棱镜及其安装方法、光学装置

技术领域

本申请涉及光学技术领域，尤其涉及一种棱镜及其安装方法、光学装置。

背景技术

棱镜是一种应用广泛的光学元件，在某些场景中，对棱镜的安装有很高要求。一种安装方式是对棱镜施加压力将其与承载体通过胶体粘合在一起，但是棱镜上接受压力的部分一般位于斜度较大的斜面或是一个顶点（顶部的棱边），故施力难度大，并难以控制棱镜与承载体之间胶体的厚度。除此以外，棱镜的边缘通常厚度较小，在运输或使用的过程中如遇冲撞易损坏，故棱镜的各棱边常会进行钝化处理（例如在棱边上设置倒角或圆角）以减轻或避免上述情况的不利影响。然而，棱镜的定位棱段被钝化处理后，由于倒角或圆角等相对于棱镜定位精度具有相对较大尺寸，例如为1mm量级、0.1mm量级，某些情况下例如圆角的半径为0.15mm。识别装置可能无法准确识别该棱边的边缘，其定位效果将大大降低，棱镜的定位误差随之增大。

因此，有必要提出一种新型的棱镜，以克服上述缺陷。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种棱镜及其安装方法、光学装置，用以解决棱镜与承载体之间的胶体厚度难以控制以及棱镜定位误差较大的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种棱镜，所述棱镜包括第一表面和第二表面；所述第一表面与所述第二表面的连接处形成棱边，所述棱边具有尖角棱段或者钝化棱段，所述钝化棱段在所述第一表面所在平面上的投影的横向尺寸小于等于一预设数值。

可选地，所述第一表面是所述棱镜的底面、所述第二表面是所述棱镜的反射面，所述底面与所述反射面的连接处形成所述棱边；所述棱镜还包括入射面，所述入射面接收来自光源的光线并将所述光线传输至所述反射面，所述反射面将所述光线反射至目标光接收区。

可选地，当所述棱边具有尖角棱段时，所述尖角棱段是不具有倒角和/或曲面角的尖锐棱段。

可选地，所述棱镜进一步包括顶面，所述顶面与所述底面平行且分别与所述入射面和反射面相交。

可选地，所述入射面垂直于所述底面，并且所述第一表面与所述第二表面形成的夹角是锐角。

可选地，除了所述第一表面与所述第二表面的连接处形成的所述棱边之外，所述棱镜的其他棱边中的至少一个具有倒角或曲面角。

可选地，当所述棱边具有钝化棱段时，所述预设数值是40μm。

可选地，当所述棱边具有钝化棱段时，所述横向尺寸大于等于2μm。

进一步地，本发明还提供一种用于安装如前文中任意一条所述的棱镜的方法，所述方法包括：提供所述棱镜；提供承载体；安装所述棱镜，将所述棱镜第一表面和第二表面连接处的尖角棱段或钝化棱段对准所述承载体上的对位标记，和/或，提供胶体，所述胶体位于所述棱镜和所述承载体之间，以及向所述棱镜施加压力使得所述胶体的厚度控制在预设阈值内，以安装所述棱镜。

