一种透镜阵列和pd阵列高精度对准贴片装置及其对准方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光通讯领域，涉及光通信技术中的光电模块，尤其适用于实现透镜阵列与光电二极管阵列(Photod1de, PD)或激光器阵列高精度对准贴片装置及其对准方法。
【背景技术】
[0002]自动化图像处理技术在各行各业应用非常广泛，从生产线的条形码自动读取追溯，车牌的自动识别，零件的自动缺陷检测，DVD识别及自动归还到引导机器手进行设备组装等，图像处理技术都发挥着巨大的作用。图像处理技术的广泛应用，主要是由于图像处理技术智能，稳定，重复性好，精度高等特点，能够替代大量人工重复性的劳动，正是因为图像处理技术的这些特点，我们把图像处理技术引用到通讯领域，引用到光电类产品中。通讯产品中有大量光电类产品，这样的产品共同特点是有光电或者电光的变换，这种光电或者电光变换中大多都使用透镜对光束进行汇聚，这类产品需要保证透镜与ro或者激光器的中心对准。
[0003]在专利“光波导芯片和ro阵列透镜耦合装置申请号:201310433022.2”中，波导芯片与ro阵列的耦合使用到了透镜阵列，该专利中透镜阵列与ro阵列的对准是通过贴片机来实现的。在贴片的操作中，通过人眼来判断透镜阵列中心与ro阵列光敏面中心是否重合，这种方式对两者中心的判断有很大的人为误差，而且重复性不好；而且如果使用高速PD阵列，其光敏面仅有几十微米，使得中心对准的判断误差更大，另外一方面，高精度的贴片机价格昂贵，维护费用同样很高。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是克服现有技术存在的问题和不足，提供一种利用图像处理方法进行透镜与ro或者激光器对准贴片装置及其对准方法，实现透镜贴片(粘贴)对准的自动化。
[0005]本发明采用的技术方案是:
[0006]一种高精度对准透镜阵列和ro阵列的对准贴片装置，包括管壳夹持夹具、透镜阵列夹持夹具、龙门架、固定框、图像采集CCD、高精度微调架、第一气泡水平仪、第二气泡水平仪、第三气泡水平仪、滑轨、滑轨平台、一维移动平台、连接板、过度块、步进促动器；其中，高精度微调架固定于龙门架的底座上；过度块固定在高精度微调架上，第一气泡水平仪设置在过度块上；固定框固定在龙门架上，固定框内设置有滑轨，滑轨嵌入滑轨平台中；一维移动平台设置于滑轨平台上；图像采集CCD背面固定在连接板上，连接板固定在一维位移平台上，连接板背面设置有第二气泡水平仪；步进促动器位于固定框下方顶住滑轨平台，步进促动器可带动滑轨平台沿滑轨上下移动；管壳夹持夹具位于图像采集CCD下方，第三气泡水平仪设置于管壳夹持夹具上。
[0007]进一步包括有压力传感器，压力传感器一端设置在过度块上，另一端连接透镜阵列夹持夹具。
[0008]所述管壳夹持夹具侧边进一步设置有可观测管壳内部的普通CCD。
[0009]所述透镜阵列夹持夹具两臂的末端夹持部位设置有凹槽。
[0010]进一步包括控制器，控制器与压力传感器连接读取压力传感器反馈的压力电压信息。
[0011]一种使用高精度对准透镜阵列和ro阵列的对准贴片装置进行透镜阵列和ro阵列高精度对准的方法，包括如下步骤:透镜阵列夹持夹具夹持透镜阵列；将待对准的管壳固定放置在管壳夹持夹具上，管壳中放置有待对准的ro阵列和支架，将图像采集CCD与放置PD阵列的管壳调整至完全平行状态，使图像采集CCD拍照视线完全垂直于管壳；调节高精度微调架使透镜阵列与支架正好接触，确定透镜阵列的高度维度；调整与图像采集CCD相连的步进促进器伸缩杆，使图像采集CCD上下移动，直至ro阵列的光敏面透过透镜阵列在图像采集CCD上清晰成像，记录步进促动器伸缩杆调整的距离hi，拍照采集图像，获得ro阵列每一个圆形光敏面圆心在图像中的位置坐标，其中第η点的坐标记为(xn, yn)，计算光敏面圆心连线的斜率k1;再次调整步进促动器的伸缩杆，使透镜阵列清晰成像在图像采集CCD视场中，记录促动器伸缩杆调整的距离h2，拍照采集图像，获得H)阵列对应的透镜阵列通光孔径圆心位置坐标，其中第η点的坐标记为(X' n，y' n)，计算出透镜阵列通光孔径圆心连线的斜率k2;计算光敏面圆心坐标与其对应透镜阵列通光孔径圆心坐标差，其中第η点的坐标差记为 Δ xn= Xn-X' n, Ayn= y n-yr n;由 Δ χ η、Δ yn、arctan (k)-arctan (k2)计算值，调整高精度微调架调节透镜阵列的位置；重复以上两次拍照采样、计算、调整过程直至符合以下条件:对于任意点η，Δχη= Ay η= 0，且k i= k2，达到透镜阵列通光孔径圆心与PD阵列光敏面圆心重合。
