DE102020111130A1 - Optoelectronic system and optoelectronic sensor - Google Patents
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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, 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 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.Optoelectronic system (1) with at least one circuit card (2) with several light transmitters (3) and / or several light receivers (4), which are arranged at least in a row and with at least one one-piece optical component (5) made of plastic for the several light transmitters ( 3) and / or light receiver (4), with at least one lens (6) being provided in the optical component (5) per light transmitter (3) and / or light receiver (4), the optical component (5) mechanically closing at least at one point the printed circuit board (2) is fixed, the printed circuit board (2) having a first positive thermal coefficient of linear expansion and the optical component (5) having a second positive thermal coefficient of linear expansion, the second positive thermal coefficient of linear expansion being greater than the first positive thermal coefficient of linear expansion, the Optical component (5) particles (7) made of a secondary material (8) are mixed in, which are made of a different material s ind as a primary material of the optical component (5), the secondary material (8) of the particles (7) having a smaller thermal coefficient of linear expansion than the second thermal coefficient of linear expansion of the primary material of the optical component, so that the resulting second positive linear expansion coefficient of the optical component (5) is reduced .
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
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, optics expand differently than materials used on a printed circuit board on which the light transmitters and / or light receivers are arranged in the event of temperature changes.
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 (also called thermal expansion) is understood to mean the change in the geometric dimensions (length, surface 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 coefficient of thermal expansion, also known colloquially as the expansion factor, is a characteristic value that describes the behavior of a substance with regard to changes in its dimensions when there are changes in temperature, which is why it is often called the coefficient of thermal expansion. The effect responsible for this is thermal expansion. The thermal expansion depends on the material used, so it is a material-specific or substance-specific material constant. Since the thermal expansion of many materials does not take place uniformly over all temperature ranges, the coefficient of thermal expansion itself is also temperature-dependent and is therefore specified for a certain reference temperature or a certain temperature range.
Vorliegend ist der thermische Längenausdehnungskoeffizient (auch linearer Wärmeausdehnungskoeffizient) relevant.In the present case, the coefficient of thermal expansion (also the coefficient of linear thermal expansion) 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 coefficient of thermal expansion of approx. 70 ppm / K. Polyamide (PA) has a thermal coefficient of linear expansion 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 for example non-conductive material made of FR-4, expand due to an increase in temperature. This also shifts the position of components that are assembled on the circuit board. A displacement of optoelectronic components in relation 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 Anforderung 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 denotes a class of flame-retardant and flame-retardant composite materials, consisting of epoxy resin and glass fiber fabric. The abbreviation FR stands for English flame retardant (dt. Flame retardant) and meets the requirements of UL94V-0. FR-4 is available on the market in different versions. To improve the flame retardancy, chemical substances such as polybrominated diphenyl ethers based on bromine are added to the composite material; this additive is omitted in the halogen-free variant. The FR-4 composite material was specified by the National Electrical Manufacturers Association (NEMA) in the properties 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 carry epoxy groups. They are curable resins (reaction resins) that can be converted into a thermosetting plastic with a hardener and, if necessary, other additives. The epoxy resins are polyethers with usually two terminal epoxy groups. The hardening agents 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 crosslinking have good mechanical properties as well as good temperature and chemical resistance and are considered to be high-quality plastics. The composite materials for the circuit boards are then formed in conjunction with the fiberglass fabric. FR4 has, for example, a thermal coefficient of linear expansion of 12 to 17 ppm / K. The thermal expansion coefficients also differ depending on the direction.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein optoelektronisches System oder einen optoelektronischen Sensor bereitzustellen, welcher verfügbarer ist bei Temperaturänderungen und preiswerter herstellbar ist.One object of the invention is to provide an optoelectronic system or an optoelectronic sensor which is more available in the event of temperature changes and can be manufactured more cheaply.
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
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
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 thermal coefficient of linear expansion, so that the resulting second positive coefficient of linear 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 coefficient of thermal expansion 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. As a result, the different linear expansion of the optical component and the printed circuit board is minimized in the event of temperature fluctuations. As a result, the optical axes that run from the light emitters or from the light receivers through the center of the respectively assigned lens are each more directionally stable within a required tolerance range. For example, mutually parallel light axes remain almost parallel to each other even with 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 printed circuit board are referenced to one another in that the optical component is mechanically fixed at least at one point to the printed circuit board. For example, the circuit board and the optical component are connected to one another at a single end of an elongated shape. However, the optical component and the printed circuit board can be connected to one another at any point.
Beispielsweise ist der erste thermische Längenausdehnungskoeffizient der Leiterkarte kleiner 17 ppm/K.For example, the first coefficient of thermal expansion 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. The resulting second positive coefficient of linear expansion of the optical component is preferably 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.The difference between the first coefficient of thermal expansion and the second coefficient of thermal expansion is particularly preferably 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 has, for example, 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 coefficients of thermal expansion.
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 lead to a particularly effective effect in reducing the expansion of the optical component. The optical properties of the optical component are hardly affected by the very small particles. 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 impaired 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 plan.
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, the received light being bundled onto the light receiver and / or transmitted light from a light transmitter leading 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 converging lens, also called a collimator lens, convex lens or positive lens, is a cast lens with positive refractive power, for example. Light incident in parallel is collected in its focal plane. Specifically, light emitted 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-plane, 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 a spherical or plane shape. Due to the largely freely shapable surface, imaging errors can be avoided or reduced, which are unavoidable with spherical lenses. In particular, you can correct the spherical aberration.
Mittels einer Freiformfläche kann die Linse sehr speziell an die optischen Anforderungen und an die benötigte Geometrie angepasst werden.By means of a free-form 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.In this way, flat lighting can be implemented with light transmitters and flat monitoring areas can be implemented with light receivers.
