DE102015004967B4 - Optical device - Google Patents
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Abstract
Optische Vorrichtung (100) mit folgenden Merkmalen: einem optischen Element (102); einem Trägerelement (104) mit einer Vertiefung (112) zum Aufnehmen des optischen Elements (102); und mindestens einer Kapillarspalte (124) zwischen einer Außenkontur (106) des optischen Elements (102) und einer zu der Außenkontur (106) benachbarten Wand (118) der Vertiefung (112), wobei die Kapillarspalte (124) mit einem Haftmittel (132) gefüllt ist, wobei das optische Element (102) fluiddicht mit dem Trägerelement (104) verbunden ist, wobei die Außenkontur (106) des optischen Elements (102) rund ist und das Trägerelement (104) eine Form einer Raute mit abgerundeten Ecken aufweist, wobei die Kapillarspalte (124) von der kurzen Symmetrieachse (116) der Raute durchkreuzt wird.An optical device (100) comprising: an optical element (102); a support member (104) having a recess (112) for receiving the optical element (102); and at least one capillary gap (124) between an outer contour (106) of the optical element (102) and a wall (118) of the recess (112) adjacent the outer contour (106), the capillary gap (124) being provided with an adhesive (132). is filled, wherein the optical element (102) fluid-tightly connected to the carrier element (104), wherein the outer contour (106) of the optical element (102) is round and the carrier element (104) has a shape of a diamond with rounded corners, wherein the capillary gap (124) is crossed by the rhombus's short axis of symmetry (116).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Vorrichtung.The present invention relates to an optical device.
Zur flüssigkeits- und/oder gasdichten Verbindung von optischen Elementen und Fassungsteilen werden diese häufig miteinander verklebt.For liquid and / or gas-tight connection of optical elements and socket parts these are often glued together.
Die
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung eine optische Vorrichtung gemäß dem Hauptanspruch vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, the present invention provides an optical device according to the main claim. Advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims and the description below.
Eine Anordnung aus einem Trägerelement und einem in einer Vertiefung des Trägerelements angeordneten optischen Element nutzt einen in einer Spalte zwischen dem optischen Element und der Vertiefung hergestellten Kapillareffekt zum Einbringen eines Haftmittels zwischen optischem Element und Trägerelement, um eine flüssigkeitsdichte und/oder gasdichte Verbindung zwischen dem optischen Element und dem Trägerelement herzustellen.An assembly of a support member and an optical element disposed in a recess of the support member utilizes a capillary effect made in a gap between the optical member and the recess for introducing an adhesive between the optical member and the support member to provide a liquid-tight and / or gas-tight connection between the optical member Produce element and the support element.
Eine optische Vorrichtung weist die folgenden Merkmale auf:
ein optisches Element;
ein Trägerelement mit einer Vertiefung zum Aufnehmen des optischen Elements; und
mindestens eine Kapillarspalte zwischen einer Außenkontur des optischen Elements und einer zu der Außenkontur benachbarten Wand der Vertiefung, wobei die Kapillarspalte mit einem Haftmittel gefüllt ist um das optische Element fluiddicht mit dem Trägerelement zu verbinden. Die optische Vorrichtung weist außerdem die weiter unten als erfindungsgemäß gekennzeichneten Merkmale auf.An optical device has the following features:
an optical element;
a support member having a recess for receiving the optical element; and
at least one capillary gap between an outer contour of the optical element and a wall of the recess adjacent to the outer contour, wherein the capillary gap is filled with an adhesive in order to connect the optical element to the carrier element in a fluid-tight manner. The optical device also has the features identified below as being according to the invention.
Die optische Vorrichtung kann geringe Dimensionen im Millimeter- oder Zentimeterbereich aufweisen und in einem Endoskopiegerät oder einem Labormessgerät zum Einsatz kommen. Bei dem optischen Element kann es sich um eine optische Linse oder alternativ um eine Schutzscheibe handeln. Das optische Element kann die Form einer Scheibe oder Platte aufweisen. Das optische Element kann aus Glas, Kunststoff oder alternativen Materialien entsprechend der beabsichtigten Anwendung hergestellt sein. Das optische Element kann beispielsweise in einem Spritzgießverfahren hergestellt werden. Unter der Außenkontur des optischen Elements kann ein Umfang bzw. eine Umfangsfläche des platten- oder scheibenförmigen optischen Elements verstanden werden.The optical device may have small dimensions in the millimeter or centimeter range and be used in an endoscopy device or a laboratory measuring device. The optical element may be an optical lens or, alternatively, a protective screen. The optical element may be in the form of a disk or plate. The optical element may be made of glass, plastic or alternative materials according to the intended application. The optical element can be produced, for example, in an injection molding process. The outer contour of the optical element can be understood as meaning a circumference or a peripheral surface of the plate-shaped or disk-shaped optical element.
