DE102015004285A1

DE102015004285A1 - Optical system

Info

Publication number: DE102015004285A1
Application number: DE102015004285.8A
Authority: DE
Inventors: Jan Buchwald
Original assignee: Jenoptik Polymer Systems GmbH
Current assignee: Jenoptik Polymer Systems GmbH
Priority date: 2015-04-08
Filing date: 2015-04-08
Publication date: 2016-10-13

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System (100) mit mindestens einer Linse (105) und einem Linsenhalter (110), wobei die Linse (105) an zwei gegenüberliegenden Rändern (120) je eine Zentrierungsfläche (125) aufweist, die in einem Zentrierungswinkel (135) zu einer optischen Achse (112) der Linse (105) ausgerichtet ist und wobei der Linsenhalter (110) zumindest zwei gegenüberliegende Halteflächen (130) zur Aufnahme der Zentrierungsflächen (125) der Linse (105) aufweist, wobei die Halteflächen (130) in dem Zentrierungswinkel (135) zu der optischen Achse (112) der Linse (105) ausgerichtet sind.The present invention relates to an optical system (100) having at least one lens (105) and a lens holder (110), wherein the lens (105) has on two opposite edges (120) each a centering surface (125) which in a centering angle ( 135) is aligned with an optical axis (112) of the lens (105) and wherein the lens holder (110) has at least two opposite holding surfaces (130) for receiving the centering surfaces (125) of the lens (105), wherein the holding surfaces (130) in the centering angle (135) to the optical axis (112) of the lens (105) are aligned.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches System gemäß den Hauptansprüchen.The present invention relates to an optical system according to the main claims.

Um besonders präzise optische Abbildungen zu schaffen, ist in einem optischen System eine genaue Positionierung einer Linse erforderlich. Besonders bei räumlich sehr kleinen optischen Systemen kann durch Montage-Ungenauigkeiten bereits eine Fehl-Montage dieser optischen Systeme oder Komponenten verursacht werden, die zu teilweise gravierenden Fehlern in der Funktion dieser optischen Systeme führt.In order to create particularly precise optical images, an exact positioning of a lens is required in an optical system. Especially in spatially very small optical systems can be caused by mounting inaccuracies already a mis-assembly of these optical systems or components, which leads to some serious errors in the function of these optical systems.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein optisches System gemäß dem Hauptanspruch vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, the present invention provides an optical system according to the main claim. Advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims and the description below.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ein optisches System mit einer Linse und einem Linsenhalter, wobei die Linse an zwei gegenüberliegenden Rändern je eine Zentrierungsfläche aufweist, die in einem Zentrierungswinkel zu einer optischen Achse der Linse ausgerichtet ist und wobei der Linsenhalter zumindest zwei gegenüberliegende Halteflächen zur Aufnahme der Zentrierungsflächen der Linse aufweist, wobei die Halteflächen in dem Zentrierungswinkel zu der optischen Achse der Linse ausgerichtet sind.The approach presented here creates an optical system with a lens and a lens holder, wherein the lens on two opposite edges each having a centering surface which is aligned at a centering angle to an optical axis of the lens and wherein the lens holder at least two opposite holding surfaces for receiving the Centering surfaces of the lens, wherein the holding surfaces are aligned in the centering angle to the optical axis of the lens.

Die Linse kann vorzugsweise eine Sammellinse oder Zerstreuungslinse sein. Unter einem Linsenhalter kann beispielsweise ein Element verstanden werden, welches die Linse an einem äußeren Rand fixiert oder hält. Unter einer optischen Achse kann beispielsweise ein Weg des Lichts, insbesondere durch den dicksten Bereich der Linse verstanden werden. Unter einem Zentrierungswinkel kann ein spitzer Winkel zwischen der optischen Achse in der Linse und den Zentrierungsflächen verstanden werden. Dabei können sowohl die Zentrierungsflächen als auch die Halteflächen innerhalb eines Toleranzbereichs von beispielsweise 5–10° in dem Zentrierungswinkel bezüglich der optischen Achse ausgerichtet sein.The lens may preferably be a converging lens or diverging lens. By a lens holder, for example, an element can be understood, which fixes or holds the lens on an outer edge. By an optical axis, for example, a path of the light, in particular through the thickest portion of the lens can be understood. By a centering angle, an acute angle between the optical axis in the lens and the centering surfaces can be understood. In this case, both the centering surfaces and the holding surfaces can be aligned within a tolerance range of, for example, 5-10 ° in the centering angle with respect to the optical axis.

