一种光纤准直器的制作方法

1.本实用新型涉及光学技术领域，尤其是一种光纤准直器。


背景技术：

2.光纤准直器是光纤通信中常用的一种元件，其作用是将光纤出射的光扩束准直，准直后的光，可以用来进行各种处理，比如滤波，隔离，分束等，所以，光纤准直器的应用非常广泛。常规光纤准直器的结构一般是：光纤、尾纤和透镜，尾纤和透镜插在套管中。
3.在有些应用场合，我们需要对准直器的工作距离进行调节，这就需要改变光纤和透镜之间的距离，从而改变准直光束的束腰位置。如申请号为202222471524.1的中国专利公开的一种光纤激光准直器，包括准直器壳体、光纤组件、准直透镜和调焦件，准直器壳体包括内壳和外壳，内壳上设有安装通孔，准直透镜嵌入固定于安装通孔的前端并与安装通孔同心设置，内壳和外壳通过螺纹连接，使得内壳在外壳内的固定位置沿安装通孔的延伸方向可调，调焦件通过连接销固定连接于内壳前端，通过旋拧调焦件即可使内壳转动，从而调整内壳在外壳内位置，进而调整光纤前端与准直透镜的距离。
4.然而由于各种装配公差，透镜的光轴不会准确地在旋转轴心上，同时，内壳和外壳之间的螺纹配合，使得内壳的旋转轴心和透镜的光轴不在一条线上，根据实际经验，会有十几微米和上百微米甚至更大的偏差，从而造成准直光束角度的旋转，即以上述专利中图2所示，会绕水平线上下摆动。在这种情况下，在调整好光路的前提下，如果调节了焦距，就往往需要重新调节光路，造成调焦工作的不便。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，提供一种调焦结构，能够在调节工作距离的同时保持准直光束的输出角度基本不改变，从而增加稳定性。
6.本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种光纤准直器，包括透镜、光纤、插芯和中空的第一套管，所述透镜、插芯和第一套管均以中心轴同轴设置，所述光纤和插芯互连，所述插芯至少部分置于第一套管内，所述透镜设置在第一套管外，其特征在于：
7.所述光纤准直器还包括调节结构，用于带动插芯沿着中心轴直线移动，从而改变与透镜之间的距离。
8.利用套管和插芯之间极小的配合间隙，通过改变插芯的位置，来调节光纤准直器的焦距，能够在调节工作距离的同时保持准直光束的输出角度基本不改变，从而增加准直器工作稳定性。
9.为便于对插芯的位置作精密地调节，所述调节结构包括螺纹调节机构和传动机构，所述传动机构连接在螺纹调节机构的输出端和插芯之间，从而将螺纹调节机构输出的直线移动传递到插芯。
10.根据本实用新型的一个方面，所述传动机构包括第一限位件和第二限位件，所述
第一限位件的一端与插芯固定而另一端从第一套管朝向透镜的一端穿出，所述第一限位件穿出第一套管的部分与第二限位件固定；
11.所述螺纹调节机构包括调节螺杆和固定安装的固定套，所述调节螺杆穿过固定套并且与固定套螺纹连接，所述调节螺杆的转动轴线与中心轴平行，所述调节螺杆作为螺纹调节机构的输出端而与第二限位件转动连接并且同步直线移动。
12.进一步地，为便于调节螺杆相对于第二限位件转动又能带动第二限位件直线移动，所述第二限位件内设置有台阶部，所述调节螺杆的端部穿入第二限位件内并且能相对第二限位件转动，所述调节螺杆的端部具有限位堵头，所述限位堵头抵接在台阶部远离固定套的一侧，所述第二限位件保持向远离固定套的方向移动的趋势，由于调节螺杆和第二限位件的上述配合结构只能输出单向的运动，由此通过第二限位件保持的上述运动方向趋势，可在调节螺杆复位时，第二限位件自动实现复位。
13.进一步地，为进一步提高插芯的直线运动精度，所述调节结构还包括用于对第二限位件的移动进行导向的轴和固定安装的轴套，所述轴为光轴并且穿过轴套和第二限位件。
