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Stand der Technik
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Die Erfindung geht von einer Bildaufnahmeeinheit und einem Verfahren zum Herstellen einer Bildaufnahmeeinheit nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.
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Kamerasysteme in Kraftfahrzeugen erfassen das Fahrzeugumfeld und liefern Informationen für weitere Fahrzeugsysteme. Optikhalter und Optikträger eines Kamerasystems für Kraftfahrzeuge werden aus speziell verstärkten thermoplastischen Kunststoffen hergestellt, die durch die hohen Toleranzanforderungen bezüglich Dimensions- und Lagegenauigkeiten einen hohen Einkaufspreis haben. Gleichzeitig ist die Verarbeitung dieser Materialien sehr aufwendig. Selbiges gilt für die separate Verkapselung der Bonddrähte mit einem vernetzenden Epoxidharz. Da die Kunststoffe und die Verklebungen unterschiedliche Wärmeausdehnungen haben, ergeben sich bei Temperaturänderungen Fokusverschiebungen des Objektivs, wobei eine Kompensierung der Fokusverschiebung eine hohe Anforderung an die Optik stellt. So zeichnen sich die aufwendig gefertigten Objektive durch speziell geschliffene Linsen aus, wobei mit jeder weiteren Linse der hohe Einkaufspreis weiter steigt. Denkbar sind ferner Verfahren, bei denen eine transparente Polymerschicht als Schutzschicht und eine Linse direkt auf die komplette Schaltungsoberfläche mit dem Bildaufnehmer gespritzt wird. Bei sehr effizienten Kameras wird zur Verbesserung der Lichtausbeute direkt auf den Bildaufnehmer eine Lichtleitplatte, die zu einem Glasplättchen und/oder Glaslid ausgeformt ist, mit speziellen Mikrolinsen geklebt, die das Licht auf die Pixel lenken. Wird die transparente Polymerschicht direkt auf die Mikrolinsen des Bildaufnehmers gespritzt, geht die optische Funktion der Linsenstruktur verloren.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Bildaufnahmeeinheit, ein Verfahren, weiterhin eine Vorrichtung, die dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Vorteilhafterweise kann die Verkapselung von neuartigen Bildaufnahmeeinheiten für Umfelderfassungssysteme in Fahrzeugen mit integrierten Brechungsindexänderungen zwischen den optischen Schichten und beispielsweise gleichzeitig mediendichten Schutz der dazugehörenden Elektronik direkt in einem Spritzgießverfahren ausgefertigt werden. Hierdurch können eine verbesserte Bildaufnahmeeinheit und ein geeignetes Verfahren zur Verfügung gestellt werden, mit dem ein kostengünstiges und gegenüber Umwelteinflüssen robustes Kamerasystem hergestellt werden kann. Durch gezielte Funktionsintegration und funktionsgerechten Materialeinsatz sollen möglichst wenige Prozessschritte und Einzelteile erforderlich sowie der Aufbau einfach und platzsparend ausgeführt werden. Gleichzeitig soll der hohe Kostenaufwand für Arbeits- und Anlagenkosten sowie der Zeitaufwand für Herstellung und Logistik reduziert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist eine Bildaufnahmeeinheit folgende Merkmale auf:
- einen Bildaufnehmer,
- eine Lichtleitplatte, die auf dem Bildaufnehmer angeordnet ist und die zumindest eine Linse aufweist;
- eine transparente Abdeckeinheit, die ein Material mit einem optischen Brechungsindex aufweist, der sich von einem Brechungsindex der Lichtleitplatte unterscheidet, wobei die Abdeckeinheit derart zur Lichtleitplatte angeordnet ist, dass zwischen der Lichtleitplatte und der Abdeckeinheit ein Fluidspalt ausgebildet ist.