Der hier vorgestellte Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass durch das Vorsehen der Zentrierungsflächen an der Linse und der Halteflächen an den Linsenhalter technisch sehr einfach eine automatische Zentrierung der Linse in Bezug zum Linsenhalter bei der Montage des optischen Systems erfolgt. Auf diese Weise kann technisch sehr einfachen Mitteln sichergestellt werden, dass die gewünschte optische Funktion des optischen Systems durch eine korrekte Positionierung oder Lage der Linse im Linsenhalter gewährleistet ist.The approach presented here is based on the recognition that, by providing the centering surfaces on the lens and the holding surfaces on the lens holder, it is technically very easy to automatically center the lens relative to the lens holder during assembly of the optical system. In this way, technically very simple means can be ensured that the desired optical function of the optical system is ensured by a correct positioning or position of the lens in the lens holder.

Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der die Linse außerhalb eines optischen Durchlassbereichs einen verdickten Seitenrand aufweist, in dem die Zentrierungsflächen aufgebracht sind. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil, dass durch den Seitenrand ein ausreichend dicker Halterand an der Linse vorgesehen ist, so dass auch bei Erschütterungen die Linse nicht beschädigt wird und dennoch an einer korrekten Position in Linsenhalter angeordnet ist.Such an embodiment of the approach presented here, in which the lens has a thickened side edge outside an optical passband, in which the centering surfaces are applied. Such an embodiment of the approach presented here has the advantage that a sufficiently thick retaining edge is provided on the lens by the side edge, so that the lens is not damaged even with vibrations and yet is arranged at a correct position in the lens holder.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes können die Zentrierungsflächen in Bezug auf die optische Achse konisch ausgerichtet sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil einer sicheren der Linse in dem gewünschten Bereich im Linsenhalter.According to a further embodiment of the approach presented here, the centering surfaces may be conically aligned with respect to the optical axis. Such an embodiment offers the advantage of securing the lens in the desired area in the lens holder.

Denkbar ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei dem die Linse aus Kunststoffmaterial besteht. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes ist technisch sehr einfach herzustellen und somit kostengünstig umzusetzen.Also conceivable is an embodiment of the approach presented here, in which the lens consists of plastic material. Such an embodiment of the approach presented here is technically very easy to manufacture and thus implement cost.

Besonders einfach lässt sich der hier vorgeschlagenen Ansatzes umsetzen, wenn die Linse und die Zentrierungsflächen in einem Herstellungsschritt hergestellt wurden und/oder einstückig ausgeformt sind.The approach proposed here can be implemented particularly simply if the lens and the centering surfaces were produced in one production step and / or are formed in one piece.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes kann die Linse einen Durchmesser zwischen 4 und 40 mm aufweisen. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil, dass insbesondere in technisch sehr kleinen, miniaturisierten optischen Systemen eine hohe Präzision bei der Positionierung von optisch wirksamen Komponenten sichergestellt werden kann.According to a further embodiment of the approach presented here, the lens may have a diameter between 4 and 40 mm. Such an embodiment of the approach presented here has the advantage that, in particular in technically very small, miniaturized optical systems, a high degree of precision in the positioning of optically active components can be ensured.

Auch kann gemäß einer Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes der Linsenhalter ein Außengehäuse des optischen Systems bilden. Insbesondere bei technisch sehr kleinen optischen Systemen kann die Linse sehr effizient und sicher in der gewünschten Position gehalten werden.Also, according to an embodiment of the approach presented here, the lens holder can form an outer casing of the optical system. Particularly in the case of technically very small optical systems, the lens can be held in the desired position very efficiently and safely.

