DE19961527A1

DE19961527A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Lichtübertragung mit einem optoelektronischen Bauelement mit einem Lichtleiter

Info

Publication number: DE19961527A1
Application number: DE1999161527
Authority: DE
Inventors: Alfred Baeuml; Thomas Koelpin; Manfred Rodde; Hubert Schuster
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-12-20
Filing date: 1999-12-20
Publication date: 2001-07-05

Abstract

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Lichtübertragung umfaßt ein optoelektronisches Bauelement (3), z. B. eine Leuchtdiode, und einen Lichtleiter (6). Beide sind zumindest teilweise von einer Vergußmasse (9) umgeben. Zwischen der Oberfläche des optoelektronischen Bauelements (3) und dem Lichtleiter (6) besteht eine optisch durchlässige Druckkontaktierung. Diese wird beim Verfahren durch Druckkräfte beim Fügeprozeß erreicht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lichtübertragung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 so wie ein Verfahren zur Lichtübertragung mit einem optoelektro nischen Bauelement und einem Lichtleiter gemäß Anspruch 10.

Eine derartige Lichtübertragung ist beispielsweise erforder lich, wenn bei elektronischen Geräten die optischen Signale von auf Leiterplatten befindlichen Leuchtdioden an der Außen seite nichttransparenter Gehäuse angezeigt werden sollen.

In einer ersten bekannten Lösung (AS-Interface-Module 3RG9001, Siemens-Katalog NS K-1999/2000, Bestell-Nr. E20002-K1002-A101-B1) wird ein stabförmiger Lichtleiter aus transparentem Werkstoff verwendet, der in einem Durchbruch des nicht-transparenten Gehäuses befestigt ist und dessen in neres Ende von einer Leuchtdiode bestrahlt wird, die an pas sender Stelle auf einer Leiterplatte montiert ist. Nachteilig ist bei dieser Lösung, daß wegen unvermeidlicher Fertigungs toleranzen im zusammengebauten Zustand zwischen Lichtleiter und Leuchtdiode ein Abstand verbleiben muß, um eine Beschädi gung der Komponenten zu vermeiden. Durch diesen Abstand wird die von der Leuchtdiode in den Lichtleiter eingekoppelte Lichtleistung verringert und insbesondere von der jeweiligen Toleranzlage abhängig. Nachteilig ist ferner, daß das Gehäuse nicht zum Schutz gegen Umgebungseinflüsse vergossen werden kann, da bei nichttransparenter Vergußmasse der Lichtüber tritt zwischen Leuchtdiode und Lichtleiter verhindert wird und bei transparenter Vergußmasse ein Übersprechen von be nachbarten Lichtleitern erfolgt.

In einer zweiten bekannten Lösung (Näherungsschalter 3RG4012-3AB00, Siemens-Katalog NS K - 1999/2000, Bestell-Nr. E20002-K1002-A101-B1) wird das Licht einer auf einer Leiter platte montierten Leuchtdiode über eine transparente Verguß masse zu vier Durchtrittsöffnungen in einem ansonsten nicht transparenten Gehäuse geleitet, wobei die Durchtrittsöffnun gen mit einem transparenten Kunststoffrohr gegen die Verguß masse abgedichtet sind. Nachteilig ist bei dieser Lösung, daß nur ein Signal gleichzeitig übertragen werden kann, da bei mehreren gleichzeitig übertragenen Signalen wegen der Verwen dung transparenter Vergußmasse ein starkes Übersprechen er folgt, z. B. in Form einer Mischung verschiedener Signalfar ben. Nachteilig ist außerdem, daß transparente Vergußmassen hohe thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, so daß die Lösung nur für Gehäuse mit kleinem Vergußvolumen geeignet ist.

