專利名稱：對測試中的光學組件進行定位的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光學組件的測試方法，更具體地說涉及在測試中將光學組件相對于測試定位器內的光學系統進行精確定位的方法。
安裝有激光器、光電二極管和可能還包括透鏡的光學組件，在裝配完成以后，為了保證激光器的發(fā)射質量，都必須進行測試，以便確定該光學組件形成的部件是否符合技術要求。若該光學組件符合技術要求，就可以進一步在有價值的環(huán)節(jié)中使用，否則應在增加附加價值以前予以淘汰。為測試一個光學組件，該光學組件必須相對一個測試定位器上的光學系統進行定位，以便當該光學組件被激勵后，其激光器的發(fā)射能被測試定位器的光學系統接收。
測試一個光學組件要求對許多自由度進行約束。該光學組件在x、y和z三個自由度上同光軸的軸向誤差必須在±1密耳以內。測試定位器上的光學系統可以是任何光學測試設備，并且包括有一條光纖，該光纖的端頭在x、y和z三個自由度上的準直誤差必須在±0.5微米以內，同時其軸必須與所測試的光學組件在θx、θy和θz三個自由度上在角度上對準。所以必須要校準的自由度總共有9個。在測試十分重要的同時，測試的定位校準時間又十分短促，所測試的光學組件一旦完成測試，就從測試定位器上取下并換上另一個光學組件測試。
一種已有的將光學組件和測試定位器進行定位校準的方法，包括將光學組件夾到緊靠測試定位器的一個支撐架表面，并將所有部件同該組件校準。將固定有光學組件的支撐架表面保持不動，而使測試定位器和光學系統，包括安裝在上面的探測電極和光纖改變位置，直到達到定位校準為止。這種方法的一個問題是，光學組件一旦被固定到支撐架表面，導電的探測電極就要壓接在光學組件涂敷金屬的區(qū)域上(接觸片)，用來給激光器和光電二極管供電。在激光器通電的同時，反饋控制電路接通，幫助和檢查校準過程的成功情況。典型的做法是采用反饋控制分別校準各部件的位置，使其都達到最優(yōu)。在這種情況下，控制支撐架表面的光學組件的最初機械位置必須足夠精確，以使探頭的位置能壓接在光學組件涂敷金屬的區(qū)域，這樣才能使用反饋電路進一步優(yōu)化光學組件30測試定位器的相互位置。
下面將對本發(fā)明作一簡要的介紹。按照本發(fā)明的一個實施例，一種用于在測試中對光學組件定位的方法包括，將光學組件定位在一個測試定位器的支撐架表面的找準區(qū)域(capture zone)內；至少兩個探頭卡在光學組件表面上相應的精確定位基準槽(fiducials)中；第三探頭同光學組件表面接觸，在最佳實施例中可以是卡在光學組件表面的另一個基準槽中；通過探頭與相應基準槽的表面嚙合，并進一步將探頭移動到相應的基準槽中，該光學組件平移進去，與測試定位器的光學系統的位置就能夠被更精確地校準。
下面將參照附圖并通過舉例對本發(fā)明作更詳細地說明。在附圖中
圖1表示一個光學組件，它可以按照本發(fā)明的方法校準和測試定位器的光學系統的位置；圖2，3和4是一個探頭按照本發(fā)明嚙合一個光學組件的平臺上的一個基準槽的次序，其中平臺是相對探頭作平移的；圖5表示位于光學組件上方的測試定位器以電接觸的方式壓接在該光學組件涂敷金屬的區(qū)域上；圖6是圖5中的測試定位器的部分側視圖，表示該定位器以電接觸方式壓接在光學組件的涂敷金屬的區(qū)域上。
圖1表示的光學組件10在測試中可以按照本發(fā)明的方法校準與測試定位器光學系統之間的位置。光學組件10包括平臺12，用于支承活動的光學器件并為它們提供電連接。光電二極管14安裝平臺12的第一表面16上，用于接收從激光器18后側面發(fā)射的光，激光器18也安裝在平臺12的第一表面16上。第一表面16上涂敷金屬的區(qū)域20和22同光電二極管14是電連接的，用來傳導電能，以便在最終組件中以及在測試期間激發(fā)光電二極管14。同樣第一平面16的涂敷金屬層的區(qū)域24和26與激光器18也是電連接的，用于在最終組件中(圖中未示出)以及測試期間向激光器18傳導電能。