14.根据本实用新型的另一个方面，所述传动机构包括第一限位件和第二限位件，所述第一限位件的一端与插芯固定而另一端从第一套管朝向透镜的一端穿出，所述第一限位件穿出第一套管的部分与第二限位件固定；
15.所述螺纹调节机构包括螺纹套、转动安装的固定套和轴，所述轴作为螺纹调节机构的输出端与第二限位件固定，所述固定套的转动轴线与中心轴平行，所述固定套在与中心轴平行的方向上位置相对固定，所述螺纹套置于固定套内并且两者螺纹连接，所述轴穿入螺纹套内并且互相固定。
16.根据本实用新型的另一个方面，所述螺纹调节机构包括外壳和调焦旋钮，所述第一套管和透镜固定设置在外壳内，所述调焦旋钮套设在外壳的外周并且螺纹连接；
17.所述传动机构包括第一限位件和第二限位件，所述第一限位件、第二限位件和调焦旋钮均与插芯同轴设置，所述插芯、第一限位件和第二限位件依次固定而能同步直线移动，所述调焦旋钮作为螺纹调节机构的输出端而套设在第二限位件外周并能相对转动。
18.所述第一限位件和第二限位件均呈环形，所述第一限位件、第二限位件和调焦旋钮依次由内而外布置；
19.进一步地，所述外壳包括外壳主体、第一挡圈和第二挡圈，所述第一限位件插入到第一挡圈内并且设置在插芯的外周，所述第二限位件插入到第二挡圈和第一挡圈之间，所述第一限位件位于第一挡圈外的端部与第二限位件位于第二挡圈外的端部固定，所述调焦旋钮设置在第二挡圈的外周并且与第二挡圈的外周表面螺纹连接，由此可实现传动机构的安装，同时便于对第一限位件和第二限位件的直线移动进行限位，确保其移动方向。
20.进一步地，为便于调焦旋钮相对于第二限位件转动又能带动第二限位件直线移动，所述调节结构还包括第一锁紧环和第二锁紧环，所述第一锁紧环和第二锁紧环均锁紧在第二限位件的外周，所述第一限位件远离透镜的端部能与第一锁紧环的端部抵接，所述第二锁紧环还与调焦旋钮远离外壳主体的端部抵接，所述第二限位件保持向远离透镜的方向移动的趋势，由于调焦旋钮和第二限位件的上述配合结构只能输出单向的运动，由此通过第二限位件保持的上述运动方向趋势，可在调节螺杆复位时，第二限位件自动实现复位。
21.为进一步避免插芯的转动和在与中心轴垂直方向上的移动，所述调节结构还包括弹簧顶针，所述弹簧顶针穿过第一套管而与插芯的外周表面抵紧。
22.与现有技术相比，本实用新型的优点在于：利用套管和插芯之间极小的配合间隙，通过改变插芯的位置，来调节光纤准直器的焦距，能够在调节工作距离的同时保持准直光束的输出角度基本不改变，从而增加准直器工作稳定性。
附图说明
23.图1为本实用新型的光纤准直器的原理示意图；
24.图2为本实用新型第一个实施例的光纤准直器的示意图；
25.图3为本实用新型第一个实施例的光纤准直器的剖视图；
26.图4为本实用新型第二个实施例的光纤准直器的示意图；
27.图5为本实用新型第二个实施例的光纤准直器的剖视图；
28.图6为本实用新型第三个实施例的光纤准直器的示意图；
29.图7为本实用新型第三个实施例的光纤准直器的剖视图；
30.图8为本实用新型第三个实施例的光纤准直器的剖视图(剖面与图7垂直)；
31.图9为本实用新型第三个实施例的光纤准直器的分解结构示意图。
具体实施方式
32.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
33.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，由于本实用新型所公开的实施例可以按照不同的方向设置，所以这些表示方向的术语只是作为说明而不应视作为限制，比如“上”、“下”并不一定被限定为与重力方向相反或一致的方向。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
