CN113872041B - 一种透镜、无源耦合方法、无源耦合装置及光模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学器件技术领域，具体公开一种透镜、无源耦合方法、无源耦合装置及光模块，所述透镜包括进光面、出光面和供无源耦合使用的标识点，所述标识点位于所述出光面的后焦平面上。本发明提供一种透镜、无源耦合方法、无源耦合装置及光模块，透镜、无源耦合方法、无源耦合装置及光模块，耦合速度较快。

Description

一种透镜、无源耦合方法、无源耦合装置及光模块

技术领域

本发明涉及光学器件技术领域，尤其涉及一种透镜、无源耦合方法、无源耦合装置及光模块。

背景技术

光模块通常包括用于发射激光射线的发光芯片和用于改变激光射线的传播方向的透镜。改变透镜与发光芯片的相对位置，即可改变激光射线离开光模块后的传播方向。一般地，调试人员需要反复调整透镜的位置，使得激光射线离开透镜的出光面时的传播方向与透镜的出光面的光轴平行，此即为耦合过程。

参见图1，传统耦合方法为有源耦合，即需要启动发光芯片发出激光射线，具体如下：

S100：将透镜103移动至与发光芯片101耦合的大致位置；

S200：将发光芯片101接入电源，启动发光芯片101；发光芯片101发出的激光射线竖直向上从透镜103的进光面1031进入透镜103，在透镜103内部经过反射改变方向后，向右从透镜103的出光面1032离开透镜103；

S300：在透镜103的出光面1032处用光功率计2接收离开透镜103后的激光射线；

S400：通过调整机构反复微调透镜103的位置和角度，并获取各个位置和角度下激光射线的实时功率；

S500：指定的测试时间内，激光射线的实时功率最高时对应的透镜位置和角度，即为透镜103的最佳耦合位置。

传统的耦合方法需要使用光功率计，耦合的设备成本较高。

发明内容

本发明的一个目的在于，提供一种透镜、无源耦合方法、无源耦合装置及光模块，无需使用光功率计即可实现透镜和发光芯片的耦合，耦合成本较低。

为达以上目的，一方面，本发明提供一种透镜，包括进光面、出光面和供无源耦合使用的标识点，所述标识点位于所述出光面的后焦平面上。

可选的，所述透镜内还设有用于将进入所述进光面的光束反射至所述出光面的反射面。

可选的，所述进光面和出光面均为非球面。

可选的，所述标识点为凸点、凹点或者图案标记。

另一方面，提供一种无源耦合方法，适用于任一所述的透镜，包括：

在透镜的出光面的后焦平面上制作标识点；

将所述透镜移动至与发光芯片耦合的位置，使所述发光芯片与透镜的前出光面相对；

微调所述透镜的位置和角度，并在所述透镜的后焦平面远离所述透镜的一侧进行观测，直至观测到的标识点和发光芯片二者的清晰度和位置同时满足要求；

记录所述透镜的位置坐标，完成耦合。

可选的，所述微调所述透镜的位置和角度，并在所述透镜的后焦平面远离所述透镜的一侧进行观测，直至观测到的标识点和发光芯片二者的清晰度和位置同时满足要求，包括：

在所述透镜的后焦平面远离所述透镜的一侧架设摄像头，所述摄像头可直接观测所述标识点和通过所述透镜间接观测所述发光芯片；

调节所述摄像头的焦距，对所述标识点进行锁定对焦；

微调所述透镜的位置和角度，判断此时所述摄像头通过所述透镜获取的所述发光芯片的成像的清晰度和位置是否满足要求；若是，停止微调所述透镜的位置和角度；若否，继续微调所述透镜的位置和角度。