Das Trägerelement kann auch als Gehäuse bezeichnet werden und ausgebildet sein, um das optische Element zu fassen, zu fixieren und handhabbar zu machen. Das Trägerelement kann beispielsweise aus Kunststoff hergestellt sein. Die Vertiefung kann wannenförmig in einer Hauptseite des Trägerelements ausgebildet sein. Die Wand der Vertiefung kann sich senkrecht oder nahezu senkrecht von einem Boden der Vertiefung nach oben erstrecken. Bei dem Haftmittel kann es sich um ein Dichtmittel und/oder einen Klebstoff handeln. Das Haftmittel kann ausgebildet sein, um neben der fluiddichten Verbindung auch eine Verklebung zwischen optischem Element und Trägerelement herzustellen. Zur Einbringung in die Kapillarspalte wird das Haftmittel in der flüssigen Phase bereitgestellt. Bei der fertiggestellten optischen Vorrichtung ist das Haftmittel ausgehärtet.The support member may also be referred to as a housing and be formed to grasp the optical element, to fix and make manageable. The support member may be made of plastic, for example. The recess may be formed trough-shaped in a main side of the support element. The wall of the recess may extend vertically or nearly perpendicularly from a bottom of the recess upwards. The adhesive may be a sealant and / or an adhesive. The adhesive can be designed to produce not only the fluid-tight connection but also a bond between the optical element and the carrier element. For introduction into the capillary column, the adhesive is provided in the liquid phase. In the finished optical device, the adhesive is cured.
Unter der Kapillarspalte kann ein Kanal zwischen der Außenkontur des optischen Elements und der Wand der Vertiefung verstanden werden, der einen so geringen Durchmesser bzw. Ausdehnung aufweist, dass die Kapillarwirkung entsteht, die bewirkt, dass ein die Kapillarspalte kontaktierendes Fluid – hier das verwendete Haftmittel in der flüssigen Phase – mittels Adhäsionskraft in die Kapillarspalte hineingezogen wird und sich an deren Kapillarwänden, die durch die Außenkontur des optischen Elements und die Wand der Vertiefung gebildet werden, bis zum Ende der Kapillarspalte entlangzieht.The capillary gap can be understood to mean a channel between the outer contour of the optical element and the wall of the depression, which has such a small diameter or extent that the capillary action arises, which causes a fluid contacting the capillary gap-in this case the adhesive used in FIG the liquid phase - is drawn into the Kapillarspalte by adhesive force and extends to the capillary walls, which are formed by the outer contour of the optical element and the wall of the recess, to the end of the capillary.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Kapillarspalte zwischen der Außenkontur des optischen Elements und einer in Richtung des optischen Elements vorspringenden Schulter der Wand der Vertiefung des Trägerelements gebildet sein. So kann ohne Weiteres oberhalb der Schulter Platz zur Unterbringung eines Ohrs des optischen Elements in der Vertiefung bereitgestellt werden.According to one embodiment, the capillary gaps may be formed between the outer contour of the optical element and a shoulder of the wall of the recess of the carrier element projecting in the direction of the optical element. Thus, space can easily be provided above the shoulder for accommodating an ear of the optical element in the recess.
Beispielsweise kann die Kapillarspalte zwischen einem Konturabschnitt der Außenkontur und einem dem Konturabschnitt gegenüberliegenden Wandabschnitt der Wand gebildet sein. Dabei kann der Konturabschnitt benachbart zu einem Teil der Außenkontur und der Wandabschnitt benachbart zu einem Teil der Wand gelegen sein, zwischen denen keine Kapillarspalte besteht. Mit einer derartigen nicht vollumfänglichen Verklebung der Außenkontur des optischen Elements in der Vertiefung des Trägerelements kann die Fixierung des optischen Elements an dem Trägerelement schneller und kostengünstiger realisiert werden.For example, the capillary gaps can be formed between a contour section of the outer contour and a wall section of the wall opposite the contour section. In this case, the contour section adjacent to a part of the outer contour and the wall section may be located adjacent to a part of the wall, between which there is no Kapillarspalte. With such incomplete bonding of the outer contour of the optical element in the recess of the carrier element, the fixation of the optical element be realized on the support element faster and cheaper.
