一種無應(yīng)力安裝光學(xué)元件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光學(xué)元件安裝方法，尤其涉及一種無應(yīng)力安裝光學(xué)元件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為滿足精密光學(xué)設(shè)備與儀器的高精度高性能，需要光學(xué)儀器設(shè)備中的光學(xué)元件的面型、厚度等具有極高精度，光學(xué)元件的材料具有極高的均勻性、少缺陷，光學(xué)元件空間定位精度高。
[0003]目前普遍采用的光學(xué)元件固定方法有兩種，一種方法是采用機(jī)械緊固力固定光學(xué)元件。此方法的缺陷是:第一:施加在光學(xué)元件上的機(jī)械緊固力使被固定的光學(xué)元件內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致光學(xué)元件產(chǎn)生面型變型、厚度變化、均勻性變化甚至內(nèi)應(yīng)力損傷開裂;第二:光學(xué)元件受外界機(jī)械緊固力與內(nèi)應(yīng)力影響偏離預(yù)設(shè)空間位置，影響光學(xué)系統(tǒng)性能。另一種方法是在光學(xué)元件與安裝表面之間的接觸面填充連接介質(zhì)如粘接劑、焊料等并通過粘接或焊接等連接手段將光學(xué)元件固定。此方法的缺陷是:第一:光學(xué)元件、連接介質(zhì)、指定的固定標(biāo)的物三者熱膨脹系數(shù)不同，在固定后光學(xué)元件因差分膨脹或差分收縮產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力;第二:連接過程中處于光學(xué)元件與固定標(biāo)的物之間的連接介質(zhì)的不均勻收縮或膨脹使光學(xué)元件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，并且偏離預(yù)設(shè)空間位置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)光學(xué)元件安裝后不產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力、同時保證安裝牢固的無應(yīng)力安裝光學(xué)元件的方法。
[0005]本發(fā)明提供一種無應(yīng)力安裝光學(xué)元件的方法，其包括如下步驟:
[0006]第一步:光學(xué)元件平穩(wěn)放置在指定固定標(biāo)的物的安裝面上；
[0007]第二步:當(dāng)光學(xué)元件與所述安裝面達(dá)到受合力為零時，在光學(xué)元件與固定標(biāo)的物安裝表面的交界處對稱放置連接材料，通過連接材料將光學(xué)元件安裝在固定標(biāo)的物的安裝面上。
[0008]其中，所述連接材料不存在于光學(xué)元件與安裝面的接觸面上。
[0009]其中，所述連接材料為粘接劑或焊材。
[0010]其中，所述連接材料將光學(xué)元件安裝在安裝面的安裝方法包括粘接或焊接。
[0011]其中，所述連接材料以同樣體積、形狀、密度在空間上對稱放置于光學(xué)元件與固定標(biāo)的物的安裝面的交界處。
[0012]其中，所述連接材料為光學(xué)膠水。
[0013]其中，所述連接材料的存在形式包括但不限于氣體、液體、固體。
[0014]其中，安裝后，所述連接材料的熱膨脹系數(shù)與光學(xué)元件的熱膨脹系數(shù)比值為I至10。
[0015]其中，所述連接材料的熱膨脹系數(shù)約為8x10—6。
[0016]其中，所述連接材料在安裝過程中，其體積收縮率或膨脹率小于I%。
[0017]本發(fā)明的技術(shù)方案優(yōu)點(diǎn)在于:第一，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)方法不能實(shí)現(xiàn)的光學(xué)元件固定在安裝界面后不產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力;第二:通過選擇適當(dāng)?shù)倪B接材料與連接工藝方法，可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)元件安裝后不產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力同時保證固定牢固；第三:本發(fā)明簡潔有效，實(shí)踐驗(yàn)證工作穩(wěn)定可靠，可廣泛用于各種光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)元件安裝。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明以圓柱體石英玻璃作為光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為圖1所示圓柱體石英玻璃的安裝的左視圖；
[0020]圖3為通過光學(xué)應(yīng)力觀察儀觀察到的未采用本發(fā)明的方法安裝后的光學(xué)元件與采取本發(fā)明的方法安裝后的光學(xué)元件的內(nèi)部應(yīng)力分布對比。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明一種無應(yīng)力安裝光學(xué)元件的方法，其中，應(yīng)力的概念是:物體由于外因(受力、濕度、溫度場變化等)而變形時，在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，單位面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力。應(yīng)力是矢量，沿截面法向的分量稱為正應(yīng)力，沿切向的分量稱為切應(yīng)力。
