CN112740088A - 用于光学系统制造的方法 - Google Patents

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Abstract

这里描述的系统和方法涉及光学元件和光学系统的制造。一种示例方法包括提供第一基板，该第一基板具有设置在第一表面上的多个光发射器器件。该方法包括提供第二基板，该第二基板具有限定参考平面的安装表面。该方法包括在第二基板的安装表面上形成结构和光学间隔物。该方法另外包括将第一基板和第二基板联接在一起，使得第一基板的第一表面以相对于参考平面的一角度面对第二基板的安装表面。

Description

用于光学系统制造的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求享有2018年9月20日提交的美国专利申请第16/136429号的优先权，该美国专利申请通过引用全部结合于此。
背景技术
除非这里另外指出，否则本部分中描述的内容不是对于本申请中的权利要求的现有技术，并且不由于包含在本部分中而被承认是现有技术。
实现并保持复杂光学系统中的光学部件之间的正确对准可以代表难以克服的制造挑战。例如，一些光学系统包括应当根据安置公差来布置的部分，该安置公差可能为50微米、10微米或甚至更小。
发明内容
这里描述的系统和方法可应用于光学系统的制造。例如，本公开描述某些光学部件(例如导光装置和光学透镜)及其制造方法以提供光学系统。
在第一方面中，提供一种用于制造光学系统的方法。该方法包括提供第一基板。第一基板具有第一表面以及与第一表面相反的第二表面。多个光发射器器件设置在第一表面上。该方法包括提供第二基板。第二基板具有限定参考平面的安装表面。该方法另外包括在第二基板的安装表面上形成结构和光学间隔物。该方法还包括将至少一个间隔物联接到第二基板的安装表面。该方法还包括将至少一个圆柱形透镜联接到第二基板的安装表面。该方法包括将第一基板和第二基板联接在一起，使得第一基板的第一部分联接到第二基板的安装表面，并且第一基板的第二部分联接到形成在第二基板的安装表面上的光学间隔物，并且第一基板的第一表面以相对于参考平面的一角度面对第二基板的安装表面。
在第二方面中，提供一种光学系统。该光学系统包括第一基板。第一基板具有第一表面以及与第一表面相反的第二表面。多个光发射器器件设置在第一表面上。该光学系统还包括第二基板。第二基板具有限定参考平面的安装表面。第二基板包括在安装表面上的结构和光学间隔物、联接到安装表面的至少一个间隔物、以及联接到安装表面的至少一个圆柱形透镜。第一基板和第二基板联接在一起，使得第一基板的第一部分联接到在第二基板的安装表面上的光学间隔物，并且第一基板的第一表面以相对于参考平面的一角度面对第二基板的安装表面。
通过在适当的情况下参照附图阅读以下详细描述，其它方面、实施方式和实现方式对于本领域普通技术人员将变得明显。
附图说明
图1示出根据一示例实施方式的光学系统的框图。
图2示出根据一示例实施方式的光学系统。
图3A示出根据一示例实施方式的制造方法的一步骤。
图3B示出根据一示例实施方式的制造方法的一步骤。
图3C示出根据一示例实施方式的制造方法的一步骤。
图3D示出根据一示例实施方式的制造方法的一步骤。
图3E示出根据一示例实施方式的制造方法的一步骤。
图3F示出根据一示例实施方式的制造方法的一步骤。
图3G示出根据一示例实施方式的制造方法的一步骤。
图4示出根据一示例实施方式的方法。
具体实施方式
这里描述了示例方法、装置和系统。应当理解，词语“示例”和“示例性”在这里用于表示“用作示例、例子或例示”。这里被描述为“示例”或“示例性”的任何实施方式或特征不是必然被解释为相比于另外的实施方式或特征是优选的或有利的。在不脱离这里给出的主题的范围的情况下，可以利用另外的实施方式并且可以进行其它改变。
因此，这里描述的示例实施方式并不旨在是限制性的。如这里总体上所述并在附图中示出的本公开的方面可以以各种不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计，所有这些配置在这里都被考虑到。
此外，除非上下文另外表明，否则在每个附图中示出的特征可以彼此组合地使用。因此，在理解并非所有示出的特征对于每个实施方式来说是必要的情况下，附图应当通常被视为一个或更多个总体实施方式的组成方面。
I.概述
本公开提供用于制造光学系统的系统和方法，该系统和方法可以有利地提供多个光发射器与对应的多个光学透镜和导光歧管(例如波导和/或光导管)的可靠且可重复的对准。
