状都会降低其实际的数值孔径。

2)透过率是指出射光通量与入射光通量之比,是定量描述光纤传光能力的物理量。影响光纤传像元件透过率的因素很多,主要为材料吸收、芯皮界面和元件端面反射损耗、数值孔径、纤维填充系数、纤维的排列方式等。受到玻璃材料、内部结构、制作工艺、产品高度的影响。

3)像对比度是评价传像质量的一个重要指标。光纤传像产品的对比度主要受杂散光的影响。通常采用在纤维间插入光吸收丝来提高图像对比度,然而吸收丝的加入会降低元件的透过率,所以通常要根据不同的使用环境采用不同的吸收丝方案。

4)分辨率是单位长度内包含可分辨的黑白“线对”的对数,单位是lp/mm(线对/毫米)。它表征的是光学系统对传递图像的一种细节分辨能力,分辨率越高,能够分辨影像细节的能力越强。光纤元件的分辨率取决于光纤的排列结构和单光纤直径。目前光纤结构主要为正六边形排列。其极限分辨率,D是单光纤的直径。

5)其他性能指标光纤传像产品还包括热稳定性、耐热性、化学稳定性、化学相容性电绝缘性、真空气密性等以满足不同的使用场合的应用

1.2质量指标

1)斑点:是指小于产品平均漫射透过率70%的区域。主要是光纤存在缺陷造成的传光损耗,其中光纤直径越小,光纤越容易产生缺陷,形成斑点。

2)鸡丝:指复丝边界的透过率低于周围区域透过率70%的丝状区域,其宽度定义为不大于两单纤维尺寸的黑色纤维丝。主要是复丝界面存在缺陷引起的传光损耗。

3)蛇形畸变:是对所传递的直线图像发生弯曲的位移。主要是光纤在排列方向发生了弯曲变形引起的一种传像变形的缺陷,示意图如图2,其大小一般表示为

2 蛇形畸变示意图

4)剪切畸变:是对传递的直线图像产生明显错位的偏移。主要是光纤在排列方向出现错位而引起的一种传像间断的缺陷,示意图如图3

3 剪切畸变示意图

5)放大率:是输出像的长度与输入物的长度之比。决定于产品输出和输入两端面的纤维直径大小。对于光纤面板和光纤倒像器,理想状态下的放大率是11;对于光纤光锥,其放大率一般是输入输出两端面的直径之比。

(6)像位移:是输出图像相对输入图像发生偏移的一种传像缺陷,其示意图见图4,虚像为物的位置,经常传递后,成像在实线的位置,其像位偏移大小是△X,一般会随着产品的高度增加而增加。

4 像位移示意图

(7)表面质量:产品表面的光洁度、擦痕、破点等。

    具体的其他质量指标,详细可参考GB/T 20244-2006

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