CN111474668A - 用于coc准直透镜耦合的夹具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于COC准直透镜耦合的夹具，所述透镜由方形部分和从所述方形部分沿厚度方向朝两侧外凸的镜面部分组成，所述夹具包括透镜夹具和光器件夹具，所述透镜夹具具有多维的运动自由度，将上料的所述透镜夹持，移动至被所述光器件夹具夹持的光器件上的透镜耦合位置进行耦合。本发明的透镜夹具具有灵活以及耦合精度高的特点，控制简单，透镜夹爪的开闭平滑无冲击，张开大小可调，且透镜夹具的连接臂上还设置有压力传感器，可以检测接触情况、防止发生碰撞；光器件夹具具有上下料操作灵活方便、夹持定位可靠性高的特点。

Description

用于COC准直透镜耦合的夹具

技术领域

本发明涉及光器件自动耦合封装技术领域，特别涉及一种用于COC准直透镜耦合的夹具。

背景技术

随着光纤通信和光纤传感技术的发展，光器件的制备成为了光信息技术进步的关键。在光通信产品中，发光元件的需求量越来越多，它的功能主要是实现信号的光电转换。一种常见的发光元件(AWCOC)主要由基板+透镜+发光芯片组成，其封装制造的其中一道工序为将微型透镜与发光芯片耦合后，再点胶固化完成透镜封装。而如何提高光器件的性能、质量以及降低成本，是当前工业上封装制造的关键问题，其核心技术在于元件的耦合，光器件的制造成本主要也集中在此。

现有技术中，通过光器件的耦合封装设备，基本摆脱了先前依靠手工操作方式带来的产品质量不稳定、合格率低以及生产效率低的问题。然而对于上述发光元件，由于透镜一般为尺寸小于1mm的微型透镜，使得其耦合封装过程更加精密复杂化，而采用常规的设备难以满足上述发光元件的封装工艺要求。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种用于COC准直透镜耦合的夹具，适用于微型化、精密化的透镜耦合封装工艺，耦合精度和封装质量相对于现有技术有明显提升。

为了达到上述目的，本发明提供了一种用于COC准直透镜耦合的夹具，所述透镜由方形部分和从所述方形部分沿厚度方向朝两侧外凸的镜面部分组成，所述夹具包括透镜夹具和光器件夹具，所述透镜夹具具有多维的运动自由度，将上料的所述透镜夹持，移动至被所述光器件夹具夹持的光器件上的透镜耦合位置进行耦合。

进一步地，所述透镜夹具包括一伺服电机，所述伺服电机的第一端设置有相互平行的两条导轨槽，每条所述导轨槽内均设置有一滑块，所述滑块上固定设置一控制块，每块所述控制块的外侧固定设置一透镜夹爪，所述伺服电机的转轴上套设有一凸轮，所述凸轮的两侧分别与两块所述控制块的内侧相接触，所述凸轮位于每块所述控制块的外侧和内侧之间，所述凸轮旋转驱动两个所述控制块相向运动，产生两个所述透镜夹爪的夹紧动作。

进一步地，所述透镜夹爪的底端设置为长条形，与所述透镜的方形部分相对应，所述透镜夹爪的下表面成型有内凹的圆弧面，当夹取所述透镜时，所述圆弧面不会触碰所述透镜的镜面部分。

进一步地，所述透镜夹具设置在一多维运动平台上，所述多维运动平台具有五维的运动自由度，包括设置在支架上的X轴运动平台、设置在所述X轴运动平台上的Y轴运动平台、设置在所述Y轴运动平台上的Z轴运动平台、设置在所述Z轴运动平台上的绕Z轴旋转平台、以及设置在所述绕Z轴旋转平台上的绕Y轴旋转平台，所述伺服电机通过一连接臂与所述绕Y轴旋转平台连接。

进一步地，所述连接臂上还设置有一压力传感器。

进一步地，所述光器件夹具包括底座、设置在所述底座上表面的放置槽、以及设置在所述放置槽第一侧的压固结构，所述光器件依次放置于所述放置槽内，且被所述压固结构压紧固定。

