专利名称：组装光积分器的方法
技术领域：
本发明涉及组装光处理装置的方法，具体地说，涉及光积分器(light integrators)，这些光积分器包括多个分开的基底壁。
背景技术：
一个典型的光积分器包括反射壁，这些反射壁通过多次反射在孔道的中空区域中把光传输到出口。由于多次反射所以在出口获得均匀的光分布。特别是，以形成一个孔道的方式把分开的壁组装到一起。这些壁可以在组装起来之前就是反射壁，或者，可以在组装步骤之后使它们成为反射壁。可以在用于图像投射设备的光机芯(或光引擎)中使用光积分器。这样的光机芯的一个重要参数是投射器的亮度。为了获得明亮的图像，需要使用强的光源。需要这些光源自身以及在光路中的部件能够经受很强的光强，而不会被损坏。特别是光积分器需要能够经受很高的光强，这是因为所有的照明光需要通过该光积分器传输，并且这样的光积分器的截面相当小。即使在光积分器中存在很少的吸收也会产生很高的温度，这样的吸收通常是不能避免的。在这样的应用中可能达到等于或高于150摄氏度的温度。因此，光积分器必须是耐高温的。
一种用来生产这样的光学部件的已知方法是在不具有光学活性的表面把分开的平面基底壁用胶粘在一起。典型地，使用一种用紫外光固化的粘接剂，因为这是一种快速固化/硬化的粘接剂，且因此可以提供一种容易并且廉价的制造方法。为了进行组装，用机械的方法把分开的基底壁固定起来，并且在与光学性能无关的基底表面上涂布粘接剂。在胶粘的过程中的机械固定保证在整个固化过程中基底壁的相对位置保持不变。在固化过程之后，当粘结连接的机械强度足以使光积分器稳定时，释放机械固定。如果使用紫外光固化粘接剂，可以在非常短的时间内达到光积分器必须的机械强度。对于市场上可供使用的用紫外光固化的粘接剂典型的固化时间是在5秒到60秒的范围内。不幸的是，当前以用紫外光固化的粘接剂为基础的组件越来越多地在图像投射系统中使用，它们对于光强来说不是耐高温的，因此，它们不能用于这些应用。
为了获得更耐高温的组件，可以使用不用紫外光固化的其它类型的粘接剂，比如一种成分或两种成分的环氧树脂，以硅树脂为基础的粘接剂，陶瓷性质的环氧树脂(ceramic epoxies)以及无机粘接剂(胶合剂)。陶瓷性质的环氧树脂和无机粘接剂特别有意义，尽管它们较脆。这些粘接剂的脆性给人们以下印象它们不适用于也可能出现强烈的温度循环的那些高温应用。然而，它们的热膨胀系数(CTE)与典型地用于光积分器的基底的CTE紧密地匹配。一般说来，它们可以提供在单一基底之间关于温度稳定的连接。对于上面提到的粘接剂，典型的固化方案是把它们暴露给高温，湿气，或者化学反应，或者，由混合两种成分开始。不幸的是，这些粘接剂的固化时间相当长，并且，为了达到稳定，组件需要在机械固定状态下保持的时间急剧地增加。对于上面提到的粘接剂的典型固化时间在由1小时到24小时的范围内。因此，从制造的观点看来，这样的生产方法非常昂贵，并且是不感兴趣的。
在专利文件WO 01/14923 A1中描述了获得耐高温的光学组件的另一种途径。在这种途径中，使用一根收缩管以机械的方式固定单片的基底。另一种可能性是使用围绕着组件缠绕的一条或多条粘结胶带，如在专利文件DE 202 17 720中描述的那样。不幸的是，这种方法为了防止组件塌陷要求单片基底的边缘有特殊的形状。因为这种特殊的形状，积分器不会塌陷，并且，用可以收缩的管把单片的基底压在一起。很明显，这样的解决方案有如下缺点边缘的机械处理很困难、并且很昂贵。
从先有技术的方法的缺点出发，本发明的目的是提供一种可以获得对温度稳定的组件，它们没有先有技术的缺点，比如不适合于成本有效的批量生产的困难和/或昂贵的生产过程。
发明内容
下面将给出对本发明的简单概述，为的是提供对本发明的某些方面的基本理解。这个概述不是对本发明的扩展的综述。既不希望确定出本发明的关键部件或重要部件，也不想描绘出本发明的范围。它的唯一目的是以简化的形式给出本发明的某些概念，作为下面将给出的更详细的描述的前言。