平臺12最好是硅制成的，然而也可以是任何合適的，包括硅但不限于硅的材料，平臺12可以經過加工處理，使之具有各種帶有精度的特征(即校準基準或模槽)用于提供光學對準。第一表面16包括一個伸長的校準基準槽30，用于容納球透鏡32并使其定位。第一表面16還包括基準槽34，它可以構成相鄰單元中平臺上的伸長校準基準槽30的一部分。當這些單元被切割成各個平臺12時，被蝕刻區(qū)域的一部分在兩個相鄰平臺的每一個上都形成一個基準槽。在平臺12的第一表面16上還可能包括諸如基準槽36或38那樣的附加基準槽。如在本領域中公知的，透鏡32通過同基準槽34的各個表面58的嚙合被精確地定位在基準槽34中。透鏡32可以通過諸如合金壓焊，熱壓粘接等方式固定在基準槽34中的校準位置上。
具有基準槽30，34和36多個基準的平臺12相對于測試定位器中的光學系統的定位過程，將參照附圖2、3和4所示的動作順序進行說明。在測試過程中，平臺12被放置在測試定位器42的支撐表面40上，使平臺12的第二表面44同支撐表面40相接觸，并使平臺12，更具體地說是透鏡32緊靠測試定位器的光學系統。光學組件10被定位在基座70的公差找準區(qū)內(見圖6)，該找準區(qū)的范圍由基準槽和要被容納在其中的探頭頂部的尺寸決定。該區(qū)限定了一個較外的位置，在此位置上，只要探頭頂部移動進入與相應的基準槽嚙合，該基準槽的外輪廊與探頭頂部的外輪廊的相對關系將使探頭頂部能夠使移動平臺12進入校準位置。假使組件10被定位在找準區(qū)外面，平臺12就不可能通過探頭頂部與基準槽的嚙合被引入校準位置。校準之所以不能是因為探頭頂部已經超出了這樣的位置，在此位置上，探頭只要運動到和平臺12進入嚙合，它們就將與基準表面互相作用實現位置的校準。
探頭50的端部具有例如一個球形的頂部52，它的一個半球部分被定位在與基準槽共同作用的位置上，如圖2所示位于平臺12基準槽區(qū)域的截面部分的上方。如圖5所示，探頭50是測試定位器42的一個部分。它的頂部最好是球形的，因為球形頂部能夠非常精確地制造，并且能夠順著諸如硅探頭的中心線非常精確地校準。光學組件10以足夠的精度被定位在支撐表面40上，也就是使頂部52的中心線54落在與之相配合的基準槽的找準區(qū)56之內。支撐表面40是一個平滑的表面并且可以用任何材料制成，例如用黃銅或鋼制成。在圖中表示的基準槽是基準槽36，但它也代表了其它基準槽。鎖住區(qū)域56是從平臺12的第一表面16中的基準槽的外圍線朝上突起的一個空間區(qū)域。
探頭50和平臺12朝互相靠攏方面運動，以便頂部52切向頂靠在基準槽的一個或多個傾斜表面58上。移動既可以是探頭50，也可以是平臺12，或者兩者同時進行。當頂部52與一個或多個表面58頂靠上后，探頭50或者平臺12的朝互相靠攏方向的進一步的運動，將使平臺12以第二表面44順著支撐表面40滑動的方式進行平移。頂部52和一個或多個表面58的反作用力將克服平臺12的第二表面44和測試定位器42的支撐表面40之間的摩擦力。這時在表面40和44的兩個自由度內將發(fā)生平移，直到如圖4所示的基準槽處于相對頂部52的中心位置為止。在這個位置上，頂部52可以頂靠在一個或多個表面58上，例如頂靠在一個基準槽的一個，二個，三個或者四個表面58上，這由基準槽和探頭的尺寸及斜度決定。另外，在這個位置上，平臺12相對于所描述的一個或探頭或多個探頭被精確定位。
典型的方式是與平臺12產生三點式接觸，以便將平臺12置于一個平面上，朝向所需的方向，并使精確定位，使激光器18光學對準測試定位器的光學系統。用三個有球形頂部52的探頭50，使其頂部容納在平臺12上的相應數目的基準槽內，可以實現這一目標。其中兩個球形頂部52可以被容納在單個的基準槽中，例如圖5所示的基準槽34中。一種替代方案是，兩個具有球形頂部52的探頭50分別容納在平臺12上兩個相應的基準槽中，同支撐表面40的平臺位置和平臺12的厚度方面的信息相結合，將足以使平臺12精確地定位，從而在激光器18和測試定位器上的光學系統之間實現光學準直性校正。另一種替代的實施方案將提供一種有柔性的支撐表面40，它在豎直方向通過諸如彈簧的支承，可以如圖2，3和4所示的進行移動。兩個探頭50的球形頂部52將相應地容納在平臺12中的兩個基準槽中，第三個探頭72的球形頂部52頂靠在平臺12的表面(見圖6)，例如第一表面16上，以確保平臺12位于一個朝著所需方面的平面上。通過這種方式，平臺12被精確地定位并在9個自由度上被校準，使激光器18與測試定位器上的光學系統在光學準直性上被校準。