可选地，使用光学识别装置识别所述尖角棱段或钝化棱段的位置。

可选地，使用的所述棱镜具有顶面，向所述顶面施加压力，以安装所述棱镜。

进一步地，本发明还提供一种光学装置，包括如前文中任意一条所述的棱镜；光源；承载体，所述承载体具有光耦合结构。

可选地，所述承载体是光子集成电路芯片，并且所述光耦合结构是光栅耦合器。

本发明的技术效果在于，提供一种棱镜及其安装方法、光学装置，用以解决棱镜与承载体之间的胶体厚度难以控制以及棱镜定位误差较大等技术问题。

附图说明

下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1为背景技术中涉及的棱镜的结构示意图。

图2本申请实施例提供的光学装置的结构示意图。

图3为本申请实施例提供的光学装置中棱镜以及承载体的结构示意图。

图4是本申请实施例2提供的棱镜的结构示意图。

图5是本发明实施例3提供的棱镜的结构示意图。

图6为本申请实施例5提供的棱镜的安装方法的流程图。

图中标记如下：

1光源，2棱镜，3承载体。

11光源光线。

20钝化棱段，21入射面，22反射面，23底面，24顶面，25倒角，26侧面，29尖角棱段，a尖角。

31目标光接收区，32安装面。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。

如图1所示，在现有技术的光学装置中，棱镜的各个棱边包括倒角25。棱镜的形状通常是三棱柱，由于在三棱柱中其边缘较为脆弱，故需要在棱边上设置倒角25或圆角，防止棱镜2的棱边在运输或使用的过程中由于碰撞而损坏。但在棱镜的安装过程中，使用设置有倒角25或圆角的棱边作为定位棱边会在一定程度上影响棱镜的定位精度，即棱镜2无法精准地放置在准确的位置上。除此之外，发明人发现，为了安装棱镜，可使用施压工具施加压力，使棱镜压紧胶体实现与其下的承载体相粘合。在实际的操作过程中，由于棱镜的顶部是一个尖角，故很难用专用工具对其施加压力，易使棱镜与承载体之间的胶体无法达到合适的厚度，降低光学装置的性能。

为了解决上述问题，本申请提供一种棱镜及其安装方法、光学装置。为使本申请的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请所公开的技术方案作进一步详细的说明。

本发明公开了一种用于安装在承载体上的棱镜，所述棱镜包括：第一表面和第二表面。其中，所述第一表面与所述第二表面的连接处形成棱边，所述棱边具有尖角棱段，所述尖角棱段在所述棱镜的安装对准过程中用于位置对准。

在本发明所公开的技术方案中，当第一表面和第二表面不做钝化处理形成尖角棱边时，第一表面和第二表面的连接处即为它们交线（相交形成的线段），此时的棱边即为一线段；当第一表面与第二表面之间具有钝化结构时，它们的连接处由一几何面构成，将此几何面定义为“棱边”。

实施例1

如图2-3所示，本实施例提供了一种用于安装在承载体3上的棱镜2。其中，所述棱镜2包括：所述棱镜2包括第一表面和第二表面。所述第一表面与所述第二表面的连接处形成棱边，所述棱边具有尖角棱段29。

其中，所述尖角棱段用作定位结构。

示例性地，所述第一表面与所述第二表面的连接处形成的棱边的长度为15mm，其中尖角棱段的长度为12mm。

示例性地，所述第一表面与所述第二表面的连接处形成的棱边的长度为10mm，该棱边包括10mm的尖角棱段，即所述第一表面与所述第二表面的连接处形成的棱边由所述尖角棱段构成。其中，所述尖角棱段是不具有倒角和/或曲面角的尖锐棱段。

示例性地，由于所述棱镜取消了所述第一表面与所述第二表面的连接处形成的棱边的倒角/圆角或其他的钝化处理结构，使得识别装置能快速准确地识别上述棱边上尖角棱段29的边缘，以使所述棱镜2的定位更加精准并且高效。

示例性地，棱镜2中多条（两条以上）棱边可具有上述尖角棱段结构，例如2条、3条。

进一步地，所述棱镜2的其他棱边中的至少一个具有倒角或圆角。例如，在本实施例中，所述棱镜2中除所述第一表面与所述第二表面的连接处形成的棱边外，其余棱边中的至少一个可以设置倒角或圆角，以使所述棱镜2在保证定位精准的情况下，降低其他边缘受损的风险。

示例性地，所述第一表面是所述棱镜2的底面23、所述第二表面是所述棱镜2的反射面22，所述底面23与所述反射面22形成尖角。其中，所述棱镜2还包括入射面21，所述底面23通过胶体与所述承载体3上的安装面32相粘合.所述入射面21接收来自光源1的光线并将所述光源光线11传输至所述反射面22，所述反射面22将所述光线反射至目标光接收区31，所述反射面发生全反射或通过反射材料层发生反射。其中，所述底面23与所述反射面22的连接处形成的棱边包括所述尖角棱段29。所述尖角棱段29是不具有倒角和/或圆角的尖锐棱段。

示例性地，所述入射面21垂直于所述底面23，并且所述顶角a是锐角。

进一步地，所述棱镜2进一步包括顶面24。所述顶面24与所述底面23平行且分别与所述入射面21和反射面22相交。

示例性地，所述顶面24在所述棱镜2的安装过程中被用于接受按压压力，以将所述胶体的厚度控制在预设阈值内。在本实施例中，所述预设阈值优选为10微米，在其他实施例中也可选为13微米、18微米等。

