一种共基板模组及其组装方法、制造和检测一体设备

技术领域

本申请涉及深度相机技术领域，具体涉及一种共基板模组及其组装方法、制造和检测一体设备。

背景技术

TOF(Time of Flight，飞行时间)，是一种深度信息测量方案，主要由红外光投射器和接收模组构成。投射器向外投射红外光，红外光遇到被测物体后反射，并被接收模组接收，通过记录红外光从发射到被接收的时间，计算出被照物体深度信息，并完成3D建模。TOF已经被广泛应用在测绘、物流、无人驾驶等多个工业领域。

将TOF技术应用在深度相机领域时，图像常出现黑边或光斑缺少等情况，图像质量无法满足需求。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种共基板模组及其组装方法、制造和检测一体设备，能够提高成像质量。

本申请实施例的一方面，提供了一种共基板模组的组装方法，包括将光源和接收芯片分别固定到基板上；在所述接收芯片的接收侧安装接收镜头组件，以形成接收模组；调整所述接收镜头组件和所述接收芯片的相对位置，使所述接收模组接收的图像达到预设清晰度，并固定所述接收镜头组件；在所述光源的出光侧安装发射镜头组件，以形成发射模组；调整所述发射镜头组件和所述光源的相对位置，使所述发射模组发射的图像达到预设清晰度；调整所述发射镜头组件和所述光源的相对角度，使所述发射模组的发射区域完全落在所述接收模组的视场范围内，并固定所述发射镜头组件。

可选地，所述将光源和接收芯片分别固定到基板上包括：将所述光源和所述接收芯片分别焊接到所述基板上，使所述接收芯片的光轴和所述光源的光轴的夹角在-1°～1°之间。

可选地，所述调整所述接收镜头组件和所述接收芯片的相对位置，使所述接收模组接收的图像达到预设清晰度，并固定所述接收镜头组件包括：所述接收模组接收图卡的图像；调整所述接收镜头组件相对所述接收芯片的位置，使所述接收模组接收的所述图卡的图像达到预设清晰度。

可选地，采用投影屏和工业相机测试，所述投影屏和所述工业相机依次设在所述发射模组的出光侧；所述调整所述发射镜头组件和所述光源的相对位置，使所述发射模组发射的图像达到预设清晰度包括：所述工业相机采集所述发射模组出射在所述投影屏上形成的图像；根据所述工业相机采集的图像，调整所述发射镜头组件相对所述光源的位置，使所述图像达到预设清晰度。

可选地，所述工业相机采集所述发射模组出射在所述投影屏上形成的图像之前，所述方法包括：将温度控制模组和所述发射镜头组件连接；通过所述温度控制模组调节所述发射镜头组件的工作温度至预设温度。

可选地，所述投影屏和所述工业相机依次设在所述发射模组的出光侧包括：将所述投影屏设置于所述接收模组垂直距离为0.4m～0.5m位置处。

可选地，所述调整所述发射镜头组件和所述光源的相对角度，使所述发射模组的发射区域完全落在所述接收模组的视场范围内，并固定所述发射镜头组件包括：所述接收模组接收所述发射模组发射的图像，并根据所述图像调整所述发射镜头组件的角度，使所述发射镜头组件的光轴和所述接收镜头组件的光轴之间的夹角在-1°～1°之间。

可选地，所述调整所述发射镜头组件和所述光源的相对角度，使所述发射模组的发射区域完全落在所述接收模组的视场范围内，并固定所述发射镜头组件之后，所述方法还包括：测试所述共基板模组。

本申请实施例的另一方面，提供了一种共基板模组，采用上述的共基板模组的组装方法组装形成，包括：基板，以及分别设在所述基板上的发射模组和接收模组，所述发射模组包括设在所述基板上的光源和设在所述光源的出光侧的发射镜头组件，所述接收模组包括设在所述基板上的接收芯片和设在所述接收芯片接收侧的接收镜头组件，所述发射模组的光轴和所述接收模组的光轴之间的夹角在-1°～1°之间。

可选地，还包括温度控制模组，所述温度控制模组和所述发射镜头组件连接，以调节所述发射镜头组件的工作温度。

可选地，所述发射镜头组件的工作温度在35℃～40℃之间。

可选地，所述光源和所述基板之间、所述接收芯片和所述基板之间分别设置有焊接层。

可选地，所述光源和所述基板之间通过银胶层连接。

本申请实施例的还提供了一种制造和检测一体设备，包括上述的共基板模组，以及制造模块和测试模块，所述制造模块用于制造所述共基板模组，所述测试模块用于测试所述共基板模组的性能；所述测试模块包括依次设在所述共基板模组光路方向上的工业相机和投影屏。