Von Vorteil ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der die Halteflächen des Linsenhalters durch ein Spritzgießverfahren hergestellt sind. Auf diese Weise kann durch sehr einfache Ausgestaltung des Spritzgießwerkzeugs die Lage und Ausrichtung der Halteflächen bzw. der Zentrierungsflächen hergestellt werden.Another advantage is an embodiment of the approach presented here, in which the holding surfaces of the lens holder are produced by an injection molding process. In this way, by very simple design of the injection mold the Position and orientation of the holding surfaces and the centering surfaces are produced.

Von Vorteil ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der ein Fixierelement vorgesehen ist, das ausgebildet ist, um die Linse an den Linsenhalter zu drücken. Ein solches Fixierelement bietet den Vorteil, die Lage der Linse nach dem Einsetzen in den Linsenhalter technisch sehr einfach fixieren zu können und somit die optische Funktion der Linse in Bezug zum Linsenhalter abzusichern.Another advantage is an embodiment of the approach presented here, in which a fixing element is provided, which is designed to press the lens to the lens holder. Such a fixing element has the advantage of being able to fix the position of the lens after insertion into the lens holder in a technically very simple manner and thus to secure the optical function of the lens in relation to the lens holder.

Ein günstiges Ausführungsbeispiel des hier vorgeschlagenen Ansatzes wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:A favorable embodiment of the approach proposed here will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. It shows:

1 eine Querschnittsdarstellung eines optischen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 1 a cross-sectional view of an optical system according to an embodiment of the present invention.

1 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines optischen Systems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das optische System 100 umfasst eine Linse 105 und einen Linsenhalter 110, die hier beispielsweise beide rotationssymmetrisch um eine optische Achse 115 ausgeformt sind. Die Linse 105 ist hier als Sammellinse ausgebildet, wobei jedoch die Form der Linse nicht für das Funktionieren des optischen Systems relevant ist. Beispielsweise kann die Linse auf als Zerstreuungslinse ausgestaltet sein. Der Linsenhalter 110 ist in dem in der 1 dargestellten optischen System 100 als Teil des Außengehäuses 115 ausgestaltet. Die Linse 105 weist einen Halterand 120 auf, der in einer verdickten Form den seitlichen Rand 122 der Linse 105 bildet. In Bezug auf die optische Achse 112, die durch den dicksten optisch wirksamen Bereich 123 (Durchlassbereich) der Linse 105 führt, weist der Halterand 120 eine Zentrierungsfläche 125 auf. Diese Zentrierungsfläche 125, die durch die rotationssymmetrische Form der Linse 105 auf bezüglich der optischen Achse zwei gegenüberliegenden Rändern der Linse 105 auftritt, wirkt mit je einer Haltefläche 130 des Linsenhalters 110 zusammen, sodass die Linse 105 beim Einfügen in den Linsenhalter 110 in einer gewünschten Position zur optischen Achse ausgerichtet wird. Dabei sind die Zentrierungsflächen 125 sowie die Halteflächen 130 in einem Zentrierungswinkel 135 ausgerichtet, der als spitzer Winkel α beim Einfügen der Linse 105 in den Linsenhalter 110 dafür sorgt, dass die Linse 105 in die korrekte Lage rutscht. Auf diese Weise kann insbesondere bei kleinen optischen Systemen, bei denen die Linse 105 wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel lediglich 16 bis 23 mm misst, sehr präzise positioniert werden, ohne dass diese Positionierung beispielsweise durch manuelle Justage und der damit einhergehenden Fehleranfälligkeit beeinträchtigt wird. Besonders günstig ist ein Ausführungsbeispiel eines optischen Systems 100, bei dem ein Fixierelement 140 vorgesehen ist, welches auf einer der Haltefläche 130 gegenüberliegenden Seite des Halterands 120 angeordnet ist und durch einen Druck auf den Halterand 120 ein In-Position-Gleiten der Linse 105 auf die Zentrierungsflächen 125 und die Halteflächen 130 sicherstellt. 1 shows a cross-sectional view of an optical system 100 according to an embodiment of the present invention. The optical system 100 includes a lens 105 and a lens holder 110 Here, for example, both rotationally symmetrical about an optical axis 115 are formed. The Lens 105 is here designed as a converging lens, but the shape of the lens is not relevant to the functioning of the optical system. For example, the lens may be configured as a diverging lens. The lens holder 110 is in the in the 1 illustrated optical system 100 as part of the outer casing 115 designed. The Lens 105 has a retaining edge 120 on, which in a thickened form the lateral edge 122 the lens 105 forms. In terms of the optical axis 112 passing through the thickest optically effective area 123 (Passband) of the lens 105 leads, points the retaining edge 120 a centering surface 125 on. This centering surface 125 caused by the rotationally symmetrical shape of the lens 105 with respect to the optical axis, two opposite edges of the lens 105 occurs, acts with one holding surface 130 of the lens holder 110 together, so the lens 105 when inserted into the lens holder 110 is aligned in a desired position to the optical axis. Here are the centering surfaces 125 as well as the holding surfaces 130 in a centering angle 135 aligned as the acute angle α when inserting the lens 105 in the lens holder 110 ensures that the lens 105 slips into the correct position. In this way, especially in small optical systems, where the lens 105 As measures only 16 to 23 mm in the present embodiment, are positioned very precisely, without this positioning is affected, for example, by manual adjustment and the associated error rate. An embodiment of an optical system is particularly favorable 100 in which a fixing element 140 is provided, which on one of the support surface 130 opposite side of the retaining edge 120 is arranged and by a pressure on the retaining edge 120 an in-position sliding of the lens 105 on the centering surfaces 125 and the holding surfaces 130 ensures.