示例性地，所述棱镜2与所述承载体3之间通过胶体粘合固定。当所述棱镜2的顶面24受到施加的压力时，所述棱镜2挤压胶体，使所述棱镜2与所述承载体3之间的胶体变薄，从而降低胶体对所述承载体3接收到的光源光线11的影响。本实施例中将所述棱镜2远离所述承载体3的一侧设计为平面，有利于施压装置对所述棱镜2施加压力，从而易于控制所述棱镜2与所述承载体3之间的胶体厚度，由此降低胶体对所述承载体3接收到的光源光线11的影响，保证所述光学装置的实用性和精确度。

进一步地，所述棱镜2还包括相互平行的两个侧面，所述两个侧面26分别与所述底面23、入射面21、反射面22以及顶面24相交。

示例性地，所述入射面21、反射面22、底面23、侧面26以及顶面24均为光滑平面，在其他实施例中所述顶面24也可选为粗糙表面，以便于施压装置对其施力。

示例性地，所述入射面21、所述反射面22以及所述底面23均需进行光学级抛光处理。所述入射面21的表面镀有一增透膜。所述反射面22、所述底面23以及反射面22进行光学级抛光有利于其进行透射或反射，所述入射面21表面镀有增透膜有利于减少所述入射面21的反射光以增加光在表面的透过率。

进一步地，所述顶面24的面积与所述底面23的面积的比值为一预设比值。示例性地，所述预设比值的选取范围是1/10至2/3。在本实施例中所述顶面24的面积与所述底面23的面积的比值可以为1/4，在其他实施例中还可选为1/3、1/5等，本发明对此不做限定。

示例性地，所述反射面22与所述底面23之间的夹角（即前文所述的尖角）的角度范围是35°至55°。其中，所述夹角用以决定所述反射面22的倾斜角度。所述夹角的大小与所述反射面22是否能将所述入射面21的光线反射至所述底面23的正确位置紧密相关。在本实施例中，所述夹角的大小可以为41.2°，在其他实施例还可以选为50°、49°、38.2°等，本发明对此不做限定。

本实施例的有益效果在于：通过设置顶面提高对所述棱镜与所述承载体之间胶体厚度的控制，从而实现将所述棱镜与所述承载体之间的胶体控制着在10微米的量级。除此之外，本发明还取消了棱镜中顶角a对应的棱边的倒角/圆角或其他的钝化处理结构，以使所述棱镜的定位更加精准，例如，能够将所述棱镜的实际固定位置与正确位置的差距控制在10微米的量级。

实施例2

如图4所示，本实施例提供了另一种用于安装在承载体上的棱镜，所述棱镜的结构及工作原理与实施例1所提出的棱镜的结构及工作原理相同或相似，两者区别之处如下：

本实施例所提供的棱镜包括第一表面和第二表面，所述第一表面是入射面21，所述第二表面是底面23，所述第一表面与所述第二表面的连接处形成棱边，所述棱边包括尖角棱段29。

进一步地，所述尖角棱段29是不具有倒角或圆角的尖锐棱段。其中，所述尖角棱段29在所述棱镜的安装过程中被用于位置对准。

示例性地，本实施例所提供的棱镜不包括顶面。如图4所示，所述棱镜的形状是三棱柱。

示例性地，在本实施例中，所述棱镜中除第一表面与所述第二表面的连接处形成的棱边外，其余棱边中的至少一个可以设置倒角或圆角，以使所述棱镜在保证定位精准的情况下，降低其他边缘受损的风险。例如，如图4所示，在本实施例中，反射面22与入射面21的连接处形成的棱边27以及反射面22与底面23的连接处形成的棱边28上具有倒角。

本实施例的有益效果在于：由于取消了棱镜中顶角a对应的棱边的倒角或其他的钝化处理结构，从而使所述棱镜的定位更加精准，例如，能够将所述棱镜的实际固定位置与正确位置的差距控制在10微米的量级。

实施例3

如图5所示，本实施例提供了另一种用于安装在承载体上的棱镜，所述棱镜的结构及工作原理与实施例1所提出的棱镜的结构及工作原理相同或相似，两者区别之处如下：

所述第一表面与所述第二表面的连接处形成棱边具有钝化棱段20，所述钝化棱段20是所述棱边上具有倒角或曲面角的钝化结构，并且所述钝化棱段在所述第一表面所在平面上的投影的横向尺寸小于等于一预设数值。