圖5是包括有光學系統62的測試定位器42頂視圖。測試定位器42中的光學系統62可以是任何光學測試設備。圖中有兩個探頭頂部52容納在基準槽34中并與其表面58相嚙合，一個探頭頂部容納在基準槽36中并與其表面嚙合，平臺12被精確地定位，同時激光器18和測試定位器42中的光學系統62在9個自由度上光學校準。在探頭板68上的接觸桿66，可以是有柔性的，它們被移動到與涂敷有金屬的區(qū)域22、26和28相接觸，以便由探頭板68提供電能，激勵激光器18或光電二極管14或同時激勵兩者。激光器18發(fā)射激光進入透鏡32，它使光束擴束和準直。經準直的光束被導向光學系統62并且可能通過其它透鏡組或隔離器。然后采用已有的微定位反饋方法和裝置，使光纖74(見圖6)和激光器18發(fā)射的光束在三維空間座標上校準。這樣就可以對測試定位器42的光學系統62接收到的激光器的發(fā)射光質量作出評價。這為評價諸如功率輸出，頻率響應和誤碼率等參數提供了方便。當然也可以評測其它參數。通過采用與測試定位器相關聯的用于對光學輸出進行分析的光束分析設備76，就能夠確定安裝在平臺12上的部件是否符合技術要求。將給出一個指示，指明激光器發(fā)射光(光學輸出)的質量是否符合技術要求，組件能被進一步用于有價值的環(huán)節(jié)，或者指出激光器發(fā)射光的質量不符合技術要求，組件應當在進一步增加附加值以前予以淘汰。測試結束后，探頭板68被移開并將探頭頂部52縮回。平臺12從測試定位器42的支撐表面40移開。另一個平臺被定位在支撐表面40上，進行新一輪的精確定位和測試。
圖6是包括光學系統62的測試定位器42的側視圖。為清楚起見，各種驅動設備和反饋控制系統未在圖中表示出來。圖中探頭頂部52被容納在相應的基準槽34和36中。接觸桿66被可伸縮地安裝在探頭板68上，以便當它們壓接在第一表面16的涂敷金屬的相應區(qū)域上時，在測試定位器和平臺12朝互相靠攏方向移動的過程中，接觸桿66能夠同涂敷金屬的區(qū)域保持壓接關系，但相對探頭板可以收縮進去。
在對測試定位器42進行定位的過程中，可以通過各種驅動設備，采用一個或多個探頭去探測測試定位器42的位置。如上面所述，光纖74被定位在緊靠平臺12的位置上，用于接收由激光器18發(fā)射的，并由透鏡32導引的光束。如所屬技術領域所公知的，光纖74同光束分析設備76是配套的。
在本發(fā)明中，在測試期間，測試定位器的部件接觸桿66被改變位置壓接在平臺12的涂敷金屬的區(qū)域上，為激光器18提供能源，這樣測試的電參數是可重現的。例如當接觸桿66在測試期間壓接在涂敷金屬區(qū)域上時，將產生分布電容和電感，這將影響被測激光器的性能。采用本發(fā)明的方法，對每一個被測試的光學組件，將接觸桿壓接在平臺涂敷金屬區(qū)域的相同位置上，將減小分布電容和電感的變化，提高測試的重現率。
盡管本發(fā)明是用具有球形頂部的探頭來說明的，但這并不是對本發(fā)明的限制。探頭頂部可以是朝末端削尖的錐形，以便于切向嚙合。假使希望對于基準槽是中心調整的，那末金字塔形的基準槽和旋轉對稱形的探頭頂部可能是符合要求的。
本發(fā)明依靠平臺的機械特征使平臺定位，不需要復雜的反饋控制系統來控制平臺定位，因而本發(fā)明的優(yōu)點在于簡化了平臺與測試定位器的光學系統的準直性校準過程。
權利要求