进一步地，所述压固结构包括转动设置在所述底座第一侧的多个压块，每个所述压块与其中一个所述光器件相对应，所述压块设置呈“7”型，包括水平的第一压部件和竖直的第二压部件，两压部件的连接处与所述底座铰接，所述第一压部件的端部下表面设置有呈楔形的斜面，与所述光器件的第一侧上表面相接触；所述底座的第一侧侧壁上成型有多个与所述压块对应的安装圆孔，每个所述安装圆孔内均设置有一弹性件，所述弹性件的外端与所述第二压部件的底端内侧相接触，所述底座的第一侧还设置有一限位板，所述限位板与所述第二压部件的底端外侧相接触。

进一步地，所述压块还包括第三压部件，所述第三压部件水平设置在所述第二压部件的中部，所述第三压部件的下表面与所述限位板的上表面相接触，所述限位板与所述底座活动连接，可以上下位移。

进一步地，所述光器件夹具滑动设置在一光器件夹具导轨上，通过一前后伺服电机驱动。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

本发明的透镜夹具设置在多维运动平台上，通过五自由度的耦合运动，提升了透镜夹具的灵活性以及耦合精度；透镜夹具由伺服电机和凸轮结构，驱动透镜夹爪的夹取与松开动作，控制简单，透镜夹爪的开闭平滑无冲击，张开大小可调，即夹持力大小可调；另外透镜夹具的连接臂上还设置有压力传感器，可以检测接触情况、防止发生碰撞；

本发明的光器件夹具，可以放置多个光器件同时进行透镜耦合过程，而无需在单个透镜封装完成后再重新装夹光器件，提升了光器件的耦合封装效率；同时光器件夹具上还设置有压块、弹性件、限位板等结构，压块设计成特殊的形状，使得夹具可以单独取下其中一个被夹持的光器件、而不会影响其它被夹持光器件的定位精度，或同时取出耦合封装后全部的光器件，上下料的操作灵活方便、夹持定位的可靠性高。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的透镜夹具结构示意图；

图3为本发明的透镜夹爪夹持透镜示意图；

图4为本发明的光器件夹具示意图(隐藏底座)。

【附图标记说明】

1-透镜；1a-方形部分；1b-镜面部分；2-透镜夹具；3-光器件夹具；4-光器件；4a-基板；4b-发光芯片；5-伺服电机；6-导轨槽；7-滑块；8-控制块；9-透镜夹爪；10-转轴；11-凸轮；12-X轴运动平台；13-Y轴运动平台；14-Z轴运动平台；15-绕Z轴旋转平台；16-绕Y轴旋转平台；17-连接臂；18-底座；19-放置槽；20-压块；20a-第一压部件；20b-第二压部件；20c-第三压部件；21-斜面；22-安装圆孔；23-弹性件；24-限位板。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1所示，本发明的实施例提供了一种用于COC准直透镜耦合的夹具，在本实施例中透镜1由方形部分1a和从方形部分1a沿厚度方向朝两侧外凸的镜面部分1b组成，可参阅图3。夹具包括透镜夹具2和光器件夹具3，其中透镜夹具具有多维的运动自由度，将上料的透镜1夹持，移动至被光器件夹具3夹持的光器件4上的透镜1耦合位置进行耦合。

同时如图2所示，透镜夹具2包括一伺服电机5，伺服电机5的外壳第一端设置有相互平行的两条导轨槽6，每条导轨槽6内均设置有一滑块7，滑块7上固定设置一控制块8，每个控制块8的外侧固定设置一透镜夹爪9，两个控制块8相对于伺服电机5的转轴10旋转对称。同时，转轴10上套设有一凸轮11，其两侧分别与两个控制块8的内侧相接触，凸轮11位于每个控制块8的外侧和内侧之间。具体地，控制块8的内侧向下延伸的部分与凸轮11面接触，而控制块8的外侧向外延伸的部分作为透镜夹爪9的安装连接部分。当凸轮11旋转时，较大外径的两端逐渐与控制块8的内侧接触，从而驱动两个控制块8沿导轨槽6相向运动，产生两个透镜夹爪9的夹紧动作。而当凸轮11进一步旋转或反向旋转复位时，较小外径的两端与控制块8靠近，此时控制块8和透镜夹爪9为放松状态，将夹持的透镜1放下。因此，本发明的透镜夹具2通过凸轮结构实现夹持动作的切换。