一示例方法包括提供第一基板，该第一基板可以包括印刷电路板材料(例如FR-4)和/或柔性印刷电路板材料。在一些实施方式中，第一基板可以是约200微米厚。第一基板包括可沿着第一基板的表面布置的多个光发射器器件。在一些示例中，该方法可以包括使管芯键合机将所述多个光发射器器件安置在第一基板上。在一些实施方式中，第一基板可以另外包括多个弹簧结构。在这样的情形下，弹簧结构可以包括提供在第一基板的表面上的焊线环。另外地或替代地，弹簧结构可以包括软材料，诸如聚合物(例如硅酮)或另外的类似材料。弹簧结构可以包括但不限于配置为响应于变形(例如压缩)而施加恢复力的一种或更多种弹性材料。
该方法还包括提供第二基板。在一示例实施方式中，第二基板可以包括玻璃，但是其它材料是可能的。在一些实施方式中，第二基板的表面可以是非常平坦的从而提供地形参考平面。
该方法包括在第二基板上形成凸起部分。作为示例，凸起部分可以包括光刻限定的材料，诸如SU-8、PMMA等。其它增添和/或删减的制造方法被考虑到以形成凸起部分。在一些实施方式中，凸起部分可以相对于地形参考平面为约400微米高，但是用于凸起部分的其它高度值是可能的并被考虑到。凸起部分可以是光学部件，诸如导光歧管。
另外，该方法包括将至少一个间隔物和至少一个圆柱形透镜固定到第二基板。在一示例实施方式中，第二基板包括能够用于帮助定位间隔物和圆柱形透镜的多个三维对准结构(例如夹持器)。在一些示例中，这样的对准结构可以用光刻限定的材料(例如SU-8、PMMA等)形成或者形成为被蚀刻到第二基板(玻璃晶片)上的突起/凹陷。
在一些实施方式中，间隔物和圆柱形透镜可以由拉制的光纤形成。因此，间隔物和圆柱形透镜可以包括诸如玻璃(二氧化硅)、聚碳酸酯、聚乙烯、氟化物、硫族化物和/或其它光学材料的材料。在一些实施方式中，用于间隔物和圆柱形透镜的材料可以是不同的。例如，由于间隔物没有被利用其光学性质，因而间隔物完全不需要是光学材料。
在一示例实施方式中，圆柱形透镜可以在直径上为约125微米，并且间隔物可以在直径上为约50微米，然而其它尺寸是可能的并被考虑到。将拉制的纤维用于间隔物的好处在于，它可以在非常严格的制造公差(例如1-10微米变化或更小)之内沿其长度具有均匀的直径。
在示例实施方式中，该方法可以包括将粘合剂材料施加到第一基板和/或第二基板。在一些情形下，粘合剂材料可以包括光学环氧树脂、可UV固化的环氧树脂和/或可热固化的粘合剂。其它类型的粘合剂材料(例如带膜)被考虑到。粘合剂材料可以被施加在离光发射器器件、间隔物、圆柱形透镜和/或导光歧管相对远的区域。
该方法包括将第一基板与第二基板对准。该对准步骤可以包括布置两个相机以通过透明或半透明的第二基板的背侧表面查看第一基板和第二基板。第一相机可以布置为查看在第一基板和/或第二基板上的第一组对准特征，第二相机可以布置为查看在第一基板和/或第二基板上的第二组对准特征。在一些实施方式中，第一组对准特征和第二组对准特征可以沿着第一基板和/或第二基板(在一个基板或两个基板的范围附近)宽地间隔开从而更容易地检测和校正未对准。
在一些实施方式中，可以例如使用真空吸盘将真空施加到第一基板，以将第一基板保持在期望的位置。在这样的情形下，真空吸盘可以被附接到定位台，该定位台配置为根据期望的正确对准来调节第一基板相对于第二基板的位置。这样，对准步骤可以包括使定位台调节第一基板的位置从而对准第一基板和第二基板。例如，对准工具可以关于在基板平面中的两个轴线是顺应的和/或可调节的(例如在x轴和y轴上的倾斜/倾侧)，但是对于在x方向和y方向上的平移运动以及在z轴上的旋转运动是不顺应的。另外地或替代地，这样的对准工具可以测量第一基板和第二基板的相对角度和/或平移位置并主动旋转它们中的一个或两者，直到它们平行并被平移地对准为止。
在一些实施方式中，第一基板和第二基板之间的正确对准可以涉及光发射器器件的表面被定位为物理接触间隔物。此外，光发射器器件可以被定位从而朝向圆柱形透镜发射光。在一些实施方式中，圆柱形透镜可以为由光发射器器件发射的光提供快轴准直。
在包括在第一基板上的弹簧结构(例如焊线环或软聚合物材料)的实施方式中，正确的对准还可以包括弹簧结构被定位为物理接触在第二基板上的圆柱形透镜。
一旦第一基板和第二基板对准，该方法包括使定位台将第一基板与第二基板物理接触。在一些实施方式中，第一基板可以接触第二基板，使得第一基板形成从沿着第二基板上的地形参考平面的位置到沿着第二基板上的凸起部分的位置的“桥”。例如，当与第二基板接触时，第一基板可以相对于第二基板以约2度的倾斜成角度。
在这样的情形下，定位台可以在第一基板和第二基板之间施加并保持预定的接触力。在一些示例中，预定的接触力可以在10牛顿至100牛顿之间。在一些实施方式中，在对准过程期间，可以保持初始对准接触力(例如10牛顿)。一旦完成对准，就可以在粘合剂材料的固化期间施加更高的接触力(例如60牛顿)。
