Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

DE102020111130B4 - Optoelectronic system and optoelectronic sensor - Google Patents

Optoelectronic system and optoelectronic sensor Download PDF

Info

Publication number
DE102020111130B4
DE102020111130B4 DE102020111130.4A DE102020111130A DE102020111130B4 DE 102020111130 B4 DE102020111130 B4 DE 102020111130B4 DE 102020111130 A DE102020111130 A DE 102020111130A DE 102020111130 B4 DE102020111130 B4 DE 102020111130B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
optical component
housing part
light
expansion coefficient
linear expansion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102020111130.4A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102020111130A1 (en
Inventor
Johannes Eble
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sick AG
Original Assignee
Sick AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sick AG filed Critical Sick AG
Priority to DE102020111130.4A priority Critical patent/DE102020111130B4/en
Publication of DE102020111130A1 publication Critical patent/DE102020111130A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102020111130B4 publication Critical patent/DE102020111130B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4814Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
    • G01S7/4815Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone using multiple transmitters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V8/00Prospecting or detecting by optical means
    • G01V8/10Detecting, e.g. by using light barriers
    • G01V8/20Detecting, e.g. by using light barriers using multiple transmitters or receivers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

Optoelektronisches System (1) mit mindestens einer Leiterkarte (2) mit mehreren Lichtsendern (3) und/oder mehreren Lichtempfängern (4), die mindestens in einer Reihe angeordnet sind und mit mindestens einem einstückigen Optikbauteil (5) aus Kunststoff für die mehreren Lichtsender (3) und/oder Lichtempfänger (4), wobei in dem Optikbauteil (5) pro Lichtsender (3) und/oder Lichtempfänger (4) mindestens eine Linse (6) vorgesehen ist, wobei das Optikbauteil (5) mechanisch mindestens an einer Stelle zu der Leiterkarte (2) fixiert ist,dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterkarte (2) einen ersten positiven thermischen Längenausdehnungskoeffizienten aufweist und das Optikbauteil (5) einen zweiten positiven thermischen Längenausdehnungskoeffizienten aufweist, wobei der zweite positive thermische Längenausdehnungskoeffizient größer ist als der erste positive thermische Längenausdehnungskoeffizient,wobei dem Optikbauteil (5) Partikel (7) aus einem Sekundärmaterial (8) beigemischt sind, die aus einem anderen Material sind als ein Primärmaterial des Optikbauteils (5), wobei das Sekundärmaterial (8) der Partikel (7) einen kleineren thermischen Längenausdehnungskoeffizient aufweist als der zweite thermische Längenausdehnungskoeffizient des Primärmaterials des Optikbauteils, so dass der resultierende zweite positive Längenausdehnungskoeffizient des Optikbauteils (5) verkleinert ist,wobei ein längliches mindestens zweiteiliges Gehäuse (11) vorgesehen ist, wobei das zweiteilige Gehäuse (11) mindestens zwei Gehäuseteile (12, 13) aufweist, wobei das erste Gehäuseteil (12) das Optikbauteil (5) aufweist und das zweite Gehäuseteil (13) die Leiterkarte (2) aufweist.Optoelectronic system (1) with at least one circuit board (2) with several light transmitters (3) and/or several light receivers (4) which are arranged at least in one row and with at least one one-piece optical component (5) made of plastic for the several light transmitters (3) and/or light receivers (4), wherein at least one lens (6) is provided in the optical component (5) for each light transmitter (3) and/or light receiver (4), wherein the optical component (5) is mechanically fixed to the circuit board (2) at least at one point, characterized in that the circuit board (2) has a first positive thermal linear expansion coefficient and the optical component (5) has a second positive thermal linear expansion coefficient, wherein the second positive thermal linear expansion coefficient is greater than the first positive thermal linear expansion coefficient, wherein particles (7) made of a secondary material (8) are mixed into the optical component (5), which are made of a different material than a primary material of the Optical component (5), wherein the secondary material (8) of the particles (7) has a smaller thermal linear expansion coefficient than the second thermal linear expansion coefficient of the primary material of the optical component, so that the resulting second positive linear expansion coefficient of the optical component (5) is reduced, wherein an elongated at least two-part housing (11) is provided, wherein the two-part housing (11) has at least two housing parts (12, 13), wherein the first housing part (12) has the optical component (5) and the second housing part (13) has the circuit board (2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optoelektronisches System gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und einen optoelektronischen Sensor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 13.The present invention relates to an optoelectronic system according to the preamble of claim 1 and an optoelectronic sensor according to the preamble of claim 13.

Problematisch bei derartigen optoelektronischen Systemen bzw. optoelektronischen Sensoren ist, dass sich eine Optik bei Temperaturänderungen aufgrund der Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialen unterschiedlich ausdehnt als verwendete Materialien einer Leiterkarte, auf welcher die Lichtsender und/oder Lichtempfänger angeordnet sind.The problem with such optoelectronic systems or optoelectronic sensors is that, due to the expansion coefficients of the materials used, an optic expands differently when the temperature changes than the materials used in a circuit board on which the light transmitters and/or light receivers are arranged.

Unter Wärmeausdehnung (auch thermische Expansion) versteht man die Änderung der geometrischen Abmessungen (Länge, Flächeninhalt, Volumen) eines Körpers, hervorgerufen durch eine Veränderung seiner Temperatur.Thermal expansion is the change in the geometric dimensions (length, area, volume) of a body caused by a change in its temperature.

Der Ausdehnungskoeffizient oder Wärmeausdehnungskoeffizient, umgangssprachlich auch Dehnfaktor, ist ein Kennwert, der das Verhalten eines Stoffes bezüglich Veränderungen seiner Abmessungen bei Temperaturveränderungen beschreibt, deswegen oft auch thermischer Ausdehnungskoeffizient genannt. Der hierfür verantwortliche Effekt ist die Wärmeausdehnung. Die Wärmeausdehnung ist abhängig vom verwendeten Material, es handelt sich also um eine materialspezifische oder stoffspezifische Materialkonstante. Da die Wärmeausdehnung bei vielen Materialien nicht gleichmäßig über alle Temperaturbereiche erfolgt, ist auch der Wärmeausdehnungskoeffizient selbst temperaturabhängig und wird deshalb für eine bestimmte Bezugstemperatur oder einen bestimmten Temperaturbereich angegeben.The coefficient of expansion or thermal expansion coefficient, colloquially also known as the expansion factor, is a characteristic value that describes the behavior of a material with regard to changes in its dimensions when the temperature changes, which is why it is often also called the thermal expansion coefficient. The effect responsible for this is thermal expansion. Thermal expansion depends on the material used, so it is a material-specific or substance-specific material constant. Since thermal expansion in many materials does not occur evenly across all temperature ranges, the thermal expansion coefficient itself is also temperature-dependent and is therefore specified for a specific reference temperature or a specific temperature range.

Vorliegend ist der thermische Längenausdehnungskoeffizient (auch linearer Wärmeausdehnungskoeffizient) relevant.In this case, the coefficient of thermal expansion (also known as linear thermal expansion coefficient) is relevant.

Beispielsweise hat Polycarbonat (PC) einen thermischen Längenausdehnungskoeffizienten von ca. 70 ppm/K. Polyamid (PA) hat einen thermischen Längenausdehnungskoeffizienten von ca. 110 ppm/K.For example, polycarbonate (PC) has a thermal expansion coefficient of approx. 70 ppm/K. Polyamide (PA) has a thermal expansion coefficient of approx. 110 ppm/K.

Beispielsweise dehnen sich elektrische Leiterplatten, welche beispielsweise nicht leitendes Material aus FR-4 sind, aufgrund einer Temperaturerhöhung aus. Damit verschiebt sich auch die Position von Bauteilen, welche auf der Leiterplatte bestückt sind. Eine Verschiebung von optoelektronischen Bauteilen gegenüber anderen Bauteilen wie Linsen kann sich sehr nachteilig auf das Verhalten und die Verfügbarkeit eines Sensors auswirken.For example, electrical circuit boards, which are made of non-conductive material such as FR-4, expand due to an increase in temperature. This also shifts the position of components mounted on the circuit board. A shift of optoelectronic components relative to other components such as lenses can have a very detrimental effect on the behavior and availability of a sensor.