[0022]圖1至圖3為發(fā)明實(shí)施例，如圖1所示，以一圓柱體石英玻璃I作為光學(xué)元件，該圓柱體石英玻璃I固定在一具有弧面的固定標(biāo)的物3上，通過將所述圓柱體石英玻璃I的弧面2放置在固定標(biāo)的物3的安裝面4內(nèi)并貼合靜置，使得圓柱體石英玻璃I和固定標(biāo)的物3達(dá)到力學(xué)平衡。
[0023]所述圓柱體石英玻璃I設(shè)有與所述弧面2連接的第一表面6和第二表面7，其中，第一表面6和第二表面7相對設(shè)置。
[0024]圖2為圖1所示圓柱體石英玻璃I安裝在所述固定標(biāo)的物3上的左視圖，參考圖1與圖2，取熱膨脹系數(shù)約為8x10—6的光學(xué)膠水5，將該光學(xué)膠水5以同樣體積、形狀、密度均勻?qū)ΨQ地涂布于圓柱體石英玻璃I的第一、第二表面6、7與固定標(biāo)的物3的安裝面4交界處，并避免光學(xué)膠水5存在于圓柱體石英玻璃I的弧面2表面上。
[0025]通過適當(dāng)?shù)墓袒に囘^程控制光學(xué)膠水5固化過程，固化后光學(xué)膠水5體積收縮率小于1%。所述圓柱體石英玻璃I被固定在固定標(biāo)的物3后，如圖3(b)所示，通過光學(xué)應(yīng)力觀察儀(如光學(xué)雙折射檢驗(yàn)儀)檢驗(yàn)無內(nèi)部應(yīng)力。如圖3(a)所示是沒有采用本方法具有內(nèi)部應(yīng)力的示意圖。
[0026]上述實(shí)施例采用一圓柱體石英玻璃I作為光學(xué)元件是為了于說明，其他形狀、材料的光學(xué)元件都屬于本發(fā)明的保護(hù)范疇。連接光學(xué)元件與固定標(biāo)的物的連接物質(zhì)還可以采用焊料等其他連接介質(zhì)，連接方法包括但不限于膠接、燒結(jié)、焊接、貼合等連接方法。
[0027]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)基于以下原理:在圓柱體石英玻璃I的第一、第二表面6、7與固定標(biāo)的物3的安裝面4交界處均勻?qū)ΨQ地涂布光學(xué)膠水5，在固化過程中該光學(xué)膠水5產(chǎn)生收縮，由于光學(xué)膠水5僅存在于圓柱體石英玻璃I的第一、第二表面6、7和固定標(biāo)的物3的安裝面4的交界處，且光學(xué)膠水5以同樣體積、形狀、密度對稱分布于圓柱體石英玻璃I的第一、第二表面6、7，收縮過程中存在于圓柱體石英玻璃I的第一、第二表面6、7的光學(xué)膠水5對圓柱體石英玻璃I產(chǎn)生的牽引力大小相同方向相反，從而達(dá)到力平衡;其余收縮應(yīng)力分布于光學(xué)膠水5內(nèi)部和固定標(biāo)的物3的安裝面4以及安裝面4以下內(nèi)部，從而避免作為圓柱體石英玻璃I的光學(xué)元件內(nèi)部存在應(yīng)力分布。
[0028]本發(fā)明揭示一種無應(yīng)力安裝光學(xué)元件的方法，通過本方法使光學(xué)元件安裝后不產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力，本方法包括如下步驟:
[0029]第一步:光學(xué)元件平穩(wěn)放置在指定固定標(biāo)的物的安裝面上。
[0030]第二步:當(dāng)光學(xué)元件與所述安裝面達(dá)到受合力為零時，在光學(xué)元件與固定標(biāo)的物安裝表面的交界處對稱放置連接材料，通過連接材料將光學(xué)元件安裝在固定標(biāo)的物的安裝面上。
[0031]其中，所述受合力為零是光學(xué)元件與安裝面之間受力平衡，如光學(xué)元件在安裝面上處于靜止?fàn)顟B(tài)。
[0032]其中，所述連接材料為滿足特定物理特性的粘接劑或焊材等;該連接材料將光學(xué)元件安裝在安裝面的安裝方法包括粘接或焊接等連接手段。
[0033]其中，所述安裝方法過程中，避免連接材料存在于光學(xué)元件與安裝面的接觸面，即:所述連接材料不存在于光學(xué)元件與安裝面的接觸面。
[0034]其中，所述連接材料以同樣體積、形狀、密度在空間上對稱放置于光學(xué)元件與固定標(biāo)的物的安裝面的交界處。
[0035]其中，所述連接材料為光學(xué)膠水，且所述連接材料包括但不限于粘接劑、焊料。
[0036]其中，所述連接材料包括但不限于氣體、液體、固體等形式存在的，如粘接劑、焊料等能夠連接光學(xué)元件與固定標(biāo)的物的安裝面的物質(zhì)。
[0037]其中，安裝后，所述連接材料的熱膨脹系數(shù)與光學(xué)元件的熱膨脹系數(shù)比值為I至10;所述連接材料在安裝過程中，其體積收縮率或膨脹率小于I %。
[0038]其中，所述光學(xué)元件的材料包括但不限于光學(xué)玻璃、光學(xué)晶體、光學(xué)塑料、光學(xué)纖維等光學(xué)材料。
[0039]本發(fā)明的技術(shù)方案優(yōu)點(diǎn)在于:第一:實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)方法不能實(shí)現(xiàn)的光學(xué)元件安裝在安裝界面后不產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力;第二:通過選擇適當(dāng)?shù)倪B接材料與連接工藝方法，可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)元件安裝后不產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力同時保證光學(xué)元件的固定牢固；第三:本發(fā)明簡潔有效，實(shí)踐驗(yàn)證工作穩(wěn)定可靠，可廣泛用于各種光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)元件安裝。
