DE102007039807B4

DE102007039807B4 - Optischer Koppelkörper und Verfahren zur Herstellung des Koppelkörpers

Info

Publication number: DE102007039807B4
Application number: DE102007039807.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Röhr; Berthold Esders; Peter Schäfer; Thomas Weber
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Kostal Automobil Elektrik GmbH and Co KG
Priority date: 2007-08-23
Filing date: 2007-08-23
Publication date: 2020-03-19
Anticipated expiration: 2027-08-24
Also published as: DE102007039807A1; WO2009024598A1

Abstract

Optischer Koppelkörper zur Ankopplung einer optoelektronischen Vorrichtung an eine Fahrzeugscheibe, mit einem transparenten Koppelmedium aus einem Silikonmaterial, welches von einem umlaufenden Rand umfasst ist,dadurch gekennzeichnet,dass der umlaufende Rand (3) aus einem Silikonmaterial besteht, welches eine höhere Viskosität aufweist als das Silikonmaterial des Koppelmediums (2), unddass die Silikonmaterialien des Koppelmediums (2) und des Rands (3) den gleichen Brechungsindexwert aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Koppelkörper zur Ankopplung einer optoelektronischen Vorrichtung an eine Fahrzeugscheibe, mit einem transparenten Koppelmedium aus einem Silikonmaterial, welches von einem umlaufenden Rand umfasst ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Koppelkörpers.
Ein derartiger optischer Koppelkörper ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 61 245 A1 bekannt.
Optoelektronische Vorrichtungen, wie z. B. Regen- oder Lichtsensoren oder auch Kameraanordnungen, werden üblicherweise mittels Koppelkörper an Fahrzeugscheiben angekoppelt. Der Koppelkörper weist ein Koppelmedium auf, welches zumeist aus einem hochtransparenten Silikonmaterial besteht und zur optischen Ankopplung einer optisch wirksamen Komponente der optoelektronischen Vorrichtung, wie beispielsweise eines Glasprismas, eines Lichtleiters oder einer Kamera, im Folgenden verallgemeinernd als Optikkörper bezeichnet, an eine Scheibe eines Kraftfahrzeugs dient. Das Koppelmedium hat dabei neben der lichtleitenden Funktion die Aufgabe, Zwischenräume zwischen dem Optikkörper und der Fahrzeugscheibe vollständig auszufüllen, um sprunghafte Änderungen des Brechungsindexes zu vermeiden. Um eine zwischenraumfreie Anbindung zu erreichen, besteht das Koppelmedium üblicherweise aus einem niederviskosen gelartigen Material, dessen Form sich gut an die Oberflächen der aneinander zu koppelnden Komponenten anpassen kann.
Solche Materialien können derart ausgebildet sein, dass sie nach dem Ausbringen ausgehärtet werden oder nach einiger Zeit von selbst aushärten.
Zumindest während des Ausbringens sind diese Materialien aber nicht formstabil. Daher wird ein derartiges Koppelmedium von einem umlaufenden Rand umfasst, der ein Wegfließen während der Ausbringphase verhindert.
Aus der Patentschrift DE 695 24 952 T2 ist ein Verfahren zur Herstellung einer doppelten Dichtung bekannt, wobei eine erste innere Dichtung aus einem Silikon und eine zweite äußere Dichtung aus einem anderen Material, wie beispielsweise einen steifen Epoxidharz besteht.
Die deutsche Patentanmeldung DE 101 19 219 A1 zeigt eine optoelektronische Vorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem transparenten Koppelmedium aus einem Silikonmaterial, welches von einem umlaufenden Rand umfasst wird, der an eine Oberfläche eines Gehäuses angeformt ist.
