具有光电零件的部件的制作方法

本发明涉及具有如权利要求1所述的光电零件的部件。本发明还涉及用于生产如权利要求20所述的部件的方法。

本专利申请要求德国专利申请de102016122770.6的优先权，其公开内容通过引用的方式并入本文。

背景技术：

us8,835,968b2公开一种具有载体和光电零件的部件。该零件被配置成用来产生电磁辐射。零件被布置在载体上。布置在载体上的还有透镜壳体，其包括在下侧的零件空间。零件布置在零件空间中。布置在零件上方的透镜壳体的第一侧面具有锥体形状。通过透镜壳体，借助于透镜壳体上的全内反射(tir)来引导辐射。

技术实现要素：

本发明的目的是提供改进的部件以及用于生产部件的改进的方法。

本发明的目的通过独立权利要求来实现。

提出一种具有至少一个光电零件的部件，其中零件被配置为电磁辐射源；具有载体，其中零件布置在载体上；具有框架，其中框架布置在载体上且包围零件空间，其中零件布置在零件空间中；具有透镜，其中透镜布置在框架上且至少部分地覆盖零件空间的开口，其中反射体被配置成将零件的辐射引导到透镜上，其中透镜被配置成引导零件的电磁辐射，其中透镜在面向零件的第一侧面上至少包括部分锥体形状，其中透镜的部分锥体形状包括侧面，其中侧面经由边缘彼此相交。在此情况下，侧面可以特别地至少被配置为梯形面。

部分锥体形状可以具有三角形、四边形或多边形底面。此外，根据底面的形状，设置三个、四个或更多的侧面。

所描述部件的一个优点是部件可以简单且低廉地生产。此外，因为反射体是独立于透镜而形成的，所以部件的结构可以更灵活且更独立地配置。因此部件可以关于反射体的材料以及关于透镜的材料两方面被优化。此外，部件可以关于反射体的形状以及关于透镜的形状而相互独立地优化。此外，可以借助于所提出的部件来实现低部件高度。对于特别包括旋转非对称辐射表面的应用，所提出的部件减少了透镜上的反射损耗。这例如在正方形、矩形或多边形辐射表面的情况下是有利的。与tir透镜相比，所使用的透镜更易于制造。

例如，用于记录图像或影像的摄像机具有光学系统，光学系统具有用于记录图像的矩形传感器几何形状。在此情况下，传感器包括具有例如4比3或16比9的侧比的矩形记录场。利用所提出的部件，可以在矩形区域中有效地照射待记录的图像。

在一个实施例中，第一侧面被配置成截头锥体的形状，其中截头锥体包括梯形侧面和顶面。利用第一侧面的此形状，可以获得高度特别短的部件，其光导良好。

在作为截头锥体的第一侧面的一个实施例中，顶面被配置为平面。以此方式，可以简单地生产部件，并获得良好的光导性能。

在一个实施例中，顶面被配置为曲面，特别是被配置为凸面。以此方式，可以实现光导的改进，同时具有低部件高度。

在一个实施例中，透镜的第一侧面包括锥体形状。利用此实施例，实现良好的光导。

在一个实施例中，至少一个侧面，特别是所有侧面，至少在一个方向的子部分上被配置为曲面。以此方式，可以实现光导的进一步改进。

在一个实施例中，反射体包括内框架面，其中内框架面横向外围地界定零件空间，且其中至少内框架面被配置为零件辐射的反射面。因此减少了发射功率的损失。

在一个实施例中，内框架面在垂直于载体表面的横截面中包括在朝向透镜的方向上向外倾斜的面。以此方式，利用反射体的简单形状可以获得良好的发射。

在一个实施例中，内框架面在垂直于载体表面的横截面中包括在面向透镜的上部的曲率，该曲率比面向载体的下部的曲率更大。利用反射体的此形状，可以用低部件高度来改进发射。

在一个实施例中，内框架面在垂直于载体表面的横截面中包括s形。利用反射体的此形状，可以用低部件高度来进一步改进发射。

在一个实施例中，内框架面在垂直于载体表面的横截面中至少在一个部分中包括凹形。

在一个实施例中，内框架面在垂直于载体表面的横截面中包括从载体开始的第一部分中的直部分，其中直部分基本上定向为垂直于载体的上侧。以此方式，反射体包括简单的形状。

在一个实施例中，直部分延伸到零件的上侧的上方。因此，简单的形状被限制在低辐射区域。

在一个实施例中，内框架面在比第一部分更远离载体的第二部分中包括在透镜方向上向外倾斜的面。

在一个实施例中，内框架面在比第一部分更远离载体的第二部分中至少在子部分中包括s形。

在一个实施例中，框架由四个框架部分形成，其中每次两个框架部分在拐角区域彼此相交，其中第一侧面至少包括部分锥体形状，部分锥体形状具有侧面以及具有在侧面之间的边缘，其中在侧面之间提供了与框架包括拐角区域一样多的边缘，且其中边缘分别朝向框架的拐角区域的方向。以此方式，实现电磁辐射的均匀分布。