[0040]無論如何，本發(fā)明并不限于公開的特定形式，相反地，本發(fā)明覆蓋包括在由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的各種變形、等效物和替換物。
[0041]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種等同變換，這些等同變換均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種無應(yīng)力安裝光學(xué)元件的方法，其特征在于，其包括如下步驟: 第一步:光學(xué)元件平穩(wěn)放置在指定固定標(biāo)的物的安裝面上； 第二步:當(dāng)光學(xué)元件與所述安裝面達(dá)到受合力為零時，在光學(xué)元件與固定標(biāo)的物安裝表面的交界處對稱放置連接材料，通過連接材料將光學(xué)元件安裝在固定標(biāo)的物的安裝面上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無應(yīng)力安裝光學(xué)元件的方法，其特征在于:所述連接材料不存在于光學(xué)元件與安裝面的接觸面上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無應(yīng)力安裝光學(xué)元件的方法，其特征在于:所述連接材料為粘接劑或焊材。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無應(yīng)力安裝光學(xué)元件的方法，其特征在于:所述連接材料將光學(xué)元件安裝在安裝面的安裝方法包括粘接或焊接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無應(yīng)力安裝光學(xué)元件的方法，其特征在于:所述連接材料以同樣體積、形狀、密度在空間上對稱放置于光學(xué)元件與固定標(biāo)的物的安裝面的交界處。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無應(yīng)力安裝光學(xué)元件的方法，其特征在于:所述連接材料為光學(xué)膠水。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無應(yīng)力安裝光學(xué)元件的方法，其特征在于:所述連接材料的存在形式包括但不限于氣體、液體、固體。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無應(yīng)力安裝光學(xué)元件的方法，其特征在于:安裝后，所述連接材料的熱膨脹系數(shù)與光學(xué)元件的熱膨脹系數(shù)比值為I至10。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無應(yīng)力安裝光學(xué)元件的方法，其特征在于:所述連接材料的熱膨脹系數(shù)約為8x10—6。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無應(yīng)力安裝光學(xué)元件的方法，其特征在于:所述連接材料在安裝過程中，其體積收縮率或膨脹率小于I %。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種無應(yīng)力安裝光學(xué)元件的方法，其包括如下步驟：第一步：光學(xué)元件平穩(wěn)放置在指定固定標(biāo)的物的安裝面上；第二步：當(dāng)光學(xué)元件與所述安裝面達(dá)到受合力為零時，在光學(xué)元件與固定標(biāo)的物安裝表面的交界處對稱放置連接材料，通過連接材料將光學(xué)元件安裝在固定標(biāo)的物的安裝面上。本發(fā)明的技術(shù)方案優(yōu)點(diǎn)在于：第一，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)方法不能實(shí)現(xiàn)的光學(xué)元件固定在安裝界面后不產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力；第二：通過選擇適當(dāng)?shù)倪B接材料與連接工藝方法，可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)元件安裝后不產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力同時保證固定牢固；第三：本發(fā)明簡潔有效，實(shí)踐驗(yàn)證工作穩(wěn)定可靠，可廣泛用于各種光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)元件安裝。
【IPC分類】G02B7/00
【公開號】CN105589163
【申請?zhí)枴緾N201610158108
【發(fā)明人】郝大偉, 肖俊君, 陳根余, 陳燚, 高云峰
【申請人】大族激光科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司
【公開日】2016年5月18日
【申請日】2016年3月21日