FR-4 bzw. FR4 bezeichnet eine Klasse von schwer entflammbaren und flammenhemmenden Verbundwerkstoffen, bestehend aus Epoxidharz und Glasfasergewebe. Die Abkürzung FR steht für Englisch flame retardant (dt. flammenhemmend) und entspricht den Anforderungen von UL94V-0. FR-4 ist in verschiedenen Varianten am Markt verfügbar. Zur Verbesserung der Flammhemmung wird der Verbundwerkstoff mit chemischen Stoffen wie polybromierte Diphenylether basierend auf Brom versetzt, in der halogenfreien Variante entfällt dieser Zusatz. Der Verbundwerkstoff FR-4 wurde von der National Electrical Manufacturers Association (NEMA) in den Eigenschaften in der Spezifikation NEMA LI1 festgelegt.FR-4 or FR4 refers to a class of flame-retardant and flame-retardant composite materials consisting of epoxy resin and glass fiber fabric. The abbreviation FR stands for flame retardant and meets the requirements of UL94V-0. FR-4 is available in various versions on the market. To improve flame retardancy, the composite material is mixed with chemical substances such as polybrominated diphenyl ethers based on bromine; this additive is omitted in the halogen-free version. The properties of the FR-4 composite material were defined by the National Electrical Manufacturers Association (NEMA) in the NEMA LI1 specification.

Epoxidharze (EP-Harze) sind Kunstharze, die Epoxidgruppen tragen. Sie sind härtbare Harze (Reaktionsharze), die mit einem Härter und gegebenenfalls weiteren Zusatzstoffen zu einem duroplastischen Kunststoff umgesetzt werden können. Die Epoxidharze sind Polyether mit in der Regel zwei endständigen Epoxidgruppen. Die Härtungsmittel sind Reaktionspartner und bilden zusammen mit dem Harz den makromolekularen Kunststoff.Epoxy resins (EP resins) are synthetic resins that contain epoxy groups. They are hardenable resins (reaction resins) that can be converted into a thermosetting plastic with a hardener and possibly other additives. The epoxy resins are polyethers with usually two terminal epoxy groups. The hardeners are reaction partners and together with the resin form the macromolecular plastic.

Die durch Vernetzung erzeugten Duroplaste besitzen gute mechanische Eigenschaften sowie eine gute Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit und gelten als hochwertige Kunststoffe. In Verbindung mit dem Glasfasergewebe werden dann die Verbundwerkstoffe für die Leiterkarten gebildet. FR4 weist beispielsweise einen thermischen Längenausdehnungskoeffizienten von 12 bis 17 ppm/K auf. Die thermischen Längenausdehnungskoeffizienten unterscheiden sich auch richtungsabhängig.The thermosets produced by cross-linking have good mechanical properties as well as good temperature and chemical resistance and are considered high-quality plastics. The composite materials for the circuit boards are then formed in conjunction with the glass fiber fabric. FR4, for example, has a thermal expansion coefficient of 12 to 17 ppm/K. The thermal expansion coefficients also differ depending on the direction.

Die US 2015/0362585 A1 offenbart eine Näherungserfassungsvorrichtung, umfassend eine optische Quelle, welche eine Mehrzahl von VCSEL umfasst, welche in einer 2D-Raumanordnung konfiguriert sind, derart, dass ein oder mehrere Objekte, welche innerhalb eines physischen Raums angeordnet sind, vollständig oder teilweise durch ein einfallendes Strahlenbündel von der Mehrzahl von VCSEL beleuchtet werden können, eine Strahlungsdetektionsvorrichtung, welche zusammen mit der optischen Quelle in mindestens einer Ebene angeordnet ist und welche in einer orthogonalen Ebene in dem physischen Raum getrennt ist, wobei die Strahlungsdetektionsvorrichtung in einem vorbestimmten Winkel relativ zu der optischen Quelle angeordnet ist, wobei die Strahlungsdetektionsvorrichtung ein oder mehrere elektrische Signale erzeugt, welche zu der reflektierten Strahlung proportional sind, welche von dem einen oder den mehreren Objekten empfangen wird.The US 2015/0362585 A1 discloses a proximity sensing device comprising an optical source comprising a plurality of VCSELs configured in a 2D spatial arrangement such that one or more objects arranged within a physical space can be fully or partially illuminated by an incident beam of rays from the plurality of VCSELs, a radiation detection device arranged together with the optical source in at least one plane and separated in an orthogonal plane in the physical space, the radiation detection device being arranged at a predetermined angle relative to the optical source, the radiation detection device generating one or more electrical signals proportional to the reflected radiation received from the one or more objects.

Die US 6 979 704B1 offenbart eine optische Polymermischung. Diese optische Polymermischung enthält Teilchen im Subwellenlängenbereich, um den Brechungsindex eines Polymers zu modifizieren, um dem Brechungsindex von Mikropartikeln zu entsprechen, die hinzugefügt werden, um den Volumenkoeffizienten der thermischen Ausdehnung der Mischung einzustellen. Dem Harz kann eine relativ große Materialmenge zugesetzt werden, um den Volumenkoeffizienten der thermischen Ausdehnung einzustellen, ohne die Viskosität der Mischung vor dem Aushärten übermäßig zu erhöhen. In einigen Anwendungen werden optische Polymermischungen für geformte oder extrudierte optische Elemente verwendet, in anderen Anwendungen werden optische Polymermischungen für optische Klebstoffe mit niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendet.The US6 979 704B1 discloses an optical polymer mixture. This optical polymer mixture contains subwavelength particles to modify the refractive index of a polymer to match the refractive index of microparticles added to adjust the volume coefficient of thermal expansion of the blend. A relatively large amount of material can be added to the resin to adjust the volume coefficient of thermal expansion without excessively increasing the viscosity of the blend prior to curing. In some applications, optical polymer blends are used for molded or extruded optical elements; in other applications, optical polymer blends are used for optical adhesives with low thermal expansion coefficients.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein optoelektronisches System oder einen optoelektronischen Sensor bereitzustellen, welcher verfügbarer ist bei Temperaturänderungen und preiswerter herstellbar ist.An object of the invention is to provide an optoelectronic system or an optoelectronic sensor which is more available during temperature changes and is cheaper to manufacture.

Die Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst durch ein optoelektronisches System mit mindestens einer Leiterkarte mit mehreren Lichtsendern und/oder mehreren Lichtempfängern die mindestens in einer Reihe angeordnet sind und mit mindestens einem einstückigen Optikbauteil aus Kunststoff für die mehreren Lichtsender und/oder Lichtempfänger, wobei in dem Optikbauteil pro Lichtsender und/oder pro Lichtempfänger mindestens eine Linse vorgesehen ist, wobei das Optikbauteil mechanisch mindestens an einer Stelle zu der Leiterkarte fixiert ist, wobei die Leiterkarte einen ersten positiven thermischen Längenausdehnungskoeffizienten aufweist und das Optikbauteil einen zweiten positiven thermischen Längenausdehnungskoeffizienten aufweist, wobei der zweite positive thermische Längenausdehnungskoeffizienten größer ist als der erste positive thermische Längenausdehnungskoeffizient, wobei dem Optikbauteil Partikel aus einem Sekundärmaterial beigemischt sind, die aus einem anderen Material sind als ein Primärmaterial des Optikbauteils, wobei das Sekundärmaterial der Partikel einen kleineren thermischen Längenausdehnungskoeffizient aufweist als der zweite thermische Längenausdehnungskoeffizient des Primärmaterials des Optikbauteils, so dass der resultierende zweite positive Längenausdehnungskoeffizient des Optikbauteils verkleinert ist.The object is achieved according to claim 1 by an optoelectronic system with at least one circuit board with several light emitters and/or several light receivers which are arranged at least in one row and with at least one one-piece optical component made of plastic for the several light emitters and/or light receivers, wherein at least one lens is provided in the optical component per light emitter and/or per light receiver, wherein the optical component is mechanically fixed to the circuit board at least at one point, wherein the circuit board has a first positive thermal linear expansion coefficient and the optical component has a second positive thermal linear expansion coefficient, wherein the second positive thermal linear expansion coefficient is greater than the first positive thermal linear expansion coefficient, wherein particles made of a secondary material which are made of a different material than a primary material of the optical component are mixed into the optical component, wherein the secondary material of the particles has a smaller thermal linear expansion coefficient than the second thermal linear expansion coefficient of the primary material of the optical component, so that the resulting second positive coefficient of linear expansion of the optical component is reduced.

Die Aufgabe wird weiter gelöst mit einem optoelektronischen Sensor mit einem optischen System gemäß Anspruch 13.The object is further achieved with an optoelectronic sensor with an optical system according to claim 13.

