DE102018115967A1 - Verfahren sowie Anordnung zur Herstellung einer optischen Baugruppe - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Baugruppe für einen Lichtsensor, die eine Linsenplatte (16) und eine an der Linsenplatte (16) angebrachte Lochmaske aufweist, wird vorgestellt. Zunächst wird ein Lichtstrahlbündel (34) erzeugt. Das Lichtstrahlbündel (34) wird auf einen Teilbereich eines an der Linsenplatte (16) angebrachten Lochmaskenrohlings (20) fokussiert und mittels des Lichtstrahlbündels (34) wird eine Durchgangsöffnung (36) in den Lochmaskenrohling (20) eingebrannt. Ferner wird eine Anordnung (10) zur Herstellung einer optischen Baugruppe vorgeschlagen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Baugruppe für einen Lichtsensor sowie eine Anordnung zur Herstellung einer optischen Baugruppe für einen Lichtsensor.
  • Typische, aus dem Stand der Technik bekannte Lichtsensoren (wie sie beispielsweise in Regensensoren für Kraftfahrzeuge verwendet werden) weisen eine Linsenplatte mit wenigstens einer Sammellinse sowie wenigstens eine Lichtempfangseinheit auf. Die Sammellinse fokussiert Licht, das in einem Akzeptanzwinkelbereich um eine Hauptempfangsrichtung liegt, auf die Lichtempfangseinheit.
  • Besonders für Anwendungen des Lichtsensors, die einen kleinen Akzeptanzwinkelbereich erfordern, ist ein kleine Lichtempfangseinheit und gleichzeitig eine genaue relative Positionierung der Sammellinse und der Lichtempfangseinheit notwendig, wodurch die Herstellung des Lichtsensors erschwert und/oder kostenintensiv ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren sowie eine Anordnung zur Herstellung einer optischen Baugruppe für einen Lichtsensor bereitzustellen, das bzw. die die Nachteile aus dem Stand der Technik verbessert.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Baugruppe für einen Lichtsensor, die eine Linsenplatte und eine an der Linsenplatte angebrachte Lochmaske aufweist, mit den folgenden Schritten: Zunächst wird ein Lichtstrahlbündel erzeugt. Das Lichtstrahlbündel wird auf einen Teilbereich eines an der Linsenplatte angebrachten Lochmaskenrohlings fokussiert und mittels des Lichtstrahlbündels wird eine Durchgangsöffnung in den Lochmaskenrohling eingebrannt.
  • Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltene optische Baugruppe weist einen definierten Akzeptanzwinkelbereich auf, da nur Licht, das aus einem bestimmten Winkelbereich um die Einfallsrichtung des Lichtstrahlbündels auf die Linsenplatte trifft, durch die Durchgangsöffnung treten kann. Licht, das außerhalb dieses Akzeptanzwinkelbereichs auf die Linsenplatte trifft, wird hingegen von der Lochmaske (Lochmaskenrohling mit eingebrannter Durchgangsöffnung) absorbiert. Da Richtcharakteristik und Akzeptanzwinkelbereich der optischen Baugruppe bereits durch die Durchgangsöffnung definiert sind, kann eine relativ große Lichtempfangseinheit für den Lichtsensor verwendet werden, die aufgrund ihrer Größe unempfindlicher gegenüber Positionierungsfehlern ist. Daher ist eine relative Positionierung der Lichtempfangseinheit und der Sammellinse erleichtert und Kosten zur Herstellung der optischen Baugruppe (und damit des Lichtsensors) sind reduziert.
  • Insbesondere liegt eine Wellenlänge des Lichts im Lichtstrahlbündel in einem Bereich, in dem ein Material, aus dem die Linsenplatte besteht, im Wesentlichen durchsichtig ist und in dem ein Material, aus dem der Lochmaskenrohling besteht, im Wesentlichen undurchsichtig ist, vorzugsweise absorbierend. Dementsprechend absorbiert die Linsenplatte keine oder nur wenig Energie, wenn das Lichtstrahlbündel durch die Linsenplatte tritt, während der Lochmaskenrohling im Wesentlichen die gesamte Energie des Lichtstrahlbündels absorbiert.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung verläuft das Lichtstrahlbündel im Wesentlichen entlang einer gewünschten Hauptempfangsrichtung der optischen Baugruppe. Die in den Lochmaskenrohling eingebrannte Durchgangsöffnung definiert dann einen Akzeptanzwinkelbereich der optischen Baugruppe, der um die gewünschte Hauptempfangsrichtung liegt. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich in einfacher Art und Weise optische Baugruppen mit unterschiedlicher Hauptempfangsrichtung herstellen, indem einfach die Einfallsrichtung des erzeugten Lichtstrahlbündels auf die Linsenplatte variiert wird.
