DE102016010040A1 - Camera module and associated manufacturing process - Google Patents
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Abstract
Um eine optische Blende (21) innerhalb eines Kameramoduls (1) passiv, also ohne aktives Bewegen derselben, auf einen Linsenkörper (3) des Kameramoduls (1) auszurichten und somit die Herstellung des Kameramoduls zu vereinfachen wird vorgeschlagen, an dem Linsenkörper (3) eine Querschnittsverengung (8) vorzusehen, wobei ein opakes Element (9) auf eine die Querschnittsverengung (8) bildende Seitenfläche (10) des Linsenkörpers (3) aufgebracht ist, sodass das opake Element (9) selbsttätig eine auf den Linsenkörper (3) ausgerichtete Blendenöffnung (11) bildet.In order to align an optical diaphragm (21) within a camera module (1) passively, ie without actively moving it, onto a lens body (3) of the camera module (1) and thus simplify the production of the camera module, it is proposed to mount it on the lens body (3). a cross-sectional constriction (8) to be provided, wherein an opaque element (9) on a cross-sectional constriction (8) forming side surface (10) of the lens body (3) is applied, so that the opaque element (9) automatically on the lens body (3) aligned Aperture (11) forms.
Description
Die Erfindung betrifft ein Kameramodul mit einem Bildsensor und mindestens einem Linsenkörper sowie ein zugehöriges Verfahren zur Fertigung eines solchen Kameramoduls.The invention relates to a camera module having an image sensor and at least one lens body and an associated method for manufacturing such a camera module.
Derartige Kameramodule sind bekannt und werden beispielsweise in Endoskopen aber auch anderen miniaturisierten optischen Geräten eingesetzt, insbesondere um Videoaufnahmen zu ermöglichen.Such camera modules are known and are used for example in endoscopes but also other miniaturized optical devices, in particular to allow video recordings.
Für eine hohe Qualität des Abbildungsprozesses ist es dabei häufig erforderlich, eine optische Blende oder eine sonstige Strahlbegrenzung in dem Kameramodul auszubilden. Unter einer optischen Blende kann allgemein eine Vorrichtung verstanden werden, die ein in ein optisches System einfallendes Lichtbündel begrenzt, wobei Strahlen innerhalb einer Blendenöffnung die Blende passieren während sie außerhalb der Blendenöffnung von einem oder mehreren abschattenden Elementen vollständig geblockt oder zumindest abgeschwächt werden.For a high quality of the imaging process, it is often necessary to form an optical shutter or other beam limitation in the camera module. An optical stop can generally be understood to mean a device which delimits a light bundle incident in an optical system, with rays within an aperture passing through the stop while being completely blocked or at least attenuated outside the aperture by one or more shadowing elements.
Insbesondere kann mittels einer optischen Blende eine Eintrittspupille und damit eine in ein optisches System eingebrachter Lichtfluss kontrolliert werden, sowie der Einfluss von Stör- und Streulicht begrenzt werden.In particular, an entrance pupil and thus a light flux introduced into an optical system can be controlled by means of an optical diaphragm, and the influence of interfering and stray light can be limited.
Zur Bereitstellung von optischen Blenden in Kameramodulen ist es üblich, entsprechende Licht abschattende Elemente auf die oder den Linsenkörper auszurichten, um so das gewünschte Abbildungsverhalten zu erreichen. Die Ausrichtung der die optische Blende bildenden Elemente muss dabei sowohl entlang der optischen Achse des Linsenkörpers als auch senkrecht zu dieser Achse sehr genau erfolgen, meist sogar begleitet durch eine Vermessung der Abbildungseigenschaften, was auch als aktives Ausrichten („active alignment”) bekannt ist. Ein aktives Ausrichten macht die Fertigung von Kameramodulen jedoch sehr aufwendig und damit teuer.To provide optical apertures in camera modules, it is common practice to align appropriate light shading elements on the lens body or bodies to achieve the desired imaging performance. The alignment of the elements forming the optical stop must be very accurate both along the optical axis of the lens body and perpendicular to this axis, usually even accompanied by a measurement of the imaging properties, which is also known as active alignment. However, an active alignment makes the production of camera modules very expensive and therefore expensive.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kameramodul bereitzustellen, welches eine optische Blende aufweist und welches sich einfach und mit geringen Kosten fertigen lässt. Eine weitere Aufgabe besteht darin, gängige Fertigungsverfahren von Kameramodulen, insbesondere in Bezug auf die Herstellung einer optischen Blende, zu vereinfachen. Die Vereinfachung hat dabei zum Hauptziel, die Herstellungskosten des Kameramoduls soweit zu senken, dass dieses als Wegwerf-Artikel, insbesondere für medizinische Anwendungen, verwendbar wird.The invention has for its object to provide a camera module, which has an optical aperture and which can be easily and inexpensively finished. Another object is to simplify common manufacturing methods of camera modules, in particular with regard to the production of an optical shutter. The simplification has the main aim of reducing the production costs of the camera module to the extent that it can be used as a disposable item, in particular for medical applications.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß bei einem Kameramodul die Merkmale von Anspruch 1 vorgesehen. Insbesondere wird somit erfindungsgemäß zur Lösung der Aufgabe bei einem Kameramodul der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass der mindestens eine Linsenkörper einen dem Bildsensor zugewandten ersten Bereich sowie einen an diesen unmittelbar angrenzenden zweiten Bereich aufweist, wobei zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich eine Querschnittsverengung gebildet ist und wobei im Bereich der Querschnittsverengung ein opakes Element auf eine Seitenfläche des Linsenkörpers aufgebracht ist, sodass das opake Element eine Blendenöffnung bildet.To achieve this object, the features of