按照一个方面，本发明提供了一种两步骤的制造过程。第一步骤是快速固定的步骤，在第一步骤中，例如如上面描述过的那样按照典型的和最常用的组装步骤用一种快速固化或者可以快速硬化的粘接剂把组件固定。在快速固定/固化步骤之后，现在，组件的形状是稳定的，并且可以在很短的时间内把组件由机械固定装置移开。在第二作为增强步骤的步骤中，实现耐高温能力的固定。在这里，我们集中关注耐高温能力的提高，然而，如果要求提高关于机械的和/或化学的和/或环境的耐用能力时，也可以采用相同的两步骤方法。因为快速固定步骤已经将组件的形状固定，所以，可以将组件由机械固定装置移开，并且，为了防止组件在增强的第二步骤中塌陷不需要提供任何特殊的装置。
按照另一方面，本发明提供了一种组装光处理装置的方法，该装置包括多个用来进行反射的分开的壁，并且该装置可以经受高温和加热循环。该方法包括把一种快速固化的粘接剂设置到要固定到一起的壁的一些部分上。把壁在一个临时的固定装置中固定一定的时间间隔，这个时间间隔是快速固化的粘接剂固化所需要的时间间隔。在快速固化的粘接剂固化之后将壁由临时的固定装置移开，从而快速固化的粘接剂把壁固定到一起。该方法包括提供把壁固定在一起的另一种方式(或装置或者手段)，这种方式可以抵御高温和加热循环所造成的退化。
按照另一方面，本发明提供了一种能够经受高温和热循环的光处理装置。该装置包括多个分开的进行反射的壁。用第一固定方式和第二固定方式把壁固定在一起。第一固定方式在机械性能上和/或在化学上与第二固定方式不同。
本发明的上述和其它特点和优点将由下面参考着附图的描述变得清楚，在附图中图1是示意性侧视图，示出了包括可以按照本发明组装起来的光积分器的示例性光机芯或图像投射器；
图2A-2D是示意性端面视图，示出了按照本发明的实施例组装光积分器的步骤；图3是示意性透视图，示出了按照本发明的一个方面施加到光积分器的两个壁上把壁固定起来的两种不同的粘接剂；图4是带有第一粘接剂和第一机械装置的光积分器的示意性端面视图，它包括一个托架和一个偏置弹簧，用来按照本发明的另一方面把壁固定起来；以及图5是带有第一粘接剂和第二机械装置的光积分器的示意性端面视图，它包括一根收缩管，用来按照本发明的另一方面把壁固定起来。
具体实施例方式
图1示出了光积分器208在图像设备200中的典型应用。在一个具体的示例中，图像设备200是光机芯或者图像投射器。应当理解，可以应用本发明提供该光积分器208。
虽然可以采用本发明提供该光积分器208，但是应当理解，光积分器208和图像设备200的所示出的示例不是对本发明的限制。应当理解，可以采用本发明提供在其它情况下使用的其它光积分器。例如，可以与本发明联系起来使用任何适当的尺寸，形状或类型的部件或材料。
回到所示出的示例，光积分器208接收来自光源203的光。反射器202收集由光源203发出的光，并且将光聚焦(即，聚焦光206)进入光积分器208的入口中。在所示出的示例中，透镜204实现把来自光源203的光聚焦进入光积分器208中。反射器202和透镜204的目的是把所有由光源203发射的光聚焦进光积分器208的入口中。由于聚焦光206在光积分器208的很小的截面内的积聚，在光积分器208内将出现非常高的能量密度。应注意到，高的能量密度与高温密切相关。
在通过光积分器208的过程中，光线受到多次反射，这样将在光积分器208的出口处产生均匀的光分布。借助于一个转换光学装置(arelay optic)210使在这个出口处的均匀的光在一个光学阀门212上成像。在该光学阀门212上按照图像信息对光进行调制。如果例如使用DMD面板，这种调制可能是常规调制，或者，如果例如使用以LCD为基础的光学阀门，这种调制可能是偏振调制。靠转换光学装置210和/或附加的转换光学装置(未示出)把这种调制变换成一种强度调制。为了产生图像，常常靠投射光学装置的帮助把光学阀门212的表面成像到一个屏幕上(未示出屏幕和投射光学装置)。对于某些应用，使用只采用一个光学阀门的颜色序列法。在这种情况下，在光源203与光学阀门212之间的光路的某个位置设置一个颜色轮和/或一个光学开关。在其它应用中，使用两个或多个光学阀门，并且把光分成相应数目的颜色通道。