  • Das Lichtstrahlbündel kann aus im Wesentlichen parallelen, konvergierenden oder divergierenden Lichtstrahlen bestehen.
  • Ein Aspekt sieht vor, dass das Lichtstrahlbündel mittels einer in der Linsenplatte integrierten Sammellinse fokussiert wird. Es sind also keine weiteren optischen Bauteile zur Fokussierung des Lichtstrahlbündels notwendig, wodurch Kosten reduziert sind.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei dem Lichtstrahlbündel um ein Laserstrahlbündel. Laserlicht eignet sich aus mehreren Gründen besonders für das erfindungsgemäße Verfahren. Zum einen ist das erzeugte Licht im Wesentlichen monochromatisch, sodass auf einfache Art und Weise eine Wellenlänge gewählt werden kann, bei der die Linsenplatte im Wesentlichen transparent ist, der Lochmaskenrohling hingegen absorbierend. Zum anderen lassen sich mittels aus dem Stand der Technik bekannten Lasern besonders leicht die Lichtleistungsdichten erreichen, die notwendig sind, um eine Durchgangsöffnung in die Lochmaske einzubrennen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Intensität des Lichtstrahlbündels auf einer der Linsenplatte abgewandten Seite des Lochmaskenrohlings gemessen. Die gemessene Intensität ist ein Maß für die Größe der Durchgangsöffnung, sodass durch Messen der Intensität sehr einfach festgestellt werden kann, wann die Durchgangsöffnung eine gewünschte Größe erreicht hat. Insbesondere wird die Intensität mittels einer Lichtempfangseinheit gemessen, die auch die Lichtempfangseinheit des Lichtsensors sein kann.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung wird eine Leistungsdichte des Lichtstrahlbündels basierend auf der gemessenen Intensität variiert. Überschreitet die gemessene Intensität beispielsweise einen vordefinierten Grenzwert (was dann der Fall ist, wenn die eingebrannte Durchgangsöffnung eine gewünschte Größe erreicht hat), wird kein Lichtstrahlbündel mehr erzeugt oder zumindest eine Leistungsdichte des Lichtstrahlbündels erheblich reduziert. Unter Leistungsdichte ist hierbei ein Energiefluss pro Fläche und Zeit zu verstehen. Anders ausgedrückt wird also eine Intensität des erzeugten Lichtstrahlbündels variiert.
  • Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß gelöst durch eine Anordnung zur Herstellung einer optischen Baugruppe für einen Lichtsensor, mit einer Lichterzeugungseinrichtung, einer Linsenplatte und einem an der Linsenplatte angebrachten Lochmaskenrohling, wobei die Lichterzeugungseinrichtung dazu ausgebildet ist, ein Lichtstrahlbündel zu erzeugen, wobei die Linsenplatte wenigstens eine Sammellinse umfasst, und wobei der Lochmaskenrohling zumindest abschnittsweise im Wesentlichen in einem Brennpunkt der wenigstens einen Sammellinse angeordnet ist.
  • Bezüglich der Vorteile der Ansprüche 7 bis 11 wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
  • Ein Aspekt sieht vor, dass die Lichterzeugungseinrichtung dazu ausgebildet ist, Laserlicht zu erzeugen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Lichterzeugungseinrichtung derart angeordnet, dass eine Hauptemissionsrichtung der Lichterzeugungseinrichtung mit einer gewünschten Hauptempfangsrichtung der optischen Baugruppe übereinstimmt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Lichtempfangseinheit auf einer der Lichterzeugungseinrichtung abgewandten Seite des Lochmaskenrohlings vorgesehen. Dabei handelt es sich insbesondere um eine Lichtempfangseinheit des herzustellenden Lichtsensors.
  • Die Lichtempfangseinheit kann mit einem Steuergerät signalübertragend verbunden sein, das dazu ausgebildet ist, die Lichterzeugungseinrichtung zu steuern. Vorzugsweise ist Steuergerät dazu ausgebildet, die Leistungsdichte des Lichtstrahlbündels vollautomatisch anzupassen, insbesondere basierend auf einer mittels der Lichtempfangseinrichtung gemessenen Intensität des Lichtstrahlbündels.
  • Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In diesen zeigen:
    • - 1 schematisch einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung zur Herstellung einer optischen Baugruppe; und
    • - 2 die Anordnung von 1 in einer modifizierten Variante.
  • In 1 ist eine Anordnung 10 zur Herstellung einer optischen Baugruppe gezeigt. Die Anordnung 10 umfasst einen Rohling 12 der optischen Baugruppe sowie eine Lichterzeugungseinrichtung 14.
  • Bei der aus dem Rohling 12 herzustellenden optischen Baugruppe handelt es sich um eine optische Baugruppe für einen Lichtsensor, wie er beispielsweise in Regensensoren für Kraftfahrzeuge verwendet wird. Insbesondere handelt es sich um eine optische Baugruppe für einen Lichtsensor mit einem engen Akzeptanzwinkelbereich.
  • Der Rohling 12 weist eine Linsenplatte 16 mit einer integrierten Sammellinse 18 auf.
  • Zudem umfasst der Rohling 12 einen Lochmaskenrohling 20, der an der Linsenplatte 16 derart angebracht ist, dass der Lochmaskenrohling 20 zumindest abschnittsweise in einem Brennpunkt der Sammellinse 18 angeordnet ist.
  • Die Lichterzeugungseinrichtung 14 umfasst eine Lichtquelle 22 sowie eine Lichtbündelungseinrichtung 24, die in der in 1 und 2 gezeigten Variante aus zwei optischen Linsen 26, 28 besteht.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei der Lichtquelle 22 um eine Laserlichtquelle. Weiter bevorzugt erzeugt die Lichtquelle 22 Laserlicht in einem Wellenlängenbereich, in dem die Linsenplatte 16 im Wesentlichen transparent, der Lochmaskenrohling jedoch im Wesentlichen intransparent ist, genauer gesagt absorbierend.
  • Alternativ kann die Lichtquelle 22 auch dazu ausgebildet sein, anderes, für das unten beschriebene Verfahren geeignetes Licht zu erzeugen.
  • In 2 ist eine leicht abgewandelte Variante der Anordnung aus 1 gezeigt, in der zusätzlich eine Lichtempfangseinheit 30 sowie ein Steuergerät 32 vorgesehen sind, wobei das Steuergerät 32 mit der Lichtempfangseinheit 30 und der Lichterzeugungseinrichtung 14 signalübertragend verbunden ist (in 2 durch die gestrichelten Linien angedeutet), insbesondere mit der Lichtquelle 22.
  • Die Lichtempfangseinheit 30 ist dabei auf einer der Lichterzeugungseinrichtung 14 abgewandten Seite der Linsenplatte 16 angeordnet.
  • Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Baugruppe mittels der Anordnung 10 gemäß 1 oder 2 erläutert.
  • Zunächst wird mittels der Lichterzeugungseinrichtung 14 ein Lichtstrahlbündel 34 erzeugt. Dazu wird von der Lichtquelle 22 emittiertes Licht mittels der Lichtbündelungseinrichtung 24 in eine gewünschte Form gebracht. Insbesondere erzeugt die Lichterzeugungseinrichtung 14 ein paralleles, konvergierendes oder divergierendes Lichtstrahlbündel 34.
  • Das erzeugte Lichtstrahlbündel 34 verläuft im Wesentlichen entlang einer gewünschten Hauptempfangsrichtung H der herzustellenden optischen Baugruppe.
  • Das Lichtstrahlbündel 34 tritt in die Linsenplatte 16 ein und wird mittels der integrierten Sammellinse 18 auf einen Teil des Lochmaskenrohling 20 fokussiert, der im Brennpunkt der Sammellinse 18 angeordnet ist. Da das Material, aus dem die Linsenplatte 16 besteht, für das Laserlicht im Wesentlichen transparent ist, tritt das Lichtstrahlbündel 34 im Wesentlichen ohne Energieabgabe durch die Linsenplatte 16.
  • Das Material, aus dem der Lochmaskenrohling 20 besteht, absorbiert hingegen das Lichtstrahlbündel 34, sodass eine Durchgangsöffnung 36 (siehe 2) in den Lochmaskenrohling 20 eingebrannt wird.
  • Optional wird, wie in 2 gezeigt, mittels der Lichtempfangseinheit 30 eine Intensität des durch die Durchgangsöffnung 36 tretenden Lichts gemessen. Ein entsprechendes Messsignal wird an das Steuergerät 32 weitergeleitet.