Die Linse 105 besitzt somit konische Flächen in der Form von Zentrierungsflächen 125, welche zur Zentrierung der Optik 100 in eine Fassung 110 verwendet werden können. Durch die gleichen konischen Winkel 135 der Zentrierflächen 125 und der Halteflächen 130 erfolgt eine Selbstzentrierung des optischen Bauteils 100 in der Fassung 110 bzw. 115. Die Zentriergeometrie der Linse 105 bzw. des Halterands 120 der Linse 105 erfolgt bei einer einstückigen Herstellung der Linse 105 durch eine entsprechende Ausgestaltung des formgebenden Werkzeuges, beispielsweise für einen Spritzgussvorgang zur Herstellung der Linse 105 mit Kunststoffmaterial. Auf diese Weise wird die Linse 105 samt den zugehörigen Zentrierungsflächen 125 als eine Kontur in einem Arbeitsgang hergestellt, so dass die Konzentrizität der Linse 105 in Bezug zu Fassungsschnittstelle 110 bei dem Einfügen der Linse 105 in die Fassung 110 mit maximal möglicher Präzision hergestellt werden kann. Dabei sollten sowie die konischen Flächen der Zentrierungsfläche 125 und der Haltefläche 130 je in gleichem Winkel (beispielsweise in rotationssymmetrischer Sicht in Bezug auf die optische Achse 112) ausgerichtet sein.The Lens 105 thus has conical surfaces in the form of centering surfaces 125 which is used to center the optics 100 in a version 110 can be used. By the same conical angle 135 the centering surfaces 125 and the holding surfaces 130 a self-centering of the optical component takes place 100 in the version 110 respectively. 115 , The centering geometry of the lens 105 or the retaining edge 120 the lens 105 takes place with a one-piece production of the lens 105 by a corresponding configuration of the shaping tool, for example for an injection molding process for producing the lens 105 with plastic material. That way, the lens becomes 105 including the associated centering surfaces 125 manufactured as a contour in one operation, so that the concentricity of the lens 105 in relation to socket interface 110 when inserting the lens 105 in the version 110 can be made with maximum possible precision. It should as well as the conical surfaces of the centering surface 125 and the holding surface 130 each at the same angle (for example, in rotationally symmetrical view with respect to the optical axis 112 ) be aligned.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Kunststofflinse 105 (Durchschnitt 16–23 mm) entsprechend der Formung der Fassung/Halterung 110 mit äquivalenter konischer Kontur ausgestattet, also entsprechende Zentrierungsflächen 125 an der Linse 105 und hierzu passende Halteflächen 130 an dem Linsenhalter 110 vorgesehen. Fassung 110 bzw. die Ausrichtung der Halteflächen 130 und Kontur bzw. Zentrierungsflächen 125 des optischen Kunststoffelementes, also der Linse 105, sind somit aufeinander abgestimmt.In the present embodiment, a plastic lens 105 (Average 16-23 mm) according to the shape of the socket / holder 110 Equipped with an equivalent conical contour, ie corresponding centering surfaces 125 at the lens 105 and matching retaining surfaces 130 on the lens holder 110 intended. version 110 or the orientation of the holding surfaces 130 and contour or centering surfaces 125 of the optical plastic element, that is the lens 105 , are thus coordinated.

