一种光学单元及具有其的光纤传感器的制作方法

本技术涉及光电传感器，具体涉及一种光学单元及具有其的光纤传感器。

背景技术：

1、光纤传感技术是伴随光通信的迅速发展而形成的新技术。在光通信系统中，光纤是光波信号长距离传输的媒质。当光波在光纤中传输时，表征光波的相位、频率、振幅、偏振态等特征参量，会因温度、压力、磁场、电场等外界因素的作用而发生变化，故可以将光纤用作传感器元件，探测导致光波信号变化的各种物理量的大小，这就是光纤传感器的原理。光纤传感器的主要构成包括光发射部分和光接收部分，光发射部分包括光源和光纤耦合组件，光源发出的光经过光纤耦合组件耦合进光纤并传输到检测物表面，光接收部分用于接收物体反射的光，然后基于所接收光的光亮值的大小来探测物体的有无。

2、光纤传感器中，光耦合进入光纤的的耦合效率是影响传输质量的关键因素。为了提高耦合效率，现有技术中使用了多透镜组合的方式，例如准直透镜+聚焦透镜的结构，光源发出的光先经过准直透镜生成平行光，然后平行光经过聚焦透镜实现聚焦，从而获得较高耦合效率。其中，作为生成平行光的核心部件的准直透镜，其通常包括反射曲面和折射曲面，现有的透镜组合中，对于准直透镜的设计，一般是在靠近光源的一侧设置一入射折射曲面，抑或是在远离光源的一侧设置一出射折射曲面，然而这些设计往往会导致生成平行光的效果较差，继而通过聚焦透镜生成聚焦光点的效果也较差，从而影响最终的耦合效率。

技术实现思路

1、基于现有技术所存在的上述问题，本实用新型公开了一种光学单元及具有其的光纤传感器。

2、本实用新型采用的技术方案如下：

3、本实用新型提供一种光学单元，包括：发光元件和准直透镜，所述准直透镜设置于所述发光元件的前端，其侧壁其适于将所述发光元件发出的光准直成平行光；聚焦透镜，设置于所述准直透镜的前端，并适于将所述平行光聚焦；发射光纤，其入射口位于所述平行光聚焦形成的焦点处；其中，所述准直透镜具有靠近所述发光元件一侧的入射折射曲面以及远离所述发光元件一侧的出射折射曲面；并且，所述入射折射曲面的母线弦长小于所述出射折射曲面的母线弦长。

4、上述光学单元中，优选地，所述准直透镜还具有：凹槽结构，自靠近所述发光元件一侧至远离所述发光元件一侧延伸，并在远离所述发光元件的末端与所述入射折射曲面的轮廓相接；内反射曲面，其环绕设置在所述入射折射曲面和所述凹槽结构的外围；出射平面，其环绕所述出射折射曲面且与所述出射折射曲面的轮廓相接。

5、上述光学单元中，优选地，所述准直透镜与所述聚焦透镜同轴设置，所述内反射曲面、所述凹槽结构、所述入射折射曲面与所述出射折射曲面均同轴设置。

6、上述光学单元中，优选地，所述聚焦透镜具有靠近所述发光元件一侧的入射曲面以及远离所述发光元件一侧的出射曲面。

7、上述光学单元中，优选地，所述准直透镜还具有沿所述出射平面向两侧延伸的第一安装凸耳，所述聚焦透镜外围两侧设置有第二安装凸耳。

8、本实用新型还提供一种光纤传感器，其包括上述的光学单元，还包括接收器和接收光纤，所述接收器与所述接收光纤相对应。

9、上述光纤传感器中，优选地，还包括线路板组件，所述发光元件的裸片固定于其表面。

10、上述光纤传感器中，优选地，还包括：透镜安装支架，所述准直透镜和所述聚焦透镜分别通过所述第一安装凸耳和所述第二安装凸耳安装在所述透镜安装支架上。

11、上述光纤传感器中，优选地，还包括：漏斗形支架，其一侧与所述透镜安装支架相连接，并具有与所述聚焦透镜相适配的开口，所述开口向另一侧延伸形成截面渐缩的漏斗形腔体。

