一种微透镜阵列与红外探测器的集成对位方法及辅助装置与流程

本发明涉及红外探测系统领域，具体涉及一种微透镜阵列与红外探测器的集成对位方法及辅助装置。

背景技术：

1、微透镜阵列的构想来源于仿生学中的复眼结构，通过调整微透镜阵列中微透镜的形状、焦距、排布结构方式、占空比等，可实现一定的光学性能，提高光学系统的集成度和性能。随着光学领域的不断迭代发展，微透镜阵列镜片已然正在成为大多数光学系统中不可或缺的一部分，目前已广泛应用于数字投影仪、hud成像系统、激光雷达系统、照明系统、红外探测系统等领域。而在红外探测系统中，其微透镜的阵列子单元与红外探测器芯片像元间的对位（如图1）匹配度，将直接影响集成后探测器的光学性能。依靠传统的物理对位方法（如图2），流程复杂，对位误差大，无法满足现有的精度要求。因此，有必要开发一种操作更加便捷，精度更高的对位方法，以保证红外探测系统的光学性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种微透镜阵列与红外探测器的集成对位方法及辅助装置，该集成对位方法有利于提高微透镜阵列与红外探测器对位的精度和便捷性。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种微透镜阵列与红外探测器的集成对位方法，包括以下步骤：

3、s1、分别选择与微透镜阵列镜片、探测器芯片相匹配的镜片可替换承靠板、芯片可替换承靠板，然后将镜片可替换承靠板与芯片可替换承靠板对向设置并分别固定在辅助装置的镜片调节机构下侧以及辅助装置的芯片调节机构上侧；

4、s2、在镜片可替换承靠板与芯片可替换承靠板之间放入标准块，调节镜片可替换承靠板的高度，使其与标准块接触；

5、s3、调节芯片可替换承靠板的倾斜角度，将芯片可替换承靠板与镜片可替换承靠板调整至平行状态；

6、s4、调节镜片可替换承靠板的高度，拿出标准块，然后将微透镜阵列镜片、探测器芯片分别置于镜片可替换承靠板、芯片可替换承靠板上，并与相应承靠板上的定位柱靠齐；

7、s5、对探测器芯片在水平x、y坐标方向上的位置进行调节，将探测器芯片与微透镜阵列镜片的xy坐标位置调整至大致对准状态；

8、s6、打开辅助装置的计算机和红外光源发射器，点亮探测器芯片，通过模拟辅助装置的红外标准镜头与微透镜阵列镜片之间形成的光路像点在探测器芯片上的接收状态，调节辅助装置，使微透镜阵列镜片与探测器芯片进行精准对位；

9、s7、对位完成后，将微透镜阵列镜片和探测器芯片进行封装固定。

10、进一步地，步骤s4中，所述微透镜阵列镜片通过其阵列结构区域周围的无效区域吸附固定于镜片可替换承靠板下侧。

11、进一步地，只在更换承靠板时进行一次步骤s5的调节；进行同一种类的微透镜阵列镜片与探测器芯片的再次对位时，不再进行步骤s5的调节，直接将微透镜阵列镜片和探测器芯片靠齐在相应承靠板上的定位柱进行快速定位，然后进行步骤s6的精准对位。

12、进一步地，步骤s6中，调节辅助装置使微透镜阵列镜片与探测器芯片进行精准对位，具体包括以下步骤：

13、1）调节红外标准镜头、微透镜阵列镜片及探测器芯片的高度，对红外标准镜头与微透镜阵列镜片的焦距进行调整，直至像面集中；

14、2）调节探测器芯片的倾斜角度，对探测器芯片与微透镜阵列镜片之间的平行度进行微调；

15、3）对探测器芯片进行xy坐标位置调节及旋转调节，对探测器芯片与微透镜阵列镜片之间的平面位置偏差进行微调，从而实现微透镜阵列镜片与探测器芯片的精准对位。

16、本发明还提供了用于实现上述集成对位方法的一种微透镜阵列与红外探测器的集成对位辅助装置，包括设有红外标准镜头的镜头调节机构、镜片调节机构、芯片调节机构、红外光源发射器、计算机和真空发生器，所述芯片调节机构、镜片调节机构、镜头调节机构、红外光源发射器自下而上依次设置，所述镜片调节机构、镜头调节机构可进行竖向上下移动；

