本发明专利技术公开了一种用于微透镜阵列与芯片光敏元焦平面有源对准装置，本装置包括：激光光源，光纤、激光器准直器，控制和监测电脑，可旋转升降载物台，微透镜吸附笔，连接机构，四维微动平移台、显微观察镜。本发明专利技术还公开了一种基于上述装置的调节方法，包括：光源垂直入射，空间全方位微尺度平移和俯仰转动；光电流的实时监测，实现微透镜阵列与探测器光敏元焦平面的微米量级对准。本发明专利技术的优点在于：1、通过该对准装置，可以对微透镜阵列与规模相同的探测器光敏元焦平面实现高精度对准；2、通过电脑控制的微动平台实现对微透镜阵列的全方位微尺度移动。3、对光电流的动态实时监测。对光电流的动态实时监测。对光电流的动态实时监测。
【技术实现步骤摘要】
一种用于微透镜阵列与芯片光敏元焦平面有源对准装置
[0001]本专利技术属于红外及光电子领域，具体为一种用于微透镜阵列与芯片光敏元焦平面有源对准的装置。
技术介绍
[0002]雪崩光电二极管(APD)焦平面阵列(FPA)已被证明可以执行线性模式光子计数，光子计数效率决定了探测灵敏度。它们是用于下一代空间激光雷达的理想探测器，用于表面高度，光谱吸收，大气气体浓度和反向散射剖面测量，它们可绘制表面地形图并测量无气体中表面元素的光谱吸收，如月球上的水冰，小行星和彗星核心，对于未来深空探测意义深远。
[0003]利用微透镜列阵的聚焦、成像特性提高红外焦平面光聚能，微透镜阵列可用于将入射的单光子聚集到像素的中心区域，提高填充因子。微透镜阵列与光敏元焦平面的对准精度对探测效率至关重要，为此专利技术一种有效的实时反馈对准装置和有源对准方法实现高精度对准。
技术实现思路
[0004]本专利技术提供一种用于微透镜阵列与芯片光敏元焦平面高精度直接实时反馈对准的装置和有源对准方法，以提高红外成像系统中的像元填充因子。
[0005]本专利技术公开了一种用于微透镜阵列与芯片光敏元焦平面高精度实时反馈有源对准的结构装置，所述装置包括：包括微透镜阵列、芯片焦平面、Z向高度调节机构、360度圆周方向调节机构、微透镜吸附笔、连接机构、纵向俯仰调节机构、横向俯仰调节机构、X方向移动调节机构、Y方向移动调节机构、支撑固定底板、显微镜、激光准直透镜、光纤、激光光源、支撑杆、抽气管路和电脑。微透镜阵列结构与探测器光敏元焦平面阵列实时反馈有源对准装置及方法的特征在于：微透镜阵列通过吸附笔安装在微动平台上，微动平台的移动由电脑控制，可以在空间六个自由度范围内循环扫描移动，实现微尺度位移，移动步长为1μm。在微透镜移动过程中对芯片焦平面光电流实时采集，处理及反馈，调节微透镜的移动方向，获得最佳对准精度。
[0006]本专利技术还公开了一种基于上述直接实时反馈有源对准装置的对准方法，包括：光线的垂直入射校正，微透镜阵列的微小位移调节，在空间范围内全方位的平移和转动扫描，微透镜单元与芯片光敏元的对准过程中光电流的全程监测。
[0007]本专利技术的显著特点是实现对准精度实时反馈、操作自动控制，灵活方便，通过多维微尺度位移台实现空间全方位对准控制，对准精度可直接通过电脑采集的光电流大小直观显示。
附图说明
[0008]图1为本专利技术的微透镜阵列与光敏元焦平面有源对准装置示意图
[0009]其中：
[0010]1—微透镜阵列；
[0011]2—芯片焦平面
[0012]3—Z向高度调节机构
[0013]4—360度圆周方向调节机构
[0014]5—微透镜吸附笔
[0015]6—连接机构
[0016]7—纵向俯仰调节机构
[0017]8—横向俯仰调节机构
[0018]9—X方向移动调节机构
[0019]10—Y方向移动调节机构
[0020]11—支撑固定底板
[0021]12—显微镜
[0022]13—激光准直透镜
[0023]14—光纤
[0024]15—激光光源
[0025]16—支撑杆
[0026]17—抽气管路
[0027]18—电脑
具体实施方式
[0028]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本专利技术的附图均采用简化示意的形式，仅用于方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。
[0029]如附图1所示，一种用于微透镜阵列与芯片光敏元焦平面实时反馈有源对准装置，包括微透镜阵列1、芯片焦平面2、Z向高度调节机构3、360度圆周方向调节机构4、微透镜吸附笔5、连接机构6、纵向俯仰调节机构7、横向俯仰调节机构8、X方向移动调节机构9、Y方向移动调节机构10、支撑固定底板11、显微镜12、激光准直透镜13、光纤14、激光光源15、支撑杆16、抽气管路17、电脑18。微透镜阵列结构与探测器光敏元焦平面阵列实时反馈有源对准装置的特征在于：微透镜吸附笔5与气体管路17连接，管路中通入氮气在头部形成负压，微透镜阵列1被固定在吸附笔5头部。吸附笔5通过连接机构6与纵向俯仰调节机构7连接，Z向高度调节机构3、360度圆周方向调节机构4、纵向俯仰调节机构7、横向俯仰调节机构8、X方向移动调节机构9和Y方向移动调节机构10都有标准安装孔，串联安装固定在支撑固定底板11上。各个方位的移动由电脑18控制，实现微尺度位移。激光光源15通过光纤14与激光准直透镜13连接。激光准直镜13对光源进行准直和匀化，保证光源均匀垂直照射到芯片焦平面上(2)。激光经准直透镜13后垂直照射到微透镜阵列1表面。芯片焦平面2接受到光电流传输到电脑18，在微透镜移动过程中对芯片焦平面光电流被电脑18实时采集，处理及反馈，调整微透镜的移动方向，获得最佳对准精度。