同时如图3所示，透镜夹爪9的底端设置为长条形，与透镜1的方形部分1a相对应，同时透镜夹爪9的下表面成型有内凹的圆弧面，当透镜夹爪9夹取透镜1时，圆弧面会预留出容纳透镜1的镜面部分1b的空间，使得透镜1被夹取后透镜夹爪9不会触碰镜面部分1b导致损坏。

进一步地，透镜夹具2设置在一多维运动平台上，多维运动平台具有五维的运动自由度，包括设置在支架上的X轴运动平台12、设置在X轴运动平台12上的Y轴运动平台13、设置在Y轴运动平台13上的Z轴运动平台14、设置在Z轴运动平台14上的绕Z轴旋转平台15、以及设置在绕Z轴旋转平台15上的绕Y轴旋转平台16，透镜夹具2通过一连接臂17与绕Y轴旋转平台16连接，因此透镜夹具2具有沿X轴、沿Y轴和沿Z轴的平移自由度，以及绕Z轴、绕Y轴的旋转自由度，通过五自由度的设置，提升了透镜夹具2的灵活性以及耦合精度。

进一步地，在透镜夹具2的连接臂17上还设置有一压力传感器，通过压力传感器检测透镜1和光器件4的接触情况，防止碰撞现象产生过大接触力。

同时如图4所示，光器件夹具3包括底座18，设置在底座18上表面的放置槽19，以及设置在放置槽19第一侧的压固结构。放置槽19内可以放置多个光器件4以同时进行透镜1耦合过程，而无需在单个透镜1封装完成后再重新装夹光器件4。其中，光器件4包括基板4a，设置在基板4a上的发光芯片4b和透镜1，当光器件4装夹后，基板4a被压固结构定位、压紧固定。

进一步地，压固结构包括转动设置在底座18第一侧的多个压块20，每个压块20与其中一个光器件4相对应。如图所示，压块20设置呈“7”型，包括水平的第一压部件20a和竖直的第二压部件20b，两压部件的连接处与底座18铰接，可自由转动。第一压部件20a的端部下表面设置有楔形的斜面21，与光器件4基板4a的第一侧上表面相接触，通过斜面21作用，将基板4a向下以及向底座18的第二侧压紧，使基板4a的第二侧与底座18的侧壁紧密接触，通过静摩擦作用形成固定。

同时，底座18的第一侧侧壁上成型有多个安装圆孔22，与压块20一一对应。每个安装圆孔22内均设置有一弹性件23，弹性件23的里端与安装圆孔22的孔底相接触，外端与第二压部件20b的底端内侧成型的凹槽相接触。弹性件23为压缩状态，因此通过弹性力将第二压部件20b的底端向外顶出，从而与底座18铰接的压块20形成了杠杆结构，第一压部件20a的端部向下将基板4a压紧在底座18上。另外，底座18的第一侧还设置有一限位板24，与第二压部件20b的底端外侧相接触，即第二压部件20b的底端位于底座18和限位板24之间。限位板24用于限制第二压部件20b的底端位移，防止弹性件23过量地将第二压部件20b的底端顶出，导致基板4a上的压紧力过大。

进一步地，压块20还包括第三压部件20c，第三压部件20c水平设置在第二压部件20b的中部，且第三压部件20c的下表面搭接在限位板24的上表面。同时，限位板24与底座18活动连接，可以上下位移。在安装好全部的光器件4后，第二压部件20b和第三压部件20c均与限位板24相接触，且第二压部件20b向外稍微倾斜，第三压部件20c向上稍微翘起。当需要取下其中一个被夹持的光器件4时，只需按压第三压部件20c，则第三压部件20c会带动第二压部件20b的底端向内移动将弹性件23压缩，此时第一压部件20a的顶端向上抬起，不再压紧光器件4，因此可以取下对应的光器件4。而当耦合完成后需要取下全部的光器件4时，可直接下推限位板24，使得限位板24直接将全部第二压部件20b的底端向内挤压弹性件23，从而全部第一压部件20a的顶端均向上抬起，可以取出所有的光器件4，操作灵活。