Das Sekundärmaterial der Partikel weist einen positiven oder negativen thermischen Längenausdehnungskoeffizienten auf, so dass der resultierende zweite positive Längenausdehnungskoeffizient des Optikbauteils verkleinert ist. Im Falle eines positiven thermischen Längenausdehnungskoeffizienten des Sekundärmaterials ist der thermische Längenausdehnungskoeffizient des Sekundärmaterials kleiner als der zweite thermische Längenausdehnungskoeffizient des Primärmaterials des Optikbauteils.The secondary material of the particles has a positive or negative coefficient of thermal expansion, so that the resulting second positive coefficient of thermal expansion of the optical component is reduced. In the case of a positive coefficient of thermal expansion of the secondary material, the coefficient of thermal expansion of the secondary material is smaller than the second coefficient of thermal expansion of the primary material of the optical component.

Gemäß der Erfindung wird der erste thermische Längenausdehnungskoeffizient des Optikbauteils durch die beigemischten Partikel reduziert. Das Optikbauteil besteht dabei mindestens aus einem Anteil von Primärmaterial und einem Anteil von Sekundärmaterial. Dadurch ist die unterschiedliche Längenausdehnung von dem Optikbauteil und der Leiterkarte minimiert bei Temperaturschwankungen. Dadurch sind die optischen Achsen, die von den Lichtsendern bzw. von den Lichtempfängern jeweils durch das Zentrum der jeweils zugeordneten Linse verlaufen, jeweils richtungsstabiler in einem erforderlichen Toleranzbereich. Beispielsweise bleiben zueinander parallele Lichtachsen auch bei Temperaturschwankungen nahezu zueinander parallel, da sich die Leiterkarte und das Optikbauteil in gleichem Maße ausdehnen bzw. zusammenziehen, je nach Temperaturveränderung.According to the invention, the first thermal linear expansion coefficient of the optical component is reduced by the added particles. The optical component consists of at least a portion of primary material and a portion of secondary material. This minimizes the different linear expansion of the optical component and the circuit board when there are temperature fluctuations. This means that the optical axes that run from the light transmitters or from the light receivers through the center of the respective associated lens are each more directionally stable within a required tolerance range. For example, light axes that are parallel to one another remain almost parallel to one another even when there are temperature fluctuations, since the circuit board and the optical component expand or contract to the same extent, depending on the temperature change.

Das Optikbauteil und die Leiterkarte werden zueinander referenziert, indem das Optikbauteil mechanisch mindestens an einer Stelle zu der Leiterkarte fixiert ist. Beispielsweise sind die Leiterkarte und das Optikbauteil an einem einzigen Ende einer länglichen Form miteinander verbunden. Jedoch können das Optikbauteil und die Leiterkarte an einer beliebigen Stelle miteinander verbunden sein.The optical component and the circuit board are referenced to each other by mechanically fixing the optical component to the circuit board at least at one location. For example, the circuit board and the optical component are connected to each other at a single end of an elongated shape. However, the optical component and the circuit board can be connected to each other at any location.

Beispielsweise ist der erste thermische Längenausdehnungskoeffizient der Leiterkarte kleiner 17 ppm/K.For example, the first thermal expansion coefficient of the circuit board is less than 17 ppm/K.

Der resultierende zweite positive Längenausdehnungskoeffizient des Optikbauteils ist beispielsweise kleiner 40 ppm/K. Bevorzugt ist der resultierende zweite positive Längenausdehnungskoeffizient des Optikbauteils kleiner 20 ppm/K.The resulting second positive coefficient of linear expansion of the optical component is, for example, less than 40 ppm/K. Preferably, the resulting second positive coefficient of linear expansion of the optical component is less than 20 ppm/K.

Besonders bevorzugt ist der Unterschied zwischen dem ersten thermischen Längenausdehnungskoeffizienten und dem zweiten thermischen Längenausdehnungskoeffizienten kleiner als 5 ppm/K, besonders bevorzugt kleiner als 2 ppm/K.Particularly preferably, the difference between the first coefficient of thermal expansion and the second coefficient of thermal expansion is less than 5 ppm/K, particularly preferably less than 2 ppm/K.

Das Optikbauteil weist beispielsweise einen Anteil von 5 bis 30 Volumenprozent von Sekundärmaterial auf. Insbesondere weist das Optikbauteil einen Anteil von 5 bis 20 Volumenprozent und ganz insbesonders einen Anteil von 5 bis 10 Volumenprozent von Sekundärmaterial auf.The optical component, for example, has a proportion of 5 to 30 percent by volume of secondary material. In particular, the optical component has a proportion of 5 to 20 percent by volume and, in particular, a proportion of 5 to 10 percent by volume of secondary material.

In Weiterbildung der Erfindung sind die Partikel für das Sekundärmaterial Glaspartikel und/oder Kristallpartikel. Diese Materialien weisen jeweils negative thermische Längenausdehnungskoeffizienten auf.In a further development of the invention, the particles for the secondary material are glass particles and/or crystal particles. These materials each have negative thermal linear expansion coefficients.

In Weiterbildung der Erfindung sind die Partikel im Durchmesser kleiner als 50 nm.In a further development of the invention, the particles are smaller than 50 nm in diameter.

Partikel mit einem Durchmesser von kleiner 50 nm führen zu einem besonders effektiven Effekt bei der Verminderung der Ausdehnung des Optikbauteils. Durch die sehr kleinen Partikel sind die optischen Eigenschaften des Optikbauteils kaum beeinträchtigt. Damit können homogene Werkstoffe für das Optikbauteil hergestellt werden. Glaspartikel und/oder Kristallpartikel sind zudem vorteilhaft transparent, so dass die optischen Eigenschaften des Optikbauteils kaum beeinträchtigt werden durch die Sekundärmaterialien.Particles with a diameter of less than 50 nm are particularly effective in reducing the expansion of the optical component. The very small particles have little impact on the optical properties of the optical component. This means that homogeneous materials can be produced for the optical component. Glass particles and/or crystal particles are also advantageously transparent, so that the optical properties of the optical component are hardly affected by the secondary materials.

In Weiterbildung der Erfindung sind die Linsen plankonvex, bikonvex oder konvexplan.In a further development of the invention, the lenses are plano-convex, biconvex or convex-planar.

Derartige Linsen sind Sammellinsen, wobei empfangenes Licht auf den Lichtempfänger gebündelt wird und/oder Sendelicht eines Lichtsenders zu einem gerichteten Strahlbündel führt.Such lenses are converging lenses, whereby received light is bundled onto the light receiver and/or transmitted light from a light transmitter leads to a directed beam.

Eine Sammellinse, auch Kollimatorlinse, Konvexlinse oder Positivlinse genannt, ist eine beispielsweise gegossene Linse mit positiver Brechkraft. Parallel einfallendes Licht wird in ihrer Brennebene gesammelt. Speziell wird parallel zur optischen Achse eingestrahltes Licht im Brennpunkt fokussiert.A collecting lens, also called a collimator lens, convex lens or positive lens, is a cast lens with positive refractive power. Parallel incident light is collected in its focal plane. In particular, light that is incident parallel to the optical axis is focused at the focal point.

Mit den Linsenformen plankonvex, bikonvex oder konvexplan ist beispielsweise nur eine einzige Linse pro Lichtsender oder pro Lichtempfänger notwendig.With the lens shapes plano-convex, biconvex or convex-plan, for example, only a single lens is necessary per light transmitter or per light receiver.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Oberflächenform der Linse sphärisch, asphärisch oder eine Freiformfläche.In a further development of the invention, the surface shape of the lens is spherical, aspherical or a free-form surface.

Eine asphärische Linse ist im Unterschied zu einer sphärischen Linse eine Linse mit mindestens einer von der Kugel- oder planen Form abweichenden brechenden Oberfläche. Durch die weitgehend frei formbare Fläche können Abbildungsfehler vermieden oder vermindert werden, die bei sphärischen Linsen unvermeidlich sind. Speziell kann man die sphärische Aberration korrigieren.In contrast to a spherical lens, an aspherical lens is a lens with at least one refractive surface that deviates from the spherical or flat shape. The largely freely formable surface allows imaging errors that are unavoidable with spherical lenses to be avoided or reduced. In particular, spherical aberration can be corrected.

Mittels einer Freiformfläche kann die Linse sehr speziell an die optischen Anforderungen und an die benötigte Geometrie angepasst werden.Using a freeform surface, the lens can be adapted very specifically to the optical requirements and the required geometry.