Das opake Element erfüllt somit die Funktion einer optischen Blende. Durch das Vorsehen einer Querschnittsverengung an dem wenigstens einen Linsenkörper wird erreicht, dass eine Außenkontur der Querschnittsverengung eine Lage des opaken Elements und damit eine Lage der Blendenöffnung relativ zu einer optischen Achse des Linsenkörpers ausrichtet; damit ist die Blendenöffnung passiv in Bezug auf die optische Achse des Linsenkörpers ausrichtbar. Von Vorteil ist dabei, dass bei einem erfindungsgemäßen Kameramodul eine Blende ohne aufwendiges aktives Ausrichten von abschattenden Elementen realisiert werden kann und/oder dass die Blendenöffnung eine Aperturblende zur Festlegung einer Eintrittspupille des Kameramoduls oder eine Feldblende zur Festlegung eines Blickfelds des Kameramoduls bilden kann.The opaque element thus fulfills the function of an optical aperture. By providing a cross-sectional constriction on the at least one lens body is achieved that an outer contour of the cross-sectional constriction aligns a position of the opaque element and thus a position of the aperture relative to an optical axis of the lens body; Thus, the aperture is passively aligned with respect to the optical axis of the lens body. The advantage here is that in a camera module according to the invention, a diaphragm without complex active alignment of shading elements can be realized and / or that the aperture can form an aperture diaphragm for defining an entrance pupil of the camera module or a field diaphragm for defining a field of view of the camera module.
Erfindungsgemäß muss das opake Element nicht die gesamte Seitenfläche des Linsenkörpers, etwa bis zu einer Innenwand eines Gehäuses, bedecken sondern nur teilweise. Denn eine notwendige vollständige eingangsseitige Abschattung kann erfindungsgemäß durch zusätzliche Blenden erreicht werden. Beispielsweise kann auf einer Seitenfläche des Linsenkörpers, bevorzugt innenseitig auf dem zweiten Bereich, eine zusätzliche Blende, insbesondere in Form einer aufgedampften und strukturierten Chrom-Schicht ausgebildet sein. Diese zusätzliche Blende kann mit dem opaken Element überlappen und somit einen Lichteintritt in Randbereichen des Kameramoduls unterbinden. Dabei ist es bevorzugt, wenn die zusätzliche Blende eine Öffnung aufweist, die größer als die durch das opake Element gebildete Blendenöffnung ist. Dadurch kann das opake Element weiterhin durch passives Ausrichten am Linsenkörper die Lage der Blendenöffnung bestimmen. Von Vorteil ist weiter, dass der äußere Rand des opaken Elements unbestimmt bleiben kann, solange eine ausreichende Überdeckung mit der zusätzlichen Blende gegeben ist.According to the invention, the opaque element does not have to cover the entire side surface of the lens body, for instance up to an inner wall of a housing, but only partially. For a necessary complete input-side shading can be achieved according to the invention by additional apertures. For example, on one side surface of the lens body, preferably on the inside on the second region, an additional diaphragm, in particular in the form of a vapor-deposited and structured chromium layer, may be formed. This additional aperture can overlap with the opaque element and thus prevent light from entering the edges of the camera module. It is preferred if the additional aperture has an opening which is larger than the aperture formed by the opaque element. As a result, the opaque element can continue to determine the position of the aperture by passive alignment on the lens body. Another advantage is that the outer edge of the opaque element can remain indefinite, as long as sufficient coverage with the additional diaphragm is given.
Unter einem opaken Element, kann erfindungsgemäß eine Schicht oder ein Volumen aus einem Material verstanden werden, welches für optische Wellenlängen, die beispielsweise zur Abbildung auf den Bildsensor beitragen, undurchlässig ist beziehungsweise eine für diese Wellenlängen hohe optische Dämpfung aufweist. Das opake Element kann somit insbesondere durch eine Flüssigkeit gebildet sein, die nicht notwendigerweise ausgehärtet sein muss.Under an opaque element, according to the invention, a layer or a volume of a material can be understood, which is impermeable to optical wavelengths, which for example contribute to the image on the image sensor or has a high optical attenuation for these wavelengths. The opaque element can thus be formed in particular by a liquid that does not necessarily have to be cured.
Besonders günstig ist es, wenn die Querschnittsverengung durch eine allseitige Einschnürung gebildet ist, um so eine allseitige Blende zu bilden. Insbesondere bei Verwendung eines rotationssymmetrischen Linsenkörpers kann so eine kreisrunde Blendenöffnung erhalten werden, die für viele Anwendungen bevorzugt ist.It is particularly advantageous if the cross-sectional constriction is formed by an all-round constriction so as to form an all-round diaphragm. In particular, when using a rotationally symmetrical lens body so a circular aperture can be obtained, which is preferred for many applications.