可选的，所述摄像头和出光面二者的光轴在一条直线上。

又一方面，提供一种无源耦合装置，用于执行任一所述的无源耦合方法，包括：

标识制作装置，用于在透镜的出光面的后焦平面上制作标识点；

耦合调位平台，用于：

将所述透镜移动至与发光芯片耦合的位置，使所述发光芯片与透镜的前出光面相对；

微调所述透镜的位置和角度；

摄像头，用于在所述透镜的后焦平面远离所述透镜的一侧进行观测，直至观测到的标识点和发光芯片二者的清晰度同时满足要求；

记录模块，用于记录所述透镜的位置坐标，完成耦合。

可选的，所述耦合调位平台具有六个调节自由度。

再一方面，提供一种光模块，由任一所述的无源耦合方法制成。

本发明的有益效果在于：提供一种透镜、无源耦合方法、无源耦合装置及光模块，于透镜的后焦平面处制作标记点，后续进行耦合时，当摄像头能同时清晰地观测到发光芯片和标识点，且观测结果不发生变形、模糊和移位等情况时，就能判定入射至进光面的光线与离开出光面的光线互相垂直，该情况下透镜的位置就是最佳耦合位置，因此，本发明提供的透镜、无源耦合方法、无源耦合装置及光模块，无需使用光功率计即可实现透镜与发光芯片的快速耦合，耦合成本较低，且耦合速度较快，具有较大的推广价值。

附图说明

为了更清楚地说明本实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是背景技术提供的光模块进行有源耦合时的示意图；

图2为本发明实施例一提供的无源耦合方法的流程图；

图3为本发明实施例一提供的光模块的结构示意图；

图4是本发明实施例二提供的无源耦合装置的结构框图。

图中：

1、光模块；101、发光芯片；102、电路板；103、透镜；1031、进光面；1032、出光面；1033、反射面；1034、延伸凸台；1035、后焦平面；1036、标识点；

2、光功率计；

3、摄像头；

4、标识制作装置；

5、耦合调位平台；

6、记录模块。

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本实施例提供一种透镜、适用于该透镜的无源耦合方法以及由所述无源耦合方法制成的光模块，适用于光学器件领域中对发光芯片和透镜进行对位耦合的应用场景，无需使用光功率计等昂贵的设备，耦合成本较低，且耦合速度较快，有利于提高生产效率。

参见图2，所述无源耦合方法包括如下步骤：

S10：在透镜的出光面的后焦平面上制作标识点。

参见图3，本实施例提供的光模块1包括发光芯片101、与所述发光芯片101电连接的电路板102以及位于所述电路板102上方并罩盖所述发光芯片101的透镜103。

其中，所述透镜103包括与所述发光芯片101相对的进光面1031、位于透镜103侧面的出光面1032以及用于将进入所述进光面1031的光束反射至所述出光面1032的反射面1033。可选的，所述进光面1031和出光面1032均为非球面。

需要指出的是，本实施例中的透镜103底部朝向出光面1032的后焦平面的方向凸伸有延伸凸台1034，所述延伸凸台1034的端面与后焦平面1035重合，所述延伸凸台1034的端面设有标识点1036。本实施例中，所述标识点1036可以为凸点、凹点或者图案标记等可视化的特征。

S20：将所述透镜移动至与发光芯片耦合的位置，使所述发光芯片与透镜的前出光面相对。

先将透镜罩盖发光芯片，实现初步定位。

S30：微调所述透镜的位置和角度，并在所述透镜的后焦平面远离所述透镜的一侧进行观测，直至观测到的标识点和发光芯片二者的清晰度和位置同时满足要求。

具体地，所述S30包括：

S301：在所述透镜103的后焦平面1035远离所述透镜103的一侧架设摄像头3，所述摄像头3可直接观测所述标识点1036和通过所述透镜103间接观测所述发光芯片101；

可选的，使所述摄像头3和出光面1032二者的光轴在一条直线上，如此设置可使透镜103处于最佳耦合位置时，摄像头3观测到的发光芯片101的成像位于摄像头3的视觉中心处，故以此作为发光芯片101的成像位置是否满足要求的判断标准；

S302：调节所述摄像头3的焦距，对所述标识点1036进行锁定对焦，以便保证对标识点1036成像的清晰度能满足要求；需要说明的是，由于后续的透镜调节是微调，故不会影响摄像头的对焦情况；

S303：微调所述透镜103的位置和角度，判断此时所述摄像头3通过所述透镜103获取的所述发光芯片101的成像的清晰度和位置是否满足要求；若是，说明此时透镜正处于最佳耦合位置，可以停止微调所述透镜的位置和角度；若否，则继续微调所述透镜的位置和角度。