Die optische Vorrichtung kann eine weitere Kapillarspalte zwischen der Außenkontur des optischen Elements und der zu der Außenkontur benachbarten Wand der Vertiefung aufweisen. Auch die weitere Kapillarspalte kann mit dem Haftmittel gefüllt sein, das ausgebildet ist, um das optische Element fluiddicht mit dem Trägerelement zu verbinden. Insbesondere kann die weitere Kapillarspalte von einem dem Konturabschnitt der Außenkontur gegenüberliegenden weiteren Konturabschnitt der Außenkontur und einem dem weiteren Konturabschnitt gegenüberliegenden weiteren Wandabschnitt der Wand gebildet sein. Mit einer derartigen Fixierung des optischen Elements an dem Trägerelement an zwei Stellen kann die Befestigung des optischen Elements an dem Trägerelement sicherer und robuster gestaltet und ein unbeabsichtigtes Herausfallen des optischen Elements aus dem Trägerelement wirkungsvoll vermieden werden.The optical device may have a further capillary gap between the outer contour of the optical element and the wall of the recess adjacent to the outer contour. The further capillary gaps can also be filled with the adhesive, which is designed to connect the optical element to the carrier element in a fluid-tight manner. In particular, the further capillary gaps may be formed by a further contour section of the outer contour lying opposite the contour section of the outer contour and a further wall section of the wall lying opposite the further contour section. With such a fixation of the optical element on the carrier element in two places, the attachment of the optical element to the carrier element can be made safer and more robust and an accidental falling out of the optical element from the carrier element can be effectively avoided.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann eine zu der Außenkontur gewinkelt sich erstreckende Außenseite des optischen Elements eben verlaufen. So kann die optische Vorrichtung auch auf geringem Bauraum untergebracht und vielseitig eingesetzt werden.According to a further embodiment, an outer side of the optical element which extends at an angle to the outer contour can run flat. Thus, the optical device can be accommodated in a small space and versatile.
Beispielsweise kann die Außenkontur des optischen Elements zumindest ein Ohr ausformen und das Trägerelement eine Kavität zur Aufnahme des Ohrs ausformen. Die Kavität kann zur Fixierung des optischen Elements an dem Trägerelement mit dem Haftmittel gefüllt sein. Bei dem Ohr kann es sich um einen Angussrest eines im Spritzgießverfahren hergestellten optischen Elements handeln. Die Kavität kann Teil der Vertiefung sein oder benachbart zu der Vertiefung gelegen sein. Die Kavität kann beispielsweise durch einen von der Außenkontur des optischen Elements zurückgesetzten Abschnitt der Wand der Vertiefung gebildet sein. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass mit der Verklebung des Ohrs an dem Trägerelement das optische Element noch sicherer und dauerhafter an dem Trägerelement befestigt werden kann.For example, the outer contour of the optical element can form at least one ear and the carrier element can form a cavity for receiving the ear. The cavity may be filled with the adhesive for fixing the optical element to the carrier element. The ear may be a gate remnant of an injection molded optical element. The cavity may be part of the depression or located adjacent to the depression. The cavity can be formed for example by a recessed from the outer contour of the optical element portion of the wall of the recess. This embodiment has the advantage that with the gluing of the ear to the carrier element, the optical element can be attached to the carrier element even more reliably and more permanently.
Selbstverständlich kann die Außenkontur des optischen Elements dem Ohr gegenüberliegend ein weiteres Ohr ausformen. So kann die Fixierung des optischen Elements an dem Trägerelement noch weitergehend verbessert werden. Die Verwendung des Ohrs oder der Ohren zur sicheren Befestigung des optischen Elements bietet sich an, da bei einem Einsatz eines Spritzgießverfahrens zum Herstellen des optischen Elements ohnehin ein Anguss an einer oder mehreren Stellen an der Außenkontur des optischen Elements zurückbleibt, dessen vollständige Entfernung aufwendig wäre und die Herstellungskosten der optischen Vorrichtung in die Höhe treiben würde.Of course, the outer contour of the optical element opposite the ear form another ear. Thus, the fixation of the optical element to the support element can be further improved. The use of the ear or ears for secure attachment of the optical element lends itself to, since when using an injection molding process for producing the optical element anyway a gate at one or more locations on the outer contour of the optical element remains, the complete removal would be expensive and would increase the cost of manufacturing the optical device.