在一些实施方式中，接触力可以至少部分地通过以下中的一个或更多个之间的物理接触来提供：1)在第一基板上的光发射器器件与在第二基板上的间隔物接触；2)在第一基板上的弹簧结构与在第二基板上的圆柱形透镜接触；3)第一基板的第一部分(例如第一基板的第一端)与地形参考平面接触并且第一基板的第二部分(例如第一基板的与第一端相反的第二端)与第二基板的凸起部分接触。
在一些实施方式中，指示接触力的信息可以由可联接到真空吸盘和/或定位台的一个或更多个应变仪提供。在这样的情形下，应变仪可以包括一个或更多个荷重传感器(load cell)(例如剪切型、压缩型、荷重销等)。该方法可以包括基于由应变仪提供的信息来调节定位台从而实现和/或保持预定的接触力。另外地或替代地，该方法可以包括使用应变仪信息来建立和/或保持第一基板和第二基板的共面性。
在一些实施方式中，该方法包括，在保持预定的接触力(例如60牛顿)的同时固化粘合剂材料从而永久地接合第一基板和第二基板。例如，可以施加UV光来固化可UV固化的环氧树脂。另外地或替代地，可以施加热(例如用加热的卡盘)，从而固化可热固化的粘合剂材料。
在一些实施方式中，该方法可以包括“预弯曲”第一基板从而减小可能作用于使第一基板与第二基板分层的剥离力。例如，预弯曲工艺可以使第一基板塑性变形从而在随后将第一基板接合到第二基板时减小这样的剥离力。
II.示例光学系统
图1示出根据一示例实施方式的光学系统100的框图。光学系统100可以用于各种紧凑LIDAR系统。这样的LIDAR系统可以配置为提供关于给定环境中的一个或更多个对象(例如位置、形状等)的信息(例如点云数据)。在一示例实施方式中，LIDAR系统可以向运载工具提供点云信息、对象信息、映射信息或其它信息。运载工具可以是半自动化或全自动化的运载工具。例如，运载工具可以是自动驾驶汽车、自主无人飞行器、自主卡车或自主机器人。其它类型的运载工具和LIDAR系统在这里被考虑到。
光学系统100包括第一基板110，该第一基板110具有第一表面112以及与第一表面112相反的第二表面114。在一些实施方式中，第一基板110是印刷电路板(PCB)。然而，第一基板110可以由各种不同的材料形成，每种材料在本公开中被考虑到。在一些示例中，第一基板110可以为约200微米厚。然而，其它厚度是可能的并被考虑到。
在各种实施方式中，第一基板110包括在第一基板110的第一表面112上的多个弹簧结构160。弹簧结构160可以在垂直于第一基板110的表面的方向上提供顺应性的类似弹簧的力。在一些情况下，所述多个弹簧结构160可以包括多个环形焊线和/或软聚合物材料。其它类型的弹簧和/或类似弹簧的结构在这里被考虑到。
多个光发射器器件120设置在第一基板110的第一表面112上。所述多个光发射器器件120可以配置为提供红外波长(例如905nm)的光脉冲。其它波长和波长范围是可能的并被考虑到。所述多个光发射器器件120可以每个包括一个或更多个激光条或另外类型的发光结构。在一些实施方式中，用于所述多个光发射器器件120的控制电路(例如脉冲发生器电路)也可以沿着第一基板110的第一表面112设置。在另外的实施方式中，控制电路可以位于其它地方。
光学系统100还包括第二基板130，该第二基板130具有限定参考平面的安装表面132。第二基板130还包括在安装表面132上的结构136和光学间隔物137。在一些情况下，结构136可以由诸如光致抗蚀剂的聚合材料形成。例如，聚合材料可以包括SU-8聚合物、KloeK-CL负性光致抗蚀剂、Dow PHOTOPOSIT负性光致抗蚀剂、或JSR负色调THB光致抗蚀剂。将理解，结构136可以由其它聚合的可光图案化的材料形成。结构136可以是400微米厚的光图案化的材料层。然而，结构136可以为不同的厚度。
结构136可以包括配置为沿着传播方向高效地引导光的光波导。例如，结构136可以配置为耦合从所述多个光发射器器件120发射的光。这样的光的至少一部分可以经由全内反射在结构136的至少一部分内引导。在一些实施方式中，结构136可以包括配置为垂直于传播方向引导光的一个或更多个反射表面。在这样的情形下，光的至少一部分可以经由反射小平面(mirrored facet)耦合离开结构136。
在一些实施方式中，光学间隔物137可以被提供来改善结构136和第一基板110之间的光学隔离和/或保持结构136的光引导性能。例如，在一些情形下，光学间隔物137可以包括被部分蚀刻的不锈钢间隔物，其在结构136周围形成“隧道”或气隙。换句话说，这样的光学间隔物137可以在结构136的区域中被直接“夹”在第一基板110和第二基板130之间。也就是，空气—或相对于结构136的折射率具有低折射率的另外的材料—可以围绕结构136的至少一部分。在这样的情形下，结构136不需要直接联接到第一基板110，而是可以借助光学间隔物137间接联接到第一基板110。