在一个实施例中，透镜延伸到零件空间中到达零件上侧与零件空间上端之间距离的三分之一。

在一个实施例中，透镜延伸到零件空间中超过零件上侧与零件空间上端之间距离的三分之一，其中透镜延伸到零件空间中到达零件上侧与零件空间上端之间距离的二分之一。

在一个实施例中，透镜延伸到零件空间中超过零件上侧与零件空间上端之间距离的二分之一，其中透镜延伸到零件空间中到达零件上侧与零件空间上端之间距离的四分之三。

利用此实施例，通过低部件高度获得电磁辐射的期望分布。

在一个实施例中，部分锥体形状被配置为使得透镜的第一侧面的部分锥体形状的底面覆盖框架开口的至少50％、特别是70％或更多。开口的区域被第一侧面覆盖地越多，通过透镜进行的辐射导引就越好。

在一个实施例中，透镜包括第二侧面，其中第二侧面形成为与第一侧面对置，其中第二侧面包括用于导引辐射的导引结构。借助于导引结构，可以改进辐射的期望的导引。

提出一种用于生产部件的方法，部件具有至少一个光电零件，其中零件被配置为电磁辐射源；具有载体，其中零件布置在载体上；布置在载体上的框架，其中框架包围零件空间，其中零件布置在零件空间中；其中透镜布置在框架上且至少部分地覆盖零件空间的开口，其中反射体被配置成将零件的辐射引导到透镜上，其中透镜被配置成引导零件的电磁辐射，其中透镜在面向零件的第一侧面上包括至少部分锥体形状，其中透镜的部分锥体形状包括侧面，其中侧面通过边缘彼此相遇。在此情况下，侧面可以至少被配置为梯形面。

所描述方法的一个优点是部件可以简单且低价地生产。此外，因为反射体是独立于透镜而形成的，所以该方法使得部件结构能够更灵活且更独立地配置。因此部件可以关于反射体的材料以及关于透镜的材料两方面被优化。此外，部件可以关于反射体的形状以及关于透镜的形状而相互独立地优化。

附图说明

结合例示性实施例的以下描述，本发明的上述特性、特征和优点以及实现它们的方式将变得更加清楚和容易理解，这些描述将结合附图进行更详细的解释，其中

图1示出具有反射体和零件的载体的透视图，

图2示出透镜的平面图，

图3示出穿过具有载体、反射体、零件和透镜的部件的横截面，

图4示出图3的部件1的俯视示意图

图5示出具有另一反射体和零件的载体的透视图，

图6示出穿过透镜的横截面，

图7示出穿过具有透镜的另一部件的横截面，

图8示出图7的部件的示意性平面图，

图9示出穿过图7部件的x方向的横截面，

图10示出穿过图7部件的y方向的横截面，

图11示出图6的透镜的透视图，

图12示出图11的透镜的平面图，

图13示出透镜的另一实施例的示意图，

图14示出具有截头锥体形状的侧面的透镜的示意图，

图15示出穿过截头锥体的顶面的x方向的横截面，

图16示出穿过截头锥体的顶面的y方向的横截面，以及

图17示出穿过具有弯曲侧面的透镜的第一侧面的横截面。

具体实施方式

图1示出载体3的示意性透视图，其被配置成正方形板的形状。载体布置在x-y平面中。外围框架2布置在载体3上。框架2在四个侧面包围零件空间5。在零件空间5中，零件4布置在载体3上。零件4被配置为光电零件，其可以发射电磁辐射，特别是可见光。例如，光电零件4被配置为激光二极管或配置为发光二极管。框架2包围零件空间5，框架2具有与载体3相对布置的框架开口6。框架2例如由模制材料形成，例如环氧树脂或塑料、金属，特别是铝。