12、上述光纤传感器中，优选地，还包括：光纤安装支架，其连接于所述聚光支架远离所述透镜安装支架的一端，具有用于容置所述发射光纤的发射光纤通孔和用于容置所述接收光纤的接收光纤通孔，其中，所述漏斗形腔体与所述发射光纤通孔相对应。

13、上述光纤传感器中，优选地，还包括：片状固定结构，设置于所述线路板组件、所述透镜固定支架以及所述漏斗形支架的两侧，其适于将所述线路板组件、所述透镜固定支架以及所述漏斗形支架共同固定。

14、上述光纤传感器中，优选地，所述透镜安装支架以及所述漏斗形支架的两侧均分别设置有凸起结构，所述片状固定结构上开设有与所述凸起结构相配合的卡接槽。

15、上述光纤传感器中，优选地，所述片状固定结构对应于所述线路板组件的位置处设有弯折耳，所述弯折耳适于在弯折状态下与所述线路板组件的侧壁相贴合并焊接固定。

16、上述光纤传感器中，优选地，所述光纤安装支架上与所述漏斗形腔体末端相对的位置处设置有阻挡玻璃安装槽，所述阻挡玻璃安装槽与所述发射光纤通孔相连通，所述阻挡玻璃安装槽内安装有用于对所述发射光纤进行限位的阻挡玻璃。

17、上述光纤传感器中，优选地，所述光纤安装支架上还设置有与所述接收光纤通孔相连通的接收器安装槽，用于安装所述接收器，其中，所述接收器的接收侧表面与所述阻挡玻璃的阻挡侧表面相平齐。

18、本实用新型提供的技术方案，具有如下优点：

19、1)本实用新型提供的光学单元，准直透镜具有靠近所述发光元件一侧的入射折射曲面以及远离所述发光元件一侧的出射折射曲面，也即在两侧均设置折射曲面；对于单个入射折射曲面，由于其距离发光元件较近，具有较好的收光效果，但是准直效果较差；对于单个出射折射曲面，由于其距离发光元件较远，具有较好的准直效果，但是收光效果较差；本实用新型克服了上述设置单个折射曲面的缺陷，通过在两侧均设置折射曲面，起到了平衡收光效果和准直效果的作用，并且，通过多设置一个曲面，能够为光的准直多提供一个调整维度，进而能够在更大程度上生成平行光，提高平行光的的生成效率和效果，如此一来，聚焦透镜才能在更大程度上聚焦平行光而非发散光，从而达到最佳的聚焦效果，最终使得入射到发射光纤的光增多，从而提高耦合效率。

20、2)本实用新型提供的光学单元，入射折射曲面的母线弦长小于出射折射曲面的母线弦长，光经过入射折射曲面之后，由于折射原因会在出射端形成更大的发散角，通过将出射折射曲面的母线弦长设计的更长，出射折射曲面的底面积大于入射折射曲面的底面积，从而便于在出射端捕获到更多的折射光线，有利于在更大程度上生成平行光。

21、3)本实用新型提供的光纤传感器，发光元件采用裸片焊接的方式裸装于线路板组件表面，相比于现有技术中采用胶体封装的方式，能够提高光的利用率，由于胶体会损失一部分光的能量，加大发散角，从而会导致光的利用率下降，而本实用新型能够很好地避免这一问题。

22、4)本实用新型提供的光纤传感器，其透镜安装支架同时安装所述准直透镜和所述聚焦透镜，能够保证准直透镜和聚焦透镜的同心度、平行度和间距，从而提高两个透镜的安装精度，避免安装误差，保证最佳聚焦效果。

23、5)本实用新型提供的光纤传感器，设置了片状固定结构，能够将所述线路板组件、所述透镜安装支架以及所述漏斗形支架固定在一起，片状固定结构通过卡接方式将所述透镜安装支架以及所述漏斗形支架固定之后，在所述线路板组件处采用弯折耳与所述线路板组件的侧壁相贴合并焊接固定，简化了固定结构，使得产品结构更为紧凑，体积更小，而且方便了所述线路板组件的安装固定。