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Unter einem Bildaufnehmer kann ein Sensor verstanden werden, der ein Bild der Umgebung in ein digitales Signal wandeln kann. Unter einer Lichtleitplatte kann ein Element verstanden werden, welches für sichtbares Licht transparent ist. Die Lichtleitplatte und/oder die zumindest eine Linse kann ferner eine Brechung oder Ablenkung des Lichts beim Passieren des Lichts durch die Platte bzw. Linse bewirken. Unter einer Abdeckeinheit kann ein Element verstanden werden, das einen Schutz des Bildaufnehmers und der Lichtleitplatte gegen Umwelteinflüsse oder Beschädigungen bietet. Unter einem Fluidspalt kann ein Bereich zwischen der Abdeckeinheit und der Lichtleitplatte verstanden werden, der mit einem Fluid, beispielsweise einem Gas/Gasgemisch wie Luft oder einer Flüssigkeit/Flüssigkeitsgemisch gefüllt ist. Beispielsweise kann in dem Fluidspalt ein vordefinierter Druck oder ein vordefiniertes Volumen eines Materials untergebracht sein.
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Der hier vorgestellte Ansatz bietet den Vorteil eines besonders guten Schutzes der Anordnung zwischen Lichtleitplatte und Abdeckeinheit. Insbesondere kann durch das Vorsehen des Fluidspalts zwischen der Abdeckeinheit und der Lichtleitplatte eine mechanische Entkopplung zwischen der Abdeckeinheit und der Lichtleitplatte erreicht werden, sodass beispielsweise bei thermischen Ausdehnungen der Bildaufnahmeeinheit bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen keine oder lediglich eine geringe Verschiebung der Abdeckeinheit in Bezug auf die Lichtleitplatte verursacht wird und hierdurch die optische Funktion der Anordnung der Lichtleitplatte in Bezug zur Abdeckeinheit möglichst gering beeinträchtigt wird. Zugleich kann durch den Fluidspalt sichergestellt werden, dass die Lichtleitplatte sowie die darauf angeordnete Linse ihre optische Funktion in Bezug auf die Bündelung von Lichtstrahlen auf den Bildaufnehmer behalten. Zugleich kann verhindert werden, dass Verschmutzungen in den Fluidspalt eindringen und zu Bildfehlern führen.
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Die Bildaufnahmeeinheit kann eine Lichtleitplatte aufweisen, die als ein Glaslid und/oder ein Glasplättchen ausgeformt sein kann. Die Lichtleitplatte kann der Abdeckung des sensiblen Bildaufnehmers dienen, wobei die Lichtleitplatte vorzugsweise unmittelbar auf dem Bildaufnehmer aufgeklebt ist und somit auch optisches Filter dienen kann. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil einer sehr kostengünstig herstellbaren Lichtleitplatte, die dennoch ihre optische Funktion einwandfrei erfüllt.
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Auf einer der Oberflächen der Lichtleitplatte können mehrere Linsen angeordnet sein, die beispielsweise zu Mikrolinsen ausgeformt sein können. Der Vorteil mehrerer (Mikro-)Linsen auf einem beispielsweise glasbedeckten Halbleiter zur Fotodetektion kann darin gesehen werden, dass die (Mikro-) Linsen besonders wenig Raum einnehmen und industriell einfach herstellbar sind. Weiterhin dienen die (Mikro-)Linsen dazu, möglichst viel Licht auf die Pixel zu lenken.
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Vorteilhafterweise kann eine transparente Abdeckeinheit aus einem transparenten Polymer, insbesondere einer Vergussmasse auf Polyurethan- oder Epoxidbasis oder aus einem flüssigen Silikongummi (Liquid Silicon Rubber, LSR), ausgeformt sein. Die transparente Abdeckeinheit, die auf dem Bildaufnehmer angeordnet ist, kann somit als ein optisches Element zur weiteren gezielten Lenkung von einfallendem Licht dienen, ohne hierbei die Funktion der (Mikro-)Linse(n) oder der Lichtleitplatte zu beinträchtigen.
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Ein Fluidspalt kann als ein Luftspalt ausgeformt sein und insbesondere eine Breite im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm aufweisen, wobei die Breite des Luftspalts vorteilhafterweise 0,3 mm beträgt. Durch den Luftspalt zwischen dem Glaslid und der transparenten Abdeckeinheit wird die Wirkung der (Mikro-) Linse(n), die das Licht gezielt auf die einzelnen aktiven Flächen der Pixel fokussieren, erhalten. Gleichzeitig werden beispielsweise an den Grenzschichten der optisch wirksamen Schichten an Abdeckeinheit, Lichtleitplatte und Fluidspalt die Brechungsindexänderungen erzielt, die eine gewünschte Ablenkung der Lichtstrahlen ermöglichen.