换句话说，在一些实施方式中，光学间隔物137可以在结构136周围提供“脚手架”从而防止第一基板110物理接触结构136。光学间隔物137可以由铜、不锈钢或镍钴铁合金(诸如可伐(Kovar))形成。另外地或替代地，光学间隔物137的材料可以基于其热膨胀系数(CTE)来选择。具体地，光学间隔物137可以由具有与第二基板130的CTE相似(例如在10％或1％之内)的CTE的材料形成。
第二基板130包括联接到安装表面132的至少一个间隔物140。在一些实施方式中，所述至少一个间隔物140可以是圆柱形的且具有在40-60微米之间的直径。然而，所述至少一个间隔物140的其它直径或形状是可能的并被考虑到。在一些实施方式中，所述至少一个间隔物140可以用环氧树脂或另外类型的粘合剂联接到安装表面132。另外地或替代地，所述至少一个间隔物140可以设置在至少一对引导结构之间。所述至少一对引导结构可以配置为固定所述至少一个间隔物140以防止其离开到预定位置。
第二基板130还包括联接到安装表面132的至少一个圆柱形透镜150(或其它形状的透镜)。在一些实施方式中，所述至少一个圆柱形透镜150可以用环氧树脂或另外类型的粘合剂联接到安装表面132。另外地或替代地，所述至少一个圆柱形透镜150可以设置在至少一对引导结构之间。所述至少一对引导结构可以配置为将所述至少一个圆柱形透镜150固定到预定位置。在一示例实施方式中，圆柱形透镜150可以用于将发射的光聚焦、散焦、引导和/或以其它方式耦合到结构136中。在一些实施方式中，圆柱形透镜150的直径可以为约100-200微米。然而，其它直径是可能的并被考虑到。此外，可以使用其它形状的透镜来代替所述至少一个圆柱形透镜150，或者除了所述至少一个圆柱形透镜150之外还可以使用其它形状的透镜。
第一基板110和第二基板130联接在一起，使得第一基板110的第一部分116联接到在第二基板130的安装表面132上的光学间隔物137。第一基板110的第一表面112以相对于参考平面的一角度面对第二基板130的安装表面132。
在一些实施方式中，所述至少一个间隔物140和/或所述至少一个圆柱形透镜150可以包括光纤。在另外的实施方式中，所述至少一个间隔物140和/或所述至少一个圆柱形透镜150可以包括诸如玻璃(硅石)、聚碳酸酯、聚乙烯、氟化物、硫族化物和/或其它光学材料的材料。在另外的实施方式中，所述至少一个间隔物140完全不需要是光学材料。在这样的情形下，所述至少一个间隔物140可以由硅、陶瓷或另外的光学不透明的材料形成。
在一些实施方式中，第一基板110包括在第一基板110的第一表面112上的多个弹簧结构160。第一基板110和第二基板130联接在一起，使得：a)所述多个光发射器器件120中的至少一个光发射器器件与所述至少一个间隔物140物理接触；以及b)所述多个弹簧结构160中的至少一个弹簧结构与所述至少一个圆柱形透镜150物理接触。
图2示出根据一示例实施方式的光学系统200的侧视图和特写侧视图。光学系统200可以与光学系统100相似或相同，如参照图1示出和描述的。例如，光学系统200包括第一基板110和第二基板130。多个光发射器器件120联接到第一基板110的第一表面112。尽管图2示出单个光发射器器件120，但是在一些实施方式中，光发射器器件120可以包括多个光发射器器件(例如256个或更多个激光条)。在一示例实施方式中，所述多个光发射器器件可以沿着y轴延伸“到页面中”。
在一些实施方式中，多个弹簧结构160可以联接到第一基板110的第一表面112。尽管图2示出单个弹簧结构160，但是在一些实施方式中，光学系统200可以包括多个弹簧结构(例如10个、50个、100个或更多个弹簧结构)。在一示例实施方式中，所述多个弹簧结构160可以沿着y轴延伸“到页面中”。
第二基板130具有其上安装间隔物140、圆柱形透镜150、结构136和光学间隔物137的安装表面132。在一示例实施方式中，圆柱形透镜150可以沿着安装表面132设置并设置在间隔物140和结构136之间。如图2所示，间隔物140和圆柱形透镜150可以是圆柱形成形的并沿着y轴延伸。然而，间隔物140、圆柱形透镜150、结构136和光学间隔物137的其它形状和布置是可能的并被考虑到。在一些实施方式中，第二基板130可以是部分透明的。作为示例，第二基板130可以是玻璃或在可见波长中基本上光学透明的另外的材料。
第一基板110至少在两个位置联接到第二基板130：1)第一基板110的第一部分116可以联接到第二基板130的安装表面132；以及2)第一基板110的第二部分118可以联接到在第二基板130上的光学间隔物137。在这样的情形下，第一基板110的第一表面112面对安装表面132。