Eine weitere Lösung gemäß einer noch unveröffentlichten Pa tentanmeldung des Patentanmelders vermeidet die geschilderten Nachteile dadurch, daß zwischen dem Ende des Lichtleiters und der Oberfläche des optoelektronischen Bauelementes ein ver formbares transparentes Koppelmedium eingebracht wird, das den montagetechnisch bedingten Spalt zwischen dem Lichtlei terende und dem optoelektronischen Bauelement unter Ausgleich von Toleranzen überbrückt und unter Wirkung der Fügekraft ei ne in noch nicht ausgehärteter Phase vorliegende Vergußmasse von den optischen Oberflächen verdrängt. Nachteilig ist da bei, daß mit dem verformbaren transparenten Koppelmedium ein zusätzliches Konstruktionselement erforderlich wird, dessen Bereitstellung und Anbringung zusätzliche Kosten verursacht.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich tung und ein Verfahren zur Lichtübertragung der oben genann ten Art anzugeben, das unabhängig von Montagetoleranzen und bei Verguß des Lichtleiters und des optoelektronischen Bau elements mit nichttransparenter Vergußmasse ermöglicht, ein optisches Übersprechen benachbarter Lichtleiter zu vermeiden, ohne daß hierzu zusätzliche Konstruktionselemente benötigt werden.

Die Aufgabe wird bezüglich der Vorrichtung erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Dazu werden der Lichtleiter und das optoelektronische Bauelement so dimensio niert und positioniert, daß sich zwischen ihnen im zusammen gefügten Zustand unter allen zu betrachtenden Toleranzlagen eine maßgebliche Überschneidung ergibt, die durch die Nutzung federnder Eigenschaften der verwendeten Materialien oder Kon struktionsprinzipien zu einer optisch durchlässigen Druckkon taktierung zwischen dem Lichtleiterende und der Oberfläche des optoelektronischen Bauelements führt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sind den Unteransprüchen 2 bis 9 zu entnehmen.

Die Aufgabe bezüglich des Verfahrens wird erfindungsgemäß nach Anspruch 10 gelöst.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungsfiguren näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Einrichtung zur Übertragung von Licht zwischen einem optoelektronischen Bauelement und einem Licht leiter nach dem beschriebenen Stand der Technik,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Übertragung von Licht unter Verwendung eines dauerelastischen Licht leiters zu Beginn des Fügevorgangs,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Übertragung von Licht unter Verwendung eines dauerelastischen Licht leiters nach Abschluß des Fügevorgangs,

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Übertragung von Licht unter Verwendung eines unelastischen Lichtlei ters und einer durch eingebrachte Schlitze elastisch gestalteten Leiterplatte,

Fig. 5 die Draufsicht einer durch Einbringung von Schlitzen elastisch gestalteten Leiterplatte einer Einrichtung gemäß Fig. 4,

Fig. 6 eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Übertragung von Licht unter Verwendung eines federnden Trägers zur Halterung und elektrischen Kontaktierung des opto elektronischen Bauelements,

Fig. 7 eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Übertragung von Licht unter Verwendung eines federnd gestalteten Lichtleiters.

Fig. 1 zeigt das Schnittbild einer Vorrichtung zur Übertragung von Licht zwischen einem optoelektronischen Bauelement 3 und einem Lichtleiter 6 nach dem beschriebenen Stand der Technik. In einem Gehäuseunterteil 1 ist eine Leiterplatte 2 befe stigt, die als optoelektronisches Bauelement eine Leuchtdiode 3 trägt. Der Gehäusedeckel 4 wird in einem Fügeprozeß mit dem Gehäuseunterteil 1 verbunden, z. B. über Schnapphaken 5. Der Lichtleiter 6 wird dabei über der Leuchtdiode 3 positioniert. Zum Ausgleich von Montagetoleranzen befindet sich zwischen dem Ende des Lichtleiters 6 und der Oberfläche der Leuchtdio de 3 ein Spalt 7, der die Lichtübertragung verschlechtert oder sogar unterbricht, wenn der Gehäuseraum 8 mit einer nicht-transparenten Vergußmasse 9 gefüllt wird.

In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Anordnung unter Verwendung eines dauerelastischen Lichtleiters 6 zu Beginn des Fügevor gangs dargestellt. In dessen weiterem Verlauf berührt der Lichtleiter 6 entsprechend Fig. 3 die Leuchtdiode 3 und wird zunehmend komprimiert. Die entstehenden Druckkräfte verdrän gen die Vergußmasse 9 von der Oberfläche der Leuchtdiode 3 und stellen die optische Kopplung unter Ausgleich von Monta getoleranzen auch beim Aushärten der Vergußmasse 9 sicher.

Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Übertragung von Licht unter Verwendung eines unelastischen Lichtleiters 6 und einer durch eingebrachte Schlitze 10 elastisch gestalte ten Leiterplatte. Im Verlauf des Fügevorgangs berührt der Lichtleiter 6 die Oberfläche der Leuchtdiode 3 und biegt die durch Einbringung von Schlitzen 10 erzeugte Zunge 11 aus der Ebene der Leiterplatte 2 heraus. Durch die Fügekraft wird wiederum die noch nicht ausgehärtete Vergußmasse 9 von den optischen Oberflächen verdrängt.

Fig. 5 zeigt für die Anordnung nach Fig. 4 in Draufsicht eine beispielhafte Führung des Schlitzes 10, durch den die elasti sche Zunge 11 in der Leiterplatte 2 erzeugt wird, auf der die Leuchtdiode 3 positioniert ist.

Fig. 6 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der die Leuchtdiode 3 über biegsame Leiterstreifen 12 oberhalb der Leiterplatte 2 gehaltert wird und sich unter Wirkung der Fü gekräfte in Richtung zur Leiterplatte 2 verbiegen läßt.

In Fig. 7 ist eine erfindungsgemäße Anordnung dargestellt, bei der der Lichtleiter 6 in Längsrichtung durch Ausbildung in Form mehrerer spiralförmiger Teillichtleiter 13, 14 federnd gestaltet ist. Diese Anordnung kann vorteilhaft aus transpa rentem Kunststoff spritztechnisch hergestellt werden.

Erfindungsgemäß wird beim Verfahren zur Lichtübertragung mit einem optoelektronischen Bauelement 3 und einem Lichtleiter 6, bei dem durch einen toleranzbehafteten Fügeprozeß ein Spalt zwischen dem optoelektronischen Bauelement 3 und den Lichterleiter 6 besteht, zunächst zumindest teilweise der Spalt mit Vergußmasse ausgefüllt und anschließend durch den Fügeprozeß bedingte Druckkräfte die Oberfläche des optoelekt ronischen Bauelements 3 unter Verdrängung von Vergußmasse 9 unmittelbar mit dem Lichtleiter 6 in optisch durchlässige Druckkontaktierung gebracht, wobei die Druckkräfte durch ela stische Lagerung und/oder Ausführung des optoelektronischen Bauelements 3 und/oder des Lichtleiters 6 begrenzt werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Lichtübertragung mit einem optoelektroni schen Bauelement (3) und einem Lichtleiter (6), wobei das op toelektronsiche Bauelement (3) und der Lichtleiter (6) zumin dest teilweise von einer Vergußmasse (9) umgeben sind, und wobei zwischen der Oberfläche des optoelektronischen Bauele ments (3) und dem Lichtleiter (6) eine optisch durchlässige Druckkontaktierung besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Lichtleiter (6) im wesentlichen aus dauerelastischem transparenten Werkstoff aufgebaut ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß das optoelektronische Bauelement (3) und/oder der Lichtleiter (6) federnd gelagert ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Anprüche, da durch gekennzeichnet, daß das optoelektronische Bauelement (3) auf einer elastischen Zunge (11) einer Leiter platte (2) gelagert ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Zunge (11) durch Schlitze (10) in der Leiterplatte (2) erzeugt ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter (6) elastisch federnd ausgeführt ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter (6) spiralförmig ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das optoelektro nische Bauelement (3) auf einer federnden Leiterplatte (2) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das optoelektro nische Bauelement als Leuchtdiode (3) ausgeführt ist, die durch biegsame Leiterstreifen (10) oberhalb der Leiterplatte (2) in Richtung auf den Lichtleiter (6) gehalten ist.

10. Verfahren zur Lichtübertragung mit einem optoelektroni schen Bauelement (3) und einem Lichtleiter (6), bei den durch einen toleranzbedingten Fügeprozeß ein Spalt zwischen dem op toelektronischen Bauelement (3) und dem Lichtleiter (6) be steht, der zunächst zumindest teilweise mit Vergußmasse (9) ausgefüllt wird, und das anschließend durch den Fügeprozeß bedingte Druckkräfte die Oberfläche des optoelektronischen Bauelements (3) unter Verdrängung der Vergußmasse (9) unmit telbar mit dem Lichtleiter (6) in optisch durchlässige Druck kontaktierung gebracht wird, wobei die Druckkräfte durch ela stische Lagerung und/oder Ausführung des optoelektronischen Bauelements (3) und/oder des Lichtleiters (6) begrenzt wer den.