34.参见图1，一种光纤准直器，包括透镜1、光纤2和插芯3，透镜1和插芯3同轴(中心轴x)设置，即均以透镜1的光轴为中心轴设置，光纤2和插芯3互连。透镜1可以为c透镜、非球透镜等任意透镜。插芯3可选用常规的陶瓷插芯，作为光纤2接入的接口。上述结构为现有技术，在此不再赘述。
35.光纤准直器还包括中空的第一套管4，其中心轴线与上述的中心轴x同轴，插芯3至少部分置于第一套管4内，透镜1设置在第一套管4外，并且为远离光纤2的一侧。
36.第一套管4也可以采用陶瓷制成，插芯3外周和第一套管4之间的配合间隙较小，通过改变插芯3相对透镜1的位置，来调节光纤准直器的焦距。优选的，插芯3和第一套管4的配合间隙小于5um，这种极小间隙的配合，保证了插芯3在沿中心轴x往复直线移动(图1中箭头所示方向)的时候，在与中心轴x垂直方向(图1所示的竖直方向)的位置变化很小，根据透镜的傅里叶转换原理，光纤在垂直方向的位置变化会改变经过透镜的光束出射角度，而较小
的垂直方向位置变化，保证了准直光束的角度变化很小。
37.下面详述采用上述原理的准直器的具体应用实例。
38.实施例一
39.参见图2和图3，为插拔式光纤准直器，其还包括调节结构，该调节结构包括第一限位件51、第二限位件52、第二套管53、调节螺杆54、固定套55和第一弹性件56。
40.第二套管53为中空的管件，其至少部分置于第一套管4内，插芯3和第二套管53并列设置，其中心轴线也为中心轴x，透镜1与第二套管53相邻。第二套管53也可以由陶瓷制成，并且其外径与插芯3相同。
41.第一限位件51呈圆柱形，优选的如石英棒的形式，其轴向的一端与插芯3固定，另一端从第二套管53内穿过并从第二套管53(第一套管4)朝向透镜1的一端穿出，由此可通过改变第一限位件51的位置来改变插芯3的位置，进而改变光纤准直器的输出光束的束腰位置，完成调焦。通过第一限位件51和第二套管53的配合，可使得公差小(陶瓷件之间的配合公差可以做到2/3微米)，一致性较好，两者可在第一套管4外装配好后再插入。
42.由于直接改变第一限位件51的位置较难操作，因此还设置了第二限位件52，第二限位件52可呈块状，第一限位件51穿出第二套管53(第一套管4)的部分与第二限位件52固定，调节螺杆54穿过第二限位件52并且与第二限位件52连接。通过改变第一限位件51的形状和/或尺寸，也可以省略第二限位件52。
43.固定套55在光纤准直器的工作环境内固定设置，可采用任何现有的设置方式，上述的调节螺杆54穿过固定套55并且与固定套55螺纹连接，由此当转动调节螺杆54时，转动轴线与中心轴x平行，而由于固定套55固定不动，则调节螺杆54还可沿与中心轴x平行的方向直线移动。
44.为便于调节螺杆54带动第二限位件52沿与中心轴x平行的方向直线移动(图3中箭头所示方向)，同时两者可相对转动，可采用键槽连接的方式，在本实施例中，两者的连接方式具体为，第二限位件52内设置有台阶部521，调节螺杆54的端部穿入第二限位件52内并且可相对第二限位件52转动。调节螺杆54的端部具有限位堵头541，其抵接在台阶部521远离固定套55的一侧，由此调节螺杆54的直线移动可带动第二限位件52朝向固定套55的方向移动。第一限位件51和第二限位件52构成了传动机构，固定套55和调节螺杆54构成了螺纹调节机构，其中调节螺杆54构成了螺纹调节机构的输出端，传动机构连接在该输出端和插芯3之间，从而将螺纹调节机构输出的直线移动传递至插芯3。
