CN101546020B - 光学器件组装系统及固定光学元件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学器件组装系统及固定光学元件的方法，光学器件包括光学元件和热沉，各光学元件的至少一个表面镀有金属层，该组装系统包括光学元件固定装置，光学元件固定装置包括控制模块以及分别与所述控制装置电连接的焊料填充装置和至少一个温控棒，焊料填充装置用于将焊料填充到光学元件的金属层与热沉之间，温控棒用于熔化所述焊料且其温度可由控制模块控制。本发明使用温控棒熔化焊料，温控棒可以精确控制焊料的温度，避免了焊料温度过低带来的流动性不足从而保证调整精度；并且避免可能带来的光学元件的热损伤；采用电控系统实现实时温度调整，可以根据元件调整状态调节焊料的温度，以控制其状态为熔融或半熔融态。

Description

光学器件组装系统及固定光学元件的方法

技术领域

本发明涉及光学器件领域，特别涉及一种光学器件组装系统及固定光学元件的方法。

背景技术

在目前的光学仪器和设备的制造中，各种光学器件包括透镜等都通过粘接剂直接粘接在热沉或基座上，由于粘接缝隙小，且可能有一定的倾斜度，用传统的粘接剂粘接流动性不够，只能从外部周边向内粘接，会造成中间有空洞，并非完全粘合，从而缺乏稳定性和固定性，在恶劣的自然条件下容易开裂。为了克服这一困难，公开号为CN1591059A的中国专利申请公开了一种光学器件组装设备及其固定光学元件的方法，包括了一种基底和固定在基底上的光学元件。基底的表面镀有一层金属部件。光学元件由金属壳体包裹，该金属壳体用焊剂固定在金属部件上。基底由可以透过光束的材料构成，例如玻璃。光束透过基底熔化焊剂，并在焊剂熔化的同时调整光学元件位置，待位置调整结束撤走光束，焊剂冷却凝固将金属壳体固定到金属部件上。

然而，这种固定光学元件的方式由于使用光束加热焊剂，在焊剂熔化后的整个光学元件位置调整期间，如果使用光束继续加热焊剂，会使得焊剂温度过高，甚至有可能损伤光学元件；如果关闭光束，焊剂温度会迅速降低，流动性不足，直接影响光学元件位置的调整；此外，由于其基底必须是特殊的透明材料，例如玻璃等，这就限制了它的使用范围。

发明内容

因此，本发明的任务是克服现有技术的缺陷，从而提供一种光学器件组装系统。

本发明的另一任务是提供一种固定光学元件的方法。

一方面，本发明提供一种光学器件组装系统，所述光学器件包括光学元件和热沉，各光学元件的至少一个表面镀有金属层，该组装系统包括光学元件固定装置，所述光学元件固定装置包括控制模块，以及分别与所述控制模块电连接的焊料填充装置和至少一个温控棒，所述焊料填充装置用于将焊料填充到所述光学元件的金属层与所述热沉之间，所述温控棒用于熔化所述焊料且其温度可由所述控制模块控制。

本发明还提供了另一种光学器件组装系统，所述光学器件包括光学元件、金属底座和热沉，该组装系统包括光学元件固定装置，所述光学元件固定装置包括控制模块以及分别与所述控制模块电连接的焊料填充装置和至少一个温控棒，所述焊料填充装置用于将焊料填充到所述金属底座与所述热沉之间，所述温控棒用于熔化所述焊料且其温度可由所述控制模块控制。