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Die transparente Abdeckeinheit kann ausgebildet sein, um die Lichtleitplatte und/oder der Bildaufnehmer zumindest teilweise zu umschließen. Die Abdeckeinheit kann hierbei vorteilhafterweise so ausgebildet sein, dass die Lichtleitplatte und/oder den Bildaufnehmer fluiddicht eingeschlossen ist. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil, eine Verschmutzung der Lichtleitplatte und/oder des Bildaufnehmers oder des Eindringens von Partikeln in den Fluidspalt zu verhindern.
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Die Bildaufnahmeeinheit kann ferner eine Einhausungseinheit aufweisen, die zumindest die transparente Abdeckeinheit umgibt. Vorteilhafterweise kann die Einhausungseinheit zumindest teilweise durch eine transparente Vergussmasse gebildet sein. Die Einhausungseinheit der Bildaufnahmeeinheit kann zumindest teilweise aus einem Material gefertigt sein, das einen gleichen Brechungsindex aufweist, wie das Material, aus dem die transparente Abdeckeinheit gefertigt ist. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil, einen größeren Bereich auf oder um den Bildaufnehmer gegen Umwelteinflüsse schützen zu können, zugleich jedoch möglichst geringe optische Verzerrungen und/oder Störungen zu verursachen.
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Vorteilhafterweise kann das Material der Einhausungseinheit dem Material der transparenten Abdeckeinheit gänzlich entsprechen. Die Einhausungseinheit kann als eine transparente Schutzschicht ausgebildet sein, die die Bonddraht-Schaltungen, die Leiterplatte und zusätzlich die transparente Abdeckeinheit aus demselben Material über dem Bildaufnehmer einbettet. Mit der Einhausungseinheit können ebenfalls Pixelfehler durch ein Fernhalten von Partikeln verhindert werden und zugleich einen möglichst geringen Unterschied bei der thermischen Ausdehnung der Schutzschicht sowie der Abdeckeinheit aufweisen.
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Die temperaturabhängige Änderung des Brechungsindex des speziellen Polymers kann gezielt genutzt werden, um die thermischen bedingte Fokusverschiebung vom Objektiv zu kompensieren. Da die transparente Kunststoffschmelze nutzbringend abgeformt wird und danach vernetzt, können zusätzliche optische Funktionen wie beispielsweise Entspiegelungen durch spezielle Mikrostrukturen integriert werden.
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Der Bildaufnehmer der Bildaufnahmeeinheit kann auf einer Leiterplatte angeordnet sein. Die Leiterplatte kann hierbei als eine mechanische Befestigungseinheit und elektrisches Verbindungsmittel dienen. Mittels zumindest eines Bonddrahts kann der Bildaufnehmer mit einer Kontaktstelle auf der Leiterplatte verbunden sein, wobei die Einhausungseinheit ausgebildet sein kann, um den zumindest einen Bonddraht fluiddicht zu umschließen. Hierdurch lassen sich Kurzschlüsse zwsichen Bonddrähten kostengünstig vermieden oder zumindest minimieren. Die Verwendung von Bonddrähten hat den Vorteil, dass sie maschinell einfach angebracht werden können, ihre Verdrahtungswege kurz sind und ihr Platzbedarf gering ist.
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Ein Verfahren zum Herstellen einer Bildaufnahmeeinheit gemäß einer vorteilhaften Asführungsform des hier vorgestellten Ansatzes umfasst die folgenden Schritte:
- Bereitstellen von zumindest einem Bildaufnehmer mit einer auf dem Bildaufnehmer angeordneten Lichtleitplatte mit zumindest einer Linse; und
- Aufbringen einer Abdeckeinheit aus einem transparenten Material auf den Bildaufnehmer und die Lichtleitplatte, wobei das transparente Material einen optischen Brechungsindex aufweist, der sich von einem Brechungsindex der Lichtleitplatte unterscheidet, wobei im Schritt des Aufbringens die transparente Abdeckeinheit derart zur Lichtleitplatte angeordnet wird, dass zwischen der Lichtleitplatte und der transparenten Abdeckeinheit ein Fluidspalt ausgebildet wird, um die Bildaufnahmeeinheit gemäß einer hier vorgestellten Ausführungsform herzustellen.