图像设备的一个主要的性能标准是所透射图像的亮度。为了提高亮度，要相应地提高光源203的功率。这将导致更高的光密度，并且因此在光积分器208中产生更高的温度。这要求光积分器208的组装方法可以持久地经受高温和温度循环。
图2A-2D示出了用来生产出光积分器300的组装方法的第一示例性实施例。图2A-2D以简单扼要的方式示出了方法的步骤，这些步骤包括(a)把基底壁设置到夹具中；(b)按照要求的形状进行定位；(c)涂上胶；以及(d)由机械框架移开。
如在图2A中所示，高反射性能的分开的基底壁304A，304B，306A和306B放进机械夹具302A，302B，303A和303B中，并且使它们对准。在一个示例中，各壁在朝向内的侧面上有反射涂层。在所示出的示例中，在每对相对的壁(例如304A和304B)中的每个壁(例如304A)与关于与另一对壁(例如306A和306B)接合的相对的壁类似。
借助于真空把壁304A，304B，306A和306B分别保持在夹具302A，302B，303A和303B上的位置。用只与壁304A，304B，306A和306B的外侧面接合的夹具302A，302B，303A和303B可以防止对在朝向内的侧面上的反射涂层的损坏。下一个步骤是向内移动夹具302A，302B，303A和303B，使得壁306A和306B压在壁304A和304B上(见图2B)。夹具302A，302B，303A和303B以一定的方式把侧壁移动到其位置，此方式使得可以获得最后的光积分器300所要求的尺寸。为了实现典型地为0.1毫米或者更小的所要求的公差，夹具302A，302B，303A和303B必须非常精确。使夹具302A，302B，303A和303B移动的机构(未示出)同样也必须是非常精确。这样的精确机构非常昂贵，因此，希望循环的时间非常短。
在壁304A，304B，306A和306B处在它们最后位置的条件下(如在图2B中所示出的那样)，在施加快速固化的粘接剂308的过程中必须把壁保持在这一位置(见图2C)。应当理解，可以使用任何适用的快速固化粘接剂308。在所示出的示例的这一步骤中，在散布装置(未示出)的帮助下施加快速固化的粘接剂308，并且，沿着壁304A，304B，306A和306B的相交的边缘(即，将要生产出的光积分器300的外角部)施加粘接剂。
在施加粘接剂之后，应该容许快速固化的粘接剂308固化(例如，固化到保持点)。在用紫外光固化的粘接剂的情况下，将粘接剂308暴露于强的紫外光达到足够长的时间(例如5到60秒)。固化或硬化的粘接剂308现在将保持光积分器300的结构，并且松开夹具302A，302B，303A和303B(见图2D)。将最后形状的光积分器300由夹具302A，302B，303A和303B中移出，并且向前传送，作进一步的加工处理。现在，夹具302A，302B，303A和303B已经可以用来加工处理下一个光积分器。
应当理解，选择快速固化的粘接剂308是为了有快的固化时间。快速固化的粘接剂的其它特点比如耐热性能可能是第二位的考虑，如在进一步认识本发明的其余步骤之后将会理解的那样。具体地说，按照本发明，在如在图2A-2D中所示出的那样用快速固化的粘接剂把壁304A，304B，306A和306B固定在其位置的步骤之后，进行提高强度的第二步骤。
在第一实施例中，此提高强度的步骤包括施加第二种粘接剂410，这种粘接剂例如将确保在高温环境中耐用。在图3的示例中示出了第二种粘接剂410的使用。仅只示出了两个相交的壁404和406(例如它们形成一光积分器的一个角部)。壁404和406与在图2A-2D中示出的步骤讨论过的相交的壁对(例如304A和306A)中的任何一对壁相对应。然而，应当理解，将类似地把光积分器的壁的其它相交部位粘接起来。图3示出了快速固化的粘接剂408(它与在图2A-2D中示出的快速固化的粘接剂308相对应)和第二种提高强度的粘接剂410。第二种提高强度的粘接剂410的固化或硬化时间并不非常严格，这是因为不需要昂贵的夹具保持光积分器的最后形状。因此，第二种提高强度的粘接剂410的固化或硬化时间的范围可以是1分钟到24小时。