上述两种组装系统中，所述温控棒还优选设有制冷装置，例如半导体制冷片(TEC)等。

另一方面，本发明提供了利用上述第一种光学器件组装系统将光学元件固定在热沉上的方法，包括以下步骤：

由所述焊料填充装置将焊料填入所述光学元件的金属层与热沉之间；

使用所述温控棒在固定的温度下，例如焊料熔点，将焊料熔化；

调整光学元件的位置；

固化所述焊料，使得所述光学元件被固定在热沉上。

本发明还提供了利用上述第二种光学器件组装系统将光学元件固定在热沉上的方法，包括以下步骤：

由所述焊料填充装置将焊料填入金属底座与热沉之间；

使用所述温控棒在固定的温度下，例如焊料熔点，将焊料熔化；

调整光学元件的位置；

固化所述焊料，使得所述金属底座被固定在热沉上。

上述方法中，所述焊料优选Au-Sn。

上述方法中，优选通过所述温控棒对所述焊料进行主动冷却以实现其固化。

本发明的光学器件组装系统和固定光学元件的方法具有以下优点：

1.使用温控棒熔化焊料，温控棒可以精确控制焊料的温度，避免了焊料温度过低带来的流动性不足从而保证调整精度；并且避免可能带来的光学元件的热损伤；

2.由于焊料具有较强的浸润能力，提高了热沉与光学元件或金属底座之间的粘接强度，并且利于导热，可对光学元件实现快速导热；

3采用电控系统实现实时温度调整，可以根据元件调整状态调节焊料的温度，以控制其状态为熔融或半熔融态；

4.对于光学元件的形状和热沉的形状没有特定要求，任何形状均可实现；

5.可以采用多种主动冷却的制冷方法对焊料进行快速降温，例如采用半导体制冷片(TEC)制冷、风冷等，采用主动冷却的快速制冷可以避免慢冷时焊接处形成孔洞，焊后缺陷率小；

6.热沉不必采用透光材料，只要采用导热性好的金属材料即可；

7.传统使用粘接剂粘接，在调整光学元件的位置后，由于光学元件或底座与热沉之间的缝隙小且可能有一定的倾斜度，用粘接剂粘接流动性不够，只能从外部周边向内粘接，会造成中间有空洞，并非完全粘合，从而造成稳定性和固定性差，容易开裂，本发明采用金属焊料，克服了上述问题，具有粘结性、稳定性强的特性，不会轻易发生开裂，提高了产品质量。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：

图1是一种温控棒的剖面结构示意图；

图2是光学元件固定在热沉前的示意图；

图3是用熔化焊料来固定光学元件的示意图；

图4是固定光学元件后的示意图；

图5是用熔化焊料固定金属底座的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的解释和说明。

作为本发明的一个实施例，一种光学器件组装系统，包括光学元件固定装置以及用于调整各个光学元件位置的调整装置，所述光学元件固定装置包括控制模块以及分别与所述控制模块电连接的焊料填充装置和两个温控棒，所述温控棒用于熔化所述焊料，并由调整装置中的控制模块对温控棒的温度进行控制和调节。

作为实施例，图1给出了一种温控棒的剖面结构，包括金属罩7、陶瓷加热棒8、半导体制冷片(TEC)9、温度传感器10和手柄11。金属罩7套在陶瓷加热棒8前端，在金属罩7的内部设有电连接至控制模块的温度传感器10，用以感测温控棒的温度。其中，金属罩7的材料可以优选铜、铁、铝或钢等金属。与陶瓷加热棒8电连接的控制模块(图中未示出)用以控制陶瓷加热棒8的温度，而陶瓷加热棒8对套于其前端的金属罩7进行热传导，从而实现加热。在陶瓷加热棒8的外部还套有环状的TEC9，TEC9的冷端面与金属罩7的末端表面完全接触，用以对金属罩7进行制冷。当需要通过主动冷却对焊料进行降温的时候，控制模块将TEC9通电实现温控棒的制冷功能。此外，温控棒还可以采用加热丝装置或风冷装置等传统方式进行加热或制冷，也可以采用自然冷却的方式。

本领域技术人员应当理解，温控棒的数目应当至少为一个，根据实际应用的需要，可以使用两个、三个或更多个。

使用上述实施例中的光学器件组装系统来固定光学元件的过程如图2-图4所示，图2中，光学元件1固定在调整装置(图中未示出)上，在所述光学元件1的下表面(非通光面)镀有一层金属层，光学元件1的下表面与热沉2之间留有缝隙；然后使用焊料填充装置(图中未示出)将焊料3填充到所述缝隙中，如图3所示，将第一温控棒4和第二温控棒5与所述焊料3接触，光学元件固定装置中的控制模块控制两个温控棒4、5的温度等于或略高于焊料3的熔点，使焊料处于熔融状态。例如当焊料3采用Au-Sn时，其熔点为280℃，两个温控棒4、5的温度可以设置为300℃，此温度即可保证焊料3可以完全熔化，又可以防止其温度过高，避免对光学元件产生热损伤。

当焊料3熔化后，就可以通过调整装置对光学元件的位置进行调整，这对本领域技术人员是公知的，当调整完毕后，控制模块启动TEC9对温控棒4、5制冷，将温控棒4、5迅速降温，加快焊料3的冷却速度，待焊料3固化后，将两个温控棒4、5移开，从而将光学元件1与热沉2固定在一起，如图4所示，将光学元件1与调整装置分离，整个固定过程完成。

