CN113703119B - 一种光学探测器滤光片精密封装机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学探测器滤光片精密封装机构，属于封装机构技术领域。解决了现有技术中滤光片的封装方法封装精度低的技术问题。本发明的精密封装机构，包括探测器座、滤光片座、压片、压紧机构、第二弹性机构和第二顶丝。该封装机构具有温度自适应性，使得滤光片的封装精度显著提高，故而黑膜开窗尺寸可以制作得非常精确，有效吸收杂光，降低谱段间的串扰，改善了探测器的成像质量；同时对探测器陶瓷封装、芯片封装以及滤光片的制造精度要求显著降低，生产成本进一步降低。

Description

一种光学探测器滤光片精密封装机构

技术领域

本发明属于封装机构技术领域，具体涉及一种光学探测器滤光片精密封装机构。

背景技术

光电探测器的原理是由辐射引起被照射材料电导率发生改变。光电探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。如在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等；在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。

在空间光学遥感领域，为顺应空间光学探测的发展趋势，空间光学遥感器使用的光学探测器常采用兼具多光谱与全色探测能力的多谱段光学探测器。即探测器前需要加一片滤光片，用以生成不同谱段的光线为感光像元成像所使用。为了减少杂光以及多次反射带来的谱段间的串扰，滤光片采用在黑膜上开窗的方式透过各谱段对应的光束。因此开窗尺寸在满足需求的前提下，越小越好。基于以上原因，对于滤光片的封装精度有较高的需求，一般需要达到±0.05mm。

滤光片的高精度封装是探测器国产化过程中急需攻克的一项难题。现有技术中，滤光片封装的主要实现形式是采用刚性对准工装进行对准。刚性对准工装的封装原理是将探测器整体放入一个刚性的结构盒子中，滤光片也采用刚性工装盒封装，通过探测器盒与滤光片盒外边缘结构对准，实现滤光片与探测器的对准。然后将对准后的组合体整体放入高温箱中干胶固化。封装原理见图1。由于固化温度达到了170℃，固定用的探测器盒与探测器的陶瓷封装具有不同的线胀系数，探测器盒与探测器的边缘不可能做得过紧，否则探测器将受到热变形产生的挤压。因此探测器将不可避免的会在探测器盒中有微量窜动；同理滤光片也会发生窜动。另外，探测器盒的加工误差、陶瓷封装的加工误差，芯片的封装误差、滤光片的制造公差，都会对滤光片的封装精度造成影响。通过分析，极端情况下的封装误差甚至达到了±1mm。此时的黑膜开窗将非常大，防杂光效能减退明显，不能满足使用需求。

发明内容

为解决现有技术中滤光片的封装方法封装精度低的技术问题，本发明提供一种光学探测器滤光片精密封装机构。该封装机构具有温度自适应性，使得滤光片的封装精度显著提高，故而黑膜开窗尺寸可以制作得非常精确，有效吸收杂光，降低谱段间的串扰，改善探测器的成像质量；同时对探测器陶瓷封装、芯片封装以及滤光片的制造精度要求显著降低，生产成本进一步降低。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

本发明提供一种光学探测器滤光片精密封装机构，包括探测器座、滤光片座、压片、压紧机构、第二弹性机构和第二顶丝；

所述探测器座为柱状结构，探测器座的上表面设有第一凹槽，第一凹槽的槽内尺寸与滤光片座外边缘的尺寸配合，用于放置滤光片座，第一凹槽的侧壁上沿X向和沿Y向分别设有第三通孔，且在沿X向第三通孔和沿Y向第三通孔相对一侧的第一凹槽的侧壁上分别设有第四通孔，第一凹槽的槽底设有第二凹槽，第二凹槽的槽内尺寸与探测器的外边缘尺寸配合，用于放置探测器，第二凹槽的侧壁上沿X向和沿Y向分别设有第二通孔，且第二凹槽的槽底设有第一通孔；

所述滤光片座为柱状结构，放置在第一凹槽内，滤光片座的下表面设有第三凹槽，第三凹槽的槽内尺寸与滤光片的外边缘尺寸配合，用于放置滤光片，且第三凹槽的槽底设有第五通孔；

所述压片为片状结构，压片上设有第六中心通孔，压片的下表面沿第六中心通孔的边缘设有凸环，凸环的高度等于滤光片座的高度减去过滤片的高度，凸环安装在滤光片座内，压片的边缘通过第二弹性机构固定在探测器座的上表面上，实现凸环的底面与滤光片的上表面挤压接触；

