用于在光学系统内安装光学元件的装置和方法制造方法及图纸

一种用来安装一光学元件（２２）到在一光学系统内的安装板（１２）上的装置和方法。该光学元件通过一辐射固化粘合剂（７２）和一辐射透射件（１８）胶粘地接合安装板上的一表面，辐射透射件（１８）提供在安装板内的一无阻碍的光学路径以固化辐射固化粘合剂。粘合剂适应于形成安装板的材料与形成光学元件的材料之间热膨胀的差异，这样，保持了光学元件相对于安装板的位置和角度定向并防止对光学元件的损坏。形成胶粘连接的粘合剂的配方可包括间隔元件，它们的操作用来保持光学元件与安装板之间的间隔和平行度。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总地涉及光学元件的安装，更确切的说，涉及用于建立和保持光学元件与光学系统的安装板之间的可靠且对准的连接的装置和方法。
技术介绍
光学系统(诸如，用于一传统的投影图像显示系统的照明工具)的性能对组成的光学元件的安装和对齐很敏感。一般而言，光学系统包括多个光学部件或元件，它们各与一条或多条光轴对齐。一光学元件仅几微米(μm)的位置未对准或一光学元件十分之几的角度的转动未对准，足以降低光学系统传输的图像的一个或多个品质。一旦对准，光学系统的诸光学元件必须可靠地固定，以抵抗由于搬运、存储和操作环境引起的冲击、振动和热应力。由于传统的装置和方法(其用安装板或安装板上的安装垫片来联结光学诸元件)的各种缺陷，因而在光学系统的组装过程中确定的光学元件的对准会随后被丧失。温度的相对大的变化会引起一传统安装的光学元件相对于其安装板和相对于光学系统内的其它光学元件改变其平移位置和/或角度方位。因为光学元件的精确定位和对准对光学系统的有效性能至关重要，所以，单个光学元件的任何热诱导位移或转动在整体上降低了光学系统的性能。在一极端的情形中，相对安装板的热诱导移动竟然会引起光学元件的有形损坏。一传统的安装方法必须粘合一光学元件(典型地是玻璃)到由金属形成的安装板上的安装垫片上。粘合剂的室温固化是一拖延的过程，其可能需要长达72小时来达到完全固化。通过对粘合剂加热到一高温可大大地加速固化。尽管通过加热可减少固化时间，但是粘合剂完全固化的时间仍在几个小时的量级上。因此，固化粘合剂联结光学元件和安装板降低了光学系统组装过程的生产量。当提高固化温度来加速固化以加快组装生产量时，热处理变得更可能损坏光学元件。另外，由于必须购买固化炉来执行热处理，因而，组装过程的费用也大大地增加。此外，固化炉在光学系统的组装场地内占用了可观的占地面积。为了减少固化时间，可使用一辐射固化粘合剂来粘合光学元件到安装板上的安装垫片上。传统的辐射固化粘合剂通常用来自电磁波频谱的紫外线部分的辐射进行固化，紫外线通过光学元件而辐射到下面的粘合剂。然而，传输固化的辐射通过光学元件到粘合剂存在有一很大的风险，即加热或紫外线辐照对光学元件造成不可挽回的损坏。因而，需要一种用于将光学元件安装到安装板上的装置和方法，使得光学元件固定到安装板上而能抵抗由于搬运、存储和操作环境引起的冲击、振动和热应力，并使安装操作不会损坏光学元件。专利技术概要本专利技术克服了前述的和其它的在光学系统内安装光学元件的缺点和不足，该光学系统例如是在一投影图像显示系统内作为一照明工具组件安装到安装板上的一光学元件。按照本专利技术的原理，提供一光学组件，其包括一安装板，该安装板具有一前表面、一相对的后表面以及一在后表面与前表面之间延伸的通孔。该光学组件还包括一邻近前表面定位以阻挡通孔的光学元件、一阻塞至少通孔的一部分的辐射透射件(如一圆盘)以及将辐射透射件固定到光学元件的第一量的辐射固化粘合剂(radiation-curable adhesive)。该第一量的辐射固化粘合剂经从安装板的后表面入射并传输通过辐射透射件的辐射能被固化。用于固化第一量的辐射固化粘合剂的辐射不会传输通过光学元件来实现固化。在本专利技术另一变化的实施例中，该光学组件还可包括将辐射透射件固定到光学板的一第二量的辐射固化粘合剂。该第二量的辐射固化粘合剂通过从安装板的后表面或前表面中的至少一个入射的辐射能被固化。用于固化第二量的辐射固化粘合剂的辐射不会传输通过光学元件来实现固化。按照本专利技术的原理，提供一光学组件，其包括一安装板，该安装板具有一前表面、一与前表面相对的后表面以及各在后表面与前表面之间延伸的一圆形通孔和一椭圆形通孔。该椭圆形通孔具有的一主轴基本上与圆形通孔的中心对齐，而一副轴与主轴正交。