关于粘接剂，与用紫外光固化的粘接剂相比，一种成分或两种成分的环氧树脂，以硅树脂为基础的粘接剂，陶瓷性质的环氧树脂以及无机粘接剂(腻子)在把部件暴露于高温和/或温度循环的应用中有相当好的性能。因为用快速固化的粘接剂(例如用紫外光固化的粘接剂)预先进行了固定，不需要将壁的边缘的形状保持在一种特殊的形状，以便防止光积分器在固化过程中塌陷。如果优选一种平面的边缘表面，该边缘应该有最后的粗糙度，为的是增加所施加的粘接剂的粘接能力。
所施加的粘接剂可以有不同的可能的几何形状。例如，可以以胶粘点设置实现固定的快速固化的粘接剂408。在另一个示例中，可以在光积分器的中间或者朝向两个端部实施胶粘点。可以将第二种提高强度的粘接剂410施加在胶粘点之间或者沿着光积分器的整个边缘施加。在另一个示例中，也可以在光积分器的整个长度上施加快速固化(固定用的)粘接剂，而在快速固化的粘接剂的上面施加第二种提高强度的(耐高温的)粘接剂。可以设想多种其它的施加快速固化的粘接剂和第二种提高强度的粘接剂的方案。
除了上面描述的工序以外，第二步骤有不同的方法，此步骤提供把壁固定在一起的另一种装置，从而不会出现由高温和加热循环造成的性能退化。例如，可以在光积分器仍然在夹具中的时侯施加第二种提高强度的(耐高温的)粘接剂。可以在把光积分器由夹具移开之后进行提高强度、耐高温的粘接剂的固化或硬化。也可以设想施加固定用的粘接剂，并且在使它固化之前施加提高强度、耐高温的粘接剂。在施加上两种粘接剂之后，在把光积分器保持在夹具中的条件下进行预先固化，并且在将光积分器由夹具移开时结束提高强度的粘接剂的固化。优选的方法是用一种散布工具同时施加固定用的粘接剂和提高强度、耐高温的粘接剂，这样确保两种粘接剂与要连接起来的壁的平面表面接触。可以要求把散布工具的构形做成、并且在使用它们时避免两种粘接剂的混合。
在本发明的另一实施例中，提高强度的第二步骤包括使用在光积分器500的外侧面上的一个托架，此步骤提供把壁固定在一起的另一种装置，从而不会出现由高温和加热循环造成的性能退化。在图4中示出了这样的托架的一个具体的示例。应注意到，壁504A，504B，506A和506B一般与由图2A-2D中示出的步骤提供的光积分器的壁304A，304B，306A和306B相对应。在图4的这个实施例中，把光积分器500设置在托架的第一或下面的U形管501中。此外，把托架的第二U形管503放在光积分器500的顶面上。用与托架有关的一个弹簧加载的保持机构510和512把第二U形管503固定到第一U形管501上。在示出的示例中，弹簧加载的保持机构包括一个保持装置510和一个弹簧512。最好一这样的方式应用弹簧加载的机构，即，在光积分器500中没有任何作用力施加到快速固化的粘接剂508(它与在图2A-2D中示出的快速固化的粘接剂308对应)上。来自弹簧加载的机构510，512的作用力在光积分器500中象在压配合中那样分布。来自一对壁506A和506B的作用力514直接传递到另一对壁504A和504B上。在这样的构形中，当来自弹簧加载的机构510，512的作用力超过快速固化的粘接剂508的强度时，光积分器500不会塌陷。因此，不需要对边缘做任何特殊的处理，并且不会把任何作用力施加到预先固定的粘接剂上。
这样的托架和弹簧加载的机构的布局可以有不同的可能性。例如，可以用一种耐高温的粘接剂、一种耐高温的硅树脂或者一种无机粘接剂把光积分器粘接到托架上。托架可以覆盖着整个单块基底壁，或者仅只覆盖它的一部分，比如仅覆盖光积分器的前面和端部。如果是这样的情况，托架与弹簧加载的机构一起可以附加地提供孔屏蔽，为的是防止光进入基底壁本身，并且保护镜面涂层。在另一方面，如果托架仅只处于光积分器的中间可能已经足够了。