所述压紧机构包括钢珠、第一弹性机构和第一顶丝；每个第二通孔和第三通孔内均设置一个压紧机构，钢珠、第二弹性机构和第一顶丝在第二通孔和第三通孔内均从内至外依次设置，第一顶丝对第一弹性机构施加顶紧力，使钢珠与探测器的侧壁或滤光片座的侧壁挤压接触，钢珠上与探测器的侧壁和滤光片座的侧壁的接触的面均为弧面；

所述第二顶丝的数量与第四通孔的数量相同，每个第四通孔内放置一个第二顶丝，第二顶丝能够顶紧在滤光片座的侧壁上，通过调整第二顶丝，实现滤光片相对探测器在X向、Y向的平移与Z向的转动；

所述X向、Y向和Z向两两垂直。

进一步的，所述探测器座为方柱。

进一步的，沿X向和沿Y向的第二通孔分别有两个。

进一步的，沿X向的第三通孔为一个，沿Y向第三通孔为两个，沿X向第三通孔相对一侧的第一凹槽侧壁上设有一个第四通孔，且第四通孔与该沿X向第三通孔对称，沿Y向第三通孔相对一侧的第一凹槽侧壁上设有两个第四通孔，且两个第四通孔与两个沿Y向的第三通孔对称。

进一步的，所述钢珠为钢球。

进一步的，所述第一弹性机构为弹簧。

进一步的，所述第二弹性机构包括螺钉和弹簧，压片和探测器座通过螺钉固定，弹簧套在螺钉的螺钉杆外且顶部压紧在螺钉的螺钉帽的下表面上。

进一步的，第一凹槽、第二凹槽、第一通孔、第五通孔和第六通孔均同轴。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明的光学探测器滤光片精密封装机构的具有温度自适应能力的探测器、滤光片固定工装，能够消除探测器、滤光片在工装座中的窜动，并对温度变化引起的变形具有自适应能力；

2、本发明的光学探测器滤光片精密封装机构具有X，Y向平动，绕Z向转动，三个自由度的调整能力，精确调整滤光片的位置，并能够固定滤光片，在干胶过程保持其位置稳定；

3、本发明的光学探测器滤光片精密封装机构调整精度显著提高，封装精度由±1mm提高到±0.02mm；

4、本发明的光学探测器滤光片精密封装机构使得封装得到的探测器杂光率以及谱段见的串扰显著降低，提高探测器成像质量；

5、本发明的光学探测器滤光片精密封装机构能够降低探测器陶瓷封装加工、芯片封装、滤光片加工的精度要求，进而降低产品生产成本，同时结构简单精巧，制造成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，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它的附图。

图1a和图1b为现有技术中采用刚性对准工装的滤光片封装的结构示意图；

图2为本发明的光学探测器滤光片精密封装机构的结构示意图；

图3为图2的A-A向剖视图；

图4为图2的B-B向剖视图；

图中，1、滤光片，2、探测器，3、探测器座，3-1、第二通孔，3-2、第三通孔，3-3、第四通孔，4、滤光片座，5、压片，6、压紧机构，6-1、钢珠，6-2，第一弹性机构，6-3，第一顶丝，7、第二弹性机构，8、第二顶丝。

具体实施方式

为了进一步了解本发明，下面结合具体实施方式对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。

在本发明中所使用的术语，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义，除非另有说明。本实施方式中，X向、Y向和Z向两两垂直。

如图2-4所示，本发明的光学探测器滤光片精密封装机构，包括探测器座3、滤光片座4、压片5、压紧机构6、第二弹性机构7和第二顶丝8。

其中，探测器座3为柱状结构，具体没有特殊限制，可以为方柱或圆柱，优选方柱。探测器座3的上表面设有第一凹槽，第一凹槽的槽底设有第二凹槽，第二凹槽的槽底设有用于透光的第一通孔，第一凹槽、第二凹槽和第一通孔在探测器座3上构成了阶梯结构。第一凹槽的侧壁上沿X向和沿Y向分别设有第三通孔3-2；在沿X向第三通孔3-2和沿Y向第三通孔3-2相对一侧的第一凹槽的侧壁上分别设有第四通孔3-3。优选沿X向的第三通孔3-2为一个，沿Y向第三通孔3-2为两个，沿X向第三通孔3-2相对一侧的第一凹槽侧壁上设有一个第四通孔3-3，且第四通孔3-3与该沿X向第三通孔3-2对称，沿Y向第三通孔3-2相对一侧的第一凹槽侧壁上设有两个第四通孔3-3，且两个第四通孔3-3与两个沿Y向的第三通孔3-2对称。第二凹槽的侧壁上沿X向和沿Y向分别设有第二通孔3-1。优选沿X向和沿Y向的第二通孔3-1分别有两个。