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Das Verfahren zum Herstellen einer Bildaufnahmeeinheit kann für eine Vielzahl von Anwendungen, bei denen eine gezielte Funktionsintegration und funktionsgerechter Materialeinsatz zur Kostenreduktion bei hoher Performance erforderlich ist, eingesetzt werden. In optischen Systemen, wie zum Beispiel in den Kamerasystemen für Umfelderfassungssysteme von Fahrzeugen, die hohe optische Anforderungen haben, bieten so gefertigte Optikträger eine Reihe von Möglichkeiten kundenspezifische Anforderungen zu erfüllen. Neben dem Einsatz von günstigen Werkstoffen können durch die Funktionsintegration von Formgebung und optischen Eigenschaften Arbeits- und Anlagenkosten sowie Herstellungskosten und Logistikzeit eingespart werden.
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Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Hierzu kann die Vorrichtung zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
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Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine Querschnittsansicht des Aufbaus einer Serienkamera gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine Querschnittsansicht eines Mikrospritzgießwerkzeugs im Herstellmodus gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 eine Querschnittsansicht eines Verkapselungswerkzeugs im Herstellmodus zur Herstellung einer Bildaufnahmeeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Bildaufnahmeeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine Querschnittsansicht des Aufbaus einer beispielhaften aktuellen Serienkamera 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel zur Verwendung in einem Fahrzeug. Die Kamera 100 umfasst zunächst mindestens eine Linse 102, einen Objektträger 104 und einen Objekthalter 106. Die einzelnen Komponenten der Kamera 100, des Optikhalters 106 und des Optikträgers 104 mit mindestens einer integrierten Linse 102, sind aufwendig miteinander verklebt. Im Inneren der Kamera 100 befindet sich ein freiliegend eingebauter Bildaufnehmer 110, über welchem eine Lichtleitplatte 112 mit mehreren Mikrolinsen 114 angeordnet ist. Der Bildaufnehmer 110 ist wiederum auf einer Leiterplatte 116 angeordnet, deren Schaltungsoberfläche mit mindestens zwei Bonddrähten 118 mit dem Bildaufnehmer 110 kontaktiert sind. Die Bonddrähte 118 sind mit einem vernetzenden Epoxidharz separate verkapselt. Der Optikhalter 106 und der Objektträger 104 sind aus unterschiedlichen speziell verstärkten thermoplastischen Kunststoffen hergestellt. In dem aufwendig hergestellten Objektträger 104, auch als Objektiv bezeichnet, sind speziell geschliffene Linsen 102 angeordnet. Eine solche Anordnung ist jedoch speziell bei einer Temperaturdrifft problematisch, da hierdurch aufgrund einer thermischen Ausdehnung geringfügige Verschiebungen der Linsen 102 auftreten können, welche eine Fokussierung einer Objektabbildung auf den Bildaufnehmer 110 erschweren.
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2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Mikrospritzgießwerkzeugs 204 im Herstellmodus für eine Abdeckeinheit einer Bildaufnahmeeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel. Für die Ausformung einer transparenten Abdeckeinheit 200 wird zunächst beispielsweise ein Mikrospritzgießsystem mit einem Mehrkavitäten-Spritzgießwerkzeug 204 benötigt. Das Mikrospritzgießwerkzeug 204 besteht aus zwei Hälften, der Düsenseite 206 und der Auswerferseite 208, die beide wiederum aus mehreren Platten aufgebaut sind. Die Bauteile, die zum Angusssystem gehören, wie der Stangenanguss 210 und die Angussbuchse 212, liegen in der Düsenseite 206 des Mikrospritzgießwerkzeugs 204. Über die Düsenseite 206 wird das Material in die beiden zusammengesetzten Werkzeughälften eingespritzt. Auf der Auswerferseite 208, die durch eine Trennebene 214 von der Düsenseite 206 getrennt ist, finden sich ein Auswerfer 216 und ein ultrapräzionszerspanter Konturauswerfer 218.