附加地将壁的边缘成形可能会进一步地改进光积分器的稳定性。这样的成形例如至少在某些边缘的成形步骤可以使得光孔道的几何形状有自身的机械稳定性。可以用快速固定的步骤将这种稳定性固定下来，并且可以很容易地处理光积分器。通过提高强度的步骤，将光积分器变成对温度是稳定的。
在本发明的另一实施例中，提高强度的步骤包括使用收缩管，此步骤提供把壁固定在一起的另一种装置，从而不会出现由高温和加热循环造成的性能退化。在图5中示出了一个具体的示例。光积分器600有第一对基底壁602A和602B以及第二对基底壁604A和604B(它们一般与由图2A-2D中示出的步骤提供的光积分器的壁304A，304B，306A和306B相对应)。以这样的方式把壁602A，602B，604A和604B组装起来，即，使它们形成一个中空的长方体。把一种快速固化的用紫外光固化的粘接剂608(它与在图2A-2D中示出的快速固化的粘接剂308对应)施加在壁602A，602B，604A和604B的接触线的外边缘上。这样，使得光积分器600稳定，至少是在低温情况下稳定。为了提高高温下的耐用能力，把一根收缩管施加到光积分器600上，并且使它收缩成围绕着光积分器600的形状配合布置。这代表按照本发明的一种提高强度的固定。
在一个具体的示例中，以这样的方式把壁602A，602B，604A和604B组装起来，即，使得壁602A和602B的外表面在由壁604A和604B的外表面形成的长方体内。以这样的安排，收缩管610不会把任何作用力直接施加到壁602A和602B上，结果，没有任何作用力施加到快速固化的粘接剂608上。
上面给出的示例主要集中在长方形的光积分器。然而，应注意到，本发明的范围绝不仅限制于这种应用。例如可以把同样的基本思想应用到不是长方形形状的光积分器上。可以使用所有种类的几何形状，比如梯形的形状，或者平行四边形的形状。此外，光积分器可以有锥形的形状。
更一般地说，本发明不限于光积分器。本发明可以用于任何包括要组装起来的多个基底壁的光学组件，在该情况下要求快速的组装，并且需要第二种提高强度的固定。
上面已经描述过的包括本发明的示例性的实施。当然，为了说明本发明的目的，不可能描述每一种可以设想的部件组合或者方法，但是，对本领域技术人员将会认识到，本发明的许多进一步的组合和变更是可能的。因此，希望本发明包括在所附的权利要求书的精神和范围以内的所有这样的变化，改进和改型。
权利要求
1.一种组装光处理装置的方法，所述装置包括多个用来进行反射的分开的壁，并且所述装置可以经受高温和加热循环，所述方法包括把一种快速固化的粘接剂设置到要固定到一起的壁的一些部分上；把壁在临时的固定装置中固定一定的时间间隔，所述时间间隔是快速固化的粘接剂固化所需要的时间间隔；在所述快速固化的粘接剂固化之后将所述壁由所述临时的固定装置移开，从而所述快速固化的粘接剂把所述壁固定到一起；并且提供把壁固定在一起的另一种方式，所述方式可以抵御因高温和加热循环所造成的退化。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，提供另一种固定方式的步骤包括把固化缓慢的能够经受高温和热循环的粘接剂施加到要固定在一起的那些部分上。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，提供所述缓慢固化的粘接剂的步骤包括在将所述壁由所述临时的固定装置移开之前施加所述固化缓慢的粘接剂。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，提供另一种固定方式的步骤包括提供机械装置，使所述机械装置与所述壁接合，并且提供把所述壁保持在其位置的作用力。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，提供所述机械装置的步骤包括提供带有托架的装置。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，把所述托架的形状做成与所述壁中的至少某些壁配合。