探测器2的外边缘尺寸与第二凹槽的槽内尺寸配合，放置在第二凹槽内。

滤光片座4为柱状结构，外边缘尺寸与第一凹槽的槽内尺寸配合，放置在第一凹槽内。滤光片座4的下表面设有第三凹槽，第三凹槽的槽底设有用于透光的第五通孔。

滤光片1的外边缘尺寸与第三凹槽的槽内尺寸配合，放置在第三凹槽内，且滤光片1的上表面与第三凹槽的槽底接触。

压紧机构6包括钢珠6-1、第一弹性机构6-2和第一顶丝6-3。压紧机构6的数量为第二通孔3-1和第三通孔3-2的数量之和。每个第二通孔3-1和第三通孔3-2内均设置一个压紧机构6。钢珠6-1、第一弹性机构6-2和第一顶丝6-3在第二通孔3-1和第三通孔3-2内均从内至外依次设置，第一顶丝6-3给第一弹性机构6-2施加顶紧力，第一弹性机构6-2给钢珠6-1施加弹力，使钢珠6-1与探测器2的侧壁或滤光片座4的侧壁挤压接触。钢珠6-1上与探测器2的外壁和滤光片座4的外壁的接触的表面均为弧面；优选钢珠6-1为钢球。第一弹性机构6-2主要实现弹性压紧作用，优选为弹簧。

压片5为片状结构。压片5上设有用于透光第六中心通孔。压片5的下表面沿第六中心通孔的边缘设有凸环，即凸环的内径与第六中心通孔的内径相同且对齐固定。凸环的高度等于滤光片座4的高度减去过滤片1的高度。凸环安装在滤光片座4内，且底面与滤光片1挤压接触，压片5的边缘通过第二弹性机构7固定在探测器座3的上表面上。优选第二弹性机构7包括螺钉和弹簧，压片5和探测器座3通过螺钉固定，弹簧套在螺钉的螺钉杆外且顶部压紧在螺钉的螺钉帽的下表面上。第二弹性机构7的个数不限，达到弹性固定目的即可。

第二顶丝8的数量与第四通孔3-3的数量相同，每个第四通孔3-3内放置一个第二顶丝8，第二顶丝8能够顶紧在滤光片座4的侧壁上，通过调整第二顶丝8，实现滤光片1相对探测器2在X向、Y向的平移与Z向的转动。

上述技术方案中，优选第一凹槽、第二凹槽、第一通孔、第五通孔和第六通孔同轴。

上述技术方案中，本发明的光学探测器滤光片精密封装机构通过第二通孔3-1内的压紧机构6解决探测器2在探测器座3中的窜动问题。其原理是利用第一弹性机构6-2的自适应变形将探测器2向探测器座3的两个互相垂直的表面压紧，保证探测器2的位置稳定，同时对温度变化具有适应性。

上述技术方案中，本发明的光学探测器滤光片精密封装机构通过第三通孔3-2内的压紧机构6和第四通孔3-3内的第二顶丝8，解决滤光片1的无间隙调整问题。其原理是滤光片座4通过两面第二顶丝8与对位的两面压紧机构6进行压紧。即实现滤光片1相对探测器2在X、Y方向的平移与绕Z方向的转动。当位置调整至满足要求时，通过带有第二弹性机构7的压片5，将滤光片1压紧至探测器2(的陶瓷封装)上。通过调整第二顶丝8，进入高温箱内进行干胶固化。利用第二弹性机构7的自适应伸缩，第二顶丝8的间隙被有效消除，同时封装座能够适应温度变化，很好的对探测器2以及滤光片1进行固定。因此，所有压紧机构6均具有温度自适应的无间隙压紧特性。滤光片1与探测器2对准后，高温固化过程中产生的变化量仅为柔性工装与探测器2、滤光片1温度变形的差值。经过分析，采用此种精密封装机构的封装精度能够达到±0.02mm。