可选地，所述投影屏和所述接收模组之间垂直距离为0.4m～0.5m。

可选地，还包括多个用于放置所述共基板模组的转盘。

本申请实施例提供的共基板模组及其组装方法、制造和检测一体设备，发射模组和接收模组共用一个基板，发射模组和接收模组均设在基板上，发射模组发射信号，接收模组接收发射模组发射的信号，发射模组包括光源和发射镜头组件，光源设在基板上，发射镜头组件设在光源的出光侧，光源出射信号，经发射镜头组件后投射到目标空间；接收模组包括接收芯片和接收镜头组件，接收芯片设在基板上，接收镜头组件设在接收芯片的接收侧，也就是接收信号的一侧；发射模组发射的信号经目标空间反射向接收模组，被接收模组接收，并形成图像；发射模组和接收模组之间的相对光轴的夹角在-1°～1°之间，此时，发射模组的光轴和接收模组的光轴趋近于相互平行，发射模组和接收模组的对位精度高，发射模组和接收模组的视场角相互匹配，发射模组的发射区域完全落在接收模组的视场范围内，使得接收模组能接收到发射模组全部的发射区域，这样一来，接收模组接收发射模组的信号不会存在遗漏，也就不存在因遗漏信号而导致的黑边或光斑缺少等情况，使得图像质量高。

进一步地，在共基板模组的组装过程中，先将光源和接收芯片分别固定到基板上；在接收芯片的接收侧安装接收镜头组件，以形成接收模组；调整接收镜头组件和接收芯片的相对位置，使接收模组接收的图像达到预设清晰度，并固定接收镜头组件；在光源的出光侧安装发射镜头组件，以形成发射模组；调整发射镜头组件和光源的相对位置，使发射模组发射的图像达到预设清晰度；调整发射镜头组件和光源的相对角度，使发射模组的发射区域完全落在接收模组的视场范围内，并固定发射镜头组件。组装过程增加工业相机和接收模组对整个过程进行卡控，工业相机的功能是用于卡控发射镜头组件相对光源的位置，以卡控发射模组的光斑清晰度，接收模组的功能则是卡控发射镜头组件和接收镜头组件之间的相对光轴，最终确保发射模组发出的图像的所有散斑点都能落在接收模组的视场范围内，并且视场内的散斑点也是清晰的。与传统的共基板tof模组组装和测试方法相比，在产品制作过程中，共基板模组在组装时，调整组装模组的组装顺序，引入工业相机和接收模组，实现光学的方法来卡控相对光轴，而非用传统的机械定位的方法来保证发射模组和接收模组之间相对光轴。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是现有共基板tof模组的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的共基板模组结构示意图；

图3是本申请实施例提供的共基板模组的组装方法流程图之一；

图4是本申请实施例提供的共基板模组的组装方法流程图之二；

图5是本申请实施例提供的共基板模组测试结构示意图。

图标：101-投射模块；102-接收模块；103-共基板；201-光源；202-发射镜头组件；203-发射模组；205-基板；206-接收芯片；207-接收镜头组件；208-接收模组；306-投影屏；307-工业相机。

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。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

随着3D模组在各个行业的重视和应用，TOF(光飞行时间，time of flight)深度相机也获得了快速的发展。TOF技术应用在深度相机领域时，投射模块101和接收模块102采用传统机械定位的方式组装成共基板tof模组，这种共基板tof模组的投射模组和接收模组的相对光轴倾斜，这使得成像时，图像质量不够，无法满足高质量图像的成像需求。

图1是现有共基板tof模组的基本结构，其中包括投射模块101，通常由激光器、准直镜头和衍射光学元件，通过胶合的方式组装而成，其功能是向目标空间投射光斑点；还包括接收模块102，通常由感光芯片、镜头和窄带滤光片组成，用于接收投射模块101的反射光。在组装成整机时，通常是先将投射模块101整机组装好，再通过焊接的方式焊接到接收模块102所在的共基板103上，这种模组称之为共基板tof模组。

这种共基板tof模组的重建精度，与投射模块101和接收模块102之间的相对光轴组装精度密切相关。在现有的技术中，通常采用组装夹具，也就是机械定位的方式去保证投射模块101和接收模块102之间的相对光轴，这种通过机械的方式来卡控光学性能，存在投射模块101和接收模块102的定位配合较难实现且不稳定，使得投射模块101和接收模块102的对位精度差，导致发射和接收的视场角匹配度较差，接收模块102采集的散斑图存在黑边或者散斑点缺失等风险。

