不受应力影响的光学装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了不受应力影响的光学装置及其制造方法。光学装置可分解成一个由光学晶体制成的光学元件（１１）和一个支承座（１２），所述支承座由热膨胀系数与光学晶体相接近的合金制成，光学元件（１１）由一片焊料或玻璃（１３）焊接或熔化粘结在支承座（１２）上；接合区（Ｘ２）与光学晶体的周边相隔开，因此在接合区（Ｘ２）和周边之间产生了与周边相隔开的缓冲区（Ｘ１）；即使有裂缝出现在光学元件（１１）的端面（１１ｄ′）上，由于缓冲区（Ｘ１）的存在，温度应力对裂缝和／或裂纹的增长影响很小，且光学装置能保持设计的光学特性。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光学装置，尤其是包括光学元件和金属支承座地光学装置及该装置的制造方法。
技术介绍
光学系统中使用各种光学装置。滤光镜和波形板是光学装置的典型例子。光学晶体片，如光学玻璃、氧化铝、氧化钛和金钢砂是光学装置的基本成分，并通常支承在金属支承座上。低温焊料、高温焊料或低熔点的玻璃可应用于光学装置。用一片焊料或一片低熔点的玻璃可将光学晶体片焊接或熔化粘结在金属支承座上。金属支承座最好由热膨胀系数小的合金制成。通常地，金属支承座由铁-镍-钴合金和多种不锈钢制成。铁-镍-钴合金的商品名叫做“Kovar(科瓦铁镍钴合金)”，举例来说，不锈钢为SUS304、SUS316和SUS450。尽管制造者用热膨胀系数小的合金制造金属支座，在光学晶体片和金属支承座之间仍存在热膨胀系数的差异，温度应力就施加在光学装置上。温度应力导致设计光学特性与与实际光学特性之间存在差异。光学元件在不利的情况下受损。日本专利申请公开号No.12-106407公开了一种光学晶体片和金属支承座的组合物。现有技术中的光学装置包括基板、固定在基板周边以限定出内部空间的框架以及固定在框架上以封闭所述内部空间的盖板。一个半导体光学元件安装在基板上且对着形成在框架上的一个孔洞。金属管支承座插入孔洞并固定在框架上。光学纤维固定在金属管支承座内且金属管座保持光学纤维与半导体光学元件相对。光学元件固定在金属管支承座内的端部，并在半导体光学元件与光学纤维之间是透光的。在现有技术的光学装置中，以下列方式选择用于光学元件上的光学晶体和用于金属支承座上的合金以使热膨胀系数的差异尽可能小。光学元件由硼-硅酸盐玻璃制成，金属管支承座由铁-镍合金制成。尽管光学元件硬焊在金属支承座上，温度应力很小从而使光学元件能在半导体光学元件与光学纤维之间准确地传导光线。本专利技术人制造出由日本公开专利申请所公开的现有技术中光学装置的样品，并对光学元件的光学性能进行了研究。本专利技术人发现在几个样品中仍存在很大的应变。一些光学元件的样品不能显示出设计的光学特性，令一些光学元件的样品有所破裂。因此，由日本公开专利申请所公开的现有技术中的光学装置没有很好地解决问题。
技术实现思路
因此本专利技术的一个重要目的是提供一种光学装置，该光学装置不受因部件之间热膨胀系数不同而引起的不可避免的温度应力的影响。本专利技术的又一个重要目的是提供一种制造光学装置的方法。专利技术人研究了样品并发现在装配前多个光学元件的端面上就已经出现了微小的裂缝或裂痕。裂缝或裂痕被认为是在将大块料分离成光学晶体片的过程中发生的。本专利技术人进一步注意到在受热的情况下光学晶体各向异性地膨胀。这意味着热膨胀的差异依赖于晶体的轴线方向。热膨胀的差异导致了意想不到的温度应力。本专利技术人推测将光学元件安装在金属支承座时由于意想不到的温度应力造成裂缝或裂痕的增长。本专利技术人推断出意想不到的温度应力没有施加到端面上，在该端面上不可避免地存在有裂痕。为了达到目的，本专利技术试图在光学元件的周边之间设立缓冲区域，并在光学元件和与该光学元件具有不同热膨胀系数的支承座之间设立接合表面。按照本专利技术的一个方面，提供了能显示光学特性的光学装置，该装置包括一个光学元件，该光学元件包括一个由光学材料构成的光学主体，并具有主表面和在主表面周边之间延伸的至少一个端面，至少一个主表面具有与其周边相隔开的接合区和位于接合区与周边之间的缓冲区，该光学装置还包括由与光学物质具有不同热膨胀系数的特定材料制成的支承座，还具有固定在光学元件接合区上并且与缓冲区相隔开的接合区。按照本专利技术的另一方面，提供了制造光学装置的方法，该方法包括下述步骤a)准备光学元件，该光学元件具有主表面及在主表面周边之间延伸的至少一个端面，还准备支承座，该支承座具有表面和一片可熔性材料；b)确定接合区，该接合区与至少一个主表面的周边相隔开且另一个接合区在支承座的表面上；c)将该接合区对准另一个接合区；d)使用所述可熔性材料将该接合区与另一个接合区相粘结。