需要说明的是，在步骤S30中，不仅无需使用昂贵的光功率计，节省设备成本，而且全程无需向发光芯片供电，即，耦合过程属于无源耦合，节约电能，有利于降低生产成本。

S40：记录所述透镜的位置坐标，完成耦合。

由于标记点位于后焦平面处，因此，当摄像头能同时清晰地观测到发光芯片和标识点，且观测结果不发生变形、模糊和移位等情况时，就能判定入射至进光面的光线与离开出光面的光线互相垂直，因此，该情况下透镜的位置就是最佳耦合位置，一般情况下，使用光功率计耦合得到的最佳耦合位置也是这个位置，本实施例提供的耦合方法能缩减耦合成本、提高耦合效率。

实施例二

本实施例提供的无源耦合装置可用于执行本发明的实施例提供的无源耦合方法，具备相应的功能和有益效果。

参见图4，一种无源耦合装置，包括：

标识制作装置4，用于在透镜的出光面的后焦平面上制作标识点；

耦合调位平台5，用于：

将所述透镜移动至与发光芯片耦合的位置，使所述发光芯片与透镜的前出光面相对；

微调所述透镜的位置和角度；

摄像头3，用于在所述透镜的后焦平面远离所述透镜的一侧进行观测，直至观测到的标识点和发光芯片二者的清晰度同时满足要求；

记录模块6，用于记录所述透镜的位置坐标，完成耦合。

可选的，所述耦合调位平台为具有六个调节自由度（沿X轴平移、沿Y轴平移、沿Z轴平移、绕X轴旋转、绕Y轴旋转以及绕Z轴旋转）的调整机构，例如六轴调整平台或者六轴机械手等。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统，单元，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的所有实施例仅仅是示意性的，例如，上述单元或者模块等的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元、模块以及组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个计算机可读存储介质中，包括若干指令用以使得一台终端设备（可以是手机，笔记本，或者其他电子设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-OnlyMemory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种无源耦合方法，其特征在于，包括：

在透镜的出光面的后焦平面上制作标识点；

将所述透镜移动至与发光芯片耦合的位置，使所述发光芯片与透镜的前出光面相对；

微调所述透镜的位置和角度，并在所述透镜的后焦平面远离所述透镜的一侧进行观测，直至观测到的标识点和发光芯片二者的清晰度和位置同时满足要求，包括：

在所述透镜的后焦平面远离所述透镜的一侧架设摄像头，所述摄像头可直接观测所述标识点和通过所述透镜间接观测所述发光芯片；

调节所述摄像头的焦距，对所述标识点进行锁定对焦；

微调所述透镜的位置和角度，判断此时所述摄像头通过所述透镜获取的所述发光芯片的成像的清晰度和位置是否满足要求；若是，停止微调所述透镜的位置和角度；若否，继续微调所述透镜的位置和角度；

记录所述透镜的位置坐标，完成耦合。

2.根据权利要求1所述的无源耦合方法，其特征在于，所述摄像头和出光面二者的光轴在一条直线上。

3.一种无源耦合装置，用于执行权利要求1~2任一项所述的无源耦合方法，其特征在于，包括：

标识制作装置，用于在透镜的出光面的后焦平面上制作标识点；

耦合调位平台，用于：

将所述透镜移动至与发光芯片耦合的位置，使所述发光芯片与透镜的前出光面相对；

微调所述透镜的位置和角度；

摄像头，用于在所述透镜的后焦平面远离所述透镜的一侧进行观测，直至观测到的标识点和发光芯片二者的清晰度同时满足要求，具体地：

在所述透镜的后焦平面远离所述透镜的一侧架设摄像头，所述摄像头可直接观测所述标识点和通过所述透镜间接观测所述发光芯片；

调节所述摄像头的焦距，对所述标识点进行锁定对焦；

微调所述透镜的位置和角度，判断此时所述摄像头通过所述透镜获取的所述发光芯片的成像的清晰度和位置是否满足要求；若是，停止微调所述透镜的位置和角度；若否，继续微调所述透镜的位置和角度；

记录模块，用于记录所述透镜的位置坐标，完成耦合。

4.根据权利要求3所述的无源耦合装置，其特征在于，所述耦合调位平台具有六个调节自由度。

5.一种光模块，其特征在于，由权利要求1~2任一项所述的无源耦合方法制成。

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