CN101411179B - 摄像系统及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种摄像系统(1)及其制造方法，该摄像系统尤其用于汽车应用，该摄像系统至少具有：一衬底(3)、一施加在该衬底(3)上及借助接触装置(5)触点接通的图像传感器(2)，以及一光学透明的浇注材料(6)，其覆盖该图像传感器(2)、所述接触装置(5)及衬底上侧面(a)的一部分，其中，在该浇注材料(6)中或上构造或固定一光学装置(16，20，22，23，24，30)。所述光学装置(16，20，22，23，24，30)可以在所述浇注材料(6)成形后或直接地安装到所述浇注材料(6)中。此外，该光学装置也可直接通过所述浇注材料的成形来构造。该摄像系统的制造可以结合到电路板的装件方法中。
Description
技术领域
本发明涉及一种摄像系统及其制造方法。
背景技术
由WO 2005/015897 A1公知了一个摄像系统，该摄像系统具有一个图像传感器，一个光学单元，一个壳体及用于相对壳体固定图像传感器的固定装置。在壳体内侧设有定向装置，它可实现图像传感器的主轴与光学单元的主轴的相互的非固定的轴向定向。有利地设置了螺纹式接收装置作为壳体的光学单元的接收装置
这种摄像单元可实现高的光学精确度。但其结构相对复杂及通常需要费事的安装及调整。
发明内容
按照本发明，提出了一种摄像系统，尤其是用于汽车应用，该摄像系统至少具有：一衬底，一施加在该衬底上及借助接触装置形成电接触的图像传感器，一液态地或稠液态地或膏状地以凸的形状被施加在衬底上的、光学透明的浇注材料，该浇注材料覆盖该图像传感器、所述接触装置及衬底上侧面的一部分，其中，在该浇注材料中或上构造或固定了一光学装置。
按照本发明，还提出了一种用于制造摄像系统的方法，至少具有以下步骤：将至少一个图像传感器固定在一衬底上并且触点接通，在该衬底上施加一光学上透明的浇注材料，使得该浇注材料覆盖所述图像传感器及其接触装置，其中，该浇注材料被液态地或稠液态地或膏状地以凸的形状施加在该衬底上，在所述浇注材料上或中构造或安装一光学装置。
根据本发明提出，在衬底上的图像传感器及其接触装置上施加浇注材料，该浇注材料是光学上透明的及由此可实现钝化或保护以免机械上的影响，但不影响图像传感器的光学测量。这里图像传感器尤其可为一个半导体器件、例如一个成像芯片，其中尤其可将印刷电路板设置为衬底。
光学装置，例如透镜或透镜系统可根据不同的实施形式被施加或构造在浇注材料中。有利地，摄像系统的制造可组合在衬底的装件方法(Bestueckungsverfahren)中，这就是说，该制造在电路板-装件机(Bestueckungsmaschine)中进行，以致可保持低的制造成本及能以小成本实现大的产品数目。
因此根据本发明的摄像系统可紧凑、可靠及稳定地并仍能以小的制造成本及大量件数地制造。
根据第一实施形式，在浇注材料中例如借助一个凸模构造出一个接收凹部及接着在该接收凹部中固定、例如粘接光学装置。根据另一实施形式，光学装置被直接地压入还未硬化的浇注材料中。
根据另一实施形式，所施加的浇注材料可被直接地构造成光学装置，例如通过浇注材料的位于光轴中的、例如以一个透镜区域或一个透镜的形式的表面区域的相应成型来构造光学装置。这些实施形式原则上也可相互组合。
因此，一方面可实现既对传感器也对接触装置的机械保护或钝化，以便达到高的精确度及长的使用寿命，以及使得相应的环境因素如温度、湿度等对摄像的不利影响在各种情况下都很小。另一方面可施加或构造所需的光学装置，其可实现图像传感器在一个待观察的区域上的合适的聚焦，即可实现所需的顶焦距或焦距。这里原则上也可施加更复杂的透镜系统，例如叠置的透镜组。