Erfindungsgemäß kann das Kameramodul auch mehrere Linsenkörper aufweisen, die einzelne oder auch mehrere erfindungsgemäße Querschnittsverengungen aufweisen, sodass dadurch insbesondere mehrere Blendenöffnungen gebildet sein können. Hierzu kann insbesondere vorgesehen sein, dass ein einzelner Linsenkörper mehrere, zueinander beabstandete Querschnittverengungen aufweist. Dadurch können mehrere, in Richtung der optischen Achse gestaffelte, Blendenöffnungen realisiert werden. Eine derartige Ausgestaltung kann zur effektiven Begrenzung von Streulicht vorteilhaft sein, insbesondere dann, wenn die einzelnen Blendenöffnungen mit unterschiedlichen Durchmessern ausgebildet sind. Es versteht sich ferner, dass zur Verbesserung der optischen Eigenschaften das Kameramodul noch weitere optische Elemente wie diffraktive Elemente, Schutzgläser, optische Filter, Spiegel, Prismen oder dergleichen aufweisen kann.According to the invention, the camera module can also have a plurality of lens bodies which have individual or else a plurality of cross-sectional constrictions according to the invention, so that in particular a plurality of apertures can be formed thereby. For this purpose, it may in particular be provided that a single lens body has a plurality of cross-sectional constrictions spaced apart from one another. As a result, a plurality of apertures staggered in the direction of the optical axis can be realized. Such a configuration may be advantageous for the effective limitation of stray light, in particular when the individual apertures are formed with different diameters. It is further understood that to improve the optical properties of the camera module may have other optical elements such as diffractive elements, protective glasses, optical filters, mirrors, prisms or the like.
Erfindungsgemäß kann die Aufgabe auch durch weitere vorteilhafte Ausführungen der Unteransprüche gelöst werden.According to the invention, the object can also be achieved by further advantageous embodiments of the subclaims.
Erfindungsgemäß kann das Kameramodul ein Gehäuse aufweisen. Dieses Gehäuse kann mit dem Linsenkörper verbunden sein und/oder beispielsweise mittels Gieß- oder Formverfahren, durch Einlegespritzguss, oder mittels einer Mikrogalvanik hergestellt sein. Erfindungsgemäß kann der Linsenkörper insbesondere so in das Gehäuse eingesetzt sein, dass die Querschnittsverengung innerhalb des Gehäuses ausgebildet ist. Das Gehäuse kann auch dazu dienen, optische Bauelemente, beispielsweise den Bildsensor, aufzunehmen und zu dem Linsenkörper auszurichten. Insbesondere kann das Gehäuse den Bildsensor in einer Fokusebene des Linsenkörpers positionieren.According to the invention, the camera module can have a housing. This housing may be connected to the lens body and / or be produced, for example, by casting or molding process, by injection molding, or by means of a Mikrogalvanik. According to the invention, the lens body may in particular be inserted into the housing such that the cross-sectional constriction is formed within the housing. The housing may also serve to receive and align optical components, such as the image sensor, with the lens body. In particular, the housing can position the image sensor in a focal plane of the lens body.
Ferner kann das Kameramodul erfindungsgemäß einen, vorzugsweise abgeschlossenen, Innenraum aufweisen. Dabei kann insbesondere das Gehäuse den Innenraum begrenzen. Ferner kann in dem Innenraum ein Aufnahmeraum für eine Flüssigkeit ausgebildet sein. Hierbei kann der Aufnahmeraum von angrenzenden Bereichen des Innenraums separiert sein, beispielsweise mittels eines Linsenkörpers oder einer Wandung des Gehäuses. Erfindungsgemäß kann der Innenraum auch durch weitere Elemente, wie den Bildsensor beziehungsweise eine Bildsensor-Baugruppe, beispielsweise bestehend aus Bildsensor und einer damit verbundenen Platine, begrenzt sein. Ferner kann erfindungsgemäß der Sensor und/oder der erste Bereich des Linsenkörpers in den Innenraum hinein ragen und/oder der zweite Bereich des Linsenkörpers den Innenraum begrenzen.Furthermore, the camera module according to the invention may have a, preferably closed, interior. In this case, in particular, the housing limit the interior. Furthermore, a receiving space for a liquid can be formed in the interior. Here, the receiving space may be separated from adjacent areas of the interior, for example by means of a lens body or a wall of the housing. According to the invention, the interior can also be limited by further elements, such as the image sensor or an image sensor assembly, for example consisting of an image sensor and a board connected thereto. Furthermore, according to the invention, the sensor and / or the first region of the lens body protrude into the interior space and / or the second region of the lens body delimits the interior space.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der erste Bereich des Linsenkörpers als ein erster Teilkörper und der zweite Bereich des Linsenkörpers als ein zweiter Teilkörper ausgebildet ist. Dabei kann insbesondere der erste Teilkörper stoffschlüssig mit dem zweiten Teilkörper verbunden sein. Unter einer stoffschlüssigen Verbindung kann hier eine Verbindung verstanden werden, bei der zwei Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte derart zusammengehalten werden, dass eine zerstörungsfreie Lösung der Verbindung nicht möglich ist. Erfindungsgemäß ist der zweite Teilkörper vorzugsweise als optisches Substrat ausgebildet und/oder aus einem optischen Substrat gefertigt, beispielsweise durch einen Sägeprozess.In a further advantageous embodiment it can be provided that the first region of the lens body is designed as a first part body and the second region of the lens body is designed as a second part body. In this case, in particular, the first partial body may be materially connected to the second partial body. Under a cohesive connection can be understood here a compound in which two connection partners are held together by atomic or molecular forces such that a non-destructive solution of the compound is not possible. According to the invention, the second partial body is preferably designed as an optical substrate and / or manufactured from an optical substrate, for example by a sawing process.