为解决上述问题，请参照图2，本申请提供一种共基板模组，可应用于tof成像技术，共基板模组包括基板205，以及分别设在基板205上的发射模组203和接收模组208，且发射模组203的光轴和接收模组208的光轴之间的夹角在-1°～1°之间。

发射模组203和接收模组208共同设置在基板205上，两者共用一个基板205，发射模组203用于发射信号，接收模组208用于接收信号。

其中，发射模组203包括光源201和发射镜头组件202，光源201设在基板205上，发射镜头组件202设在光源201的出光侧，光源201出射信号，经发射镜头组件202后投射到目标空间；接收模组208包括接收芯片206和接收镜头组件207，接收芯片206设在基板205上，接收镜头组件207设在接收芯片206接收侧，也就是接收信号的一侧；发射模组203发射的信号经目标空间反射向接收模组208，被接收模组208接收，并形成图像。

发射模组203具有光轴，接收模组208具有光轴，两者的光轴之间的夹角在-1°～1°之间，也就是发射模组203和接收模组208之间的相对光轴的夹角在-1°～1°之间。

夹角在-1°～1°之间时，两个光轴趋近于相互平行，此时，发射模组203的发射区域落在接收模组208的视场范围内，也就是接收模组208能接收到发射模组203的全部的发射区域，发射模组203和接收模组208的视场角相互匹配，接收模组208采集的成像图不存在因无法接收而导致的黑边或光斑缺少等情况，成像图质量高。

并且，发射模组203中，发射镜头组件202和光源201之间的相对位置在组装时已经调整好，保证发射模组203发射的图像清晰；接收模组208中，接收镜头组件207和接收芯片206之间的相对位置在组装时已经调整好，保证接收模组208接收到的图像清晰；发射镜头组件202相对接收镜头组件207的相对光轴也已经调节好，保证发射模组203的发射区域能完全落在接收模组208的视场范围内。具体组装过程中如何调节，参见下述共基板模组的组装方法，此处不赘述。

本申请实施例提供的共基板模组，发射模组203和接收模组208共用一个基板205，发射模组203和接收模组208均设在基板205上，发射模组203发射信号，接收模组208接收发射模组203发射的信号，发射模组203包括光源201和发射镜头组件202，光源201设在基板205上，发射镜头组件202设在光源201的出光侧，光源201出射信号，经发射镜头组件202后投射到目标空间；接收模组208包括接收芯片206和接收镜头组件207，接收芯片206设在基板205上，接收镜头组件207设在接收芯片206接收侧，也就是接收信号的一侧；发射模组203发射的信号经目标空间反射向接收模组208，被接收模组208接收，并形成图像；发射模组203和接收模组208之间的相对光轴的夹角在-1°～1°之间，此时，发射模组203的光轴和接收模组208的光轴趋近于相互平行，发射模组203和接收模组208的对位精度高，发射模组203和接收模组208的视场角相互匹配，发射模组203的发射区域完全落在接收模组208的视场范围内，使得接收模组208能接收到发射模组203的全部发射区域，这样一来，接收模组208接收发射模组203的信号不会存在遗漏，也就不存在因遗漏信号而导致的黑边或光斑缺少等情况，使得图像质量高。

在共基板模组的组装过程中，增加工业相机307和接收模组208对整个过程进行卡控，工业相机307用于卡控发射镜头组件202相对光源201的位置，以卡控发射模组203的光斑清晰度，接收模组208用于卡控发射镜头组件202和接收镜头组件207之间的相对光轴，最终确保发射模组203发出的图像的所有散斑点都能落在接收模组208的视场范围内，且视场内的散斑点也是清晰的。与传统的共基板tof模组组装方法相比，本申请实施例提供的共基板模组在组装过程中，调整组装模组的组装顺序，引入工业相机307和接收模组208，实现光学的方法来卡控相对光轴，而不是用传统的机械定位的方法来保证发射模组203和接收模组208之间相对光轴。

接收模组208接收发射模组203发射的信号，为了能使接收模组208接收到稳定的信号，共基板模组还包括温度控制模组(图中未示出)，温度控制模组和发射镜头组件202连接，以调节发射镜头组件202的工作温度。