附图说明根据下述说明书同时结合附图可以更清楚地理解该光学装置及其制造方法的特征和优点，其中图1表示将光学装置分解成零件的示意透视图2表示由光学元件和支承座所组装成的光学装置的横断面视图3表示图2中椭圆形所围成的位于光学元件和支承座之间的接合部的横断面视图4表示将另一个光学装置分解成零件的示意透视图5表示由光学元件和支承座所组装成的光学装置的横断面视图6表示图5中椭圆形所围成的位于光学元件和支承座之间的接合部的横断面视图7表示将又一个光学装置分解成零件的示意透视图8表示由光学元件和支承座所组装成的光学装置的横断面视图；及图9表示图8中椭圆形所围成的位于光学元件和支承座之间的接合部的横断面视图。具体实施例方式光学装置本专利技术的光学装置包括一个光学元件和一个支承座。光学元件由光学材料制成的光学主体构成。举例来说，光学主体用作光学透镜或光学滤光镜。在光学主体是光学透镜或光学滤光镜的情况下，光学主体由光学晶体制成以便获得规定的入射光。光学晶体可以是光学玻璃、氧化铝(Al2O3)或金红石(TiO2)。光学元件可具有一组合体。组合体包括光学主体和金属镀层。金属镀层应牢固地结合在光学晶体上，并且应当与支承座紧密结合。换句话说，支承座应当与金属镀层牢固地结合。在金属镀层由与光学晶体和支承座均不紧密结合的物质所构成的情况下，可在光学元件上使用多层的金属镀层。在设计金属镀层的厚度和镀层的成型工艺时，要考虑到金属镀层材料的光学特性的余量。另一方面，支承座由接近于光学材料的热膨胀系数的合金制成。合金的主要成份最好是铁-镍(Fe-Ni)合金或铁-镍-钴(Fe-Ni-Co)合金。支承座使用不锈钢。铁-镍-钴合金的实例是Kovar(商品名)，它由54％的Fe、29％的Ni和17％的Co组成。在铁-镍合金系列中，商品名为“42合金”的合金由58％的Fe和42％的Ni组成。不锈钢的实例为SUS304、SUS316和SUS450。这类合金能抵抗腐蚀。然而，在光学装置暴露在腐蚀性的环境中时，可在合金表面镀上抗腐蚀材料如镍。支承座的整个表面最好镀有抗腐蚀材料，或仅在接合区镀有抗腐蚀材料。可将多层抗腐蚀材料的结构镀在支承座上。在这种情况下，最外层最好由抗腐蚀材料制成，同时该抗腐蚀材料还具有高的结合强度。如果支承座由不与焊料紧密结合的物质制成，接合区上可镀有一层与焊料紧密结合的物质制成的金属或合金层。使用焊料或玻璃将光学元件与支承座相粘结。所述玻璃具有低熔点。低熔点的玻璃能与光学晶体和由铁-镍合金、铁-镍-钴合金或不锈钢制的支承座紧密结合。由于这个原因，光学元件和支承座上均不需要金属镀层或电镀层。在利用一片焊料将光学元件粘结在支承座上的情况下，焊料应当将光学元件牢固地粘结到支承座上。最好在下列合金组中选择焊料，即金-锡合金、金-银-铜合金、锡-银-铜合金和锡-银合金。光学元件具有特定的与光学系统相适应的外形。光学元件可以是盘状。无论是何种外形，光学元件都具有一对主表面，该主表面具有各自的边缘。主表面可以是正方形、矩形或圆形。当光学元件用作透镜或滤光镜的条件下，光线在一个主表面上入射，并从另一个主表面上射出。端面在主表面的周边之间延伸。光学晶体由大块的光学晶体切割而成，切割面至少是光学元件的一个端面。端面沿周边与主本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种显示光学特性的光学装置，包括：光学元件（１１；２１；３１），该光学元件包括由光学材料构成的光学主体（１１ａ／２１ａ／３１ａ），该光学主体具有主表面（１１ｃ；２１ｃ；３１ｃ）和在所述主表面（１１ｃ；２１ｃ；３１ｃ）周边之间延伸的至少一 个端面（１１ｄ′；２１ｄ′；３１ｄ′），至少一个所述主表面具有接合区（Ｘ２；Ｙ２；Ｚ２），该光学装置还包括由与所述光学物质具有不同热膨胀系数的特定材料制成的支承座（１２；２２；３２），还具有固定在光学元件（１１；２１；３１）的所述接合区 （Ｘ２；Ｙ２；Ｚ２）上的接合区（１２ａ；２２ａ；３２ａ），其特征在于，所述接合区（Ｘ２；Ｙ２；Ｚ２）与所述至少一个所述主表面（１１ｃ；２１ｃ；３１ｃ）的周边相隔开，因而缓冲区（Ｘ１；Ｙ１；Ｚ１）就限定在所述接合区和所述周边之间， 还在于，所述缓冲区与所述支承座（１２；２２；３２）上的所述接合区（１２ａ；２２ａ；３２ａ）相隔开。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：高野泰明，堀合直，
申请(专利权)人：雅马哈株式会社，三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]