[0030]所述3 Z向高度微动调节装置在Z向即上下方向位移，移动精度达到0.1μm，移动量
程为20mm。
[0031]所述4 360度圆周方向微调节机构，在圆周方向大范围调节，调节范围是360度，调节精度是1
’
。
[0032]所述5微透镜吸附笔，吸附孔径小于1mm，吸附力大于50牛。
[0033]所述6连接结构，为金属卡环结构，实现粗略位置控制，连接机构在斜面方向可实现大范围调节。
[0034]所述7纵向俯仰调节机构具有标准连接孔，角度调节范围是
±
10
°
，最小调整量6
’
。
[0035]所述8横向俯仰调节机构具有标准连接孔，角度调节范围是
±
10
°
，最小调整量6
’
。
[0036]所述9X方向移动调节机构在X方向直线移动，移动精度达到0.1μm，移动量程为20mm。
[0037]所述10Y方向移动调节机构在Y方向直线移动，移动精度达到0.1μm，移动量程为20mm。
[0038]所述12不同放大倍数的显微观察镜，放大倍数在20
‑
100范围内调节。
[0039]所述13根据芯片焦平面的工作参数选择工作波长和孔径。
[0040]所述15氦氖激光器，波长和功率根据芯片焦平面的工作参数选择，提供激励光源。
[0041]所述18为控制电脑，用于控制微动平移台的在不同方向的扫描移动，监测并比较光电流的大小。
[0042]基于上述对准装置，本专利技术提供了一种实时反馈有源对准方法，实现微透镜阵列与芯片光敏元焦平面高精度对准。首先依据对准标记，通过显微镜12实现微透镜阵列1与芯片焦平面2的初步对准，开启光源15，调节激光准直透镜13，实现光源垂直入射到微透镜阵列，通过电脑18设定程序实现微动平台在XYZ方向平移和转动扫描，实现空间全方位微尺度平移和俯仰转动，在扫描过程本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于微透镜阵列与芯片光敏元焦平面有源对准装置，包括微透镜阵列(1)、芯片焦平面(2)、Z向高度调节机构(3)、360度圆周方向调节机构(4)、微透镜吸附笔(5)、连接机构(6)、纵向俯仰调节机构(7)、横向俯仰调节机构(8)、X方向移动调节机构(9)、Y方向移动调节机构(10)、支撑固定底板(11)、显微镜(12)、激光准直透镜(13)、光纤(14)、激光光源(15)、支撑杆(16)、气体管路(17)、电脑(18)，其特征在于：所述的微透镜吸附笔(5)与气体管路(17)连接，管路中通入氮气在头部形成负压，微透镜阵列(1)被固定在吸附笔(5)头部。吸附笔(5)通过连接机构(6)与纵向俯仰调节机构(7)连接，连接机构为卡环结构，固定位置可调，实现粗略位置控制。纵向俯仰调节机构(7)在XZ平面内转动，实现微透镜阵列平面与焦平面在平行度方向平行。横向俯仰调节机构(8)可实现焦平面阵列在YZ平面内的转动，实现微透镜阵列与焦平面在平行度方向的调节。X方向移动调节机构(9)可以在X方向偏移，实现微透镜阵列(1)与芯片焦平面(2)在X方向的对准。Y方向移动调节机构(10)可以在Y方向偏移，实现微透镜阵列(1)与芯片焦平面(2)在Y方向的对准。各方位的调节机构都有标准安装孔位，顺序串联后安装在支撑固定底板(11)上。其中Z向高度调节机构(3)、纵向俯仰调节机构(7)、横向俯仰调节机构(8)、X方向移动调节机构(9)和Y方向移动调节机构(10)的移动由电脑(18)控制，实现微尺度位移。通过显微镜(12)观察，实现微透镜阵列与芯片焦平面的粗对准。激光光源(15)通过光纤(14)与激光准直透镜(13)连接。激光准直透镜(13)对光源进行准直和匀化，保证光源均匀垂直照射到芯片焦平面上(2)。激光经准直透镜(13)后垂直照射到微透镜阵列(1)表面。芯片焦平面(2)接受到光电流传输到电脑(18)，在微透镜移动过程中对芯片焦平面光电流实时采集，处理及反馈，调节微透镜的移动方向，获得最佳对准精度。2.根据权利要求1所述的一种用于微透镜阵列与芯片光敏元焦平面有源对准装置，其特征在于：所述的Z向高度调节机构(3)在Z向直线移动，移动精度为0.1μm，移动量程为2...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐红艳，莫德锋，马英杰，李雪，龚海梅，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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