45.固定套55和第二限位件52之间设置上述的第一弹性件56，第一弹性件56优选的可采用弹簧，如图3中所示，在对调节螺杆54施力使其向左旋进(第二限位件52同时向左移动而靠近固定套55)的过程中，第一弹性件56被压缩，而当调节螺杆54反向转动复位时，在第一弹性件56的复位力作用下，第二限位件52的台阶部521推动调节螺杆54向右移动复位。
46.当调节螺杆54被旋拧而带动第二限位件52直线移动时，以图3中所示向左移动为例，第二限位件52带动第一限位件51同步向左移动，由此第一限位件51可带动插芯3同步向左移动，改变与透镜1之间的距离，从而调节光纤准直器的输出光束的束腰位置，完成调焦。
47.调节结构还包括用于对第二限位件52的移动进行导向的轴57和轴套58，轴套58在光纤准直器的工作环境内固定，可采用任何现有的固定方式，轴57为光轴，穿过轴套58和第二限位件52，可对第二限位件52的移动起到导向的作用。
48.调节结构还包括弹簧顶针59，其穿过第一套管41而与插芯3的外周表面保持抵接，从而进一步确保插芯3和第一套管4在移动过程中同轴。
49.实施例二
50.参见图4和图5，在本实施例中，与上述实施例一的不同之处在于，采用螺纹套54’替代上述的调节螺杆54，第一弹性件56的一端在光纤准直器的工作环境内固定，可采用任何现有的固定方式，另一端仍与第二限位件52连接固定。
51.固定套55可转动地设置，并且在与中心轴x平行的方向上位置相对固定。螺纹套54’置于固定套55内，并且两者螺纹连接，轴57穿入螺纹套54’内并且互相固定，轴57外仍套设有固定的轴套58，轴57还与第二限位件52固定，可沿与中心轴x平行的方向直线移动(图5中箭头所示方向)。此时轴57构成为螺纹调节机构的输出端。
52.由此，当固定套55转动时，可带动螺纹套54’沿与中心轴x平行的方向直线移动，以如图5中所示向右移动为例，进而带动轴57向右直线移动，而轴57带动第二限位件52同步向右直线移动，此时第一弹性件56被拉伸，第二限位件52带动插芯3的原理同实施例一。当固定套55反向转动时，可带动螺纹套54’向左移动复位，通过第一弹性件56(也可以是螺纹套54’)带动第二限位件52和轴57复位。
53.可替代的，轴57和第二限位件52也可以采用如实施例一中调节螺杆54和第二限位件52的连接方式进行连接。
54.实施例三
55.参见图6～图9，在本实施例中，与上述实施例一的不同之处在于，调节结构不同，此外光纤准直器还包括外壳7。
56.上述的透镜1、插芯3和第一套管4设置在外壳7内，外壳7包括外壳主体73，上述透镜1和第一套管4为固定设置在外壳主体73内。外壳主体73在本实施例中呈中空的圆柱形，透镜1固定在外壳主体73内的一端内部，而光纤2和插芯3则从外壳主体73相对的另一端伸入外壳主体73内。在外壳主体73靠近光纤2的端部形成有环形的第一挡圈71和第二挡圈72，第一挡圈71和第二挡圈72同轴(中心轴x)设置，并且第一挡圈71间隔布置在第二挡圈72的内周。插芯3从第一挡圈71插入到外壳主体73内。
57.第一限位件51和第二限位件52在本实施例中均呈环形，调节结构还包括调焦旋钮61，第一限位件51、第二限位件52和调焦旋钮61均与插芯3同轴设置，第二限位件52间隔布置在第一限位件51的外周，调焦旋钮61则间隔布置在第二限位件52的外周。通过上述的外壳7来限定两个限位件的位置，具体的，第一限位件51插入到第一挡圈71内并且设置在插芯3的外周，第一限位件51和插芯3同步直线移动，第二限位件52插入到第二挡圈72和第一挡圈71之间，第一限位件51位于第一挡圈71外的端部能够与第二限位件52位于第二挡圈72外的端部固定，从而第一限位件51和第二限位件52可同步沿中心轴x直线移动。