7.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，提供所述机械装置的步骤包括提供带有偏置弹簧的装置。
8.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，提供所述机械装置的步骤包括提供带有托架和把所述壁偏置到与所述托架接合状态的弹簧的装置。
9.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，提供所述机械装置的步骤包括提供作为围绕所述壁伸展的收缩管的装置。
10.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，把所述壁固定在所述临时的固定装置中并且提供所述机械装置的步骤使得所述机械装置不把作用力施加到所述快速固化的粘接剂上。
11.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，提供所述快速固化的粘接剂的步骤在将所述壁固定在所述临时的固定装置中之后进行。
12.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，提供另一种固定方式的步骤在将所述壁由所述临时的固定装置移开之前进行。
13.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，提供另一种固定方式的步骤在将所述壁由所述临时的固定装置移开之后进行。
14.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，提供所述快速固化的粘接剂的步骤与提供所述缓慢固化的粘接剂的步骤同时进行。
15.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，提供所述快速固化的粘接剂的步骤包括提供一种可以用紫外光固化的粘接剂作为所述快速固化的粘接剂。
16.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光处理装置是光积分器。
17.一种能够经受高温和热循环的光处理装置，所述装置包括多个分开的进行反射的壁；用第一固定方式和第二固定方式把壁固定在一起；以及第一固定方式在机械性能上和/或在化学上与第二固定方式不同。
18.按照权利要求17所述的光处理装置，其特征在于，第二固定方式能够经受高温和热循环，它的承受能力比第一固定方式经受高温和/或热循环的能力强。
19.按照权利要求17所述的光处理装置，其特征在于，第一固定方式包括快速固化的粘接剂。
20.按照权利要求19所述的光处理装置，其特征在于，所述快速固化的粘接剂是一种用紫外光固化的粘接剂。
全文摘要
一种组装光处理装置的方法，该装置包括多个用来进行反射的分开的壁，并且该装置可以经受高温和加热循环。该方法把一种快速固化的粘接剂施加到要固定到一起的壁的一些部分上。该方法也把壁在一个临时的固定装置中固定一定的时间间隔，这个时间间隔是快速固化的粘接剂固化所需要的时间间隔，并且，在快速固化的粘接剂固化之后将壁由临时的固定装置移开，从而快速固化的粘接剂把壁固定到一起。该方法也提供把壁固定在一起的另一种方式，这种方式可以抵御高温和加热循环所造成的退化。也提供了由此方法产生的装置。
文档编号G02B27/62GK1823291SQ200480019965
公开日2006年8月23日 申请日期2004年7月9日 优先权日2003年7月11日
发明者B·弗赖, N·科尔纳, R·肖尔 申请人:尤纳克西斯巴尔策斯公司