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In einem ersten Schritt der Fertigung wird die transparente Abdeckeinheit 200 aus einem optischen Polymer in dem Mikrospritzgießwerkzeug 204 abgeformt. Über den Hohlraum, der später den Stangenanguss 210 bildet, werden die Kavitäten für die transparente Abdeckeinheit 200 in das auf 120°C bis 180°C beheizte Mikrowerkzeug 204 mit dem transparenten Polymer befüllt. Das Material vernetzt anschließend. Durch einen Wechsel bzw. eine Wahl des ultrapräzisionszerspanten Konturauswerfers 216 kann die Oberfläche der transparenten Abdeckeinheit 200 wahlweise konkav, konvex oder planparallel ausgeführt werden. Der Konturauswerfer 218 wird dabei derart ausgewühlt, dass er an die gewünschte Kontur der transparenten Abdeckeinheit 200 angepasst ist. Zur Entspiegelung einer (beispielsweise auf der Abdeckeinheit 200 befindlichen) Linsenoberfläche kann auf der Oberfläche der Stempel einer Mikrostruktur eingebracht sein, welche durch die niedrigviskose Kunststoffschmelze optimal abgeformt wird. Mit der Ultrapräzisionszerspanung werden diese speziellen Oberflächen erzeugt und die Abdeckeinheit 200 im späteren Bauteil der Bildaufnahmeeinheit mit einem Luftspalt direkt über dem Bildaufnehmer 110 positioniert. Der fertige „Spritzling“, d. h., die transparente Abdeckeinheit 200, wird am Ende des Herstellungsprozesses anschließend aus dem Mikrospritzgießwerkzeug 204 ausgeworfen.
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3 zeigt eine Querschnittsansicht aus dem Verkapselungswerkzeug 304 mit einer Bildaufnahmeeinheit 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Verkapselung der Bildaufnahmeeinheit 300 erfolgt in einer zweiten Spritzgießmaschine bzw. in einem zweiten Verkapselungswerkzeug 304. Ähnlich dem Mikrospritzgießwerkzeug 204 aus 2 besteht das Verkapselungswerkzeug 304 aus zwei Hälften, der Düsenseite 356 und der Auswerferseite 358, die beide zumindest teilweise wiederum aus mehreren Platten aufgebaut sind und von einer Trennebene 360 voneinander getrennt sind. In der Düsenseite 356 sind die Kavitäten bzw. Formeinsätze, eingearbeitet. Zu diesen Formeinsätzen gehört beispielsweise der ultrapräzisionszerspante Formeinsatz 306. Ferner kann auch die eine Einhausungseinheit 308 ausbildende Kavität in der Düsenseite 356 eingebracht sein.
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Um nun die Bildaufnahmeeinheit 300 herzustellen, wird ein Bildaufnehmer 110 mit einer Lichtleitplatte 112 bedeckt, die gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mehrere (Mikro-) Linsen aufweist. Die Lichtleitplatte 112 wird hierbei auf den Bildaufnehmer 110 beispielsweise aufgeklebt. Anschließend wird die (beispielsweise gemäß der vorstehenden Beschreibung gefertigte) transparente Abdeckeinheit 200 verwendet und auf den Verbund aus dem Bildaufnehmer 110 sowie der Lichtleitplatte 112 aufgesteckt oder unter Verwendung des Formeinsatzes 306 auf diesen Verbund auf gepresst, sodass der Fluidspalt 320 ausgebildet wird. Hierdurch wird ein Schutz des Fluidspalts 320 gegen Umwelteinflüsse sichergestellt, sodass die Bildaufnahmeeinheit 300 als fluiddicht verkapselt bezeichnet werden kann. Zugleich kann verhindert werden, dass Verschmutzungen in den Fluidspalt eindringen und zu Bildfehlern führen. Durch das Vorsehen des Fluidspalts 320 kann weiterhin auch die optische Funktion der Linsen auf der Lichtleitplatte sichergestellt sein, sodass eine gewünschte Brechung von Lichtstrahlen auf den Bildaufnehmer 110 weiterhin möglich ist.