Alternativ zu einer zweiteiligen Ausbildung des Linsenkörpers kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine Linsenkörper monolithisch, also aus einem Stück Material, gefertigt ist. Für eine monolithische Fertigung des Linsenkörpers können insbesondere Verfahren wie Gießen, Prägen, Thermokompression oder aber Lithographie, insbesondere Grauton- und Stereolithographie, eingesetzt werden.As an alternative to a two-part design of the lens body, it can be provided that the at least one lens body is monolithic, that is to say made of a single piece of material. In particular, methods such as casting, embossing, thermo-compression or else lithography, in particular gray-tone and stereolithography, can be used for a monolithic production of the lens body.
Sowohl bei monolithischer als auch bei zweiteiliger Ausgestaltung des Linsenkörpers kann der erste Bereich in Form eines, vorzugsweise rotationssymmetrischen, Konus ausgebildet sein. Dabei ist es bevorzugt, wenn sich der Konus in Richtung des zweiten Bereichs verjüngt. Diese Ausgestaltung des Linsenkörpers hat den Vorteil, dass die Querschnittverengung insbesondere am Übergang zum zweiten Bereich ausgebildet sein kann. Damit kann Streulicht optimal unterdrückt werden und die optische Blende kann auf der Eingangsseite einen Rand ausbilden, der die Blendenöffnung scharf begrenzt.Both in monolithic and in two-part design of the lens body, the first region may be formed in the form of a, preferably rotationally symmetric, cone. It is preferred if the cone tapers in the direction of the second region. This embodiment of the lens body has the advantage that the cross-sectional constriction can be formed in particular at the transition to the second region. Thus, scattered light can be optimally suppressed and the optical aperture can form an edge on the input side, which limits the aperture sharply.
Eine weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das opake Element durch eine opake Flüssigkeit gebildet ist. Dabei kann die opake Flüssigkeit insbesondere mittels UV-Strahlung und/oder mittels Wärme aushärtbar sein. Von Vorteil ist dabei, dass die Flüssigkeit sehr flexibel an die Querschnittsverengung herangeführt werden kann, um in dieser Position durch Aushärten fixiert zu werden. Ferner kann durch in der Flüssigkeit dispergierte Pigmente oder gelöste Farbstoffe die Transmission von Licht durch das opake Element gezielt eingestellt werden. Damit kann das opake Element beispielsweise auch die Funktion eines spektralen Filters übernehmen.A further, particularly advantageous embodiment of the invention provides that the opaque element is formed by an opaque liquid. In this case, the opaque liquid can be curable in particular by means of UV radiation and / or by means of heat. The advantage here is that the liquid can be very flexible brought to the cross-sectional constriction to be fixed in this position by curing. Further, by dispersed in the liquid pigments or dissolved dyes, the transmission of light through the opaque element be targeted. For example, the opaque element can also assume the function of a spectral filter.
Um das passive Ausrichten des opaken Elements zu dem Linsenkörper zu erleichtern ist es vorteilhaft, wenn im Bereich der Querschnittsverengung eine Seitenfläche des ersten Bereichs mit einer an diese angrenzenden Seitenfläche des zweiten Bereichs einen Winkel von weniger als 90°, vorzugsweise von weniger als 80°, besonders bevorzugt von weniger als 70°, insbesondere von weniger als 60° einschließt. Dabei ist es bevorzugt, wenn dieser spitze Winkel um die gesamte Querschnittsverengung verläuft. Durch diese Ausgestaltungen kann bei Verwendung einer Flüssigkeit als opake Element ein starkes „phaseguiding” derselben erreicht werden: Bei Verwendung geeigneter hydrophiler Materialien wie Glas für den Linsenkörper, bevorzugt in Verbindung mit einer Plasmaaktivierung der Oberfläche des Linsenkörpers, treten an dem spitzen Winkel starke Oberflächenkräfte auf, die die Flüssigkeit entlang der Querschnittsverengung leiten. Damit ist es insbesondere vermeidbar, dass beim Aufbringen der Flüssigkeit auf den Linsenkörper Lücken entstehen, beispielsweise durch Luftblasenbildung. Denn derartige Lücken würden die optische Funktionalität der gebildeten Blende stark beinträchtigen. Im Ergebnis kann insbesondere eine ausgezeichnete Zentrierung der Blendenöffnung in Bezug auf die optische Achse des Linsenkörpers erreicht werden.In order to facilitate the passive alignment of the opaque element to the lens body, it is advantageous if, in the region of the cross-sectional constriction, a side surface of the first region with an adjoining side surface of the second region an angle of less than 90 °, preferably less than 80 °, more preferably less than 70 °, in particular less than 60 °. It is preferred if this acute angle extends around the entire cross-sectional constriction. By employing suitable hydrophilic materials such as glass for the lens body, preferably in conjunction with plasma activation of the surface of the lens body, strong surface forces occur at the acute angle which direct the liquid along the cross-sectional constriction. Thus, it is particularly avoidable that arise when applying the liquid to the lens body gaps, for example, by air bubble formation. Because such gaps would severely affect the optical functionality of the aperture formed. As a result, in particular an excellent centering of the aperture with respect to the optical axis of the lens body can be achieved.