通过温度控制模组调节发射镜头组件202的工作温度，能使经发射镜头组件202出射的信号更稳定，这样接收模组208接收到的信号也才能更稳定，使得成像效果好。

一般地，可通过温度控制模块将发射镜头组件202的工作温度控制在35℃～40℃之间为宜。

发射模组203通过光源201和基板205连接，接收模组208通过接收芯片206和基板205连接，光源201和基板205通过焊接层固定，接收芯片206也通过焊接层和基板205固定。

其中，光源201和基板205之间通过银胶层连接，也就是说，光源201和基板205焊接时，两者的焊接介质为银胶，银胶作用主要有2个方面：第一，可将基板205上的电传导到光源201上；第二，可将光源201在工作时产生的热量通过银胶的作用传导到基板205进行散热，其驱动通常为纳秒级的脉宽信号。

并且，光源201可为VCSEL光源，由很多子光源组成的二维图案排列的二维光源，相比传统光源，具有体积小，发散角小和能量集中等优点。

另一方面，如图3所示，本申请实施例提供一种共基板模组的组装方法，包括：

S100:将光源201和接收芯片206分别固定到基板205上。

将光源201焊接到基板205上，光源201与基板205之间焊接时可采用银胶为介质，银胶可将基板205上的电传导到光源201上；另一方面，可将光源201在工作时产生的热量通过银胶的作用传导到基板205进行散热，其驱动通常为纳秒级的脉宽信号。

将接收芯片206固定到基板205上，使接收芯片206的光轴相对光源201的光轴的角度在-1°～1°之间。

在焊接的过程中，需要控制接收芯片206和光源201之间的相对旋转角度，保证两者的相对角度在规格范围内，即相对角度在-1°～1°之间，接收芯片206和光源201之间尽量平行，以保证两者之间视场匹配；通常接收芯片206为CMOS或者SPAD类型的感光芯片。

S110:在接收芯片206的接收侧安装接收镜头组件207，以形成接收模组208。

接收芯片206固定后，安装接收镜头组件207，此时先不固定接收镜头组件207，以方便调节接收镜头组件207和接收芯片206之间的相对距离。

S120:调整接收镜头组件207和接收芯片206的相对位置，使接收模组208接收的图像达到预设清晰度，并固定接收镜头组件207。

调整接收镜头组件207相对接收芯片206的距离，使接收模组208接收到的图像清晰。此时，接收芯片206已经固定在基板205上，调整接收镜头组件207相对接收芯片206的距离，保证接收芯片206与接收镜头组件207之间的处于最合适的位置，直至图像最清晰，此时接收模组208图像质量最高。

这个过程中，采用图卡调节。图卡发出图像被接收模组208接收，根据图像的清晰度，调整接收镜头组件207相对接收芯片206的距离，使接收模组208接收到图卡的图像清晰为止。

通过图卡调整接收镜头组件207相对接收芯片206的距离，接收模组208接收到图卡的图像清晰后，此时通过胶合的方式将接收镜头组件207固定在接收芯片206上，整个接收模组208在基板205上固定。

S130:在光源201的出光侧安装发射镜头组件202，以形成发射模组203。

光源201出射的信号经发射镜头组件202后投射到目标空间；并且，为了保证出射的信号稳定性和质量，还可将温度控制模组和发射镜头组件202连接，通过温度控制模组调节发射镜头组件202的工作温度至预设温度。

在发射模组203组装过程中，首先打开温度控制模组(图中未示出)，调节温度控制模组和发射镜头组件202的工作温度到一定范围，如35℃～40℃，限定工作温度可使成像时的图像质量更好。

S140:调整发射镜头组件202和光源201的相对位置，使发射模组203发射的图像达到预设清晰度。

调节时，如图5所示，采用投影屏306和工业相机307进行调节测试，投影屏306和工业相机307依次设在发射模组203的出光侧，此外，将投影屏306和接收模组208之间垂直距离设在0.4m～0.5m之间。

发射模组203出射的光束在投影屏306上成像，并透过投影屏306被工业相机307获得，同时，发射模组203出射的光束还经投影屏306反射至接收模组208。

也就是说，投影屏306为半透半反膜，投影屏306的透射率和发射率为50:50，发射模组203出射的光束一半经投影屏306透射被工业相机307获得，一半经投影屏306反射被接收模组208获得。

具体调节测试时，工业相机307采集发射模组203出射在投影屏306上形成的图像，然后根据工业相机307采集的图像的清晰度，调整光源201和发射镜头组件202之间的相对距离，计算投影屏306上散斑点的清晰度，使其处于最佳清晰度，使工业相机307采集的图像清晰。