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Ist ferner der Bildaufnehmer 110 auf einer Leiterplatte 116 angeordnet, können Anschlüsse des Bildaufnehmers 110 (der beispielsweise durch einen optischen Sensor oder eine Kamera gebildet ist) mittels Bonddrähten 118 auf weiteren Schaltungsstrukturen der Leiterplatte 116 elektrisch kontaktiert werden. Durch das Aufbringen oder Aufpressen der Abdeckeinheit 200 auf den Verbund aus dem Bildaufnehmer 110 sowie der Lichtleitplatte 112 unter Ausbildung des Fluidspalts 320 kann nun ferner sichergestellt werden, dass bei thermischen Ausdehnungen der Abdeckeinheit 200 lediglich eine geringe Verschiebung oder Störung der Anordnung der Lichtleitplatte 112 gegenüber dem Bildaufnehmer 110 erfolgt, sodass lediglich geringe Störungen oder Verzerrungen des optischen Abbilddes einem Durchgang von Lichtstrahlen durch die Abdeckeinheit 200 auf dem Bildaufnehmer 110 bewirkt werden. Um nun noch eine weitere Verringerung der Wirkungen von thermischen Ausdehnungen der hier genannten Komponenten zu verhindern, kann nun die Einhausungseinheit 308 in der entsprechenden Kavität durch das Einfüllen eines (günstigerweise nach dem Aushärten transparenten) Spritzgussmaterials ausgebildet werden. Hierbei können zugleich die Bonddrähte 118 fluiddicht umschlossen und somit geschützt werden. Um eine möglichst geringe optische Störung beim Durchgang von Licht auf dem Weg zur Lichtleitplatte 112 bzw. dem Bildaufnehmer 110 kann zur Ausbildung der Einhausungseinheit 308 das gleiche Material wie zur Ausbildung der Abdeckeinheit 200 verwendet werden. Als Vorteil erweist sich hierbei, dass durch den günstigerweise gleichen Brechungsindex des Materials der Einhausungseinheit 308 und der Abdeckeinheit 200 keine Ablenkung oder Umlenkung von Lichtstrahlen bei einem Durchgang durch die Grenzschicht zwischen der Einhausungseinheit 308 und der Abdeckeinheit 200 auftritt. Zugleich kann ein Unterschied zwischen einer thermischen Ausdehnung der Materialien der Einhausungseinheit 308 und der Abdeckeinheit 200 gering gehalten werden, sodass ebenfalls eine Verschiebung der Lichtleiterplatte 112 gegenüber dem Bildaufnehmer 110 möglichst gering gehalten werden kann.
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Ferner wird durch die Anbringung der transparenten Abdeckeinheit 200die Bildaufnahmeeinheit 300 fluiddicht eingeschlossen bzw. der Bildaufnehmer 110 umschlossen. Nach dem Ausbilden der Einhausungseinheit 308 verbleibt spritzgusstechnisch ebenfalls ein Anguss 370 neben einem zur Ausbildung der Einhausungseinheit 308 verwendeten Abdichtrahmen 375 im Bereich der Düsenseite 206. Auf der Auswerferseite 208 des Verkapselungswerkzeugs 304 befinden sich neben dem Auswerfer 312 selbst auch ein mit einem Unterdruck zu beaufschlagender Bereich 314, welcher unter Verwendung eines Zentrierstifts 316 die exakte Positionierung des Bildaufnehmers 110 bzw. dieLeiterplatte 116 im Verkapselungswerkzeug 304 ermöglicht.