In Weiterbildung der Erfindung sind die Lichtsender und/oder die Lichtempfänger in einer Matrix mit mehreren Reihen und mehreren Spalten angeordnet.In a further development of the invention, the light transmitters and/or the light receivers are arranged in a matrix with several rows and several columns.

Dadurch lassen sich mit Lichtsendern flächige Beleuchtungen realisieren und mit Lichtempfängern flächige Überwachungsbereiche realisieren.
Über die gewählte Anzahl von mehreren Reihen und mehreren Spalten und den Abständen zwischen den jeweiligen Lichtsendern bzw. Lichtempfängern kann eine beliebige flächige Geometrie gebildet werden.
This makes it possible to create large-scale lighting with light transmitters and large-scale surveillance areas with light receivers.
Any flat geometry can be created using the selected number of rows and columns and the distances between the respective light transmitters or light receivers.

In Weiterbildung der Erfindung ist ein längliches mindestens zweiteiliges Gehäuse vorgesehen, wobei das zweiteilige Gehäuse mindestens zwei Gehäuseteile aufweist, wobei das erste Gehäuseteil das Optikbauteil aufweist und das zweite Gehäuseteil die Leiterkarte aufweist. Die Leiterkarte wird in das zweite Gehäuseteil eingebracht.In a further development of the invention, an elongated housing comprising at least two parts is provided, the two-part housing having at least two housing parts, the first housing part comprising the optical component and the second housing part comprising the circuit board. The circuit board is inserted into the second housing part.

Die Gehäuseteile sind jeweils entlang einer langen Seite offen. Dadurch können notwendige Bauteile, nämlich das Optikbauteil und die Leiterkarte direkt über die jeweilige offene lange Seite eingesetzt werden. Dadurch wird eine Montage vereinfacht.The housing parts are each open along one long side. This means that necessary components, namely the optical component and the circuit board, can be inserted directly via the respective open long side. This simplifies assembly.

Die zwei Gehäuseteile weisen jeweils ähnliche oder nahezu identische positive thermische Längenausdehnungskoeffizienten auf.The two housing parts each have similar or almost identical positive thermal expansion coefficients.

In Weiterbildung der Erfindung ist in dem ersten Gehäuseteil das Optikbauteil integriert, so dass das erste Gehäuseteil und das Optikbauteil ein einstückiges Bauteil ist. Das erste Gehäuseteil ist für das verwendete Licht transparent ausgebildet. Durch das einstückige erste Gehäuseteil mit dem integrierten Optikbauteil entfallen Montageschritte. Weiterhin sind das erste Gehäuseteil und das Optikbauteil bereits fertigungstechnisch zueinander ausgerichtet.In a further development of the invention, the optical component is integrated in the first housing part, so that the first housing part and the optical component are a one-piece component. The first housing part is transparent to the light used. The one-piece first housing part with the integrated optical component eliminates assembly steps. Furthermore, the first housing part and the optical component are already aligned with each other in terms of production technology.

Das erste Gehäuseteil mit dem integrierten Optikbauteil kann aus zwei unterschiedlichen Werkstoffen bzw. Materialien oder aus einem einzigen Werkstoff bzw. Material hergestellt sein.The first housing part with the integrated optical component can be made of two different materials or of a single material.

In Weiterbildung der Erfindung sind das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil mittels mechanischer Klippverschlüsse, mittels einer Klebeverbindung, mittels einer Ultraschallschweißnaht oder mittels einer Laserschweißnaht verbunden.In a further development of the invention, the first housing part and the second housing part are connected by means of mechanical clip fasteners, by means of an adhesive connection, by means of an ultrasonic weld seam or by means of a laser weld seam.

Klippverschlüsse haben den Vorteil, dass diese sehr einfach ohne zusätzliche Vorrichtungen montiert werden können. Die Klippverschlüsse sind beispielsweise in den jeweiligen Gehäuseteilen integriert.Clip fasteners have the advantage that they can be installed very easily without additional devices. The clip fasteners are, for example, integrated into the respective housing parts.

Mittels Klebeverbindung, Ultraschallschweißnaht oder mittels Laserschweißnaht kann einfach eine dichte Verbindung zwischen den Gehäuseteilen hergestellt werden. So kann einfach ein dichtes Gehäuse hergestellt werden.A tight connection between the housing parts can be easily created using an adhesive bond, ultrasonic welding seam or laser welding seam. This makes it easy to create a tight housing.

In Weiterbildung der Erfindung ist das erste Gehäuseteil mittels einem Kunststoffspritzverfahren als Kunststoffspritzling hergestellt. Mittels Kunststoffspritzverfahren lassen sich auch präzise Linsenformen mit hoher Güte preiswert herstellen. Mit einem Kunststoffspritzverfahren können hochwertige Teile beispielsweise mit begrenzter Länge hergestellt werden, beispielsweise kleiner 500 mm. Diese Teile können zu einem längeren Gehäuseteil verbunden werden. Ein anderes Kunststoffspritzverfahren ist „Exjection”, mit dem in einem Schritt lange Bauteile < 3 m hergestellt werden können.In a further development of the invention, the first housing part is manufactured as a plastic injection molding using a plastic injection molding process. Using a plastic injection molding process, precise lens shapes of high quality can also be manufactured inexpensively. Using a plastic injection molding process, high-quality parts with a limited length, for example less than 500 mm, can be manufactured. These parts can be connected to form a longer housing part. Another plastic injection molding process is "exjection", with which long components < 3 m can be manufactured in one step.

Das erste Gehäuseteil und das Optikbauteil können in einem Zweikomponentenspritzgussverfahren mit unterschiedlichen Materialen hergestellt sein. Jedoch kann das erste Gehäuseteil und das Optikbauteil auch in einem Einkomponentenspritzgussverfahren aus einem einzigen Material hergestellt sein.The first housing part and the optical component can be manufactured in a two-component injection molding process using different materials. However, the first housing part and the optical component can also be manufactured in a one-component injection molding process using a single material.

In Weiterbildung der Erfindung ist das zweite Gehäuseteil mittels Extrudierverfahren hergestellt. Die mechanischen Genauigkeitsanforderungen an das zweite Gehäuseteil sind geringer als an das erste Gehäuseteil, da das zweite Gehäuseteil keine optischen Bauteile wie Linsen aufweist. Dadurch kann das zweite Gehäuseteil preiswerter durch ein Extrudierverfahren hergestellt werden. Voraussetzung ist hier lediglich, dass im Querschnitt eine einheitliche Kontur vorliegt.In a further development of the invention, the second housing part is manufactured using an extrusion process. The mechanical accuracy requirements for the second housing part are lower than for the first housing part, since the second housing part does not have any optical components such as lenses. This means that the second housing part can be manufactured more cheaply using an extrusion process. The only requirement here is that there is a uniform contour in the cross section.

In Weitebildung der Erfindung weist das zweite Gehäuseteil ein größeres Volumen auf, als das erste Gehäuseteil. Da das zweite Gehäuseteil preiswerter herstellbar ist, als das erste Gehäuseteil und die verwendeten Materialien für das zweite Gehäuseteil preiswerter sind, als für das erste Gehäuseteil, ist es vorgesehen, dass das zweite Gehäuseteil ein größeres Volumen aufweist als das erste Gehäuseteil, wodurch die Kosten für das Gesamtgehäuse reduziert werden.In a further development of the invention, the second housing part has a larger volume than the first housing part. Since the second housing part is cheaper to manufacture than the first housing part and the materials used for the second housing part are cheaper than for the first housing part, it is provided that the second housing part has a larger volume than the first housing part, thereby reducing the costs for the entire housing.

Gemäß der Erfindung ist ein optolelektronischer Sensor vorgesehen mit einem optischen System.According to the invention, an optoelectronic sensor is provided with an optical system.

Beispielsweise bildet ein erstes Gehäuse mit den Lichtsendern und ein zweites Gehäuse mit den Lichtempfängern einen optoelektronischen Sensor, wie beispielsweise eine Lichtschranke, eine Reflexionslichtschranke, ein Lichttaster, ein Kamerasystem mit Beleuchtung, oder beispielsweise einen Solid State Laserscanner mit einer Mehrzahl von Lichtsendern und Lichtempfängern, wobei keine beweglichen Teile, wie beispielsweise eine drehende Ablenkeinheit vorgesehen sind.For example, a first housing with the light transmitters and a second housing with the light receivers form an optoelectronic sensor, such as a light barrier, a reflection light barrier, a light sensor, a camera system with lighting, or for example a solid state laser scanner with a plurality of light transmitters and light receivers, wherein no moving parts, such as a rotating deflection unit, are provided.