Insbesondere kann das Trägerelement und/oder das optische Element benachbart zu der Vertiefung mindestens ein Haftmittelreservoir zum Bevorraten des Haftmittels aufweisen. Insbesondere kann dabei das Haftmittelreservoir fluidisch mit der Vertiefung gekoppelt sein, um mittels Kapillarwirkung eine Befüllung zumindest der Kapillarspalte mit dem Haftmittel zu ermöglichen. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass exakt die geeignete Menge an Haftmittel zur Verfügung gestellt werden kann und die Befüllung der Kapillarspalte mit dem Haftmittel aufgrund der Kapillarwirkung kontrolliert und zeitversetzt ablaufen kann, so dass weder zu viel noch zu wenig Haftmittel in den Spalt zwischen Trägerelement und optischem Element eingebracht wird.In particular, the carrier element and / or the optical element adjacent to the recess may have at least one adhesive reservoir for storing the adhesive. In particular, the adhesive reservoir may be fluidically coupled to the depression in order to allow by capillary filling at least the capillary gaps with the adhesive. This embodiment has the advantage that exactly the appropriate amount of adhesive can be provided and the filling of the capillary gaps with the adhesive can be controlled by the capillary action and can take place with a time delay, so that neither too much nor too little adhesive penetrates into the gap between the support element and optical element is introduced.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Trägerelement und/oder das optische Element ein weiteres Haftmittelreservoir zum Bevorraten des Haftmittels aufweisen. Das weitere Haftmittelreservoir kann dem Haftmittelreservoir gegenüberliegend benachbart zu der Vertiefung angeordnet und fluidisch mit der Vertiefung gekoppelt sein, um mittels Kapillarwirkung eine Befüllung zumindest der Kapillarspalte mit dem Haftmittel zu ermöglichen. So kann die Befüllung der Kapillarspalte mit dem flüssigen Haftmittel schneller und gleichmäßiger umgesetzt werden.According to one embodiment, the carrier element and / or the optical element may have a further adhesive reservoir for storing the adhesive. The further adhesive reservoir may be disposed adjacent to the depression opposite the adhesive reservoir and fluidly coupled to the depression to allow capillary action to fill at least the capillary gaps with the adhesive. Thus, the filling of the capillary gaps can be reacted faster and more uniformly with the liquid adhesive.
Erfindungsgemäß ist die Kontur des optischen Elements rund und das Trägerelement weist eine Form einer Raute mit abgerundeten Ecken auf. Die Kapillarspalte kann dabei so positioniert sein, dass sie erfindungsgemäß von der kurzen Symmetrieachse der Raute durchkreuzt wird. In dieser Ausführung kann die optische Vorrichtung vorteilhafterweise auf geringem Bauraum realisiert werden.According to the invention, the contour of the optical element is round and the carrier element has a shape of a rhombus with rounded corners. The capillary gap can be positioned so that according to the invention it is thwarted by the short symmetry axis of the rhombus. In this embodiment, the optical device can be advantageously realized in a small space.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform kann die optische Vorrichtung die Kapillarspalte und die weitere Kapillarspalte, das Ohr und das weitere Ohr, das Haftmittelreservoir und das weitere Haftmittelreservoir aufweisen. Dabei können die Kapillarspalte und die weitere Kapillarspalte so positioniert sein, dass sie von der kurzen Symmetrieachse der Raute durchkreuzt werden, wobei das Haftmittelreservoir benachbart zu der Kavität in einem Rauteneckbereich des Trägerelements und das weitere Haftmittelreservoir in einem dem Rauteneckbereich gegenüberliegenden weiteren Rauteneckbereich des Trägerelements angeordnet sein kann. In dieser speziellen Ausführung kann die optische Vorrichtung kostengünstig hergestellt und vielseitig eingesetzt werden.According to a further particular embodiment, the optical device may comprise the capillary gaps and the further capillary gaps, the ear and the additional ear, the adhesive reservoir and the further adhesive reservoir. In this case, the capillary gaps and the further capillary gaps can be positioned so that they are crossed by the short symmetry axis of the rhombus, wherein the adhesive reservoir adjacent to the cavity in a Rauteneckbereich of the support member and the further adhesive reservoir in the Rauteneckbereich opposite another Rauteneckbereich the support element can be arranged can. In this particular embodiment, the optical device can be inexpensively manufactured and used in a variety of ways.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it:
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of favorable embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similar acting, with a repeated description of these elements is omitted.