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Die Herstellung der Bildaufnahmeeinheit 300 kann nun über ein Handlingsystem erfolgen, bei dem die Komponenten der herzustellenden Bildaufnahmeeinheit 300 in das Verkapselungswerkzeug 304 gesetzt und mit Zentrierstiften 316 sowie einem über den Bereich 314 angelegten Unterdruck in der Auswerferseite 208 fixiert werden. Danach positioniert das Handlingsystem die transparente Abdeckeinheit 200 über der mikrostrukturierten Lichtleitplatte 112 und erzeugt somit den Luftspalt 320 im Bereich von 0,1 - 0,5 mm, optimal sind dabei 0,3 mm. Beim Schließen des Werkzeuges 304 wird die transparente Abdeckeinheit 200 mittels des ultrapräzisionszerspanten Formeinsatzs 306 auf dem Verbund aus Lichtleitplatte 112 und Bildaufnehmer verklemmt, sodass ein Verschieben verhindert wird. Im Anschluss daran werden die Bildaufnahmeeinheit 300 samit der transparenten Abdeckeinheit 200 mit demselben transparenten Kunststoff, wie vorher beschrieben, durch Öffnen einer gekühlten Nadelverschlussdüse umspritzt, um gleichzeitig eine Einhausungseinheit 308, die als eine transparente Schutzschicht wirkt, auszubilden, die die Bonddrähte 118 und zusätzlich die transparente Abdeckeinheit 200 aus demselben Material über dem Bildaufnehmer 110 einbettet. Aufgrund der geringen Viskosität der im heißen Werkzeug 304 vernetzenden Kunststoffschmelze als Material für die Schutzschicht 308 treten während des Einspritzvorgangs nur geringe Drücke auf, sodass auch Bonddrähte 118 zur Kontaktierung von Schaltungen verwendet werden können, bzw. auf den separaten Vergießprozess der Bonddrähte 118 verzichtet werden kann. Um eine bessere Haftung des transparenten Polymers als Material für die Schutzschicht 308 auf der Leiterplatte 116 zu erhalten, kann dieser beispielsweise mittels eines Plasmas oder Primers vorbehandelt werden. Nach einer vorgegebenen Vernetzungszeit wird die vergossene Bildaufnahmeeinheit 300 (d. h. mit der Schutzschicht 208 versehene Bildaufnahmeeinheit 300) aus dem Werkzeug 304 entnommen bzw. ausgeworfen und in einer separaten Montagelinie mit einem Optikhalter (wie beispielsweise einem Optikhalter 106 aus 1) kombiniert.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zum Herstellen einer Bildaufnahmeeinheit 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Ein Verfahren zum Herstellen einer Bildaufnahmeeinheit 300 weist die folgenden Schritte auf. In einem Schritt 401 wird zumindest ein Bildaufnehmer 110 mit einer auf dem Bildaufnehmer 110 angeordneten Lichtleitplatte 112 mit zumindest einer Linse 114 bereitgestellt. Im Schritt 403 erfolgt ein Aufbringen einer Abdeckeinheit 200 aus einem transparenten Material auf den Bildaufnehmer 110 und die Lichtleitplatte 112. Dabei weist das transparente Material einen optischen Brechungsindex auf, der sich von einem Brechungsindex der Lichtleitplatte112 unterscheidet. Beim Aufbringen wird die transparente Abdeckeinheit 200 derart zur Lichtleitplatte 112 angeordnet, dass zwischen der Lichtleitplatte 112 und der transparenten Abdeckeinheit 200 ein Fluidspalt 320 ausgebildet wird, um die Bildaufnahmeeinheit 300 herzustellen.
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5 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 500 zum Herstellen einer Bildaufnahmeeinheit gemäß einem hier vorgestellten Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 500 umfasst eine Einheit 501 zum Bereitstellen von zumindest einem Bildaufnehmer mit einer auf dem Bildaufnehmer angeordneten Lichtleitplatte mit zumindest einer Linse und eine Einheite 503 zum Aufbringen einer Abdeckeinheit 200 aus einem transparenten Material auf den Bildaufnehmer 110 und die Lichtleitplatte 112, wobei das transparente Material einen optischen Brechungsindex aufweist, der sich von einem Brechungsindex der Lichtleitplatte unterscheidet, wobei die Einheit 503 zum Umspritzen die transparente Abdeckeinheit derart zur Lichtleitplatte angeordnet wird, dass zwischen der Lichtleitplatte und der transparenten Abdeckeinheit ein Fluidspalt ausgebildet wird, um die Bildaufnahmeeinheit gemäß einem hier vorgestellten Ausführungsbeispiuel herzustellen.