Erfindungsgemäß kann auch vorgesehen sein, dass das Gehäuse wenigstens einen Durchbruch aufweist, durch welchen der Innenraum des Kameramoduls von außen zugänglich ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine opake Flüssigkeit in den Innenraum des Kameramoduls geleitet werden kann. Damit kann die Flüssigkeit entlang des Linsenkörpers bis zur Querschnittsverengung fließen um dort die Blendenöffnung zu definieren. Der Durchbruch im Gehäuse kann dabei als Befüllöffnung ausgestaltet sein oder beispielsweise mit einem Zuführkanal verbunden sein.According to the invention it can also be provided that the housing has at least one opening through which the interior of the camera module is accessible from the outside. The advantage here is that an opaque liquid can be directed into the interior of the camera module. Thus, the liquid can flow along the lens body to the cross-sectional constriction to define there the aperture. The breakthrough in the housing can be configured as a filling or be connected, for example, with a feed.
Erfindungsgemäß kann der Durchbruch dabei so klein gestaltet sein, dass der Flüssigkeitstransport durch den Durchbruch und zu der Querschnittsverengung durch Kapillarkräfte vermittelbar ist, also insbesondere ohne von außen einen Förderdruck auf die Flüssigkeit auszuüben. Am fertiggestellten Kameramodul kann der Durchbruch verschlossen sein über aber offen, beispielsweise um eine Be- oder Entlüftung des Innenraums zu ermöglichen.According to the invention, the aperture can be made so small that the liquid transport through the aperture and to the cross-sectional constriction can be mediated by capillary forces, ie in particular without exerting a delivery pressure on the liquid from the outside. On the finished camera module, the opening can be closed over but open, for example, to allow ventilation or ventilation of the interior.
Eine weitere Ausgestaltung des Kameramoduls sieht vor, dass das opake Element als eine, vorzugsweise dünne, auf eine Seitenfläche des Linsenkörpers aufgebrachte Beschichtung ausgebildet ist. Hierbei kann die Beschichtung auf eine Seitenfläche des ersten Bereichs und/oder auf eine Seitenfläche des zweiten Bereichs aufgebracht sein.A further embodiment of the camera module provides that the opaque element is formed as a, preferably thin, applied to a side surface of the lens body coating. In this case, the coating can be applied to a side surface of the first region and / or to a side surface of the second region.
Erfindungsgemäß kann auch vorgesehen sein, dass sich ein Durchmesser einer durch das opake Element gebildeten optischen Blende in Richtung des Bildsensors vergrößert und/oder dass das opake Element den ersten Bereich ringförmig umgibt.According to the invention, it can also be provided that a diameter of an optical aperture formed by the opaque element increases in the direction of the image sensor and / or that the opaque element surrounds the first area in an annular manner.
Mit anderen Worten kann das opake Element in Form eines geschlossenen Rings ausgebildet sein, welcher den mindestens einen Linsenkörper, bevorzugt im Bereich des Übergangs zu dem zweiten Bereich, vollständig umfasst. Derartige Ausgestaltungen können durch entsprechende Anpassungen der Querschnittsverengung sehr einfach realisiert werden, wobei die die Querschnittsverengung bildenden Seitenflächen des Linsenkörpers die Form der optischen Blende und damit der Blendenöffnung vorgeben. Von Vorteil ist dabei, dass die optische Blende folglich in Ihrer Form sowohl senkrecht zur optischen Achse als auch entlang der optischen Achse im Hinblick auf die Abbildungseigenschaften des Kameramoduls optimiert werden kann.In other words, the opaque element may be in the form of a closed ring which completely encloses the at least one lens body, preferably in the region of the transition to the second region. Such embodiments can be very easily realized by appropriate adjustments of the cross-sectional constriction, wherein the cross-sectional constriction forming side surfaces of the lens body predetermine the shape of the optical aperture and thus the aperture. The advantage here is that the optical aperture can thus be optimized in shape both perpendicular to the optical axis and along the optical axis with respect to the imaging properties of the camera module.
Ferner kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Blendenöffnung in einer Grenzflächenebene zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich ausgebildet ist. Hierbei kann die Blendenöffnung als ein Querschnitt der optischen Blende mit minimalen Durchmesser und/oder minimaler Querschnittsfläche beschrieben werden. Es versteht sich, dass die Blendenöffnung nicht nur kreisförmig sondern auch elliptisch oder mehreckig, insbesondere rechteckig, ausgebildet sein kann, je nach Form der Querschnittsverengung.Furthermore, it can be provided according to the invention that the diaphragm opening is formed in an interface plane between the first area and the second area. Here, the aperture can be described as a cross section of the optical aperture with minimum diameter and / or minimum cross-sectional area. It is understood that the aperture can be not only circular but also elliptical or polygonal, in particular rectangular, depending on the shape of the cross-sectional constriction.
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, wenn sich das opake Element von einer Seitenfläche des ersten Bereichs ausgehend bis auf eine Seitenfläche des zweiten Bereichs erstreckt. Durch diese Ausgestaltung ist eine besonders gute eingangsseitige Abschattung gegen Störlicht erreichbar.According to the invention, it is preferable for the opaque element to extend from a side surface of the first region to a side surface of the second region. By this embodiment, a particularly good input side shading against stray light can be achieved.