根据一个优选的实施形式，浇注材料具有与光学装置-例如玻璃或塑料-相似的折射率或相似的折射系数，因此浇注材料与被压入或粘入的光学装置之间的界面是不太重要的。
附图说明
以下将借助附图通过各个实施形式来描述本发明。附图表示：
图1至5：用垂直截面表示的根据第一实施形式的摄像系统的制造方法；
图1：在图像传感器上施加浇注材料；
图2，3：浇注材料的表面成型；
图4：在成型的浇注材料中放置一个透镜；
图5：具有粘接的透镜的摄像系统；
图6：根据另一实施形式的直接压入透镜的摄像系统的制造；
图7：用于摄像系统中的各种透镜；
图8：根据另一实施形式的摄像系统，其中，直接在浇注材料中构造透镜。
具体实施方式
为了制造图5中所示的摄像系统1，根据图1首先将一个作为图像传感器的成像芯片2固定到一个衬底3、例如一个印刷电路板3的衬底上侧面3a上，例如借助一个粘接剂层4来固定及通过压焊丝5触点接通。接着在衬底上侧面3a上这样施加一浇注材料6(球形顶)，使得该浇注材料完全地覆盖成像芯片2及其压焊丝5。在此情况下有利地在衬底上侧面3a上设置一个用于限制所施加的浇注材料的限界装置8。如图1所示地，该限界装置8可通过一个在衬底3上环绕地、即尤其环形地构造的边缘8构成。但此外，挡边也是可以的，在为挡边时，在溢出时，过剩的材料被向着侧边上导出。
如图1中所示，浇注材料6以有利方式液态地或稠液态地或膏状地以凸的形状、例如液滴形状被施加，浇注材料6的足够的黏度对此是有利的；由此已构成一个类似透镜的形状。浇注材料6例如可借助紫外线(UV)来硬化。
根据本发明，浇注材料6在光学上、例如至少在相关波长范围中对待检测的射线的是透明的。成像芯片2尤其可用于接收可见的波长范围中的光；但原则上也可在红外线频谱范围中使用。浇注材料6被用作钝化装置，用于成像芯片2及其压焊丝5以及衬底3上的接触面、例如键合区的钝化或机械保护，而对相关射线的接收无不利影响。
接着根据图2及3，浇注材料6通过由上往下的凸模10由上而机械地变形，然后凸模10再返回。由此浇注材料6的上表面可构造成不同的形状。根据图3可构造成一个接收凹部14，在浇注材料硬化后在根据图4的下一方法步骤中从上往下地借助一个施加工具17将一个作为光学单元的透镜16置入并借助例如粘接剂18固定在接收凹部14中。为此可事先将粘接剂18施加在透镜16上或施加在相应的光学单元22的侧向粘接面15上。例如可使用一种紫外线(UV)固化的粘接剂18及接着被固化。因此，由此就构成了图5中所示的具有衬底3、成像芯片2、透光的浇注材料6及固定在其上的透镜16的摄像系统。根据图5，可在透镜16与浇注材料6之间保留一个自由空间19。对此变换地，也可将透镜16直接嵌入在浇注材料6中，即不产生该自由空间19，以致这里仅存在一个交界面。有利地，粘接剂18仅在光轴A的横向上的很外面被设置，以便粘接剂不会影响到射线通道。但原则上也可在光学上有关的区域中在透镜16与浇注材料6之间设置光学上透明的粘接剂18。
根据图1至5，因此接收凹部14构造成一个机械上的功能面14，即构造成透镜架或透镜座。
根据图6，透镜20也可直接借助施加工具17、例如一个真空吸罩17被压入到浇注材料6中，因此可不使用任何粘接剂18。在该实施形式中也产生出一个确定的光学的射线通道，因为浇注材料6仅在相对光轴A横向上的位于很外面的区域中产生变形或被向外压出；在射线通道A的区域中在成像芯片2的上面设有浇注材料6及透镜20。在该实施形式中每个被施加的透镜18，20或光学单元22可通过从上面设置一附加的防护件、例如一用于固定相应透镜18，20的边缘及被压入浇注材料6中的防护环来防脱。