58.调焦旋钮61设置在第二挡圈72的外周，并且与第二挡圈72的外周表面螺纹连接，由此调焦旋钮61和外壳7构成螺纹调节机构，而调焦旋钮61为输出端。调焦旋钮61可相对第二限位件52转动，并且可带动第二限位件52沿中心轴x直线移动。当转动调焦旋钮61时，由于外壳7固定不动，可使得调焦旋钮61沿中心轴x直线移动，从而通过第二限位件52、第一限位件51而带动插芯3沿中心轴x直线移动。
59.调节结构还包括第一锁紧环62、第二锁紧环63、第一限位块64、第二限位块65和第
二弹性件66。其中，第一锁紧环62锁紧在第二限位件52的外周，优选的，锁紧在第二限位件52远离外壳主体73的端部外周，第一限位件51远离透镜1的端部可与第一锁紧环62的端部抵接，从而限位第一限位件52向远离透镜1方向移动的位置。第二锁紧环63也锁紧在第二限位件52的外周，并且与调焦旋钮61远离外壳主体73的端部抵接，由此当调焦旋钮61向远离透镜1的方向移动时，可通过第二锁紧环63带动第二限位件52移动。第二弹性件66设置在第二限位件52朝向透镜1的端部和外壳主体73远离透镜1的端部(该部分位于第一挡圈71和第二挡圈72之间)之间，由此可使得第二限位件52保持向远离透镜1的方向移动的趋势。优选的，第二弹性件66为弹簧。
60.以图7为例，当转动调焦旋钮61时，可使得调焦旋钮61沿中心轴x向左移动，从而通过第二限位件52、第一限位件51而带动插芯3沿中心轴x向左移动，此时第二弹性件66被拉伸。当调焦旋钮61反向转动复位时，在第二弹性件66的复位力作用下，第二限位件52向右移动复位，由此带动第一限位件52和插芯3向右移动复位。
61.第一限位块64设置在第一限位件51上，并且与插芯3的外周表面抵接，从而可避免第一限位件51和插芯3相对转动。第二限位块65设置在第二限位件52上，并且与第一挡圈71的外周表面抵接，从而可避免第二限位件52相对外壳7转动。
62.同样的，调节结构也可以包括弹簧顶针59，其穿过外壳7和第一套管4而与插芯3的外周表面抵接。

技术特征：
1.一种光纤准直器，包括透镜(1)、光纤(2)、插芯(3)和中空的第一套管(4)，所述透镜(1)、插芯(3)和第一套管(4)均以中心轴(x)同轴设置，所述光纤(2)和插芯(3)互连，所述插芯(3)至少部分置于第一套管(4)内，所述透镜(1)设置在第一套管(4)外，其特征在于：所述光纤准直器还包括调节结构，用于带动插芯(3)沿着中心轴(x)直线移动，从而改变与透镜(1)之间的距离。2.根据权利要求1所述的光纤准直器，其特征在于：所述调节结构包括螺纹调节机构和传动机构，所述传动机构连接在螺纹调节机构的输出端和插芯(3)之间，从而将螺纹调节机构输出的直线移动传递到插芯(3)。3.根据权利要求2所述的光纤准直器，其特征在于：所述传动机构包括第一限位件(51)和第二限位件(52)，所述第一限位件(51)的一端与插芯(3)固定而另一端从第一套管(4)朝向透镜(1)的一端穿出，所述第一限位件(51)穿出第一套管(4)的部分与第二限位件(52)固定；所述螺纹调节机构包括调节螺杆(54)和固定安装的固定套(55)，所述调节螺杆(54)穿过固定套(55)并且与固定套(55)螺纹连接，所述调节螺杆(54)的转动轴线与中心轴(x)平行，所述调节螺杆(54)作为螺纹调节机构的输出端而与第二限位件(52)转动连接并且同步直线移动。4.根据权利要求3所述的光纤准直器，其特征在于：所述第二限位件(52)内设置有台阶部(521)，所述调节螺杆(54)的端部穿入第二限位件(52)内并且能相对第二限位件(52)转动，所述调节螺杆(54)的端部具有限位堵头(541)，所述限位堵头(541)抵接在台阶部(521)远离固定套(55)的一侧，所述第二限位件(52)保持向远离固定套(55)的方向移动的趋势。5.