Eine Weiterbildung gemäß der Erfindung sieht vor, dass mindestens eine optische Grenzfläche mit optischer Brechkraft zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich ausgebildet ist. Hierzu kann der erste Bereich einen von dem zweiten Bereich unterschiedlichen Brechungsindex aufweisen. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass ein Luftraum zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich ausgebildet und somit zwei Grenzflächen mit optischer Brechkraft zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich ausgebildet sind, wobei der erste Bereich mit dem zweiten Bereich weiterhin zumindest teilweise stoffschlüssig verbunden sein kann. Somit kann insbesondere dann eine Brechkraft erzeugt werden, wenn der erste Bereich und der zweite Bereich denselben Brechungsindex aufweisen. Erfindungsgemäß kann hierbei die mindestens eine optische Grenzfläche insbesondere eine konvexe und/oder konkave und/oder sphärische und/oder asphärische Form aufweisen.A development according to the invention provides that at least one optical interface is formed with optical power between the first region and the second region. For this purpose, the first region may have a different refractive index from the second region. However, it can also be provided that an air space is formed between the first and the second region and thus two interfaces are formed with optical power between the first region and the second region, wherein the first region continue to be at least partially cohesively connected to the second region can. Thus, a refractive power can be generated in particular when the first region and the second region have the same refractive index. According to the invention, in this case the at least one optical interface may in particular have a convex and / or concave and / or spherical and / or aspherical shape.
Eine weitere erfindungsgemäße Weiterbildung des Kameramoduls sieht vor, dass der mindestens eine Linsenkörper ein erster Linsenkörper ist und das Kameramodul daneben noch einen zweiten Linsenkörper aufweist. Dabei kann an dem ersten Linsenkörper und/oder an dem Gehäuse ein Ausrichtungselement vorgesehen sein, das den zweiten Linsenkörper in Bezug auf den ersten Linsenkörper und/oder in Bezug auf den Bildsensor ausrichtet. Ferner können die beiden Linsenkörper einen gemeinsamen oder aber getrennten Strahlengang aufweisen. Durch das Vorsehen mehrerer Linsenkörper können die Abbildungseigenschaften des Kameramoduls entscheidend verbessert werden und/oder mehrere optische Kanäle gebildet werden.A further development of the camera module according to the invention provides that the at least one lens body is a first lens body and the camera module next to it also has a second lens body. In this case, an alignment element may be provided on the first lens body and / or on the housing, which aligns the second lens body with respect to the first lens body and / or with respect to the image sensor. Furthermore, the two lens bodies may have a common or separate beam path. By providing a plurality of lens bodies, the imaging properties of the camera module can be decisively improved and / or a plurality of optical channels can be formed.
Zur Lösung der genannten Aufgabe sind erfindungsgemäß die Merkmale des unabhängigen Verfahrensanspruchs vorgesehen. Insbesondere wird somit erfindungsgemäß zur Lösung der Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, dass in einem ersten Schritt mindestens ein Linsenkörper mit einer Querschnittsverengung zwischen einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich des mindestens einen Linsenkörpers gebildet wird und dass in einem darauffolgenden Schritt ein opakes Element auf eine Seitenfläche des Linsenkörpers aufgebracht wird. Das opake Element wird dabei vorzugsweise nach Verbinden des mindestens einen Linsenkörpers mit einem Gehäuse des Kameramoduls aufgebracht. Hierbei kann das opake Element auf eine Seitenfläche des ersten Bereichs und/oder auf eine Seitenfläche des zweiten Bereichs aufgebracht werden. Von Vorteil ist bei diesem Verfahren, dass eine Blende beziehungsweise eine Blendenöffnung in dem Kameramodul realisiert werden kann, die sich passiv auf den mindestens einen Linsenkörper ausrichtet, sodass die Herstellung wesentlich vereinfacht wird. Für die Herstellung des mindestens einen Linsenkörpers können gängige Verfahren wie Spritzguss, Gießverfahren, Heißprägen, Spritzprägen, Nano-Imprint, Stereolithographie, oder Linsen-abformung von weichen Silikon-Stempeln eingesetzt werden. Der Linsenkörper kann dabei insbesondere aus Glas oder Polymer, insbesondere aus einem mittels Vernetzungsreaktionen aushärtbaren Polymer bestehen.To achieve the above object, the features of the independent method claim are provided according to the invention. In particular, it is thus proposed according to the invention to achieve the object in a method of the type described above, that in a first step at least one lens body is formed with a cross-sectional constriction between a first region and a second region of the at least one lens body and that in a subsequent step, an opaque Element is applied to a side surface of the lens body. The opaque element is preferably applied after connecting the at least one lens body to a housing of the camera module. In this case, the opaque element can be applied to a side surface of the first region and / or to a side surface of the second region. An advantage of this method is that a diaphragm or an aperture can be realized in the camera module, which is passively aligned on the at least one lens body, so that the production is substantially simplified. Conventional methods such as injection molding, casting, hot stamping, injection compression, nanoimprinting, stereolithography, or lens molding of soft silicone punches can be used for the production of the at least one lens body. The lens body may consist in particular of glass or polymer, in particular of a polymer curable by means of crosslinking reactions.