在一些实施方式中，将第一基板110联接到第二基板130可以包括使用环氧树脂或另外的光学粘合剂材料来接合这两个基板。如图2所示的将第一基板110和第二基板130联接可以使所述至少一个光发射器器件120的顶表面222物理接触间隔物140。这样，间隔物140可以配置为充当光发射器器件120在z方向上的“着落地”或停止件。也就是，当第一基板110联接到第二基板130时，间隔物140可以控制光发射器器件120的z高度。
光发射器器件120可以包括外延生长的激光二极管区域224。激光二极管区域224可以包括半导体材料，光子以特定的发射图案从该半导体材料发射。通过控制光发射器器件120的z高度，可以定位外延生长的激光二极管区域224的发射图案226的位置从而与圆柱形透镜150相互作用。
另外，将第一基板110联接到第二基板130可以使弹簧结构160物理接触圆柱形透镜150。也就是，弹簧结构160的至少一部分可以向下(在-z方向上)推动到圆柱形透镜150的外表面上。这样做时，弹簧结构160可以帮助将圆柱形透镜150保持和/或定位在期望的位置。
III.示例方法
图3A-图3G示出根据一个或更多个示例实施方式的制造方法的各个步骤。将理解，各个步骤中的至少一些可以以与这里呈现的顺序不同的顺序来执行。此外，可以添加、减去、调换和/或重复步骤。图3A-图3G可以用作对关于如关于图4示出和描述的方法400描述的步骤或阶段中的至少一些的示例说明。另外，可以执行图3A-图3G的一些步骤从而提供如参照图1和图2示出和描述的光学系统100。
图3A示出根据一示例实施方式的制造方法的步骤300。步骤300包括提供第一基板110。如所示出的，第一基板110可以包括第一表面112和第二表面114。可以在第一表面112上设置多个光发射器器件120。所述多个光发射器器件120可以沿着y轴延伸。在一些实施方式中，外延生长的激光二极管区域224可以位于在光发射器器件120的顶表面222下方的已知距离处。可以将多个弹簧结构160安置在第一表面112上。例如，弹簧结构160可以包括使用焊线机施加到第一表面112的焊线。另外地或替代地，弹簧结构160可以包括可用移液管、注射器或另外类型的施加器施加的软聚合物材料。
图3B示出根据一示例实施方式的制造方法的步骤310。步骤310包括提供第二基板130。第二基板130包括安装表面132和背侧表面234。在一些实施方式中，第二基板130可以是部分或完全透明的。例如，第二基板130可以由玻璃或对可见光基本上透明的另外的材料来形成。
图3C示出根据一示例实施方式的制造方法的步骤320。步骤320包括在安装表面132上形成结构136和光学间隔物137。在一些实施方式中，形成结构136可以包括一个或更多个光刻曝光以限定可光限定的抗蚀剂材料。在一些实施方式中，结构136可以是配置为经由例如全内反射来引导光的光波导。如这里在其它地方所述，光学间隔物137可以包括不锈钢“脚手架”以在结构136周围保持气隙。
图3D示出根据一示例实施方式的制造方法的步骤330。步骤330包括将间隔物140联接到第二基板130的安装表面132。在一些实施方式中，将间隔物140联接到安装表面132可以包括使用拾取和安置系统沿着安装表面132将间隔物140定位在期望位置。另外地或替代地，可以使用环氧树脂或另外的粘合剂材料将间隔物140联接到安装表面132。
在一些实施方式中，在沿着安装表面132定位间隔物140之前或之后，可以将三维对准结构142施加到安装表面。对准结构142可以帮助正确地定位间隔物140和/或帮助保持其位置。在一些情况下，可以定位对准结构142以形成用于间隔物140的狭槽。换句话说，对准结构142可以夹紧间隔物140从而将其固定或紧固在适当的位置。可以使用光刻来限定对准结构142。例如，可以用可光限定的材料来形成对准结构142。
图3E示出根据一示例实施方式的制造方法的步骤340。步骤340包括将圆柱形透镜150联接到第二基板130的安装表面132。在一些实施方式中，将圆柱形透镜150联接到安装表面132可以包括使用拾取和安置系统沿着安装表面132将圆柱形透镜150定位在期望的位置。另外地或替代地，可以使用环氧树脂或另外的粘合剂材料将圆柱形透镜150联接到安装表面132。
在一些实施方式中，在沿着安装表面132定位圆柱形透镜150之前或之后，可以将三维对准结构152施加到安装表面。对准结构152可以帮助正确地定位圆柱形透镜150和/或帮助保持其位置。在一些情况下，可以定位对准结构152以形成用于圆柱形透镜150的狭槽。换句话说，对准结构152可以夹紧圆柱形透镜150从而将其固定或紧固在适当的位置。可以使用光刻来限定对准结构152。例如，可以用可光限定的材料来形成对准结构152。
图3F示出根据一示例实施方式的制造方法的步骤350。步骤350包括将第一基板110联接到第二基板130。也就是，将第一基板110的第一部分116联接到第二基板130的安装表面132，并将第一基板110的第二部分118联接到光学间隔物137。这样做时，第一基板110的第一表面112面对安装表面132。