光电零件4可以被配置为半导体芯片。在所示实施例中，零件4是正方形。框架2包括内框架面7，其在外围横向界定零件空间5。至少内框架面7被配置为反射体，其具有用于零件的辐射的反射面。取决于所选择实施例，整个框架2可以被配置为反射体。反射体可以例如实施为金属面，特别是抛光的金属面。内框架面7从载体3向上延伸到框架2的上部区域8。上部区域8与框架2上的载体3相对布置。

在所示的例示性实施例中，框架2包括四个框架部分9、10、11、12。框架部分分别被配置为直框架部分9、10、11、12，且在拐角部分13、14、15、16中彼此合并。框架部分平行于x轴或平行于y轴来布置，x轴和y轴相互垂直。在所示的例示性实施例中，框架2包括四个拐角区域13、14、15、16，其中每次两个框架部分9、10、11、12以90°的角彼此相交。取决于所选择的实施例，框架2还可以包括仅三个框架部分或四个以上框架部分。此外，框架部分还可以在相应的拐角区域中以不同于90°的角来彼此相交，或彼此合并。此外，拐角区域也可以是圆形的。

框架2的框架部分9、10、11、12的、包括反射面且表示反射体的内框架面7在垂直于载体1表面的横截面上基本上包括s形。反射体的反射面在下文被称为框架部分的内框架面7。

图2以示意图的形式示出透镜18的第一侧面17在y-x平面中的平面图。透镜18的第一侧面17具有锥体形状。在所示实例中，锥体被配置为具有正方形底面19的正方形锥体。此外，锥体包括布置在距离底面预定高度的顶点20。正方形锥体包括四个侧面21、22、23、24，它们被配置成三角形并在顶点20处会聚。设置边缘29、30、31、32，它们分隔第一侧面17的侧面21、22、23、24，并从顶点20开始朝向底面的拐角方向。由于锥体形状的底面表示正方形，所以四个侧面21、22、23、24被相同地配置。透镜18的第一侧面17由外围边缘25包围。透镜18因此包括由边缘25包围的锥体形状的第一侧面17。透镜18由对零件4的辐射透明的材料制成，其折射率大于空气的折射率。例如，透镜18可以由玻璃或硅树脂或环氧树脂或塑料制成。零件4的辐射可以包括可见光和/或红外光。

术语透镜表示光学透明元件，其通过折射和/或反射实现辐射导引和辐射引导，在此情况下，光学元件可以包括成像功能，尽管它不需要。术语透镜因此并不限于光学成像元件。

图3示出穿过部件1的、在x-z平面中的示意性横截面，部件1包括根据图1的载体3、框架2和零件4，图2的透镜18被放置在零件空间5的开口6上。在此情况下，具有锥体形状的第一侧面17突出到零件空间5中。透镜18被放置为边缘25在框架2的上部区域8上。所示的横截面通过第一侧面17的锥体形状的第一侧面21和第三侧面23。此外，横截面延伸穿过第一框架部分9和第三框架部分11。锥体形状的顶点20从边缘25开始向零件空间5突出预定的高度h。形成反射体的框架部分9、10、11、12的内框架面7在本实例中被相同地配置。

在所示实施例中，在所示横截面中包括反射面的框架部分的内框架面7包括在透镜18的方向上从载体3开始向外倾斜的面。在此情况下，框架面7的倾斜角可以相对于载体3的上侧的平面以不同的部段来配置。例如，框架面7可以在下部第一部分26中垂直于载体3的上侧来定向。在随后的第二部分27中，框架面7具有曲率半径，且被布置成远离零件4横向向外倾斜，并具有凸形形状。在从第二部分27延续并延伸到框架2的上部区域8的第三部分中，框架面7具有凹形形状。取决于所选择的实施例，框架部分的框架面7还可以被配置为向外倾斜的面。

透镜18包括具有低锥体形状的第一侧面17，锥体顶点20与零件4的上侧33之间的距离小于零件空间5的高度的三分之一。零件空间5的高度表示载体3的上侧与框架2的上侧8之间的距离。取决于所选择的实施例，透镜18可以包括具有较大高度的第一侧面17。顶点20因此可以更深地突出到零件空间5中，进入位于零件4的上侧33与框架2的上侧8之间的距离的三分之一与二分之一之间的区域中。