对所公开的实施方式的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现和使用本发明。对这些实施方式的多重修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施方式中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施方式，而是要符合本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.光学探测器滤光片精密封装机构，其特征在于，包括探测器座(3)、滤光片座(4)、压片(5)、压紧机构(6)、第二弹性机构(7)和第二顶丝(8)；

所述探测器座(3)为柱状结构，探测器座(3)的上表面设有第一凹槽，第一凹槽的槽内尺寸与滤光片座(4)外边缘的尺寸配合，用于放置滤光片座(4)，第一凹槽的侧壁上沿X向和沿Y向分别设有第三通孔(3-2)，且在沿X向第三通孔(3-2)和沿Y向第三通孔(3-2)相对一侧的第一凹槽的侧壁上分别设有第四通孔(3-3)，第一凹槽的槽底设有第二凹槽，第二凹槽的槽内尺寸与探测器(2)的外边缘尺寸配合，用于放置探测器(2)，第二凹槽的侧壁上沿X向和沿Y向分别设有第二通孔(3-1)，且第二凹槽的槽底设有第一通孔；

所述滤光片座(4)为柱状结构，放置在第一凹槽内，滤光片座(4)的下表面设有第三凹槽，第三凹槽的槽内尺寸与滤光片(1)的外边缘尺寸配合，用于放置滤光片(1)，且第三凹槽的槽底设有第五通孔；

所述压片(5)为片状结构，压片(5)上设有第六中心通孔，压片(5)的下表面沿第六中心通孔的边缘设有凸环，凸环的高度等于滤光片座(4)的高度减去过滤片(1)的高度，凸环安装在滤光片座(4)内，压片(5)的边缘通过第二弹性机构(7)固定在探测器座(3)的上表面上，实现凸环的底面与滤光片(1)的上表面挤压接触；

所述压紧机构(6)包括钢珠(6-1)、第一弹性机构(6-2)和第一顶丝(6-3)；每个第二通孔(3-1)和第三通孔(3-2)内均设置一个压紧机构(6)，钢珠(6-1)、第二弹性机构(6-2)和第一顶丝(6-3)在第二通孔(3-1)和第三通孔(3-2)内均从内至外依次设置，第一顶丝(6-3)对第一弹性机构(6-2)施加顶紧力，使钢珠(6-1)与探测器(2)的侧壁或滤光片座(4)的侧壁挤压接触，钢珠(6-1)上与探测器(2)的侧壁和滤光片座(4)的侧壁的接触的面均为弧面；

所述第二顶丝(8)的数量与第四通孔(3-3)的数量相同，每个第四通孔(3-3)内放置一个第二顶丝(8)，第二顶丝(8)能够顶紧在滤光片座(4)的侧壁上，通过调整第二顶丝(8)，实现滤光片(1)相对探测器(2)在X向、Y向的平移与Z向的转动；

所述X向、Y向和Z向两两垂直。

2.根据权利要求1所述的光学探测器滤光片精密封装机构，其特征在于，所述探测器座(3)为方柱。

3.根据权利要求1所述的光学探测器滤光片精密封装机构，其特征在于，沿X向和沿Y向的第二通孔(3-1)分别有两个。

4.根据权利要求1所述的光学探测器滤光片精密封装机构，其特征在于，沿X向的第三通孔(3-2)为一个，沿Y向第三通孔(3-2)为两个，沿X向第三通孔(3-2)相对一侧的第一凹槽侧壁上设有一个第四通孔(3-3)，且第四通孔(3-3)与该沿X向第三通孔(3-2)对称，沿Y向第三通孔(3-2)相对一侧的第一凹槽侧壁上设有两个第四通孔(3-3)，且两个第四通孔(3-3)与两个沿Y向的第三通孔(3-2)对称。

5.根据权利要求1所述的光学探测器滤光片精密封装机构，其特征在于，所述钢珠(6-1)为钢球。

6.根据权利要求1所述的光学探测器滤光片精密封装机构，其特征在于，所述第一弹性机构(6-2)为弹簧。

7.根据权利要求1所述的光学探测器滤光片精密封装机构，其特征在于，所述第二弹性机构(7)包括螺钉和弹簧，压片(5)和探测器座(3)通过螺钉固定，弹簧套在螺钉的螺钉杆外且顶部压紧在螺钉的螺钉帽的下表面上。

8.根据权利要求1所述的光学探测器滤光片精密封装机构，其特征在于，第一凹槽、第二凹槽、第一通孔、第五通孔和第六通孔均同轴。

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