Besonders günstig ist es, wenn in dem erfindungsgemäßen Verfahren ein erfindungsgemäßes Kameramodul, insbesondere wie zuvor beschrieben oder nach einem der auf ein Kameramodul gerichteten Schutzansprüche, verwendet wird.It is particularly favorable if an inventive camera module, in particular as described above or according to one of the claims directed to a camera module, is used in the method according to the invention.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das opake Element als eine opake, vorzugsweise aushärtbare, Flüssigkeit und/oder als eine, vorzugsweise dünne, Beschichtung auf den Linsenkörper aufgebracht wird. Damit sind zwei Möglichkeiten für das opake Element benannt, wobei diese Möglichkeiten auch in Kombination in einem Kameramodul eingesetzt werden können. Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass das opake Element auf den ersten Bereich und den zweiten Bereich jeweils bereichsweise aufgebracht wird. Dabei kann sich das opake Element von einer Seitenfläche des ersten Bereichs bis zu einer Seitenfläche des zweiten Bereichs erstrecken, sodass sich ein zusammenhängendes opakes Element ergibt. Erfindungsgemäß können für das Anbringen des opaken Elements typische Beschichtungsverfahren wie PVD-(physical vapor deposition) CVD-(chemical vapor deposition) oder PECVD-(plasma enhanced chemical vapor deposition)Verfahren oder beispielsweise „dip-coating” eingesetzt werden.A development of the method according to the invention provides that the opaque element is applied to the lens body as an opaque, preferably curable, liquid and / or as a, preferably thin, coating. Thus, two possibilities for the opaque element are named, whereby these possibilities can also be used in combination in a camera module. Alternatively or additionally, it may be provided that the opaque element is applied to the first region and the second region in each case in regions. In this case, the opaque element may extend from a side surface of the first region to a side surface of the second region, resulting in a coherent opaque element. According to the invention, typical application methods for the attachment of the opaque element are PVD (physical vapor deposition) CVD (chemical vapor deposition) or PECVD (plasma-enhanced chemical vapor deposition) methods or, for example, dip-coating.
Bei Verwendung einer opaken Flüssigkeit ist es vorteilhaft, wenn die opake Flüssigkeit vor Verschließen eines Innenraums des Kameramoduls in den Innenraum eingebracht wird. Beispielsweise kann die Flüssigkeit durch eine Aufnahme hindurch in den Innenraum eingebracht werden, welche eine Sensorbaugruppe des Kameramoduls aufnimmt. Von Vorteil ist bei diesen Verfahren, dass eine größere Zugangsöffnung zu einem die Flüssigkeit aufnehmenden Aufnahmeraum bereitgestellt werden kann, sodass die Flüssigkeit beispielsweise durch Dispensieren aus einem Schlauch oder einer Kanüle oder durch Einschießen (vergleichbar zu „ink jetting”) in den Innenraum eingebracht werden kann.When using an opaque liquid, it is advantageous if the opaque liquid is introduced into the interior before closing an interior of the camera module. For example, the liquid can be introduced through a receptacle into the interior, which accommodates a sensor module of the camera module. It is advantageous in these methods that a larger access opening can be provided to a liquid receiving receiving space, so that the liquid can be introduced, for example by dispensing from a tube or a cannula or by shooting (comparable to "ink jetting") in the interior ,
Unterstützend oder alternativ kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die opake Flüssigkeit durch Oberflächenkräfte an die Querschnittsverengung herangeführt wird, um dort eine optische Blende zu bilden. Unter Oberflächenkräften können hierbei insbesondere solche Kräfte verstanden werden, die zwischen Oberflächen des Kameramoduls, insbesondere Oberflächen des Gehäuses oder des Linsenkörpers, und der Flüssigkeit wirken. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die opake Flüssigkeit während des Heranführens eine frei bewegliche Grenzfläche zu einer Gasphase in einem Innenraum des Kameramoduls ausbildet. In diesem Fall kann sich die Flüssigkeit in dem Innenraum leicht ausbreiten, insbesondere unterstützt durch Oberflächenkräfte. Die opake Flüssigkeit kann hierzu insbesondere durch eine Aufnahme oder durch einen an einem Gehäuse des Kameramoduls ausgebildeten Durchbruch in einen Innenraum des Kameramoduls eingebracht werden.Supporting or alternatively it can be provided according to the invention that the opaque liquid is brought by surface forces to the cross-sectional constriction in order to form an optical aperture there. In this case, surface forces can, in particular, be understood as meaning those forces which act between surfaces of the camera module, in particular surfaces of the housing or of the lens body, and of the liquid. In this case, it is particularly advantageous if the opaque liquid forms a freely movable interface to a gas phase in an interior of the camera module during the introduction. In this case, the liquid in the interior can easily spread, in particular supported by surface forces. For this purpose, the opaque liquid can be introduced into an interior of the camera module, in particular by means of a receptacle or through an aperture formed on a housing of the camera module.