  • Basierend auf der gemessenen Intensität kann das Steuergerät 32 die Lichtempfangseinrichtung 14, insbesondere die Lichtquelle 22 steuern. Genauer gesagt wird eine Leistungsdichte des von der Lichterzeugungseinrichtung 14 erzeugten Lichtstrahlbündels 34 je nach gemessener Intensität variiert.
  • Überschreitet die gemessene Intensität beispielsweise einen vordefinierten Grenzwert (was dann der Fall ist, wenn die eingebrannte Durchgangsöffnung 36 groß genug ist), kann vorgesehen sein, dass das Steuergerät die Lichtquelle 22 abschaltet oder zumindest eine Leistung der Lichtquelle 22 erheblich reduziert.
  • Die mittels des oben beschriebenen Verfahrens erhaltene optische Baugruppe weist einen engen Akzeptanzwinkelbereich auf, da nur Licht, das aus einem bestimmten Winkelbereich um die Hauptempfangsrichtung H auf die Linsenplatte 16 trifft, durch die Durchgangsöffnung 36 treten kann. Licht, das außerhalb des Akzeptanzwinkelbereichs auf die Linsenplatte 16 trifft, wird hingegen von der Lochmaske (Lochmaskenrohling 20 mit eingebrannter Durchgangsöffnung 36) absorbiert.
  • Da die Richtcharakteristik und der Akzeptanzwinkelbereich der optischen Baugruppe bereits durch die Durchgangsöffnung 36 definiert sind, kann eine relativ große Lichtempfangseinheit für den Lichtsensor verwendet werden. Insbesondere handelt es sich dabei um die oben beschriebene Lichtempfangseinheit 30.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Herstellung einer optischen Baugruppe für einen Lichtsensor, die eine Linsenplatte (16) und eine an der Linsenplatte (16) angebrachte Lochmaske aufweist, mit den folgenden Schritten: - Erzeugen eines Lichtstrahlbündels (34); - Fokussieren des Lichtstrahlbündels (34) auf einen Teilbereich eines an der Linsenplatte (16) angebrachten Lochmaskenrohlings (20); und - Einbrennen einer Durchgangsöffnung (36) in den Lochmaskenrohling (20) mittels des Lichtstrahlbündels (34).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtstrahlbündel (34) im Wesentlichen entlang einer gewünschten Hauptempfangsrichtung (H) der optischen Baugruppe verläuft.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtstrahlbündel (34) mittels einer in der Linsenplatte (16) integrierten Sammellinse (18) fokussiert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Lichtstrahlbündel (34) um ein Laserstrahlbündel handelt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Intensität des Lichtstrahlbündels (34) auf einer der Linsenplatte (16) abgewandten Seite des Lochmaskenrohlings (20) gemessen wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leistungsdichte des Lichtstrahlbündels (34) basierend auf der gemessenen Intensität variiert wird.
  7. Anordnung (10) zur Herstellung einer optischen Baugruppe für einen Lichtsensor, mit einer Lichterzeugungseinrichtung (14), einer Linsenplatte (16) und einem an der Linsenplatte (16) angebrachten Lochmaskenrohling (20), wobei die Lichterzeugungseinrichtung (14) dazu ausgebildet ist, ein Lichtstrahlbündel (34) zu erzeugen, wobei die Linsenplatte (16) wenigstens eine Sammellinse (18) umfasst, und wobei der Lochmaskenrohling (20) zumindest abschnittsweise im Wesentlichen in einem Brennpunkt der wenigstens einen Sammellinse (18) angeordnet ist.
  8. Anordnung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichterzeugungseinrichtung (14) dazu ausgebildet ist, Laserlicht zu erzeugen.
  9. Anordnung (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichterzeugungseinrichtung (14) derart angeordnet ist, dass eine Hauptemissionsrichtung der Lichterzeugungseinrichtung (14) mit einer gewünschten Hauptempfangsrichtung (H) der optischen Baugruppe übereinstimmt.
  10. Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtempfangseinheit (30) auf einer der Lichterzeugungseinrichtung (14) abgewandten Seite des Lochmaskenrohlings (20) vorgesehen ist.
  11. Anordnung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtempfangseinheit (30) mit einem Steuergerät (32) signalübertragend verbunden ist, das dazu ausgebildet ist, die Lichterzeugungseinrichtung (14) zu steuern.
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