In Weiterbildung der Erfindung ist der optoelektronische Sensor ein Lichtgitter.In a further development of the invention, the optoelectronic sensor is a light grid.

Lichtgitter umfassen eine Vielzahl von Lichtsender bzw. Sendeelementen und zugeordneten Lichtempfängern bzw. Empfangselementen, so dass jeweils ein Paar aus einem Sendeelement und einem Empfangselement eine Lichtschranke bildet, die erkennt, ob der zwischen dem Sendeelement und dem Empfangselement aufgespannte Lichtstrahl von einem Objekt unterbrochen ist oder nicht. Die Sendeelemente und Empfangselemente sind jeweils in einer Sendeeinheit und einer Empfangseinheit zusammengefasst, die einander gegenüber montiert werden.Light grids comprise a large number of light transmitters or transmitting elements and associated light receivers or receiving elements, so that a pair of a transmitting element and a receiving element forms a light barrier that detects whether or not the light beam spanned between the transmitting element and the receiving element is interrupted by an object. The transmitting elements and receiving elements are each combined in a transmitting unit and a receiving unit, which are mounted opposite each other.

Es gibt auch Lichtgitter, in denen Lichtsender und Lichtempfänger in zwei einander gegenüberstehenden, gemischten Sende- und Empfangseinheiten untergebracht sind. Weiterhin sind Reflexionslichtgitter bekannt, bei denen Sende- und Empfangseinheiten auf einer Seite eines Überwachungsbereiches angebracht sind und ein Retroreflektor auf der gegenüberliegenden Seite.There are also light grids in which the light transmitter and light receiver are housed in two mixed transmitting and receiving units facing each other. There are also known reflection light grids in which the transmitting and receiving units are mounted on one side of a monitoring area and a retroreflector on the opposite side.

Ein wichtiges Anwendungsfeld für Lichtgitter ist die Automatisierungstechnik zur Vermessung von Gegenständen und Objekten bzw. zur Maßkontrolle aber auch zur Objektdetektion und insbesondere zur Objektzählung.An important field of application for light grids is automation technology for measuring items and objects or for dimensional control but also for object detection and especially for object counting.

Ein weiteres wichtiges Anwendungsfeld für Lichtgitter ist die Sicherheitstechnik. Die parallelen Lichtstrahlen dienen dabei als eine Art virtuelle Wand, und bei Unterbrechung durch ein Objekt wird beispielsweise eine Gefahrenquelle abgesichert. In der Automatisierungstechnik werden Lichtgitter eingesetzt, um die Ausdehnung von Objekten anhand der Anzahl unterbrochener Strahlen zu messen. Beispielsweise kann auf diesem Weg die Höhe von auf einem Förderband bewegten Objekten bestimmt werden, und zwar mit einer Genauigkeit, die durch den Abstand der Lichtstrahlen gegeben ist.Another important application area for light grids is safety technology. The parallel light beams serve as a kind of virtual wall, and if they are interrupted by an object, for example, a source of danger is secured. In automation technology, light grids are used to measure the size of objects based on the number of interrupted beams. For example, the height of objects moving on a conveyor belt can be determined in this way, with an accuracy that is determined by the distance between the light beams.

Die Vorstellung eines Lichtstrahls der einzelnen Sendelemente ist idealisiert. Tatsächlich entstehen in Abhängigkeit von den Öffnungswinkeln der strahlformenden Optiken Sende- und Empfangskeulen. Bei üblichen Abständen zwischen Sendeeinheit und Empfangseinheit ist oft nicht zu vermeiden, dass aufgrund der Sendestrahldivergenz ein Empfangselement Sendelicht nicht nur von dem zugeordneten Sendeelement, sondern auch von dessen Nachbarn empfängt. Um Fehlauswertungen zu vermeiden, werden deshalb die Sendeelemente zyklisch aktiviert. Dabei werden nacheinander von jedem Sendeelement einzelne Lichtpulse oder Pakete ausgesandt, und für ein gewisses Zeitfenster wird nur das zugehörige Empfangselement aktiviert, um festzustellen, ob sich in dem jeweiligen Kanal ein Objekt befindet.The idea of a light beam from the individual transmitting elements is idealized. In fact, depending on the opening angles of the beam-forming optics, transmitting and receiving lobes are created. With normal distances between the transmitting unit and the receiving unit, it is often unavoidable that, due to the transmitting beam divergence, a receiving element receives transmitted light not only from the assigned transmitting element, but also from its neighbors. In order to avoid incorrect evaluations, the transmitting elements are therefore activated cyclically. In this process, one after the other, each transmitting element receives element sends out individual light pulses or packets, and for a certain time window only the corresponding receiving element is activated to determine whether there is an object in the respective channel.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.The invention is explained below with regard to further advantages and features with reference to the accompanying drawings using exemplary embodiments.

Die Figuren der Zeichnung zeigen in:

  • 1 bis 4 jeweils ein optoelektronisches System;
  • 5 ein zweiteiliges Gehäuse;
  • 6 ein erstes Gehäuseteil;
  • 7 einen optoelektronischen Sensor;
  • 8 ein optoelektronisches System nach dem Stand der Technik.
The figures in the drawing show:
  • 1 until 4 one optoelectronic system each;
  • 5 a two-part housing;
  • 6 a first housing part;
  • 7 an optoelectronic sensor;
  • 8 an optoelectronic system according to the state of the art.

In den nachfolgenden Figuren sind identische Teile mit identischen Bezugszeichen versehen.In the following figures, identical parts are provided with identical reference symbols.

8 zeigt ein optoelektronisches System nach dem Stand der Technik. Bei derartigen optoelektronischen Systemen bzw. optoelektronischen Sensoren ist es so, dass sich eine Optik 16 bei Temperaturänderungen aufgrund der Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialen unterschiedlich ausdehnt als verwendete Materialien einer Leiterkarte 2, auf welcher Lichtsender 3 und/oder Lichtempfänger 4 angeordnet sind. Dadurch sind die optischen Achsen 17 gemäß 8 nicht mehr parallel zueinander ausgerichtet, sondern stehen nachteilig jeweils in einem spitzen Winkel zueinander. 8 shows an optoelectronic system according to the state of the art. In such optoelectronic systems or optoelectronic sensors, an optic 16 expands differently in the event of temperature changes due to the expansion coefficients of the materials used than the materials used in a circuit board 2 on which light transmitters 3 and/or light receivers 4 are arranged. As a result, the optical axes 17 are arranged according to 8 are no longer aligned parallel to each other, but are disadvantageously positioned at an acute angle to each other.

1 zeigt ein optoelektronisches System 1 gemäß der Erfindung mit einer Leiterkarte 2 mit mehreren Lichtsendern 3 und/oder mehreren Lichtempfängern 4, die mindestens in einer Reihe angeordnet sind und mit mindestens einem einstückigen Optikbauteil 5 aus Kunststoff für die mehreren Lichtsender 3 und/oder Lichtempfänger 4, wobei in dem Optikbauteil 5 pro Lichtsender 3 und/oder pro Lichtempfänger 4 mindestens eine Linse 6 vorgesehen ist, wobei das Optikbauteil 5 mechanisch mindestens an einer Stelle zu der Leiterkarte 2 fixiert ist, wobei die Leiterkarte 2 einen ersten positiven thermischen Längenausdehnungskoeffizienten aufweist und das Optikbauteil 5 einen zweiten positiven thermischen Längenausdehnungskoeffizienten aufweist, wobei der zweite positive thermische Längenausdehnungskoeffizienten größer ist, als der erste positive thermische Längenausdehnungskoeffizient wobei dem Optikbauteil 5 Partikel 7 aus einem Sekundärmaterial 8 beigemischt sind, die aus einem anderen Material sind als das Optikbauteil 5, wobei das Sekundärmaterial 8 der Partikel 7 einen negativen thermischen Längenausdehnungskoeffizient aufweist, so dass der resultierende zweite positive Längenausdehnungskoeffizient des Optikbauteils 5 verkleinert ist. 1 shows an optoelectronic system 1 according to the invention with a circuit board 2 with several light transmitters 3 and/or several light receivers 4, which are arranged at least in one row and with at least one one-piece optical component 5 made of plastic for the several light transmitters 3 and/or light receivers 4, wherein in the optical component 5 at least one lens 6 is provided per light transmitter 3 and/or per light receiver 4, wherein the optical component 5 is mechanically fixed at least at one point to the circuit board 2, wherein the circuit board 2 has a first positive thermal linear expansion coefficient and the optical component 5 has a second positive thermal linear expansion coefficient, wherein the second positive thermal linear expansion coefficient is greater than the first positive thermal linear expansion coefficient, wherein the optical component 5 is mixed with particles 7 made of a secondary material 8, which are made of a different material than the optical component 5, wherein the secondary material 8 of the particles 7 has a negative thermal linear expansion coefficient, so that the resulting second positive linear expansion coefficient of the optical component 5 is reduced.