进一步地，光器件夹具3滑动设置在光器件夹具导轨上，通过前后伺服电机驱动，当透镜夹具2完成上一个光器件4上透镜1的耦合封装后，可以移动光器件夹具3，使得下一个光器件4上的透镜1耦合位置移动至上一个的位置，从而透镜夹具2可以沿相同路径再次进行耦合，减少了运动控制步骤，提高了耦合精度和可靠性。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于COC准直透镜耦合的夹具，所述透镜由方形部分和从所述方形部分沿厚度方向朝两侧外凸的镜面部分组成，其特征在于，所述夹具包括透镜夹具和光器件夹具，所述透镜夹具具有多维的运动自由度，将上料的所述透镜夹持，移动至被所述光器件夹具夹持的光器件上的透镜耦合位置进行耦合。

2.根据权利要求1所述的用于COC准直透镜耦合的夹具，其特征在于，所述透镜夹具包括一伺服电机，所述伺服电机的第一端设置有相互平行的两条导轨槽，每条所述导轨槽内均设置有一滑块，所述滑块上固定设置一控制块，每块所述控制块的外侧固定设置一透镜夹爪，所述伺服电机的转轴上套设有一凸轮，所述凸轮的两侧分别与两块所述控制块的内侧相接触，所述凸轮位于每块所述控制块的外侧和内侧之间，所述凸轮旋转驱动两个所述控制块相向运动，产生两个所述透镜夹爪的夹紧动作。

3.根据权利要求2所述的用于COC准直透镜耦合的夹具，其特征在于，所述透镜夹爪的底端设置为长条形，与所述透镜的方形部分相对应，所述透镜夹爪的下表面成型有内凹的圆弧面，当夹取所述透镜时，所述圆弧面不会触碰所述透镜的镜面部分。

4.根据权利要求3所述的用于COC准直透镜耦合的夹具，其特征在于，所述透镜夹具设置在一多维运动平台上，所述多维运动平台具有五维的运动自由度，包括设置在支架上的X轴运动平台、设置在所述X轴运动平台上的Y轴运动平台、设置在所述Y轴运动平台上的Z轴运动平台、设置在所述Z轴运动平台上的绕Z轴旋转平台、以及设置在所述绕Z轴旋转平台上的绕Y轴旋转平台，所述伺服电机通过一连接臂与所述绕Y轴旋转平台连接。

5.根据权利要求4所述的用于COC准直透镜耦合的夹具，其特征在于，所述连接臂上还设置有一压力传感器。

6.根据权利要求1所述的用于COC准直透镜耦合的夹具，其特征在于，所述光器件夹具包括底座、设置在所述底座上表面的放置槽、以及设置在所述放置槽第一侧的压固结构，所述光器件依次放置于所述放置槽内，且被所述压固结构压紧固定。

7.根据权利要求6所述的用于COC准直透镜耦合的夹具，其特征在于，所述压固结构包括转动设置在所述底座第一侧的多个压块，每个所述压块与其中一个所述光器件相对应，所述压块设置呈“7”型，包括水平的第一压部件和竖直的第二压部件，两压部件的连接处与所述底座铰接，所述第一压部件的端部下表面设置有呈楔形的斜面，与所述光器件的第一侧上表面相接触；所述底座的第一侧侧壁上成型有多个与所述压块对应的安装圆孔，每个所述安装圆孔内均设置有一弹性件，所述弹性件的外端与所述第二压部件的底端内侧相接触，所述底座的第一侧还设置有一限位板，所述限位板与所述第二压部件的底端外侧相接触。

8.根据权利要求7所述的用于COC准直透镜耦合的夹具，其特征在于，所述压块还包括第三压部件，所述第三压部件水平设置在所述第二压部件的中部，所述第三压部件的下表面与所述限位板的上表面相接触，所述限位板与所述底座活动连接，可以上下位移。

9.根据权利要求6至8任意一项所述的用于COC准直透镜耦合的夹具，其特征在于，所述光器件夹具滑动设置在一光器件夹具导轨上，通过一前后伺服电机驱动。

Images