其中，所述尖角棱段用作定位结构。

示例性地，所述预设数值是40μm。

示例性地，所述钝化棱段20的长度同第一表面与所述第二表面的连接处形成的棱边的长度相等。

图5是本发明实施例3提供的棱镜的结构示意图。

第一表面所在平面和第二表面所在平面形成一交线，沿着交线形成一y轴，在第一表面所在平面内选取沿着与y轴垂直的任意直线形成一x轴，在第一表面所在平面内（即x-y平面直角坐标系所在平面），上述钝化棱段20的投影为第一投影图形，第一投影图形在x、y轴上具有投影长度，投影长度具体定义如下：设点P(x1,y1),Q(x2,y2)是图形W上的任意两点，若|x1﹣x2|的最大值为a,则图形W在x轴上的投影长度Lx=a，若|y1﹣y2|的最大值为b,则图形W在y轴上的投影长度Ly=b。上述第一投影图形在x轴、y轴上的投影长度分别称为钝化棱段20在第一表面的投影的横向尺寸、纵向尺寸。

如图5所示，示例性地，所述钝化棱段20在x轴上的投影的长度（即钝化棱段20的横向尺寸）小于等于40μm，示例性地，范围可以是2-40μm。所述钝化棱段20在y轴上的投影的长度（即钝化棱段20的纵向尺寸）不超过第一表面与所述第二表面的连接处形成的棱边的长度。

可选地，所述钝化棱段20的横向尺寸是2微米。在其他实施例中也可选为30微米、20微米、10微米以及5微米、1微米等。

可选地，所述钝化棱段20的纵向尺寸等于所在棱边的长度。示例性地，钝化棱段20的累计长度可以是其所在棱边长度的40%-100%示例性地，可以是70%、80%。

示例性地，所述棱边的长度为10mm，所述钝化棱段20的长度同样为10mm。即所述棱边完全由钝化棱段20构成。

在其他实施例中，所述棱边的长度为10mm，所述钝化棱段20的长度为9mm，所述棱边的其余部分均为尖角棱段。

本实施例的有益效果在于：本实施例所提供的棱镜能够有选择性地对钝化棱段的横向尺寸加以限定，使得根据所述钝化棱段的轮廓或边缘进行对准时，能有足够的识别精度。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

实施例4

如图2-3以及图5所示，本发明还提供一种光学装置。所述光学装置包括：承载体3、光源1以及实施例1或实施例3所提供的棱镜2。其中，所述棱镜2安装在所述承载体3上，所述棱镜2的入射面21接收来自所述光源的光线并将所述光线传输至所述棱镜2的反射面22，所述反射面22将所述光线反射至所述承载体3上的光耦合结构上。

进一步地，所述承载体3包括：至少一对位标记。通过将所述顶角a对应的棱边中的尖角棱段29或钝化棱段20与所述对位标记对准，所述棱镜2能够被调整至正确的位置。

示例性地，所述对位标记是定位凸块。所述定位凸块凸出于所述承载体3的表面。当所述棱镜2对准所述对位标记时，所述尖角棱段29（或钝化棱段20）与所述定位凸块的一侧相抵接，此时，所述棱镜2位于正确位置。

示例性地，所述对位标记是定位线。在所述棱镜2对准所述对位标记时，当所述尖角棱段29（或钝化棱段20）与所述定位线对准时，所述棱镜2位于正确位置。

进一步地，为提高所述棱镜2的定位精准度，在所述棱镜2的上方设置一检测装置，以实时检测所述棱镜2是否已对准。所述检测装置可以是高精度顶视相机、或显微镜、或其他光学识别装置。

可选地，所述承载体3是PIC（光电子集成电路）芯片。在其他实施例中所述承载体3也可为基板、载板等。

示例性地，所述光耦合结构是光栅耦合器。

可选地，所述棱镜2的顶面24的表面设有第一凹槽以及第二凹槽。当施压装置对所述顶面24施加压力时，可以将所述施压装置上的对应凸起部位放置在所述第一凹槽以及所述第二凹槽中，以限定所述施压装置的施力部分，防止其产生不必要的滑动。

可选地，所述棱镜2的顶面24的表面设有多个锯齿状或波浪状的凸起。当施压装置对所述顶面24施加压力时，可以将所述施压装置的施压部位卡在所述锯齿状或波浪状凸起中，限定所述施压装置的施力部分，防止其产生不必要的滑动。