根据权利要求4所述的光纤准直器，其特征在于：所述调节结构还包括用于对第二限位件(52)的移动进行导向的轴(57)和固定安装的轴套(58)，所述轴(57)为光轴并且穿过轴套(58)和第二限位件(52)。6.根据权利要求2所述的光纤准直器，其特征在于：所述传动机构包括第一限位件(51)和第二限位件(52)，所述第一限位件(51)的一端与插芯(3)固定而另一端从第一套管(4)朝向透镜(1)的一端穿出，所述第一限位件(51)穿出第一套管(4)的部分与第二限位件(52)固定；所述螺纹调节机构包括螺纹套(54’)、转动安装的固定套(55)和轴(57)，所述轴(57)作为螺纹调节机构的输出端与第二限位件(52)固定，所述固定套(55)的转动轴线与中心轴(x)平行，所述固定套(55)在与中心轴(x)平行的方向上位置相对固定，所述螺纹套(54’)置于固定套(55)内并且两者螺纹连接，所述轴(57)穿入螺纹套(54’)内并且互相固定。7.根据权利要求2所述的光纤准直器，其特征在于：所述螺纹调节机构包括外壳(7)和调焦旋钮(61)，所述第一套管(4)和透镜(1)固定设置在外壳(7)内，所述调焦旋钮(61)套设在外壳(7)的外周并且螺纹连接；所述传动机构包括第一限位件(51)和第二限位件(52)，所述第一限位件(51)、第二限位件(52)和调焦旋钮(61)均与插芯(3)同轴设置，所述插芯(3)、第一限位件(51)和第二限位件(52)依次固定而能同步直线移动，所述调焦旋钮(61)作为螺纹调节机构的输出端而套设在第二限位件(52)外周并能相对转动。8.根据权利要求7所述的光纤准直器，其特征在于：所述第一限位件(51)和第二限位件
(52)均呈环形，所述第一限位件(51)、第二限位件(52)和调焦旋钮(61)依次由内而外布置；所述外壳(7)包括外壳主体(73)、第一挡圈(71)和第二挡圈(72)，所述第一限位件(51)插入到第一挡圈(71)内并且设置在插芯(3)的外周，所述第二限位件(52)插入到第二挡圈(72)和第一挡圈(71)之间，所述第一限位件(51)位于第一挡圈(71)外的端部与第二限位件(52)位于第二挡圈(72)外的端部固定，所述调焦旋钮(61)设置在第二挡圈(72)的外周并且与第二挡圈(72)的外周表面螺纹连接。9.根据权利要求8所述的光纤准直器，其特征在于：所述调节结构还包括第一锁紧环(62)和第二锁紧环(63)，所述第一锁紧环(62)和第二锁紧环(63)均锁紧在第二限位件(52)的外周，所述第一限位件(51)远离透镜(1)的端部能与第一锁紧环(62)的端部抵接，所述第二锁紧环(63)还与调焦旋钮(61)远离外壳主体(73)的端部抵接，所述第二限位件(52)保持向远离透镜(1)的方向移动的趋势。10.根据权利要求1～9中任一项所述的光纤准直器，其特征在于：所述调节结构还包括弹簧顶针(59)，所述弹簧顶针(59)穿过第一套管(4)而与插芯(3)的外周表面抵紧。

技术总结
本实用新型公开了一种光纤准直器，包括透镜、光纤、插芯和中空的第一套管，所述透镜、插芯和第一套管均以中心轴同轴设置，所述光纤和插芯互连，所述插芯至少部分置于第一套管内，所述透镜设置在第一套管外，所述光纤准直器还包括调节结构，用于带动插芯沿着中心轴直线移动，从而改变与透镜之间的距离。与现有技术相比，本实用新型的优点在于：利用套管和插芯之间极小的配合间隙，通过改变插芯的位置，来调节光纤准直器的焦距，能够在调节工作距离的同时保持准直光束的输出角度基本不改变，从而增加准直器工作稳定性。加准直器工作稳定性。加准直器工作稳定性。


技术研发人员：金新刚 林鑫鹏
受保护的技术使用者：嘉兴旭锐电子科技有限公司
技术研发日：2023.03.22
技术公布日：2023/8/13