光学组件还包括一与安装板联结的一光学元件，使该光学元件相对安装板可移动。一第一圆形件定位在圆形通孔内，并胶粘地固定于光学元件和安装板。定位在椭圆形通孔内的是一第二圆形件，其只胶粘地固定于光学元件。第二圆形件具有一直径，其基本上等于椭圆形通孔沿副轴的宽度。第二圆形件和椭圆形通孔合作，以将光学元件的运动约束到一基本上平行于主轴的方向。按照本专利技术的原理，提供一种将一光学元件组装到一安装板用的方法。该方法包括提供具有一通孔的安装板；将光学元件定位在安装板的前侧的邻近，这样，一部分光学元件阻挡通孔的入口；放置一辐射透射件以阻塞至少通孔的一部分；在辐射透射件与光学元件之间提供一第一量的辐射固化粘合剂，以及将第一量的辐射固化粘合剂暴露在来自安装板后侧通过辐射透射件的辐射中，以辐照第一量的辐射固化粘合剂。辐射对于将辐射透射件胶粘地固定于光学元件是有效的。在本专利技术的另一变化的实施例中，该方法还可包括在辐射透射件与安装板之间提供一第二量的辐射固化粘合剂，以及将第二量的辐射固化粘合剂暴露在辐照中，以便实现将辐射透射件胶粘地固定于安装板。本专利技术允许一光学系统的光学元件(如用于投影屏幕显示器内的照明工具的一光学元件)精密地安装和固化到位，由此，在搬运、储存和操作过程中控制光学元件的移位。在一将多个图像组份组合成一合成图像的光学系统中(如一照明工具)，各个图像组份的显微像素尺寸(microscopic pixel size)(其可明显地变化但可小到大约10μm)需要在操作过程中保持精确对齐的安装技巧。多个图像组份中的一个组份的位移等于像素尺寸的几分之一的距离足以降低由光学系统输出的图像质量。按照本专利技术原理，光学元件与安装板之间的胶粘连接可防止光学元件在光学系统的操作过程中的对齐不准和定向错误，它们因光学元件与安装板之间热膨胀系数的不匹配而引起的不同的热膨胀造成。光学元件与安装板之间粘合层的适应性可适应不同的热膨胀，同时保持光学元件基本上静止且有角度地定向。其结果，可在光学系统的操作过程中控制光学元件的定位，并且光学元件不会由于热效应而变成不对齐或定向错误。此外，不同的热膨胀显然不会伤害或另外损坏光学元件的表面。本专利技术原理对减少安装的光学元件对冲击和振动的敏感度也有效。按照本专利技术原理，使用辐射固化粘合剂可显著地加速粘合层的固化时间。此外，一辐射传递件(radiation-transmissive member)的使用允许辐射固化粘合剂在一直接的光路内从与胶粘地固定在其上的光学元件相对的安装板的一侧被直接照射。其结果，辐射固化粘合剂不会辐射通过安装的光学元件，这大大地减少或消除固化辐射损坏光学元件的风险。具体来说，背侧辐射减少热量转移到光学元件，尤其是，用紫外线从背侧辐射的固化不会退化光学元件。另外，空间公差和至少光学元件与辐射透射件之间的平行度可由辐射固化粘结剂内的间隔件保持。从诸附图和其描述中，本专利技术的上述的和其它的目的和优点将变得显而易见。附图简要说明附图包括在本说明书内并构成本说明书的一部分，它们连同以上给出的本专利技术的一般描述和下文中将给出的实施例的详细描述，一起用来解释本专利技术的原理。附图说明图1是按照本专利技术原理一光学元件和安装板组件的分解立体图。图2A-2E是沿图1的线“2-2”截取的一横截面图，概略地示出光学元件安装到安装板。图3是图1的光学元件和安装板的一组装立体图。图4是图2E的组装的光学元件和安装板的一部分的放大图。图5是一类似于图1的分解立体图，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学组件包括：一安装板，其具有一前表面、一与前表面相对的后表面以及一在所述后表面与所述前表面之间延伸的通孔；一光学元件，其邻近于所述前表面定位以阻挡所述通孔；一辐射透射件，其阻塞所述通孔的至少一部分；以及 一第一量的辐照固化粘合剂，其将所述辐射透射件固定于所述光学元件，所述第一量的辐照固化粘合剂能够被从所述安装板的所述后表面入射的辐照固化，其中，辐照不会传输通过所述光学元件来固化所述第一量的辐照固化粘合剂。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DM斯尼菲雷，DM赖讷特，KE艾伦，RR范纳罗浦，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]