当将第一基板110联接到第二基板130时，所述多个光发射器器件120可以与间隔物140物理接触。也就是，所述多个光发射器器件120的相应的顶表面222可以推压间隔物140。此外，作为联接第一基板110和第二基板130的结果，圆柱形透镜150可以与弹簧结构160物理接触。也就是，在一些实施方式中，弹簧结构160可以弯曲从而向圆柱形透镜150的表面顺应地提供力。在这种布置中，可以相对于圆柱形透镜150定位外延生长的激光二极管区域224，使得激光二极管区域224发射被圆柱形透镜150快轴准直的光。
在一些实施方式中，第一基板110可以由于施加在其上的一个或更多个物理力而弯曲。例如，第一表面112和第二表面114可以关于第一基板110的预联接条件被弯曲。也就是，在将第一基板110联接到第二基板130之前，第一基板110可以是基本上平坦的。然而，在将第一基板110联接到第二基板130之后，第一基板110的至少一部分可以弯曲以平衡由间隔物140施加在光发射器器件120的顶表面222上的力和/或由弹簧结构160施加在圆柱形透镜150上的力，反之亦可。
在一些示例中，在将第一基板110与第二基板130联接之前，可以“预弯曲”第一基板110。在这样的情形下，可以用热和/或压力使第一基板110塑性变形从而更顺应地与第二基板130联接。例如，可以预弯曲第一基板110的第一部分116和第一基板110的第二部分118，从而减少在与第二基板130联接之后的分层问题。其它“预弯曲”步骤被考虑到从而减少或消除光学系统100的第一基板110、第二基板130和/或其它部件上的物理应力。
图3G示出根据一示例实施方式的制造方法的步骤360。步骤360可以包括使所述多个光发射器器件120根据发射图案362发射光。发射图案362的至少一部分可以与圆柱形透镜150相互作用。在这样的情形下，聚焦光364可以耦合到结构136中并在结构136内沿着x方向传播作为被引导光366。被引导光366可以在使用例如一个或更多个光电探测器的光学系统(例如相机)中在其它地方成像。步骤360可以例如在制造期间用作或在正常操作期间周期性地用作校准步骤，以检查光学系统100的部件的正确对准。作为示例，可以用自动光学检查(AOI)技术来检查/保持光学系统100的对准。例如，AOI可以通过检查基准标记、光学游标标记或其它类型的对准指示符来确认第一基板和第二基板的对准。在一些情况下，AOI可以包括通过经由第二基板130的透明部分成像来观察这样的标记。
图4示出根据一示例实施方式的方法400。方法400可以至少部分地借助于参照图3A-图3G示出和描述的制造步骤或方框中的一些或全部来执行。将理解，方法400可以包括比这里明确公开的步骤或方框更少或更多的步骤或方框。此外，方法400的各个步骤或方框可以按任何顺序执行，并且每个步骤或方框可以被执行一次或更多次。在一些实施方式中，可以执行方法400及其步骤或方框以提供可与如参照图1和图2示出和描述的光学系统100相似或相同的光学系统。
方框402包括提供第一基板，该第一基板具有第一表面以及与第一表面相反的第二表面。在一些示例中，第一基板可以包括印刷电路板。然而，其它材料被考虑到。多个光发射器器件设置在第一基板的第一表面上。这样，方法400可以包括使用拾取和安置系统将光发射器器件定位在第一表面上。在一些情形下，可以用环氧树脂、铟共晶材料或另外类型的粘合剂材料将光发射器器件接合到第一表面。
方法400可以另外地包括将光发射器器件电连接到控制电路(例如脉冲发生器电路)，该控制电路可以位于第一基板上或其它地方。例如，将光发射器器件电连接到它们各自的控制电路可以包括使用焊线机系统或带焊机系统在它们之间形成一个或更多个焊线。
方框404包括提供第二基板，该第二基板具有限定参考平面的安装表面。第二基板可以包括透明的至少一个部分从而提供如下所述的用于将第二基板与第一基板对准的对准窗口。
方框406包括在第二基板的安装表面上形成结构和光学间隔物。在一些实施方式中，在第二基板的安装表面上形成所述结构包括执行光刻工艺以用可光刻限定的材料来限定所述结构。在一些实施方式中，所述结构可以包括可由SU-8或另外的光学材料形成的光波导。如这里在其它地方所述，光学间隔物可以由不锈钢形成并可以提供脚手架以在所述结构周围保持气隙。
方框408包括将至少一个间隔物联接到第二基板的安装表面。在一些实施方式中，将所述至少一个间隔物联接到安装表面可以包括使用拾取和安置机器将所述至少一个间隔物定位在第二基板上的期望位置。如这里在其它地方所述，所述至少一个间隔物可以包括光纤。然而，其它材料和形状是可能的并被考虑到。