Der hier vorgestellte Ansatz liefert somit eine sehr einfache und kostengünstige Zentrierungsmethode einer Linse in einem Gehäuse für hochpräzise optische Anwendungen. In weiterführenden Anwendungen können auch mehrere Linsen in Ausführung der Linse 105 erfindungsgemäß in äquivalenter Weise in optischen Systemen eingesetzt werden. In spezieller Ausführung ist es zum Beispiel auch möglich, dass eine umlaufende konische rotationssymmetrische Zentrierfläche für mindestens eine Linse verwendet wird. Eine Zentrierung der Linsen kann weiterhin durch unterschiedliche Ausgestaltung der Zentrierflächen miteinander in Kombination stehen, so dass gegebenenfalls vorhandene Unzulänglichkeiten (Abmessungen; Winkel) ausgeglichen werden. Dieser Ansatz kann für Objektive und Kameras für messende und abbildende Aufgabe verwendet werden. Speziell kann der hier vorgeschlagene Ansatz im Bereich der Miniaturoptiken Einsatz finden, in dem kleine Kunststofflinsen verwendet werden. Als besondere Einsatzbeispiele des hier vorgeschlagenen Ansatzes lassen sich Kamerasysteme für Vision, Sensorik oder Anwendungen im Automotiv-Bereich nennen.The approach presented here thus provides a very simple and inexpensive centering method of a lens in a housing for high-precision optical applications. In more advanced applications can also use multiple lenses in the lens 105 used in an equivalent way in optical systems according to the invention. In a special embodiment, it is also possible, for example, that a circumferential conical rotationally symmetrical centering surface is used for at least one lens. A centering of the lenses can furthermore be combined with one another by different design of the centering surfaces, so that any imperfections (dimensions, angles) that are present are compensated. This approach can be used for lenses and cameras for measuring and imaging task. In particular, the approach proposed here can be used in the field of miniature optics, in which small plastic lenses are used. As special application examples of the approach proposed here, camera systems for vision, sensors or applications in the automotive sector can be mentioned.

Claims

Optical system ( 100 ) with a lens ( 105 ) and a lens holder ( 110 ), the lens ( 105 ) on two opposite edges ( 120 ) one centering surface each ( 125 ), which in a centering angle ( 135 ) to an optical axis ( 112 ) of the lens ( 105 ) and wherein the lens holder ( 110 ) at least two opposite holding surfaces ( 130 ) for receiving the centering surfaces ( 125 ) of the lens ( 105 ), wherein the retaining surfaces ( 130 ) in the centering angle ( 135 ) to the optical axis ( 112 ) of the lens ( 105 ) are aligned.

Optical system ( 100 ) according to claim 1, characterized in that the lens ( 105 ) outside an optical passband ( 123 ) a thickened retaining edge ( 120 ), in which the centering surfaces ( 125 ) are applied.

Optical system ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the centering surfaces ( 125 ) with respect to the optical axis ( 112 ) are conically aligned.

Optical system ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the lens ( 105 ) consists of plastic material.

Optical system ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the lens ( 105 ) and the centering surfaces ( 125 ) were produced in a manufacturing step and / or are integrally formed.

Optical system ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the lens ( 105 ) has a diameter between 4 and 40 mm.

Optical system ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the lens holder ( 110 ) an outer housing ( 115 ) of the optical system ( 100 ).

Optical system ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the retaining surfaces ( 130 ) of the lens holder ( 110 ) are produced by an injection molding process.

Optical system ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized by a fixing element ( 140 ), which is adapted to the lens ( 105 ) to the lens holder ( 110 ).

Optical system ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a circumferential conical rotationally symmetrical centering surface ( 125 ) for more than one lens ( 105 ) is used.