Gemäß 1 ist der erste thermische Längenausdehnungskoeffizient des Optikbauteils 5 durch die beigemischten Partikel 7 reduziert. Das Optikbauteil 5 besteht dabei mindestens aus einem Anteil von Primärmaterial 9 und einem Anteil von Sekundärmaterial 8. Dadurch ist die unterschiedliche Längenausdehnung von dem Optikbauteil 5 und der Leiterkarte 2 minimiert bei Temperaturschwankungen. Dadurch sind die optischen Achsen 17, die von den Lichtsendern 3 bzw. von den Lichtempfängern 4 jeweils durch das Zentrum der jeweils zugeordneten Linse 6 verlaufen, jeweils richtungsstabiler in einem erforderlichen Toleranzbereich. Beispielsweise bleiben zueinander parallele Lichtachsen auch bei Temperaturschwankungen nahezu zueinander parallel, da sich die Leiterkarte 2 und das Optikbauteil 5 in gleichem Maße ausdehnen bzw. zusammenziehen, je nach Temperaturveränderung.According to 1 the first thermal linear expansion coefficient of the optical component 5 is reduced by the added particles 7. The optical component 5 consists of at least a portion of primary material 9 and a portion of secondary material 8. This minimizes the different linear expansion of the optical component 5 and the circuit board 2 in the event of temperature fluctuations. This means that the optical axes 17, which run from the light transmitters 3 and from the light receivers 4 through the center of the respective associated lens 6, are each more directionally stable within a required tolerance range. For example, light axes that are parallel to one another remain almost parallel to one another even in the event of temperature fluctuations, since the circuit board 2 and the optical component 5 expand or contract to the same extent, depending on the temperature change.

Das Optikbauteil 5 und die Leiterkarte 2 werden zueinander referenziert, indem das Optikbauteil 5 mechanisch mindestens an einer Stelle zu der Leiterkarte 2 fixiert ist. Beispielsweise sind die Leiterkarte 2 und das Optikbauteil 5 an einem einzigen Ende einer länglichen Form miteinander verbunden. Jedoch können das Optikbauteil 5 und die Leiterkarte 2 an einer beliebigen Stelle miteinander verbunden sein.The optical component 5 and the circuit board 2 are referenced to each other by the optical component 5 being mechanically fixed to the circuit board 2 at least at one point. For example, the circuit board 2 and the optical component 5 are connected to each other at a single end of an elongated shape. However, the optical component 5 and the circuit board 2 can be connected to each other at any point.

Beispielsweise ist der erste thermische Längenausdehnungskoeffizient der Leiterkarte 2 kleiner 17 ppm/K. Der resultierende zweite positive Längenausdehnungskoeffizient des Optikbauteils 5 ist gemäß 1 beispielsweise kleiner 40 ppm/K, oder kleiner 20 ppm/K.For example, the first thermal expansion coefficient of the circuit board 2 is less than 17 ppm/K. The resulting second positive expansion coefficient of the optical component 5 is according to 1 for example less than 40 ppm/K, or less than 20 ppm/K.

Das Optikbauteil 5 weist beispielsweise einen Anteil von 5 bis 20 Volumenprozent von Sekundärmaterial 8 auf, wobei 95 bis 80 Volumenprozent durch das Primärmaterial 9 gebildet sind.The optical component 5 has, for example, a proportion of 5 to 20 volume percent of secondary material 8, with 95 to 80 volume percent being formed by the primary material 9.

Gemäß 1 sind die Partikel 7 für das Sekundärmaterial 8 Glaspartikel und/oder Kristallpartikel. Diese Materialien weisen jeweils negative thermische Längenausdehnungskoeffizienten auf.According to 1 The particles 7 for the secondary material 8 are glass particles and/or crystal particles. These materials each have negative thermal expansion coefficients.

Beispielsweise sind die Partikel 7 im Durchmesser kleiner als 50 nm.For example, particles 7 are smaller than 50 nm in diameter.

Durch die sehr kleinen Partikel 7 sind die optischen Eigenschaften des Optikbauteils 5 kaum beeinträchtigt. Damit können homogene Werkstoffe für das Optikbauteil 5 hergestellt werden. Glaspartikel und/oder Kristallpartikel sind zudem vorteilhaft transparent, so dass die optischen Eigenschaften des Optikbauteils 5 kaum beeinträchtigt werden durch die Sekundärmaterialien 8.Due to the very small particles 7, the optical properties of the optical component 5 are hardly affected. This allows homogeneous materials to be produced for the optical component 5. Glass particles and/or crystal particles are also advantageously transparent, so that the optical properties of the optical component 5 are hardly affected by the secondary materials 8.

Gemäß 1 sind die Linsen 6 plankonvex bzw. konvexplan.According to 1 the lenses 6 are plano-convex or convex-planar.

Gemäß 1 sind die Linsen 6 sind Sammellinsen, wobei empfangenes Licht auf den Lichtempfänger 4 gebündelt wird und/oder Sendelicht eines Lichtsenders 3 zu einem gerichteten Strahlbündel führt.According to 1 the lenses 6 are converging lenses, whereby received light is bundled onto the light receiver 4 and/or transmitted light from a light transmitter 3 leads to a directed beam.

Mit der Linsenform gemäß 1 ist beispielsweise nur eine einzige Linse 6 pro Lichtsender 3 oder pro Lichtempfänger 4 notwendig.With the lens shape according to 1 For example, only a single lens 6 is required per light transmitter 3 or per light receiver 4.

Gemäß 1 ist die Oberflächenform der Linse 6 sphärisch oder asphärisch.According to 1 the surface shape of the lens 6 is spherical or aspherical.

Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform sind die Lichtsender und/oder die Lichtempfänger in einer Matrix mit mehreren Reihen und mehreren Spalten angeordnet.According to an embodiment not shown, the light transmitters and/or the light receivers are arranged in a matrix with several rows and several columns.

2 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel ähnlich zu 1. 2 zeigt ein optoelektronisches System 1 mit einer Leiterkarte 2 mit mehreren Lichtsendern 3 und/oder mehreren Lichtempfängern 4, die mindestens in einer Reihe angeordnet sind und mit mindestens einem einstückigen Optikbauteil 5 aus Kunststoff für die mehreren Lichtsender 3 und/oder Lichtempfänger 4, wobei in dem Optikbauteil 5 pro Lichtsender 3 und/oder pro Lichtempfänger 4 mindestens eine Linse 6 vorgesehen ist, wobei das Optikbauteil 5 mechanisch mindestens an zwei Stellen zu der Leiterkarte 2 fixiert ist 2 shows a further embodiment according to the invention similar to 1 . 2 shows an optoelectronic system 1 with a circuit board 2 with several light transmitters 3 and/or several light receivers 4, which are arranged at least in one row and with at least one one-piece optical component 5 made of plastic for the several light transmitters 3 and/or light receivers 4, wherein in the optical component 5 at least one lens 6 is provided per light transmitter 3 and/or per light receiver 4, wherein the optical component 5 is mechanically fixed to the circuit board 2 at least at two points

Gemäß 3 ist ein längliches mindestens zweiteiliges Gehäuse 11 vorgesehen, wobei das zweiteilige Gehäuse 11 mindestens zwei Gehäuseteile 12 und 13 aufweist, wobei das erste Gehäuseteil 12 das Optikbauteil 5 aufweist und das zweite Gehäuseteil 13 die Leiterkarte 2 aufweist.According to 3 an elongated at least two-part housing 11 is provided, wherein the two-part housing 11 has at least two housing parts 12 and 13, wherein the first housing part 12 has the optical component 5 and the second housing part 13 has the circuit board 2.

Die Gehäuseteile 12 und 13 sind jeweils entlang einer langen Seite offen. Dadurch können notwendige Bauteile, nämlich mindestens das Optikbauteil 5 und die Leiterkarte 2 direkt über die jeweilige offene lange Seite eingesetzt werden. Dadurch wird eine Montage vereinfacht.The housing parts 12 and 13 are each open along one long side. This means that necessary components, namely at least the optical component 5 and the circuit board 2, can be inserted directly over the respective open long side. This simplifies assembly.