此时光源201是固定在基板205上的，发射模组203出射光束信号，经投影屏306成像，透过投影屏306被工业相机307采集，通过工业相机307采集的成像，调节发射镜头组件202相对光源201的距离，保证工业相机307采集的发射模组203的散斑点处于最佳的清晰位置，得到最清晰的图像。

S150:调整发射镜头组件202和光源201的相对角度，使发射模组203的发射区域完全落在接收模组208的视场范围内，并固定发射镜头组件202。

接收模组208的视场角是大于发射模组203的视场角，因此要保证发射模组203的所有散斑点都在接收模组208的视场范围内。接收模组208接收发射模组203的图像，并根据图像调整发射镜头组件202相对接收镜头组件207的相对光轴，此时接收镜头组件207固定，因此调整发射镜头组件202的角度，以使发射模组203发射的区域落在接收模组208的视场范围内。调节完成后，将发射镜头组件202固定在光源201上。

接收模组208接收到清晰的图像，并根据该图像调整发射镜头组件202相对接收镜头组件207之间的光轴的夹角，使发射镜头组件202的光轴和接收镜头组件207的光轴之间的夹角在-1°～1°之间，此时，发射镜头组件202的光轴和接收镜头组件207的光轴趋近于相互平行，能使发射模组203的发射区域完全落在接收模组208的视场范围内。

由上述可知，在调节发射模组203的过程中，增加了工业相机307和接收模组208对整个过程进行卡控，其中工业相机307的功能是用于卡控发射镜头组件202相对光源201的位置，以卡控发射模组203的光斑清晰度，接收模组208的功能则是卡控发射镜头组件202和接收镜头组件207之间的相对光轴，最终确保发射模组203发出的图像的所有散斑点都能落在接收模组208的视场范围内，并且视场内的散斑点也是清晰的。

与传统的共基板tof模组组装和测试方法相比，本申请实施例提供的共基板模组的组装方法，调整组装模组的组装顺序，引入工业相机307和接收模组208，实现光学的方法来卡控相对光轴，而非用传统的机械定位的方法来保证发射模组203和接收模组208之间相对光轴。

如图4所示，S160：测试共基板模组。

在整个共基板模组组装完成后，根据要求对共基板模组进行终测试，以检测其性能指标是否符合要求。

终测试时，采用制造和检测一体设备，在组装完成后，对共基板模组进行功能检测，其中检测时，仍会利用接收模组208和外部工业相机307对共基板模组进行检测。

因此，本申请实施例还提供一种制造和检测一体设备，包括制造模块和测试模块，制造模块用于制造上述实施例的共基板模组，测试模块用于测试共基板模组的性能，测试模块包括依次设在共基板模组的发射模组203出光侧的投影屏306和工业相机307。

具体地，制造和检测一体设备所对应的制造模块，包含装配系统、检测系统、计算与控制系统。检测系统用于检测共基板模组的性能表现，投影屏306采用透射式设计，外部工业相机307与共基板模组分别在两侧。计算与控制系统则用于处理检测系统获得的数据并控制装配系统做相应的动作。装配系统包含加热模块、装卸模块和组装模块，加热模块用于加热共基板模组和零配件，装卸模块用于放置共基板模组，将共基板模组或零配件放入固定位置或取出，组装模块则包含点胶单元、胶水固化单元、烧录单元。

制造和检测一体设备所对应的测试模块，包含装卸模块、检测模块、计算与控制模块。检测系统包含外部的工业相机307和投影屏306用于检测共基板模组的性能表现，外部工业相机307的接收范围需要包括共基板模组的接收范围和发射范围。投影屏306采用透射式设计，外部工业相机307与共基板模组分别在投影屏306两侧。计算与控制系统则用于处理检测系统获得的数据并输出测试结果和测试信息并控制装卸系统做相应的动作。装卸模块拥有控制温度的功能和相应的温控单元，可以控制各个零部件或共基板模组的温度，该装卸模块主要用于在固定位置上放置或取出共基板模组。

在另一个实施中，在制造和检测一体设备上加入用于放置多个共基板模组的转盘，用机械抓取共基板模组放置在转盘的上料位置上，转盘由动力装置驱动沿固定角度旋转，使共基板模组转至下一个工位，该工位可以是温控，将共基板模组温度降低或升高到合适温度后转入下一个工位进行组装或者检测，这样能够大大增加共基板模组的组装或检测效率；或者投影屏306采用反射式设计，外部的工业相机307与共基板模组在投影屏306的同一侧。

本实施例与上述实施例的主要区别是不对共基板模组或零配件进行温度控制，设备上没有温控模块。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。