方框410包括将至少一个圆柱形透镜联接到第二基板的安装表面。在一些实施方式中，将所述至少一个间隔物或所述至少一个圆柱形透镜联接到第二基板的安装表面可以包括将所述至少一个间隔物或所述至少一个圆柱形透镜联接到在第二基板的安装表面上的多个三维对准结构。
方框412包括将第一基板和第二基板联接在一起，使得第一基板的第一部分联接到第二基板的安装表面，并且第一基板的第二部分联接到形成在第二基板的安装表面上的光学间隔物，并且第一基板的第一表面以相对于参考平面的一角度面对第二基板的安装表面。
在一些实施方式中，形成在第二基板的安装表面上的所述结构可以是光波导。在这样的情形下，将第一基板和第二基板联接在一起包括经由所述至少一个圆柱形透镜将所述多个光发射器器件中的至少一个光发射器器件光学耦合到该光波导。
在示例实施方式中，将第一基板和第二基板联接在一起包括使所述多个光发射器器件中的至少一个光发射器器件与所述至少一个间隔物物理接触。
在一些实施方式中，提供第一基板可以包括在第一基板的第一表面上形成多个弹簧结构。在这样的情形下，将第一基板和第二基板联接在一起可以包括使所述多个弹簧结构中的至少一个弹簧结构与所述至少一个圆柱形透镜物理接触。在一些情况下，所述多个弹簧结构可以包括多个环形焊线。也就是，方法400可以包括(例如用引线键合系统)将所述多个环形焊线施加到第一基板的第一表面的步骤。
另外地或替代地，弹簧结构可以包括软聚合物材料。在这样的情形下，可以使用移液器、注射器或另外类型的施加器手动地或用自动化系统来施加该软聚合物材料。
在一些实施方式中，将第一基板和第二基板联接在一起可以包括将粘合剂材料施加到第一基板的第一部分或第二基板的安装表面中的至少一个。在这样的情形下，方法400可以包括将粘合剂材料施加到第一基板的第二部分或形成在第二基板的安装表面上的光学间隔物中的至少一个。此外，方法400可以包括固化粘合剂材料，使得第一基板的第一部分接合到第二基板的安装表面，并且第一基板的第二部分接合到形成在第二基板的安装表面上的光学间隔物。
方法400可以包括在将第一基板和第二基板联接在一起之前使第一基板和第二基板相对于彼此对准。例如，在其中第二基板包括透明部分的一些实施方式中，使第一基板和第二基板相对于彼此对准可以包括通过第二基板的透明部分对第一基板的至少一部分成像。此外，在这样的情形下，使第一基板和第二基板相对于彼此对准可以包括调节第一基板相对于第二基板的位置以实现第一基板和第二基板的期望对准。
另外地或可选地，将第一基板和第二基板联接在一起可以包括向第一基板的第二表面施加预定的力(例如在10牛顿至100牛顿之间)。力的其它值被考虑到并且是可能的。
附图所示的特定布置不应被视为是限制性的。应当理解，另外的实施方式可以包括给定附图所示的每种元件的更多或更少。此外，所示出的元件中的一些可以被组合或省略。此外，说明性的实施方式可以包括没有在附图中示出的元件。
代表信息处理的步骤或方框可以对应于可配置为执行这里描述的方法或技术的特定逻辑功能的电路。替代地或另外地，代表信息处理的步骤或方框可以对应于模块、区段、物理计算机(例如现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC))、或程序代码(包括相关数据)的一部分。该程序代码可以包括可由处理器执行的一个或更多个指令，以实现所述方法或技术中的特定的逻辑功能或动作。程序代码和/或相关数据可以存储在任何类型的计算机可读介质(诸如包括磁盘、硬盘驱动器或其它存储介质的存储装置)上。
计算机可读介质还可以包括非暂时性计算机可读介质，诸如短时期内存储数据的计算机可读介质，如寄存器存储器、处理器高速缓存和随机存取存储器(RAM)。计算机可读介质还可以包括更长时期内存储程序代码和/或数据的非暂时性计算机可读介质。因此，例如，计算机可读介质可以包括二级或永久性长期存储，如只读存储器(ROM)、光盘或磁盘、紧凑盘只读存储器(CD-ROM)。计算机可读介质还可以是任何其它易失性或非易失性存储系统。计算机可读介质可以被认为是例如计算机可读存储介质或有形存储装置。
尽管已经公开了各种示例和实施方式，但是其它示例和实施方式对于本领域技术人员将是明显的。各种公开的示例和实施方式是用于说明的目的，而不旨在进行限制，真正范围由所附权利要求指示。

Claims (20)

1.一种用于制造光学系统的方法，所述方法包括：
提供第一基板，其中所述第一基板具有第一表面以及与所述第一表面相反的第二表面，以及其中多个光发射器器件设置在所述第一表面上；
提供第二基板，其中所述第二基板具有限定参考平面的安装表面；
在所述第二基板的所述安装表面上形成结构和光学间隔物；
将间隔物联接到所述第二基板的所述安装表面；
将圆柱形透镜联接到所述第二基板的所述安装表面；以及