Da der das Koppelmedium umfassende Rand hier durch ein Gehäuseteil gebildet ist, ergibt sich das Problem, dass der Rand den Strahlverlauf seitlich begrenzt. Diese Begrenzung des Strahlverlaufs ist nachteilig, da hierdurch schräg ein- oder ausfallendes Licht absorbiert wird und damit für die optoelektronische Vorrichtung nicht nutzbar ist. Zum Ausgleich muss das Koppelmedium entsprechend großflächig sein, wodurch insgesamt eine relativ großbauende optoelektronische Vorrichtung resultiert.
Gäbe es diese seitliche Begrenzung des Strahlverlaufs nicht, könnte man die optoelektronische Vorrichtung oftmals deutlich kleinbauender ausführen. Prinzipiell könnte man hierzu den durch das Gehäuseteil ausgebildeten Rand transparent ausführen. Hierbei ergäbe sich aber das Problem, dass das Gehäusematerial im allgemeinen gänzlich andere optische Eigenschaften aufweist als das Koppelmedium und damit nicht optisch gleichwirkend verwendet werden kann. Auch koppelt ein starrer Gehäuserand nicht gut an eine Fahrzeugscheibe an.
Es stellte sich die Aufgabe, eine optoelektronische Vorrichtung zu schaffen, die besonders kleinbauend ausgebildet sein kann und eine besonders einfache Montage des Koppelmediums an den Optikkörper und die Fahrzeugscheibe ermöglicht. Außerdem sollte ein besonders vorteilhaftes Verfahren zur Ausbringung des Koppelmediums auf den Optikkörper oder auf die Fahrzeugscheibe realisiert werden.
Der erste Teil der Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der umlaufende Rand aus einem Silikonmaterial besteht, welches eine höhere Viskosität aufweist als das Silikonmaterial des Koppelmediums, und dass die Silikonmaterialien des Koppelmediums und des Rands den gleichen Brechungsindexwert aufweisen.
Vorgesehen ist somit, dass die den Rand und das Koppelmedium ausbildenden Silikonmaterialien so gewählt sind, dass sie zumindest während der Ausbringphase zwar unterschiedliche Viskositätswerte aufweisen, aber in ihren optischen Eigenschaften, insbesondere ihren Brechungsindizes, möglichst gut übereinstimmen.
Der zweite Teil der Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in einem ersten Verfahrensschritt der umlaufender Rand auf die Fahrzeugscheibe oder auf den Optikkörper der optoelektronischen Vorrichtung aufgebracht wird, und dass in einem zweiten Verfahrensschritt der umlaufende Rand mit dem das Koppelmedium ausbildenden Silikonmaterial gefüllt wird.
Der Optikkörper ist hierbei diejenige optische Komponente, die durch das Koppelmedium bzw. den Koppelkörper optisch an die Fahrzeugscheibe angekoppelt wird. Der Optikkörper kann beispielsweise als ein Prisma, eine Linse, oder ein Lichtleitkörper ausgeführt sein.
Als besonders vorteilhafte Silikonmaterialien zur Ausbildung sowohl des Koppelmediums als auch des Randes haben sich Silikongele, die z. B. unter der Handelsbezeichnung Silgel 612 erhältlich sind, erwiesen, da sich diese durch ein chemisch weitgehend inertes Verhalten und physiologische Unbedenklichkeit auszeichnen. Außerdem weisen sie äußerst günstige optische Eigenschaften auf, insbesondere eine hohe Transparenz.
Zur Ausbringung des Randes sind auch spritzgießbare Silikonkautschuke vorteilhaft verwendbar, die auch als Flüssigsilikone (liquid silicone rubber) bezeichnet werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen optischen Koppelkörpers sowie des hierzu vorgeschlagenen Herstellungsverfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung dargestellt und näher erläutert werden. Es zeigen:

1-3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines optischen Koppelkörpers,
4-6 ein zweites Ausführungsbeispiel eines optischen Koppelkörpers,
7 eine optoelektronische Vorrichtung vor der Befestigung an einer Fahrzeugscheibe.

Die 1 bis 3 sowie 4 bis 6 verdeutlichen jeweils die Verfahrensschritte zur Herstellung eines optischen Koppelkörpers und damit zugleich den Aufbau eines solchen Koppelkörpers.
Die 1 zeigt in einer schematischen Ansicht die plane Oberfläche eines Optikkörpers (1), etwa einer Linse, eines Prismas oder eines Lichtleitkörpers. Auf dem optisch wirksamen mittleren Bereich dieser Oberfläche soll ein Koppelkörper zur Ankopplung des Optikkörpers (1) an eine hier nicht dargestellte Fahrzeugscheibe gesetzt werden.
Hierzu wird in einem ersten Verfahrensschritt auf dem Optikkörper (1) ein umlaufender Rand (3) aus einem relativ hochviskosen Silikonmaterial, etwa einem Silikongel oder einem spritzgießbaren Silikonkautschuk, aufgebracht.
Der Rand (3) kann durch verschiedenartige Verfahren auf die Oberfläche des Optikkörpers (1) appliziert werden, und zwar insbesondere durch Aufspritzen, Aufgießen, durch Auftragen einer sogenannten Vergussraupe, durch Aufkleben eines vorgefertigten Formteils oder durch Extrudieren.
Darüber hinaus eignen sich auch verschiedene Druckverfahren, wie Siebdruck oder Tampondruck, zum Aufbringen des Silikonmaterials auf den Optikkörper (1). Besonders vorteilhaft kann das Ausbringen des Silikonmaterials auch durch dreidimensional positionierbare Düsen, vergleichbar dem Druckkopf eines Tintenstrahldruckers, erfolgen. Ein solches computergesteuertes Spritz- oder Druckverfahren ermöglicht vorteilhafterweise auch die Herstellung von relativ komplex strukturierten Randkonturen.
Nach dem Anordnen auf dem Optikkörper (1) und einem eventuellen Aushärten bildet der Rand (3) eine ring- oder rahmenartige Kontur, wie sie in der 2 dargestellt ist.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird der umlaufende Rand mit einem Koppelmedium (2) ausgefüllt, welches ebenfalls aus einem Silikonmaterial besteht, welches aber vorzugsweise eine niederviskose, gelartige Konsistenz aufweist und sich zwischenraumfrei an den Optikkörper (1), den Rand (3) und, bei der späteren Endmontage, an die Fahrzeugscheibe anfügt.
Der umlaufende Rand (3) bildet nun zusammen mit dem eingefüllten Koppelmedium (2) einen Koppelkörper (4) aus, der sich durch eine stabile Form und weitgehend einheitliche optische Eigenschaften auszeichnet. Der fertige Koppelkörper (4) ist in der 3 dargestellt.
Da auch der Rand (3) zur Lichteinkopplung und Lichtauskopplung verwendet werden kann, kann für vielen Anwendungen die Oberfläche des Koppelkörpers und damit auch der Flächenbedarf der gesamten optoelektronischen Vorrichtung an der Fahrzeugscheibe deutlich verringert werden.
Die 4 bis 6 zeigen die Verfahrensschritte zur Herstellung einer Ausführungsvariante des Koppelkörpers. Der Unterschied zu dem zuvor beschriebenen Koppelkörper besteht darin, dass innerhalb des äußeren umlaufende Randes (3) eine innerer umlaufender Rand (6) angeordnet wird, der vorzugsweise auf die gleiche Weise wie der äußere umlaufende Rand (3) hergestellt werden kann. Die beiden ineinander gefügten umlaufenden Ränder (3, 6) sind in der 5 dargestellt.
In der 6 ist zusätzlich das Koppelmedium (2) dargestellt, welches hier den Bereich zwischen dem äußeren Rand (3) und dem inneren Rand (6) ausfüllt. Damit bildet der vom inneren Rand (6) umgrenzte Bereich eine vom Koppelmedium (2) freigehaltenen Fläche aus, die sozusagen ein Fenster (7) für eine direkte optische Verbindung zur Fahrzeugscheibe herstellt. Ein solches Fenster (7) ist beispielsweise dann vorteilhaft verwendbar, wenn die optoelektronische Vorrichtung einen Sensor aufweist, der die Umgebungshelligkeit des Kraftfahrzeugs erfassen soll, um etwa eine automatische Steuerung des Fahrlichts vorzunehmen.
Die 7 veranschaulicht die Befestigung der optoelektronische Vorrichtung an einer Fahrzeugscheibe (5). Ein Gehäuse (8) beinhaltet hier nicht näher beschriebene optische und elektronische Komponenten der optoelektronischen Vorrichtung. Die mechanische Verbindung des Gehäuses (8) mit der Fahrzeugscheibe (5) erfolgt über einen mit der Fahrzeugscheibe (5), beispielsweise durch Kleben, verbundenen Haltering (9). Das Gehäuse (8) wird mittels einer Bügelfeder (10) über Rastelemente (11) an dem Haltering (9) befestigt, wobei die Bügelfeder (10) zugleich eine mit einem gelartigen Koppelkörper (in dieser Figur nicht erkennbar) versehene Fläche an die Fahrzeugscheibe (5) anpresst.
Bezugszeichenliste

1: Optikkörper
2: Koppelmedium
3: (äußerer) Rand
4: Koppelkörper
5: Fahrzeugscheibe
6: innerer umlaufender Rand
7: Fenster
8: Gehäuse
9: Haltering
10: Bügelfeder
11: Rastelemente

Claims

Optischer Koppelkörper zur Ankopplung einer optoelektronischen Vorrichtung an eine Fahrzeugscheibe, mit einem transparenten Koppelmedium aus einem Silikonmaterial, welches von einem umlaufenden Rand umfasst ist, dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufende Rand (3) aus einem Silikonmaterial besteht, welches eine höhere Viskosität aufweist als das Silikonmaterial des Koppelmediums (2), und dass die Silikonmaterialien des Koppelmediums (2) und des Rands (3) den gleichen Brechungsindexwert aufweisen.
Koppelkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (3), zumindest für die von der optoelektronischen Vorrichtung verwendeten optischen Wellenlängen, optisch transparent ist.
Verfahren zur Herstellung eines Koppelkörpers mit allen Merkmalen des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt der umlaufende Rand (3) auf die Fahrzeugscheibe oder auf den Optikkörper der optoelektronischen Vorrichtung aufgebracht wird, und dass in einem zweiten Verfahrensschritt der umlaufende Rand (3) mit dem das Koppelmedium (2) ausbildenden Silikonmaterial gefüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (3) durch Auftragen einer Vergussraupe gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (3) durch Aufdrucken gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (3) durch Aufdrucken mittels Siebdruck oder Tampondruck gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet dass der Rand (3) durch Aufkleben eines Formteils aus einem hochviskosen Silikonmaterial gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (3) durch Aufspritzen gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (3) durch Extrudieren gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (3) durch Aufgießen gebildet wird.