[0012]所述图像采集CCD拍照视线完全垂直于管壳的方法为:调节高精度微调架，通过第一气泡水平仪、第二气泡水平仪、第三气泡水平仪分别使过度块、管壳夹持夹具、连接板处于水平状态。
[0013]所述调节高精度微调架使透镜阵列与支架正好接触的方法为:先采用普通CCD观察将透镜阵列移动到ro阵列上方；调节高精度微调架使透镜阵列逐渐下降，同时观察透镜阵列夹持夹具上安装的压力传感器的压力示数，当压力示数发生变化时，停止透镜阵列下降。
[0014]采用手动方式或者自动控制方式调整高精度微调架直至透镜阵列通光孔径圆心与ro阵列光敏面圆心重合。
[0015]本发明的优点在于:
[0016]I)本发明方法利用控制器的图像处理能够分别计算出ro阵列光敏面圆心位置及透镜阵列通光孔径圆心位置，通过两者位置的判断，得到两者的位置差，提供量化的位置差数值供操作者判断与调整；
[0017]2)本发明方法的步进促动器能带动图像采集CCD (Charge-coupled Device，电荷耦合元件)上下移动，先后采取H)阵列照片和透镜阵列照片，解决了由于图像采集CCD景深小无法对H)阵列和透镜阵列同时成像的问题；
[0018]3)本发明装置的透镜阵列夹持夹具固定在压力传感器上面，在透镜阵列贴片过程中，当透镜阵列与玻璃支架接触时，会产生一反作用力给压力传感器，压力传感器控制器的显示示数将会变化，因此可以通过观察压力传感器控制器示数的变化来判断二者是否接触；
[0019]4)本发明装置的图像采集CCD由滑轨带动上下移动，滑轨的使用保证了图像采集CXD上下运动过程中不发生左右位置的偏差，保证两次图像采集CXD采集的照片位置的一致性；
[0020]5)本发明装置的管壳夹持夹具和图像采集CCD背面都粘接了气泡水平仪，保证了图像采集CCD与管壳处于完全平行状态，图像采集CCD拍照视线完全垂直于管壳；
[0021]6)本发明装置的一维移动平台是用来带动图像采集CCD左右移动，方便在管壳中对第一组透镜阵列贴片完成后，移动到另外一边进行贴片；
[0022]7)本发明装置的普通CCD倾斜一定的角度来观测透镜阵列与玻璃支架的相对位置，便于在透镜阵列粘贴过程中对透镜阵列进行初步的定位；
[0023]8)本发明装置的透镜阵列夹持夹具两臂末端设置有凹槽，用于夹持透镜阵列的定位；
【附图说明】
[0024]图1是本发明方法透镜阵列贴片流程图；
[0025]图2是本发明H)阵列光敏面圆心与透镜阵列通光孔径圆心位置坐标示意图；
[0026]图3是本发明透镜阵列高精度贴片装置结构示意图；
[0027]图4是本发明管壳内部待粘接透镜阵列不意图；
[0028]图5是本发明透镜夹持夹具末端示意图；
[0029]图6是本发明透镜阵列夹持后未端示意图；
[0030]其中
[0031]101.压力传感器；102.控制器；
[0032]103.管壳夹持夹具；104.透镜阵列夹持夹具；
[0033]105.龙门架；106.固定框；
[0034]107.图像采集 CCD ;108.普通 CCD ;
[0035]109.高精度微调架；110-1.第一气泡水平仪；
[0036]110-2.第二气泡水平仪； 110-3.第三气泡水平仪；
[0037]111.滑轨；112.滑轨平台；
[0038]113.—维移动平台；114.连接板；
[0039]115.过度块；116.步进促动器；
[0040]117.管壳；118.PD 阵列；
[0041]119.玻璃支架；120.热沉；
[0042]121.透镜阵列；122.凹槽；
【具体实施方式】
[0043]下面结合附图对本发明做进一步详细描述；
[0044]本发明专利提供了一种透镜阵列121与H)阵列118高精度对准贴片的方法，利用了自动图像处理技术寻找圆心，具有精度高，重复性好，自动化程度高等特点。这种方法同样可以适用于透镜阵列121与激光器阵列的耦合对准。
[0045]在专利“光波导芯片和ro阵列透镜耦合装置”(申请号:201310433022.2)中，波导芯片与ro阵列118之间的耦合用到了透镜阵列121来汇聚光信号，本发明就以这篇专利中的透镜阵列121与ro阵列118的贴片结构作为样例来说明如何利用自动图像处理技术来实现透镜阵