In Bezug auf die Fertigung mehrerer Kameramodule kann es vorteilhaft sein, dass mehrere Kameramodule parallel auf einem gemeinsamen optischen Substrat, insbesondere auf einem Wafer, gefertigt werden. Beispielsweise können auf üblichen runden Glas-Wafern die Gehäuse und weitere Komponenten der Kameramodule, beispielsweise die jeweiligen ersten Bereiche der Linsenkörper, aufgebaut werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Kameramodule in Feldern („arrays”), angeordnet werden, sodass sie mittels Wafersägen vereinzelt werden können. Nach Vereinzelung können die Bildsensoren beziehungsweise die Bildsensorbaugruppen in die jeweiligen Kameramodule eingesetzt werden. Von Vorteil ist dabei, dass die jeweiligen zweiten Bereiche der Linsenkörper der einzelnen Kameramodule aus einem gemeinsamen optischen Substrat gefertigt werden können, was eine effiziente Fertigung zu geringen Stückkosten ermöglicht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die ersten Bereiche des Linsenkörpers mittels parallelen Prozessen wie beispielsweise Lithographie auf dem Wafer hergestellt werden können. Es versteht sich, dass hierbei ergänzend auch serielle Prozessschritte, zum Beispiel ein serielles Befüllen der einzelnen Kameramodule mit einer opaken Flüssigkeit, vorgesehen sein können. Insbesondere kann also vorgesehen sein, dass die Kameramodule mit Technologien der Mikrosystemtechnik wie Schichtabscheidung, Lithographie, Trocken- und Nasschemische Ätzverfahren, Spritzguss, soft-mold-vacuum-injection-molding, Wafersägen, etc. gefertigt werden.With regard to the production of several camera modules, it may be advantageous for several Camera modules are produced in parallel on a common optical substrate, in particular on a wafer. By way of example, the housings and further components of the camera modules, for example the respective first regions of the lens bodies, can be constructed on conventional round glass wafers. It is particularly advantageous if the camera modules are arranged in arrays, so that they can be separated by means of wafer saws. After separation, the image sensors or the image sensor modules can be inserted into the respective camera modules. The advantage here is that the respective second regions of the lens body of the individual camera modules can be manufactured from a common optical substrate, which enables efficient production at low unit costs. A further advantage is that the first regions of the lens body can be produced on the wafer by means of parallel processes, such as, for example, lithography. It goes without saying that serial process steps, for example a serial filling of the individual camera modules with an opaque liquid, can additionally be provided here. In particular, it can therefore be provided that the camera modules are manufactured using technologies of microsystem technology such as layer deposition, lithography, dry and wet chemical etching methods, injection molding, soft-mold-vacuum injection molding, wafer sawing, etc.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben, ist aber nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich durch Kombination der Merkmale einzelner oder mehrerer Schutzansprüche untereinander und/oder mit einzelnen oder mehreren Merkmalen des jeweiligen Ausführungsbeispiels. Insbesondere können somit Ausbildungen der Erfindung aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der allgemeinen Beschreibung, den Ansprüchen sowie den Zeichnungen gewonnen werden.The invention will now be described in more detail with reference to embodiments, but is not limited to these embodiments. Further exemplary embodiments result from the combination of the features of individual or several protection claims with one another and / or with one or more features of the respective exemplary embodiment. In particular, embodiments of the invention can thus be obtained from the following description of a preferred embodiment in conjunction with the general description, the claims and the drawings.
Es zeigt:It shows:
In
Zwischen dem ersten Bereich
In
Um nun eine optische Blende in dem Kameramodul
Bei diesem Prozess ist besonders vorteilhaft, dass sich das opake Element
Wie
Durch die drei S-förmigen Pfeile illustriert
Eine Alternative zu dem in
Der in
Eine weitere Möglichkeit, das opake Element
Die unteren Draufsichten der
Die
Um eine optische Blende innerhalb eines Kameramoduls passiv, also ohne aktives Bewegen derselben, auf einen Linsenkörper des Kameramoduls auszurichten und somit die Herstellung des Kameramoduls zu vereinfachen wird vorgeschlagen, an dem Linsenkörper eine Querschnittsverengung vorzusehen, wobei ein opakes Element auf eine die Querschnittsverengung bildende Seitenfläche des Linsenkörpers aufgebracht ist, sodass das opake Element selbsttätig eine auf den Linsenkörper ausgerichtete Blendenöffnung bildet.In order to passively align an optical shutter within a camera module, ie without actively moving it, onto a lens body of the camera module and thus simplify the production of the camera module, it is proposed to provide a cross-sectional constriction on the lens body, an opaque element being applied to a lateral surface of the cross-sectional constriction Lensenkörpers is applied, so that the opaque element automatically forms an aligned on the lens body aperture.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Kameramodulcamera module
- 22
- Bildsensorimage sensor
- 33
- Linsenkörperlens body
- 44
- frei bewegliche Grenzflächefreely movable interface
- 55
- Gehäusecasing
- 66
- erster Bereichfirst area
- 77
- zweiter Bereichsecond area
- 88th
- QuerschnittsvrengungQuerschnittsvrengung
- 99
- opakes Elementopaque element
- 1010
- Seitenflächeside surface
- 1111
- Blendenöffnungaperture
- 1212
- GrenzflächenebeneInterface plane
- 1313
- Innenrauminner space
- 1414
- opake Flüssigkeitopaque liquid
- 1515
- Beschichtungcoating
- 1616
- Durchbruchbreakthrough
- 1717
- optische Grenzflächeoptical interface
- 1818
- Ausrichtungselementalignment member
- 1919
- erster Linsenkörperfirst lens body
- 2020
- zweiter Linsenkörpersecond lens body
- 2121
- optische Blendeoptical aperture
- 2222
- optische Achseoptical axis
- 2323
- Fokusebenefocal plane
- 2424
- Zuführkanalfeed
- 2525
- erster Teilkörperfirst part body
- 2626
- zweiter Teilkörpersecond part body
- 2727
- Aufnahmeadmission
- 2828
- Aufnahmeraumaccommodation space
- 2929
- Platinecircuit board
- 3030
- Strahlungradiation
Claims (17)
Priority Applications (1)
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DE102016010040.0A DE102016010040B4 (en) | 2016-08-22 | 2016-08-22 | Camera module and associated manufacturing process |
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R082 | Change of representative |
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R020 | Patent grant now final |