1.一種使光學組件(10)精確對準測試定位器的光學系統的方法，特征在于包括以下步驟將光學組件(10)定位在該測試定位器(42)的支撐表面(40)的找準區(qū)內；使至少兩個探頭(50)與基準槽(30，34，36，38)中相應一個的表面(58)相接觸，所說的基準槽(30，34，36，38)是在光學組件(10)的一個表面(16)內精確定位的，其數目與探頭數目相同；通過將至少兩個探頭(50)進一步向相應槽中運動，使光學組件。(10)平移，從而更精確地對準所說的測試定位器的光學系統；使第三探頭(72)同所述光學組件(10)的一個表面接觸嚙合。
2.如權利要求1所述的方法，其中使第三探頭(72)接觸嚙合的步驟特征在于，使第三探頭(72)同在所述光學組件(10)的一個表面(16)上精確定位的基準槽接觸嚙合。
3.如權利要求1或2所述的方法，特征在于向所述光學組件(10)上涂敷金屬的區(qū)域(20，22，24或26)供電的步驟，用來激勵所述光學組件(10)上的部件。
4.如權利要求3所述的方法，其中向所述光學組件(10)上涂敷金屬的區(qū)域供電的步驟，其特征在于，移動接觸桿(66，72)，使其同所述光學組件(10)上涂敷金屬的區(qū)域接觸嚙合；及通過接觸桿(66，72)將電能傳遞到涂敷金屬的區(qū)域，借此實現對光學組件上部件的激勵。
5.如權利要求3或4中任一項所述的方法，特征在于，對被激勵部件(14，18)發(fā)出的輻射的質量進行評價的步驟。
6.如權利要求3，4或5中任一項所述的方法，特征在于對所述光學組件(10)上的涂敷金屬的區(qū)域切斷供電的步驟。
7.如權利要求5，6或7中任一項所述的方法，特征在于依據所評價的輻射，指出所述測試中的光學組件是可接受的或應予淘汰的步驟。
8.如上述權利要求中任一項所述的方法，其中平移步驟的特征在于，使所述光學組件(10)相對于所述測試定位器(42)的支撐表面(40)移動。
9.如權利要求8所述的方法，其中支撐表面(40)保持靜止，而所述光學組件(10)相對該支撐表面(40)移動。
10.如上述權利要求中任一項所述的方法，特征在于使光學組件定位在所述測試定位器支撐表面上的一個找準區(qū)內。
11.一種使光學組件(10)和一個測試定位器的光學系統精確校準，以便測試該光學組件(10)的方法，所述測試定位器具有一個支撐表面，用來放置所述的光學組件(10)，以及多個探頭，用來與所述光學組件相嚙合，所述光學組件(10)具有多個基準槽，用于和探頭相配合，和多個涂敷金屬的區(qū)域，用于向其上的部件傳導電能，該方法的特征在于步驟使所述光學組件(10)和多個探頭(50，72)朝互相靠攏方向運動；使所述探頭(50，72)和所述基準槽表面接觸嚙合；隨著所述光學組件和探頭進一步朝互相靠攏方向運動，所述光學組件(10)相對于所述支撐表面(40)平移；向所述光學組件上涂敷金屬的區(qū)域(20，22，24，26)供電，用于激勵所述光學組件上的部件(14，18)。
12.如權利要求10所述的方法，特征在于切斷對所述光學組件上涂敷金屬的區(qū)域(20，22，24，26)的供電的步驟。
13.如權利要求11或12任一項所述的方法，特征在于對所述光學組件(10)上受激勵部件(14或18)發(fā)射的輻射的質量進行評價的步驟。
14.如權利要求13所述的方法，特征在于依據對所述光學組件(10)上的受激勵部件(14，18)發(fā)出的輻射的評價，指出所述測試中光學組件(10)是可接受的，或應予淘汰的步驟。
全文摘要
一種對測試用的光學組件定位的方法，包括把一個光學組件定位在一個測試定位器的支承表面，使至少兩個探頭同上述光學組件表面上相應的精確定位的基準槽的表面接觸嚙合，一個第三探頭同光學組件的表面接觸，在最佳實施例中可以同該光學組件表面上的另一個基準槽接觸嚙合。在上述探頭與相應的基準槽表面接觸嚙合，并進一步向槽內運動時，上述光學組件被平移并把測試定位器的光學系統更精確地校準。
文檔編號H01S5/00GK1156834SQ9611790
公開日1997年8月13日 申請日期1996年12月20日 優(yōu)先權日1995年12月22日
發(fā)明者明達加斯·費爾南德·當塔塔斯, 愛德華·A·皮特曼 申請人:朗迅科技公司