本实施例的有益效果在于：通过设置顶面提高对所述棱镜与所述承载体之间胶体厚度的控制，从而实现将所述棱镜与所述承载体之间的胶体控制着在10微米的量级。除此之外，本发明还取消了棱镜中顶角a对应的棱边的倒角或其他的钝化处理结构，以使所述棱镜的定位更加精准，例如，能够将所述棱镜的实际固定位置与正确位置的差距控制在10微米的量级。

实施例5

本实施例提供了前面所描述的任一种棱镜的安装方法。如图6所示，所述安装方法包括步骤S1-S3：

步骤S1）提供所述棱镜。

步骤S2）提供所述承载体。可选地，所述承载体是PIC（光电子集成电路）芯片。在其他实施例中所述承载体也可为基板、载板等。

步骤S3）安装所述棱镜，和/或，提供胶体，以及向所述棱镜施加压力使得所述胶体的厚度控制在预设阈值内，以安装所述棱镜。

其中，若所述棱镜具有平行于所述底面的顶面，则经由所述顶面向所述棱镜施加所述压力。

进一步地，将所述棱镜第一表面和第二表面连接处的尖角棱段或钝化棱段对准所述承载体上的对位标记。

进一步，所述胶体位于所述棱镜和所述承载体之间。

其中，所述胶体能够将所述棱镜粘合在所述承载体上。

示例性地，将所述棱镜的底面与所述承载体粘合，以使所述棱镜的入射面接收来自光源的光线并将所述光线传输至所述棱镜的反射面，同时使所述棱镜的反射面将所述光线反射至所述承载体的目标光接收区。

示例性地，所述目标光接收区是所述承载体上的光耦合结构。例如，若所述承载体是光子集成电路芯片，则所述光耦合结构是光栅耦合器。

如前所述，所述第一表面是所述棱镜的底面、所述第二表面是所述棱镜的反射面，所述底面与所述反射面形成尖角，并且所述棱镜的所述尖角对应的棱边是不具有倒角或曲面角的尖角棱段（或具备规定范围内的倒角或圆角的钝化棱段，所述钝化棱段的结构同实施例3中的钝化棱段的结构相同，在此不做赘述）。在本实施例中所述棱镜中除所述尖角对应的尖角棱段（或钝化棱段）所在的棱边外其余的棱边中的至少一个可以设置倒角或曲面角，以使所述棱镜在保证定位精准的情况下，降低其他棱边受损的风险。

进一步地，所述承载体包括至少一对位标记。在安装过程中，通过将所述尖角棱段（或钝化棱段）与所述对位标记对准，所述棱镜被调整至正确位置。

可选地，所述对位标记是定位凸块。所述定位凸块凸出于所述承载体的表面。在对准过程中，所述尖角棱段（或钝化棱段）与所述定位凸块的一侧面相抵接，并由此使所述棱镜位于正确位置。

可选地，所述对位标记是定位线。当所述棱镜尖角对应的尖角棱段（或钝化棱段）与所述定位线对准时，所述棱镜位于正确位置。进一步地，为提高所述棱镜的定位精准度，在所述棱镜的上方设置一检测装置，以实时检测所述棱镜是否已对准。所述检测装置是高精度顶视相机、或显微镜、或其他光学识别装置。

示例性地，将所述棱镜远离所述承载体的一侧设计为平面，有利于对所述棱镜施加压力，易于控制所述棱镜与所述承载体之间的胶体厚度，从而降低胶体对所述承载体接收到的光源光线的影响，保证所述光学装置的精密度。

在本实施例中，所述预设阈值可选为10微米，在其他实施例中也可选为13微米、18微米等。

本实施例的有益效果在于：通过在棱镜上设置顶面并通过该顶面传递压力，提高了施压装置对所述棱镜与所述承载体之间胶体厚度的控制，从而能够将所述棱镜与所述承载体之间的胶体控制在10微米的量级，并且控制胶体厚度的一致性，使得棱镜能够正确安装并保证光路的准确。另外，通过选取尖角棱段进行定位，或者有选择性地钝化棱段的横向尺寸，使得以其进行对准时，能有足够的识别精度。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上对本申请实施例所提供的光学装置及其制作方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；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申请各实施例的技术方案的范围。