УСТАНОВКА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЛИНЗ ИЗ РАСПЛАВА ОПТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области технологии производства оптических элементов - свето- или фотодиодов, а именно к установкам, предназначенным для формирования линз из оптических материалов на подложке методом дозированного литья расплава.
Уровень техники
В современной технологии формирования линз из оптических материалов (стекол или полимеров), достаточно широко применяется метод нанесения капли материала на подложку.
Наиболее близким техническим решением, по отношению к предлагаемому, является устройство, описанное в статье «Объемные оптические покрытия из халькогенидных стекол для полупроводниковых источников ИК-излучения» Кабаций В.Н. Журнал «Технология и конструирование в электронной аппаратуре», 2009 г. №4 с. 39-44.
В статье описывается установка, которая производит оптические элементы полусферической формы путем капания расплава халькогенидного стекла на подложку.
Она состоит из кварцевого конусообразного реактора-дозатора с отверстием в нижней части, расположенного над трубчатой печью и имеющего возможность вертикального перемещения вверх-вниз. В реактор загружается твердая шихта из халькогенидного стекла. При опускании реактора вниз в зону нагрева стекло плавится и капли его падают на подложку, на которой расположен активный элемент - свето- или фотодиод.
Недостатком этого способа является низкая управляемость процесса нанесения, обусловленная тем, что отсутствует возможность дозирования расплава стекла, а размер и форма оптического элемента определяются только размером сопла дозатора и силами поверхностного натяжения расплава. Кроме того, при падении капли не обеспечивается равномерное и надежное сцепление капли с подложкой, а поверхность капли неравномерно искажается от сферической формы.
Раскрытие полезной модели
В основу полезной модели положена задача создания оптических элементов сферической формы путем нанесения капли расплавленного оптического материала (стекла или полимера) на подложку.
Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение сферичности формы линзы, равномерности геометрии линз в партии, прочности сцепления оптического материала с материалом подложки и возможность создания капли заданного объема.
Указанный технический результат достигается тем, что дозирование расплава осуществляется путем подачи давления или разрежения газа в дозаторе над поверхностью расплава. При этом размер мениска капли, свисающей из отверстия дозатора контролируется с помощью оптической системы.
При достижении заданного размера дозатор с помощью электромеханического привода опускается вниз, вплоть до момента касания выпуклого мениска капли расплава с подложкой. Далее дозатор поднимается вверх до момента отрыва капли, приварившейся к подложке, от сопла дозатора. Подложки расположены на движущемся столе, позволяющем последовательно подавать подложки под дозатор.
Дополнительно, капля стекла, приварившаяся к подложке, подогревается с помощью источника направленного светового видимого или инфракрасного излучения. Это позволяет регулировать скорость охлаждения стекла, что улучшает равномерность и правильность формы линзы и увеличивает прочность сцепления с подложкой.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 показана принципиальная схема установки
На Фиг. 2 показана схема процесса формирования линзы
На Фиг. 3. показана фотография линзы нанесенной на ИК светодиод, полученная с помощью созданной установки.
На Фиг. 4. показаны диаграммы направленности, полученные на линзах с разной формой поверхности.
Осуществление полезной модели
Установка, изображенная на схеме (Фиг. 1), выполнена в виде кварцевого дозирующего сосуда (1), в нижнем конце которого имеется небольшое отверстие - сопло (2). В дозатор загружается и расплавляется шихта оптических материалов - стекла или термопластичного пластика (3). Установка помещена в обогреваемую камеру (4) с системой терморегулирования. К верхней части дозатора присоединена трубка, по которой из насоса с ресивером (5), через регулирующий клапан (6) можно подавать газ под давлением выше или ниже атмосферного. При подаче газа под давлением расплав выдавливается из сопла, формируя выпуклый мениск. Подложки для оптических элементов расположены на подвижном столе (7), позволяющем последовательно подавать пустые подложки (8) под дозатор и убирать подложки с линзами (9).
Над подложкой расположен источник инфракрасного или видимого направленного излучения (10). Это позволяет заранее нагревать подложку, что обеспечивает более равномерное растекание расплава и высокую адгезию стекла к подложке за счет понижения вязкости стекла. Кроме того, система оптического нагрева позволяет регулировать скорость охлаждения линзы, что улучшает равномерность и сферичность ее формы.
Форму и размер мениска контролируют с помощью оптической системы (11). Этим контролируется количество оптического материала, подаваемого на каждую подложку.
Процесс работы системы показан на Фиг. 2.
При достижении заданного размера (Фиг 2. А) дозатор опускается вниз до касания выпуклого мениска капли расплава (12), свисающей с сопла (2), с подложкой (8) (Фиг 2. Б). Далее дозатор поднимается вверх до момента отрыва капли (Фиг 2. В), приварившейся к подложке, от сопла дозатора.
Техническим результатом осуществления данной полезной модели является повышенное качество конечного продукта (например светодиода, Фиг. 3) по сравнению с существующими аналогами, обеспечить более высокую равномерность и симметричность формы линзы, что позволяет улучшить оптические характеристики (Фиг. 4), увеличить прочность сцепления линзы с подложкой.