Die zwei Gehäuseteile 12 und 13 weisen jeweils ähnliche oder nahezu identische positive thermische Längenausdehnungskoeffizienten auf.The two housing parts 12 and 13 each have similar or almost identical positive thermal expansion coefficients.

Gemäß 3 ist in dem ersten Gehäuseteil 12 das Optikbauteil 5 integriert, so dass das erste Gehäuseteil 12 und das Optikbauteil 5 ein einstückiges Bauteil ist. Das erste Gehäuseteil 12 ist für das verwendete Licht transparent ausgebildet. Durch das einstückige erste Gehäuseteil 12 mit dem integrierten Optikbauteil 5 entfallen Montageschritte. Weiterhin sind das erste Gehäuseteil 12 und das Optikbauteil 5 bereits fertigungstechnisch zueinander ausgerichtet.According to 3 the optical component 5 is integrated in the first housing part 12, so that the first housing part 12 and the optical component 5 are a one-piece component. The first housing part 12 is transparent to the light used. The one-piece first housing part 12 with the integrated optical component 5 eliminates assembly steps. Furthermore, the first housing part 12 and the optical component 5 are already aligned with each other in terms of production technology.

Das erste Gehäuseteil 12 mit dem integrierten Optikbauteil 5 kann aus zwei unterschiedlichen Werkstoffen bzw. Materialien oder aus einem einzigen Werkstoff bzw. Material hergestellt sein.The first housing part 12 with the integrated optical component 5 can be made of two different materials or of a single material.

Gemäß 4 sind das erste Gehäuseteil 12 und das zweite Gehäuseteil 13 mittels mechanischer Klippverschlüsse, mittels einer Klebeverbindung, mittels einer Ultraschallschweißnaht oder mittels einer Laserschweißnaht verbunden.According to 4 the first housing part 12 and the second housing part 13 are connected by means of mechanical clip fasteners, by means of an adhesive connection, by means of an ultrasonic weld seam or by means of a laser weld seam.

Die Klippverschlüsse sind beispielsweise in den jeweiligen Gehäuseteilen integriert. Mittels Klebeverbindung, Ultraschallschweißnaht oder mittels Laserschweißnaht kann einfach eine dichte Verbindung zwischen den Gehäuseteilen 12 und 13 hergestellt werden.The clip fasteners are, for example, integrated into the respective housing parts. A tight connection between the housing parts 12 and 13 can easily be created using an adhesive connection, ultrasonic welding seam or laser welding seam.

Gemäß 3 ist das erste Gehäuseteil 12 mittels einem Kunststoffspritzverfahren als Kunststoffspritzling hergestellt. Das erste Gehäuseteil 12 und das Optikbauteil 5 können in einem Zweikomponentenspritzgussverfahren mit unterschiedlichen Materialen hergestellt sein. Jedoch können das erste Gehäuseteil 12 und das Optikbauteil 5 auch in einem Einkomponentenspritzgussverfahren aus einem einzigen Material hergestellt sein.According to 3 the first housing part 12 is manufactured as a plastic injection molding using a plastic injection molding process. The first housing part 12 and the optical component 5 can be manufactured using different materials in a two-component injection molding process. However, the first housing part 12 and the optical component 5 can also be manufactured using a single material in a one-component injection molding process.

Gemäß 3 ist das zweite Gehäuseteil 13 mittels Extrudierverfahren hergestellt. Die mechanischen Genauigkeitsanforderungen an das zweite Gehäuseteil 13 sind geringer als an das erste Gehäuseteil 12, da das zweite Gehäuseteil 13 keine optischen Bauteile wie Linsen aufweist. Voraussetzung ist hier lediglich, dass im Querschnitt eine einheitliche Kontur vorliegt.According to 3 the second housing part 13 is manufactured using an extrusion process. The mechanical accuracy requirements for the second housing part 13 are lower than for the first housing part 12, since the second housing part 13 does not have any optical components such as lenses. The only requirement here is that there is a uniform contour in the cross section.

Gemäß 3 weist das zweite Gehäuseteil 13 beispielsweise ein größeres Volumen auf als das erste Gehäuseteil 12.According to 3 For example, the second housing part 13 has a larger volume than the first housing part 12.

5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines zweiteiligen Gehäuses 11 im montierten Zustand im Querschnitt. Das zweite Gehäuseteil 13 weist weiter Befestigungsaufnahmen auf. 5 shows a further embodiment of a two-part housing 11 in the assembled state in cross section. The second housing part 13 has further fastening receptacles.

6 zeigt ein Vorbaugruppe, bestehend aus der Leiterkarte 2 mit den Lichtsendern 3 und/oder den Lichtempfängern 4 und einem Tubus 18, nämlich einer Lichtfalle und dem ersten Gehäuseteil 12 mit den Linsen 6. 6 shows a subassembly consisting of the circuit board 2 with the light transmitters 3 and/or the light receivers 4 and a tube 18, namely a light trap and the first housing part 12 with the lenses 6.

Gemäß 7 ist ein optolelektronischer Sensor 14 vorgesehen mit einem optischen System 1.According to 7 An optoelectronic sensor 14 is provided with an optical system 1.

Gemäß 7 bilden ein erstes Gehäuse mit den Lichtsendern und ein zweites Gehäuse mit den Lichtempfängern einen optoelektronischen Sensor 14, wie beispielsweise eine Lichtschranke mit mehreren optischen Achsen bzw. Lichtstrahlen.According to 7 A first housing with the light transmitters and a second housing with the light receivers form an optoelectronic sensor 14, such as a light barrier with several optical axes or light beams.

Gemäß 7 ist der optoelektronische Sensor 14 ein Lichtgitter 15. Lichtgitter 15 umfassen eine Vielzahl von Lichtsendern 3 bzw. Sendeelementen und zugeordneten Lichtempfängern 4 bzw. Empfangselementen, so dass jeweils ein Paar aus einem Sendeelement und einem Empfangselement eine Lichtschranke bildet, die erkennt, ob der zwischen dem Sendeelement und dem Empfangselement aufgespannte Lichtstrahl von einem Objekt unterbrochen ist oder nicht. Die Sendeelemente und Empfangselemente sind jeweils in einer Sendeeinheit und einer Empfangseinheit zusammengefasst, die einander gegenüber montiert werden.According to 7 the optoelectronic sensor 14 is a light grid 15. Light grids 15 comprise a plurality of light transmitters 3 or transmitting elements and associated light receivers 4 or receiving elements, so that a pair of a transmitting element and a receiving element forms a light barrier that detects whether or not the light beam spanned between the transmitting element and the receiving element is interrupted by an object. The transmitting elements and receiving elements are each combined in a transmitting unit and a receiving unit, which are mounted opposite one another.

Bezugszeichen:Reference number:

11
Optoelektronisches SystemOptoelectronic system
22
LeiterkarteCircuit board
33
LichtsenderLight transmitter
44
LichtempfängerLight receiver
55
OptikbauteilOptical component
66
Linselens
77
PartikelParticles
88
SekundärmaterialSecondary material
99
PrimärmaterialPrimary material
1111
zweiteiliges Gehäusetwo-part housing
1212
erstes Gehäuseteilfirst housing part
1313
zweite Gehäuseteilsecond housing part
1414
optoelektronischer Sensoroptoelectronic sensor
1515
LichtgitterLight grid
1616
Optikoptics
1717
optische Achseoptical axis
1818
TubusTube

Claims (13)