除图5的凸透镜16及图6或图7b的双凸的透镜外也可设置其它形式的、例如根据图7c的由多个透镜23，24组成的光学单元22，这些透镜例如通过粘接材料25彼此连接。
此外根据本发明，还可以直接地使所施加的浇注材料6相应地成型来作为光学单元。图8表示一个例子，在该例中所施加的浇注材料6从上面通过一个凸模28至少在一个与光学的射线通道有关的中间区域中在其上表面6a上被成型。由此在浇注材料6的上表面6a中得到一个透镜区域30，该透镜区域尤其是构造成凸的，用于聚焦入射的光束。该透镜区域30可事后被研磨和/或抛光。因此在该实施形式中透镜区域30构造成浇注材料6中的功能面。视光学单元的构型而定，透镜区域30的凹的构型也可能是有利的，以便补偿光学单元的成像误差。
可通过透镜16，20或光学单元22的各个透镜23，24以及浇注材料6的适当折射率的选择来影响所需的光学特性。
所有的方法步骤可在电路板装件机中进行，即在电路板装件时进行。在施加了成像芯片2及压焊丝5以后接着施加一滴浇注材料6，以及在其硬化前使用相应的凸模10，或者通过施加工具17置入透镜16。也可根据图8，在电路板装配过程期间通过凸模28来进行浇注材料6的成型。
浇注材料6及透镜16，20或23，24的玻璃材料或塑料材料的折射率可构造成类似的或相同的，以便分界面对光学镜系统的总折射力仅提供很小的贡献。
摄像系统1尤其可被用作具有固定焦距的固定聚焦系统。为此，对于正确的聚焦及由此对于高的成像质量，图像侧的顶焦距通过不同的措施来确定。一个措施是，图像侧的顶焦距(Schnittweite)或相应透镜16，20或光学单元22的焦距在置入浇注材料6中前是已知的或当前被确定。
此外也可在装件机中进行实时聚焦(Real Time-Fokussierung)，以便达到对比度的优化。对此可有多种聚焦的可能性：
a)透镜16，20或光学单元22的支承点被有目的地加工、例如被研磨，以使得图像传感器1在安装后的位置与顶焦距相重合。这里在图1至5的第一实施形式中，透镜16的支承点通过粘接面15来确定。
b)在粘接时透镜16，20或光学单元22一直被保持在最佳聚焦位置中，直到粘接剂18和/或浇注材料6硬化，在此情况下像平面(Bildebene)位于成像芯片2上。在此情况下，在图1至5的实施形式中粘接剂18硬化。在图6的实施形式中浇注材料6在硬化，这里也是透镜18被施加在最佳聚焦位置中，这在图像侧的顶焦距已知的情况下直接通过装件机或通过施加工具17来进行。
在这种最佳聚焦定位的情况下，在硬化过程期间光或射束沿着光轴A辐射到相应的透镜16，20或光学单元22上，对成像芯片2的测量信号进行分析处理；通常根据成像芯片2的图像信号，对相应的透镜进行很小的调整，或者保持住相应的透镜，其中该图像信号通常被调节到最佳值。
根据本发明的摄像系统可在机动车上用于不同的用途，例如用于座位识别，用于监测机动车的油箱及其它部分，用于检测及识别机动车外围环境，尤其检测及识别车道状态、其它的交通参与者，用于预撞车传感以及用作超车辅助及用于识别交通标记以及识别车道周围环境以补充数字道路地图。在此情况下作为图像传感器尤其可使用成本上有利的半导体元件，例如行扫描CCD或矩阵CCD或矩阵CMOS。
Claims (19)
1.摄像系统(1)，尤其是用于汽车应用，该摄像系统至少具有：
一衬底(3)，
一施加在该衬底(3)上及借助接触装置(5)形成电接触的图像传感器(2)，
一液态地或稠液态地或膏状地以凸的形状被施加在衬底上的、光学透明的浇注材料(6)，该浇注材料覆盖该图像传感器(2)、所述接触装置(5)及衬底上侧面(3a)的一部分，