对于某些易产生热损伤的光学元件，可以先将光学元件固定在金属底座6上，如图5所示，将光学元件固定在金属底座上的方式既可以采用传统的胶粘方法，也可以如公开号为CN1591059A的中国专利申请那样使用金属壳体包裹来实现，或者使用其它适合的固定方式；然后再对金属底座6和所述热沉2按照上述方法进行焊接，具体步骤与前面类似，这里就不再赘述。

最后应说明的是，以上实施例及其附图仅用以说明本发明光学器件组装系统的结构，以及固定光学元件的方法的技术方案，但非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的机构和技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种光学器件组装系统，其特征在于，所述光学器件包括光学元件和热沉，各光学元件的至少一个表面镀有金属层，该组装系统包括光学元件固定装置，所述光学元件固定装置包括控制模块以及分别与所述控制模块电连接的焊料填充装置和至少一个温控棒，所述焊料填充装置用于将焊料填充到所述光学元件的金属层与所述热沉之间，所述温控棒用于熔化所述焊料且其温度由所述控制模块控制；所述温控棒包括陶瓷加热棒(8)、金属罩(7)、半导体制冷片(9)和温度传感器(10)，所述金属罩(7)套在所述陶瓷加热棒(8)的顶端，所述半导体制冷片(9)设置在所述金属罩(7)的末端，所述温度传感器(10)设置在所述金属罩(7)内，所述温度传感器(10)、陶瓷加热棒(8)和所述半导体制冷片(9)分别电连接至所述控制模块。

2.一种光学器件组装系统，其特征在于，所述光学器件包括光学元件、金属底座和热沉，所述光学元件固定在所述金属底座上，该组装系统包括光学元件固定装置，所述光学元件固定装置包括控制模块以及分别与所述控制模块电连接的焊料填充装置和至少一个温控棒，所述焊料填充装置用于将焊料填充到所述金属底座与所述热沉之间，所述温控棒用于熔化所述焊料且其温度由所述控制模块控制；所述温控棒包括陶瓷加热棒(8)、金属罩(7)、半导体制冷片(9)和温度传感器(10)，所述金属罩(7)套在所述陶瓷加热棒(8)的顶端，所述半导体制冷片(9)设置在所述金属罩(7)的末端，所述温度传感器(10)设置在所述金属罩(7)内，所述温度传感器(10)、陶瓷加热棒(8)和所述半导体制冷片(9)分别电连接至所述控制模块。

3.一种使用权利要求1所述的光学器件组装系统将光学元件固定在热沉上的方法，包括以下步骤：

由所述焊料填充装置将焊料填入所述光学元件的金属层与热沉之间；

使用温控棒在固定的温度下将焊料熔化；

调整光学元件的位置；

固化所述焊料，使得所述光学元件被固定在热沉上；

其中，使用温控棒在固定的温度下将焊料熔化的过程如下：控制模块通过设置在金属罩(7)内的温度传感器(10)对温控棒的温度进行感测，并对陶瓷加热棒(8)的温度进行控制和调节，陶瓷加热棒(8)对套于其前端的金属罩(7)进行热传导，从而实现加热；在陶瓷加热棒(8)的外部还套有环状的半导体制冷片(9)，半导体制冷片(9)的冷端面与金属罩(7)的末端表面完全接触，用以对金属罩(7)进行制冷。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述焊料为Au-Sn。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，固化焊料过程中，使用温控棒对所述焊料进行主动冷却。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述固定的温度为焊料的熔点。

7.使用权利要求2所述光学器件组装系统将光学元件固定在热沉上的方法，包括以下步骤：

由所述焊料填充装置将焊料填入金属底座与热沉之间；

使用所述温控棒在固定的温度下将焊料熔化；

调整光学元件的位置；

固化所述焊料，使得所述金属底座被固定在热沉上；

其中，使用温控棒在固定的温度下将焊料熔化的过程如下：控制模块通过设置在金属罩(7)内的温度传感器(10)对温控棒的温度进行感测，并对陶瓷加热棒(8)的温度进行控制和调节，陶瓷加热棒(8)对套于其前端的金属罩(7)进行热传导，从而实现加热；在陶瓷加热棒(8)的外部还套有环状的半导体制冷片(9)，半导体制冷片(9)的冷端面与金属罩(7)的末端表面完全接触，用以对金属罩(7)进行制冷。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述焊料为Au-Sn。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，固化焊料过程中，使用温控棒对所述焊料进行主动冷却。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述固定的温度为焊料的熔点。

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