17、所述红外光源发射器用于发出红外光源，点亮探测器芯片，进而模拟红外标准镜头与微透镜阵列镜片之间形成的光路像点在探测器芯片上的接收状态；

18、所述镜片调节机构用于连接镜片可替换承靠板和微透镜阵列镜片，并调节镜片可替换承靠板和微透镜阵列镜片的竖向高度；

19、所述芯片调节机构用于连接芯片可替换承靠板和探测器芯片，并对芯片可替换承靠板和探测器芯片的倾斜角度、水平x、y坐标方向上的位置、旋转角度进行调节；

20、所述计算机上安装有光路模拟软件，以对红外标准镜头与微透镜阵列镜片之间形成的光路像点在探测器芯片上的接收状态进行接收和显示；

21、所述真空发生器用于产生负压，将微透镜阵列镜片吸附在镜片可替换承靠板下侧面上。

22、进一步地，所述镜头调节机构设有镜头连接板，与z轴立柱连接，镜头连接板的中心设有螺纹孔，与红外标准镜头连接，镜头连接板的侧面设有镜头z轴调节旋钮，内侧设有齿轮，与z轴立柱上的z轴滑动齿连接，用于调整红外标准镜头与微透镜阵列镜片之间的焦距；

23、所述镜片调节机构设有镜片连接板，与z轴立柱连接，镜片连接板的中心设有通光孔，镜片连接板的侧面设有镜片z轴调节旋钮，内侧设有齿轮，与z轴立柱上的z轴滑动齿连接，用于调整红外标准镜头与微透镜阵列镜片之间的焦距；镜片连接板上设有螺纹孔，与镜片可替换承靠板连接固定；镜片可替换承靠板上设有定位柱，用于微透镜阵列镜片定位，镜片可替换承靠板下侧开设有吸气孔，侧面设有吸气接头，吸气孔经内部气流通道与吸气接头连通，吸气接头与真空发生器连接，用于微透镜阵列镜片的吸附固定；

24、所述芯片调节机构设有底部承板，使用螺丝与工作台连接固定；底部承板上部设有z轴调节装置，z轴调节装置设有z轴微调旋钮，用于对焦时的准确调节，z轴调节装置的侧面设有z轴固定旋钮，用于对焦调整完成后的锁附固定；z轴调节装置上部设有倾斜调节装置，其倾斜调节连接板上设有倾斜调节旋钮-α和倾斜调节旋钮-β，用于调节微透镜阵列镜片与探测器芯片之间的倾斜角度；倾斜调节装置上方设有x/y精密调节平台，其x/y调节连接板上设有x轴调节旋钮、y轴调节旋钮和x/y轴固定旋钮，用于对位时的x/y位置移动与固定；x/y精密调节平台上设有c轴旋转平台，其上设有c轴调节旋钮和c轴固定旋钮，用于对位时的平面旋转调节；c轴旋转平台上设有螺纹孔，与芯片可替换承靠板连接固定；芯片可替换承靠板上设有定位柱，用于探测器芯片的定位。

25、进一步地，所述镜片可替换承靠板下侧面开设有若干个吸气孔，所述吸气孔的位置对应于微透镜阵列镜片的阵列结构区域周围的无效区域的位置。

26、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：提供了一种微透镜阵列与红外探测器的集成对位方法及辅助装置，该方法与传统的对位方法相比，无需再单独加工对位标记，不仅节约了制造成本，而且消除了镜片和芯片间因对位标记加工误差而导致集成后探测器的光学性能不良；该方法通过光路模拟进行对位，比传统的物理定位精度更高，更符合光学性能要求，且操作更加便捷，重复性操作难度低，调整快。因此，本发明具有很强的实用性和广阔的应用前景。