取决于所选择的实施例，透镜18可以在与第一侧面17对置的第二侧面34上包括更多光导结构，诸如凹槽、透镜或微棱镜，从而实现零件4的电磁辐射的额外射束成形。

在另一实施例中，第一侧面17可以具有更大高度的锥体形状，并突出到零件空间5中到达零件4的上侧33与框架2的上侧8之间的距离的二分之一，特别是到达四分之三。此外，取决于所选择的实施例，锥体顶点20还可以布置成更接近零件4的上侧33，且顶点20与零件4之间的距离可以小于零件5的上侧与框架2的上侧8之间的距离的三分之一。

图4示出图3的部件1的俯视示意图，透镜18被透明地表示。透镜18被定向为使得锥体的底面19的拐角被布置在框架2的拐角区域13、14、15、16上。分隔第一侧面17的侧面21、22、23、24的边缘29、30、31、32因此在框架7的拐角区域13、14、15、16的方向上对齐。锥体的底面19优选地被配置成大到使得开口6的至少50％、特别是75％或更多的面积被底面19覆盖。例如，底面19可以覆盖开口6的超过90％、特别是超过95％的面积。以此方式，实现了有效的辐射导引。

在具有三个拐角区域的框架2的配置中，锥体形状还包括仅三个侧面和三个边缘。同样在此实施例中，锥体的底面19的边缘且因此拐角朝向框架的拐角区域的方向。如果框架包括四个以上拐角区域，那么透镜18也具有锥体形状，其底面19具有四个以上拐角，且因此具有四个以上侧面和四个以上边缘。同样在此实施例中，锥体的底面的拐角且因此边缘分别朝向框架2的拐角区域的方向。

图5示出具有框架2和零件4的载体3的另一实施例的透视图。框架2由四个框架部分9、10、11、12形成，且基本上根据图1来构造。然而，框架部分9、10、11、12的框架面7的形状与图1的实施例不同。此外，第一框架部分9和第三框架部分11被配置成比第二框架部分10和第四框架部分12更长。第一框架部分9和第三框架部分11被配置成相同长度。第二框架部分10和第四框架部分12被配置成相同长度。具有四个框架部分的框架7因此限定了矩形零件空间5。

图6在横截面中示出了透镜18的另一实施例，其包括根据图2的透镜18的锥体形作为第一侧面17，尽管顶点20比图2中更远离底面或框架25。此外，透镜18包括矩形底面。

图7示出部件1，其包括具有根据图5的载体3和零件4的框架2以及根据图6的透镜18。透镜18突出，第一侧面17以及锥体顶点20更接近零件4的上侧33。此外，横截面中所示的第一框架部分9和第三框架部分11具有与图1和图3的实施例的框架部分不同的形状。在所示实施例中，框架部分9、11的框架面7被划分为第一部分26和第二部分27。第一部分26与载体3的上侧相交，且被垂直地配置。第一部分26延伸到零件4的上侧33上方。框架面7的第二部分27从第一部分26延伸到框架2的上侧8。第二部分27被配置为弯曲的凹面。

取决于所选择的实施例，透镜18可以在与第一侧面17对置的第二侧面34上包括光导结构，诸如凹槽、透镜或微棱镜，从而实现零件4的电磁辐射的额外射束成形。

图8示出矩形透镜18、框架7和图7的部件1的示意性平面图，其中示出了框架部分9、10、11、12。第一侧面21和第三侧面23具有相等的大小。第二侧面22和第四侧面24具有相等的大小。

图9示出穿过图7和8的部件1的z-x平面中的横截面。在此情况下可以看出，从零件4的上侧33发射的辐射场可以划分为两个区域35、36，这两个区域35、36被表示为由假想的分隔线38分开。在第一区域35中，射线直接发射到透镜18的第一侧面17中。在形成在第一区域35与框架2之间的第二区域36中，电磁射线首先从零件4的上侧33开始，在内框架面7的方向上发射，被内框架面7反射，且被导向透镜18的第一侧面17的方向。

图10示出在z-y平面中的穿过图7和8的部件1的横截面。零件空间5包括矩形面，且被配置成在y方向上比x方向上更长。以类似的方式，透镜18的第一侧面17的锥体形状侧面的倾斜角对于第一侧面21和第三侧面23比对于第二侧面22和第四侧面24小。同样在此情况下，从零件4的上侧33发射的辐射场可以划分为两个区域35、36，这两个区域35、36被表示为由假想的分隔线38分开。

图11以透视图示出图6的透镜18的第一侧面17的平面图。第一侧面17具有有矩形底面19的锥体形状。第一侧面21和第三侧面23以及第二侧面22和第四侧面24分别被相同地配置。然而，第一侧面21和第二侧面22的形状和面积不同。