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.Any two-dimensional geometry can be formed via the selected number of several rows and several 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 erste Gehäuse eingebracht.In a further development of the invention, an elongated at least two-part housing is provided, the two-part housing having at least two housing parts, the first housing part having the optical component and the second housing part having the printed circuit board. The circuit card is inserted into the first housing.
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. As a result, necessary components, namely the optical component and the printed circuit board, can be inserted directly over 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 coefficients of thermal expansion.
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 the need for assembly steps. Furthermore, the first housing part and the optical component are already aligned with one another 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 from two different materials or materials or from a single material or 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 closures, 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 closures have the advantage that they can be installed very easily without additional devices. The clip closures are integrated, for example, in 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 easily be established by means of an adhesive connection, ultrasonic weld seam or laser weld seam. In this way, a tight housing can easily be produced.
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 produced as a plastic injection-molded part by means of a plastic injection molding process. Using plastic injection molding processes, precise lens shapes with high quality can also be manufactured inexpensively. With a plastic injection molding process, high-quality parts can be produced, for example with a limited length, for example less than 500 mm. These parts can be connected to form a longer housing part. Another plastic injection process is 'Exjection', with which components <3 m long can be produced 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 produced with different materials in a two-component injection molding process. However, the first housing part and the optical component can also be produced from a single material in a one-component injection molding process.
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 produced by means of 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. As a result, the second housing part can be produced more cheaply by means of an extrusion process. The only requirement here is that the cross-section has a uniform contour.
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, whereby the costs for the overall housing are reduced.
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 forms 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, whereby no moving parts such as a rotating deflector 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 multiplicity of light transmitters or transmitting elements and assigned light receivers or receiving elements, so that in each case a pair of a transmitting element and a receiving element forms a light barrier that detects whether the light beam spanned between the transmitting element and the receiving element is or is interrupted by an object not. The transmitting elements and receiving elements are each combined in a transmitting unit and a receiving unit, which are mounted opposite one another.
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 emitter and light receiver are housed in two opposing, mixed sending and receiving units. Furthermore, reflective light grids are known in which transmitting and receiving units are mounted on one side of a monitored 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 objects and objects or for dimensional control, but also for object detection and, in particular, 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 field of application for light grids is safety technology. The parallel light beams serve as a kind of virtual wall, and if an object is interrupted, for example, a source of danger is secured. In automation technology, light grids are used to measure the expansion 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, to be precise with an accuracy that is given by the spacing of 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 sending elements is idealized. In fact, depending on the opening angles of the beam-shaping optics, transmit and receive lobes are created. Given the usual distances between the transmitting unit and the receiving unit, it is often impossible to avoid a receiving element receiving transmitted light not only from the assigned transmitting element but also from its neighbors due to the transmission beam divergence. In order to avoid incorrect evaluations, the transmission elements are therefore activated cyclically. In this case, individual light pulses or packets are sent out one after the other from each transmission element, and only the associated receiving element is activated for a certain time window in order 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. 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.
-
1 until4th one optoelectronic system each; -
5 a two-part housing; -
6th a first housing part; -
7th an optoelectronic sensor; -
8th a state-of-the-art optoelectronic system.
In den nachfolgenden Figuren sind identische Teile mit identischen Bezugszeichen versehen.In the following figures, identical parts are provided with identical reference symbols.
Gemäß
Das Optikbauteil
Beispielsweise ist der erste thermische Längenausdehnungskoeffizient der Leiterkarte
Das Optikbauteil
Gemäß
Beispielsweise sind die Partikel
Durch die sehr kleinen Partikel
Gemäß
Gemäß
Mit der Linsenform gemäß
Gemäß
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 a plurality of rows and a plurality of columns.
Gemäß
Die Gehäuseteile
Die zwei Gehäuseteile
Gemäß
Das erste Gehäuseteil
Gemäß
Die Klippverschlüsse sind beispielsweise in den jeweiligen Gehäuseteilen integriert. Mittels Klebeverbindung, Ultraschallschweißnaht oder mittels Laserschweißnaht kann einfach eine dichte Verbindung zwischen den Gehäuseteilen
Gemäß
Gemäß
Gemäß
Gemäß
Gemäß
Gemäß
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Optoelektronisches SystemOptoelectronic system
- 22
- LeiterkarteCircuit board
- 33
- LichtsenderLight transmitter
- 44th
- LichtempfängerLight receiver
- 55
- OptikbauteilOptical component
- 66th
- Linselens
- 77th
- PartikelParticles
- 88th
- SekundärmaterialSecondary material
- 99
- PrimärmaterialPrimary material
- 1111
- zweiteiliges Gehäusetwo-part housing
- 1212th
- erstes Gehäuseteilfirst housing part
- 1313th
- zweite Gehäuseteilsecond housing part
- 1414th
- optoelektronischer Sensoroptoelectronic sensor
- 1515th
- LichtgitterLight curtain
- 1616
- Optikoptics
- 1717th
- optische Achseoptical axis
- 1818th
- TubusTube
Claims (14)
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 |
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Publication Number | Publication Date |
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DE102020111130B4 DE102020111130B4 (en) | 2024-09-26 |
Family
ID=78260669
Family Applications (1)
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DE102020111130.4A Active DE102020111130B4 (en) | 2020-04-23 | 2020-04-23 | Optoelectronic system and optoelectronic sensor |
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Citations (2)
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---|---|---|---|---|
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US20150362585A1 (en) | 2013-07-12 | 2015-12-17 | Princeton Optronics Inc. | 2-D Planar VCSEL Source for 3-D Imaging |
-
2020
- 2020-04-23 DE DE102020111130.4A patent/DE102020111130B4/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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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 |
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DE102020111130B4 (en) | 2024-09-26 |
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