将所述第一基板和所述第二基板联接在一起，使得所述第一基板的第一部分联接到所述第二基板的所述安装表面，并且所述第一基板的第二部分联接到形成在所述第二基板的所述安装表面上的所述光学间隔物，并且所述第一基板的所述第一表面以相对于所述参考平面的一角度面对所述第二基板的所述安装表面。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一基板包括印刷电路板。
3.根据权利要求1所述的方法，其中形成在所述第二基板的所述安装表面上的所述结构包括光波导。
4.根据权利要求3所述的方法，其中将所述第一基板和所述第二基板联接在一起包括经由所述至少一个圆柱形透镜将所述多个光发射器器件中的至少一个光发射器器件光学耦合到所述光波导。
5.根据权利要求1所述的方法，其中将所述第一基板和所述第二基板联接在一起包括使所述多个光发射器器件中的至少一个光发射器器件与所述至少一个间隔物物理接触。
6.根据权利要求1所述的方法，其中提供所述第一基板包括在所述第一基板的所述第一表面上形成多个弹簧结构。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述多个弹簧结构包括软聚合物材料或多个环形焊线中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的方法，其中将所述第一基板和所述第二基板联接在一起包括使所述多个弹簧结构中的至少一个弹簧结构与所述至少一个圆柱形透镜物理接触。
9.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第二基板的所述安装表面上形成所述结构包括执行光刻工艺以用可光刻限定的材料来限定所述结构。
10.根据权利要求1所述的方法，其中将所述至少一个间隔物或所述至少一个圆柱形透镜联接到所述第二基板的所述安装表面包括将所述至少一个间隔物或所述至少一个圆柱形透镜联接到在所述第二基板的所述安装表面上的多个三维对准结构。
11.根据权利要求1所述的方法，其中将所述第一基板和所述第二基板联接在一起包括：
将粘合剂材料施加到所述第一基板的所述第一部分或所述第二基板的所述安装表面中的至少一个；
将所述粘合剂材料施加到所述第一基板的所述第二部分或形成在所述第二基板的所述安装表面上的所述结构中的至少一个；以及
固化所述粘合剂材料，使得所述第一基板的所述第一部分接合到所述第二基板的所述安装表面，并且所述第一基板的所述第二部分接合到形成在所述第二基板的所述安装表面上的所述光学间隔物。
12.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在将所述第一基板和所述第二基板联接在一起之前，使所述第一基板和所述第二基板相对于彼此对准。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第二基板包括透明部分，其中使所述第一基板和所述第二基板相对于彼此对准包括通过所述第二基板的所述透明部分对所述第一基板的至少一部分成像。
14.根据权利要求12所述的方法，其中使所述第一基板和所述第二基板相对于彼此对准包括调节所述第一基板相对于所述第二基板的位置，以实现所述第一基板和所述第二基板的期望对准。
15.根据权利要求1所述的方法，其中将所述第一基板和所述第二基板联接在一起包括向所述第一基板的所述第二表面施加预定的力。
16.一种光学系统，包括：
第一基板，其中所述第一基板具有第一表面以及与所述第一表面相反的第二表面，以及其中多个光发射器器件设置在所述第一表面上；
第二基板，其中所述第二基板具有限定参考平面的安装表面，其中所述第二基板包括：
在所述安装表面上的结构和光学间隔物；
联接到所述安装表面的至少一个间隔物；以及
联接到所述安装表面的至少一个圆柱形透镜，其中所述第一基板和所述第二基板联接在一起，使得所述第一基板的第一部分联接到在所述第二基板的所述安装表面上的所述光学间隔物，并且所述第一基板的所述第一表面以相对于所述参考平面的一角度面对所述第二基板的所述安装表面。
17.根据权利要求16所述的光学系统，其中所述第一基板包括印刷电路板。
18.根据权利要求16所述的光学系统，其中所述第一基板包括在所述第一基板的所述第一表面上的多个弹簧结构，其中所述多个弹簧结构包括软聚合物材料和多个环形焊线中的至少一种。
19.根据权利要求16所述的光学系统，其中所述至少一个间隔物或所述至少一个圆柱形透镜中的至少之一包括光纤。
20.根据权利要求16所述的光学系统，其中所述第一基板包括在所述第一基板的所述第一表面上的多个弹簧结构，其中所述第一基板和所述第二基板联接在一起，使得：a)所述多个光发射器器件中的至少一个光发射器器件与所述至少一个间隔物物理接触；以及b)所述多个弹簧结构中的至少一个弹簧结构与所述至少一个圆柱形透镜物理接触。
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