图12示出图10的透镜18的第一侧面的平面图。

取决于所选择的实施例，图2或图6的透镜18的第一侧面17还可以具有有五个拐角且因此有五个侧面的底面20的锥体形状，如图13中所示。

此外，图2或图6的透镜18的第一侧面17还可以被配置成部分锥体形状，特别是截头锥体的形状，如图14中所示。截头锥体包括矩形底面19。在此实施例中，第一侧面17包括四个侧面21、22、23、24和一个顶面37。顶面同样被配置成矩形。在此实施例中侧面21、22、23、24被配置为梯形面。顶面37平行于底面19来布置。在所示实施例中，底面19包括四个拐角，且锥体形状因此还包括4个边缘29、30、31、32。截头锥体的底面19优选地被配置成大到使得开口6的至少50％、特别是75％或更多的面积被底面19覆盖。例如，底面19可以覆盖开口6的超过90％、特别是超过95％的面积。以此方式，实现了有效的辐射导引。

取决于所选择实施例，还可以设置具有第一侧面17的透镜18，其包括根据图14的截头锥体，但底面19被配置为正方形。在此实施例中，顶面37也被配置为正方形。

此外，取决于所选择的实施例，在截头锥体形状的透镜18的第一侧面17的配置中，顶面37和侧面21、22、23、24都可以具有圆形形状，特别是凹形或凸形形状。

图15示出穿过图14的透镜18的第一侧面17的顶面37的横截面，横截面被布置在z-x平面中。顶面37被布置在y-x平面中。然而，在这个选择的实施例中，顶面37包括沿y轴在z轴中的弯曲。

图16示出在z-y平面中穿过图14的顶面的横截面。顶面37还包括沿着y轴在z轴方向上的曲率。取决于所选择的实施例，顶面37沿x轴和沿y轴的曲率的半径可以是相等的尺寸或不同的尺寸。

以类似的方式，截头锥体形状的第一侧面17或锥体形状的第一侧面17的侧面都可以被配置为凸面或凹面，并包括曲率。

图17示出在平行于底面19布置的y-x平面中穿过图14的截头锥体的侧面21、22、23、24的横截面。在此情况下，可以看出侧面21、22、23、24分别包括曲率，即在x-y平面中向外的曲面。

因此，截头锥体形状和锥体形状的透镜18的第一侧表面17可以包括在平行于底面19的平面中和垂直于底面19的平面中为圆形的面。侧面的曲率，特别是凸曲率，应该被设计得最大，使得来自零件的每一发射区域的光线可以直接照射到侧面与每一第一侧面的边缘之间的过渡区域。

平面侧面21、22、23、24的倾斜角可以在1°与45°之间。例如，侧面可以相对于底面19成15°角定向。一个零件可以包括上侧33，该上侧例如在500μm和1mm的长和宽之间。零件可以具有在1.6mm范围内的高度。反射体可以具有例如在0.8mm范围内的整体高度。

由透镜18的第一侧面17反射的射线从外部反射到反射体上，且不会毫无偏差地离开部件。此外，由零件发射的电磁辐射直接照射反射体，即反射内框架面7。照射内框架面7的电磁射线在第一侧面17的方向上被反射，且在光轴方向上被第一侧面17均匀地折射。

由于截头锥体形状或锥体形状，反射体可以被配置成平坦的，也就是说，内框架面7可以具有相对较小的高度。以此方式，可以获得非常平坦的反射体设计。此外，可以实现正方形或矩形发射几何形状的高射束强度和窄角度发射。此外，由于所提出的部件，通过更有效地利用透镜结构反射的射线，实现了效率的提高。因此，减小未偏离到光轴的光的比例。

附图标记列表

1部件

2框架

3载体

4零件

5零件空间

6开口

7框架面

8上部区域

9第一框架部分

10第二框架部分

11第三框架部分

12第四框架部分

13第一拐角区域

14第二拐角区域

15第三拐角区域

16第四拐角区域

17第一侧面

18透镜

19底面

20锥体顶点

21第一侧面

22第二侧面

23第三侧面

24第四侧面

25边缘

26第一部分

27第二部分

28第三部分

29第一边缘

30第二边缘

31第三边缘

32第四边缘

33零件的上侧

34第二侧面

35第一区域

36第二区域

37顶面

38分隔线。