Optoelektronisches System (1) mit mindestens einer Leiterkarte (2) mit mehreren Lichtsendern (3) und/oder mehreren Lichtempfängern (4), die mindestens in einer Reihe angeordnet sind und mit mindestens einem einstückigen Optikbauteil (5) aus Kunststoff für die mehreren Lichtsender (3) und/oder Lichtempfänger (4), wobei in dem Optikbauteil (5) pro Lichtsender (3) und/oder Lichtempfänger (4) mindestens eine Linse (6) vorgesehen ist, wobei das Optikbauteil (5) mechanisch mindestens an einer Stelle zu der Leiterkarte (2) fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterkarte (2) einen ersten positiven thermischen Längenausdehnungskoeffizienten aufweist und das Optikbauteil (5) einen zweiten positiven thermischen Längenausdehnungskoeffizienten aufweist, wobei der zweite positive thermische Längenausdehnungskoeffizient größer ist als der erste positive thermische Längenausdehnungskoeffizient, wobei dem Optikbauteil (5) Partikel (7) aus einem Sekundärmaterial (8) beigemischt sind, die aus einem anderen Material sind als ein Primärmaterial des Optikbauteils (5), wobei das Sekundärmaterial (8) der Partikel (7) einen kleineren thermischen Längenausdehnungskoeffizient aufweist als der zweite thermische Längenausdehnungskoeffizient des Primärmaterials des Optikbauteils, so dass der resultierende zweite positive Längenausdehnungskoeffizient des Optikbauteils (5) verkleinert ist, wobei ein längliches mindestens zweiteiliges Gehäuse (11) vorgesehen ist, wobei das zweiteilige Gehäuse (11) mindestens zwei Gehäuseteile (12, 13) aufweist, wobei das erste Gehäuseteil (12) das Optikbauteil (5) aufweist und das zweite Gehäuseteil (13) die Leiterkarte (2) aufweist.Optoelectronic system (1) with at least one circuit board (2) with several light transmitters (3) and/or several light receivers (4) which are arranged at least in one row and with at least one one-piece optical component (5) made of plastic for the several light transmitters (3) and/or light receivers (4), wherein at least one lens (6) is provided in the optical component (5) for each light transmitter (3) and/or light receiver (4), wherein the optical component (5) is mechanically fixed to the circuit board (2) at least at one point, characterized in that the circuit board (2) has a first positive thermal linear expansion coefficient and the optical component (5) has a second positive thermal linear expansion coefficient, wherein the second positive thermal linear expansion coefficient is greater than the first positive thermal linear expansion coefficient, wherein particles (7) made of a secondary material (8) are mixed into the optical component (5), which are made of a different material than a primary material of the Optical component (5), wherein the secondary material (8) of the particles (7) has a smaller thermal linear expansion coefficient than the second thermal linear expansion coefficient of the primary material of the optical component, so that the resulting second positive linear expansion coefficient of the optical component (5) is reduced, wherein an elongated at least two-part housing (11) is provided, wherein the two-part housing (11) has at least two housing parts (12, 13), wherein the first housing part (12) has the optical component (5) and the second housing part (13) has the circuit board (2). Optoelektronisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (7) Glaspartikel und/oder Kristallpartikel sind.Optoelectronic system according to Claim 1 , characterized in that the particles (7) are glass particles and/or crystal particles. Optoelektronisches System nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (7) im Durchmesser kleiner als 50 nm sind.Optoelectronic system according to at least one of the preceding claims, characterized in that the particles (7) are smaller than 50 nm in diameter. Optoelektronisches System nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (6) plankonvex, bikonvex oder konvexplan ist.Optoelectronic system according to at least one of the preceding claims, characterized in that the lens (6) is plano-convex, biconvex or convex-planar. Optoelektronisches System nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenform der Linse (6) sphärisch, asphärisch oder eine Freiformfläche ist.Optoelectronic system according to at least one of the preceding claims, characterized in that the surface shape of the lens (6) is spherical, aspherical or a free-form surface. Optoelektronisches System nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtsender (3) und/oder die Lichtempfänger (4) in einer Matrix mit mehreren Reihen und mehreren Spalten angeordnet sind.Optoelectronic system according to at least one of the preceding claims, characterized in that the light transmitters (3) and/or the light receivers (4) are arranged in a matrix with several rows and several columns. Optisches System nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Gehäuseteil (12) das Optikbauteil integriert ist, so dass das erste Gehäuseteil (12) und das Optikbauteil (5) ein einstückiges Bauteil ist.Optical system according to at least one of the preceding claims, characterized in that the optical component is integrated in the first housing part (12), so that the first housing part (12) and the optical component (5) are a one-piece component. Optisches System nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil (12) und das zweite Gehäuseteil (13) mittels mechanischer Klippverschlüsse, mittels einer Klebeverbindung, mittels einer Ultraschallschweißnaht oder mittels einer Laserschweißnaht verbunden sind.Optical system according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first housing part (12) and the second housing part (13) are connected by means of mechanical clip closures, by means of an adhesive connection, by means of an ultrasonic weld seam or by means of a laser weld seam. Optisches System nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil (12) mittels einem Kunststoffspritzverfahren als Kunststoffspritzling hergestellt ist.Optical system according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first housing part (12) is manufactured as a plastic injection molding by means of a plastic injection molding process. Optisches System nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gehäuseteil (13) mittels Extrudierverfahren hergestellt ist.Optical system according to at least one of the preceding claims, characterized in that the second housing part (13) is produced by means of an extrusion process. Optisches System nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gehäuseteil (13) ein größeres Volumen aufweist als das erste Gehäuseteil (12).Optical system according to at least one of the preceding claims, characterized in that the second housing part (13) has a larger volume than the first housing part (12). Optolelektronischer Sensor (14) mit einem optoelektronischen System (1) nach mindestens einem der vorhergenannten Ansprüche 1 bis 11.Optolelectronic sensor (14) with an optoelectronic system (1) according to at least one of the aforementioned Claims 1 until 11 . Optolelektronischer Sensor (14) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der optolelektronischer Sensor (14) ein Lichtgitter (15) ist.Optolelectronic sensor (14) according to Claim 12 , characterized in that the optoelectronic sensor (14) is a light grid (15).
DE102020111130.4A 2020-04-23 2020-04-23 Optoelectronic system and optoelectronic sensor Active DE102020111130B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020111130.4A DE102020111130B4 (en) 2020-04-23 2020-04-23 Optoelectronic system and optoelectronic sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020111130.4A DE102020111130B4 (en) 2020-04-23 2020-04-23 Optoelectronic system and optoelectronic sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102020111130A1 DE102020111130A1 (en) 2021-10-28
DE102020111130B4 true DE102020111130B4 (en) 2024-09-26

Family

ID=78260669

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020111130.4A Active DE102020111130B4 (en) 2020-04-23 2020-04-23 Optoelectronic system and optoelectronic sensor

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102020111130B4 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6979704B1 (en) 2002-10-29 2005-12-27 Jds Uniphase Corporation Optical polymer blend with bimodal particle sizes
US20150362585A1 (en) 2013-07-12 2015-12-17 Princeton Optronics Inc. 2-D Planar VCSEL Source for 3-D Imaging

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6979704B1 (en) 2002-10-29 2005-12-27 Jds Uniphase Corporation Optical polymer blend with bimodal particle sizes
US20150362585A1 (en) 2013-07-12 2015-12-17 Princeton Optronics Inc. 2-D Planar VCSEL Source for 3-D Imaging

Also Published As

Publication number Publication date
DE102020111130A1 (en) 2021-10-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19947889C2 (en) Optoelectronic, bidirectional transmit and receive module in leadframe technology
DE102008023845A1 (en) Optical sensor device for detecting ambient light
DE102009029026A1 (en) Device for optical distance measurement and method for adjusting such a device
EP3039407A1 (en) Measuring device for reflection measurements of test objects and method for measuring radiation reflected on test objects
DE102016208713B4 (en) Photoelectric sensor
DE102016203996A1 (en) Method for determining angle errors and light emitting device
DE102020111130B4 (en) Optoelectronic system and optoelectronic sensor
EP1980878A1 (en) Optoelectronic sensor with associated double lens and method for producing same
DE102018209368B4 (en) Optics for transmitting and / or receiving element, communication module, arrays of communication modules, system of several communication modules and method for producing an optic
EP1624322B1 (en) Optical sensor
DE202020102268U1 (en) Optoelectronic system and optoelectronic sensor
DE102011004284A1 (en) Method for producing an optical device and optical device
DE102020112091B4 (en) Optoelectronic sensor
EP3324218B1 (en) Multi-beam light barrier
DE102004059945B4 (en) Transmitter and receiver for high-tolerance optical fiber transmission
DE202020102514U1 (en) Photoelectric sensor
DE202012010432U1 (en) Optical sensor
EP3353592B1 (en) Distance measuring device
DE202016106394U1 (en) Multibeam light barrier
DE112014004700T5 (en) Beam splitter for monitoring laser power in molded optical coupling units
DE102008028362B4 (en) Compact optical assembly with multiple optical channels
DE102022129827B3 (en) OPTOELECTRONIC SENSOR
DE102022129828A1 (en) OPTOELECTRONIC SENSOR
DE102018120925A1 (en) Optical lens for a laser scanner for a driving support system
DE4122696A1 (en) MIRROR COLLIMATOR

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division