其中，在该浇注材料(6)中或上构造或固定了一光学装置(16，20，22，23，24，30)。
2.根据权利要求1的摄像系统，其特征在于：所述光学装置具有一透镜(16，20)或一透镜系统(22；23，24)。
3.根据权利要求1或2的摄像系统，其特征在于：所述光学装置被设置用于使入射的光聚焦到所述图像传感器(2)上。
4.根据以上权利要求中一项的摄像系统，其特征在于：所述光学装置(16，20，22)固定在所述浇注材料(6)中。
5.根据权利要求4的摄像系统，其特征在于：在所述浇注材料(6)中构造有一接收部分(14)，所述光学装置(16，20，22)粘接在该接收部分中。
6.根据权利要求4的摄像系统，其特征在于：所述光学装置(16，20，22)被压入所述浇注材料(6)中及被该浇注材料形锁合地固定。
7.根据权利要求1至3中一项的摄像系统，其特征在于：所述光学装置(30)构造成所述浇注材料(6)的一部分。
8.根据权利要求7的摄像系统，其特征在于：所述浇注材料(6)的上表面(12)具有一区域(30)，该区域构成所述光学装置(30)或所述光学装置(30)的一部分。
9.根据以上权利要求中一项的摄像系统，其特征在于：所述图像传感器(2)被通过浇注完全包入在所述衬底(3)上。
10.根据以上权利要求中一项的摄像系统，其特征在于：所述浇注材料(6)由施加在所述衬底(3)上的限界装置(8)形成边界。
11.用于制造摄像系统(1)的方法，至少具有以下步骤：
将至少一个图像传感器(2)固定在一衬底(3)上并且触点接通，
在该衬底(3)上施加一光学上透明的浇注材料(6)，使得该浇注材料覆盖所述图像传感器(2)及其接触装置(5)，其中，该浇注材料(6)被液态地或稠液态地或膏状地以凸的形状施加在该衬底上，在所述浇注材料(6)上或中构造或安装一光学装置(16，20，22，30)。
12.根据权利要求11的方法，其特征在于：在所述浇注材料(6)中构造一接收凹部(14)，接着在该接收凹部中固定所述光学装置(16，20，22)。
13.根据权利要求12的方法，其特征在于：通过借助一凸模(10)的压入，在所述未硬化的浇注材料(6)中构造所述接收凹部(14)。
14.根据权利要求11的方法，其特征在于：所述光学装置(20，22)被压入到所述尚未硬化的浇注材料(6)中。
15.根据权利要求11的方法，其特征在于：所述浇注材料(6)的上表面(12)的一区域被构造成光学装置(30)。
16.根据权利要求11至15中一项的方法，其特征在于：构造及安装所述光学装置的这些步骤构成用于所述衬底(3)装件的装件方法的方法步骤。
17.根据权利要求11至16中一项的方法，其特征在于：在所述装件方法中进行所述图像传感器(2)的实时聚焦。
18.根据权利要求17的方法，其特征在于：在将所述光学装置(16，20，22)粘接到和/或安装到所述浇注材料中时，该光学装置被保持在一最佳聚焦位置中，直到固定该光学装置的粘接材料(18)和/或固定该光学装置的浇注材料(6)固化为止，在该最佳聚焦位置中，像平面位于所述图像传感器(2)上。
19.根据权利要求18的方法，其特征在于：在所述粘接材料(18)和/或所述浇注材料(6)的硬化过程期间，使光或射束沿着光轴A辐射到所述光学装置(16，20，22)上，并且对所述图像传感器(2)的测量信号进行分析处理，其中，必要时改变所述光学装置(16，20，22)的位置。
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