Bei dem optischen Element
Die beispielhafte Linse
Das Trägerelement
Das Trägerelement
An diesen Stellen wird zwischen einem Konturabschnitt
Bei den Kapillarspalten
Die Kapillarspalte
Insbesondere weist die optische Vorrichtung
In der Herstellung der optischen Vorrichtung
Bei dem in
Gemäß in den Figuren nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kann die optische Vorrichtung
Bei der hierin vorgestellten neuartigen optischen Vorrichtung
Bei dem in
Die Darstellung in
Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen können die Kapillarspalten
Bei dem in
Angrenzend an die Linse
Bei dem in den
In alternativen Anwendungen können auch einzelne Glas- und/oder Kunststoffoptiken miteinander kombiniert sein, wobei die flüssigkeitsdichte Verarbeitung auch beiderseitig einer Linse bzw. zwischen den jeweils äußeren Linsen und dem Gehäuse erfolgt.In alternative applications, individual glass and / or plastic optics can be combined with each other, wherein the liquid-tight processing also takes place on both sides of a lens or between the respective outer lenses and the housing.
Gemäß dem hierin vorgeschlagenen Konzept für eine Fixierung eines optischen Elements in einem Gehäuse wird die dichte Verbindung zwischen optischem Element und Gehäuse durch Nutzung des Kapillareffektes hergestellt. Dafür sind seitlich im Bauteil die Reservoirs vorgesehen, in denen nieder- bis hochviskoses Dichtmittel eingebracht werden kann. Durch Adhäsionskräfte wird nun das Dichtmittel im Kapillarspalt in den oberen Bereich gezogen und stellt damit nach Aushärtung eine umlaufend dichte Verbindung zwischen optischem Element und Gehäuse her.According to the concept proposed herein for fixing an optical element in a housing, the sealed connection between the optical element and the housing is made by utilizing the capillary effect. For this purpose, the reservoirs are provided laterally in the component, in which low to high viscosity sealant can be introduced. By adhesion forces, the sealant is now drawn in the capillary gap in the upper region and thus produces after hardening a circumferentially sealed connection between the optical element and the housing.
Das vorgeschlagene Konzept bietet sich für die flüssigkeits- und/oder gasdichte Klebung von optischen Systemen bzw. Linsensystemen in Gehäusen an bzw. für Anwendungen, in denen eine dichte Verbindung von Schutzfenstern und Fassungsteilen benötigt wird.The proposed concept lends itself to the liquid and / or gas-tight bonding of optical systems or lens systems in housings or for applications in which a tight connection of protective windows and mounting parts is needed.
Mögliche Einsatzbereiche sind Systeme, die Flüssigkeiten oder Dampf bzw. hoher Luftfeuchtigkeit ausgesetzt sind, beispielsweise optische Messköpfe oder Aufnahmesysteme in z. B. Labormessgeräten. Denkbar ist auch eine Umsetzung in Endoskopiegeräten und anderen medizinischen Geräten, die beispielsweise bei Lebensmitteluntersuchungen und der Flüssigkeitsanalyse Anwendung finden.Possible applications are systems that are exposed to liquids or steam or high humidity, such as optical probes or recording systems in z. B. Laboratory instruments. Also conceivable is an implementation in endoscopy devices and other medical devices, which are used, for example, in food testing and fluid analysis.
Das vorgeschlagene Konzept erstreckt sich nicht nur auf die Herstellung optischer Baugruppen, sondern kann auch auf andere mechanische Baugruppen übertragen werden. Z. B. zum dichten Einkleben von Ventilen, Gewindeinserts etc. Wesentlich ist, dass hier der Effekt des Kapillarspaltes bei besonders kleinteiligen Anwendungen genutzt wird.The proposed concept extends not only to the production of optical assemblies, but can also be transferred to other mechanical assemblies. For example, for the tight gluing of valves, thread inserts etc. It is essential that the effect of the capillary gap is used here for particularly small-scale applications.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.The embodiments described and shown in the figures are chosen only by way of example. Different embodiments may be combined together or in relation to individual features. Also, an embodiment can be supplemented by features of another embodiment.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder”-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.
Claims (11)
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- 2015-04-20 DE DE102015004967.4A patent/DE102015004967B4/en active Active
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