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Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Fahrzeug-Umgebungssensor, ein Fahrzeug mit dem optischen Fahrzeug-Umgebungssensor und ein Herstellungsverfahren mehrerer der optischen Fahrzeug-Umgebungssensoren.
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Moderne Fahrzeuge sind mit einem optischen Umgebungssensor ausgestattet, der auch als Regensensor oder Regen-/Lichtsensor bezeichnet wird und an einer Innenseite einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs montiert ist. Eine Regen-/Lichtsensor-Funktionalität des optischen Umgebungssensors sendet Infrarotlicht in Richtung der Windschutzscheibe aus und misst Infrarotlicht, das zum Sensor zurückreflektiert wird. Basierend auf dem reflektierten Infrarotlicht wird ein Benetzungsgrad der Windschutzscheibe bestimmt. In dem Regen-/Lichtsensor sind gewöhnlich weitere optische Funktionalitäten integriert, beispielsweise eine Umgebungslicht-Sensorfunktionalität, eine Straßenbeleuchtung-Sensorfunktionalität und dergleichen. Die jeweiligen Funktionalitäten verwenden unterschiedliche Linsen, um Licht auf unterschiedliche jeweilige lichtempfindliche Elemente des Sensors zu fokussieren und/oder um von unterschiedlichen jeweiligen lichtemittierenden Elementen des Sensors emittiertes Licht zu fokussieren. Herkömmlicherweise sind optische Elemente. wie Freiform-Optiken oder diffraktive Optiken, einschließlich Fresnellinsen, in ein Kunststoffgehäuse von optischer Qualität integriert, das in einem Mehrkomponenten-Gussschritt oder dergleichen einteilig ausgebildet wird. Eine Leiterplatte, auf der die lichtempfindlichen Elemente und die lichtemittierenden Elemente montiert sind, ist in dem Gehäuse untergebracht. Jedes optische Element des Gehäuses fokussiert Licht auf ein jeweiliges der lichtempfindlichen Elemente bzw. von einem jeweiligen der lichtemittierenden Elemente. Es ist somit nötig, dass die optischen Elemente des Gehäuses und die lichtempfindlichen und/oder -emittierenden Elemente nebeneinander angeordnet sind. Herkömmliche Regen-/Lichtsensoren sind daher groß, typischerweise ungefähr 3 Zentimeter im Durchmesser. Außerdem ist es notwendig, dass die Leiterplatte und das Gehäuse beim Zusammenbau des Regen-/Lichtsensors optisch aneinander ausgerichtet werden, was ein langwieriger und kostspieliger Vorgang ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, einen optischen Fahrzeug-Umgebungssensor bereitzustellen, der einfach zusammenzubauen ist und eine kleine Grundfläche aufweist.
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Gemäß einem ersten Aspekt ist ein optischer Fahrzeug-Umgebungssensor bereitgestellt, der ein Gehäuse und eine mehrschichtige Leiterplatte aufweist, die in dem Gehäuse untergebracht ist. Die mehrschichtige Leiterplatte weist auf: eine Mikrooptikschicht, die eine Anzahl mikrooptischer Elemente aufweist, und eine Elektronikschicht, die eine Anzahl lichtempfindlicher Elemente aufweist. Dabei sind die lichtempfindlichen Elemente in einem Lichtweg einfallenden Lichts angeordnet, das ein zugehöriges der Anzahl mikrooptischer Elemente durchlaufen hat.
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Der vorgeschlagene optische Fahrzeug-Umgebungssensor bietet die folgenden Vorteile: Die Verwendung von Mikrooptik ermöglicht eine wesentliche Verkleinerung des optischen Fahrzeug-Umgebungssensors um mindestens eine Größenordnung. Da sowohl die mikrooptischen Elemente als auch die lichtempfindlichen Elemente in der mehrschichtigen Leiterplatte zusammengepackt sind, kann ein Schritt des optischen Ausrichtens des Gehäuses mit einer Leiterplatte während des Zusammenbaus unnötig werden. Das Gehäuse braucht nicht aus Kunststoff von optischer Qualität hergestellt sein, sondern kann aus kostengünstigerem Kunststoff geringerer Qualität hergestellt sein. Aufgrund einer einfacheren Ausgestaltung des Gehäuses und eines kompakteren Designs der mehrschichtigen Leiterplatte, bei der sowohl die Mikrooptik als auch die Elektronik zusammengepackt sind, kann der vorgeschlagene optische Fahrzeug-Umgebungssensor dennoch robuster sein als ein herkömmlicher Fahrzeug-Regensensor. Darüber hinaus kann die mehrschichtige Leiterplatte unter Verwendung von Halbleiterherstellungstechniken in großen Mengen chargenweise hergestellt werden. Das heißt, die Größe, die Stückliste und die Kosten des optischen Fahrzeug-Umgebungssensors können drastisch reduziert werden.
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Insbesondere erfasst der optische Fahrzeug-Umgebungssensor sichtbares oder unsichtbares Licht. Insbesondere ist der optische Fahrzeug-Umgebungssensor zur Installation als fahrzeuginternes Bauteil in einem Fahrzeug geeignet. Insbesondere ist der optische Fahrzeug-Umgebungssensor dazu eingerichtet, ein Signal bereitzustellen, aus dem eine oder mehrere Umgebungsbedingungen der Umgebung des Fahrzeugs abgeleitet werden können.
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Hierbei zählen zu den Umgebungsbedingungen zum Beispiel Sonnenschein, Umgebungslicht, Scheinwerferlicht entgegenkommenden Verkehrs, Straßenbeleuchtung, Nebel, Regen und dergleichen.
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Der optische Fahrzeug-Umgebungssensor kann dazu angepasst sein, an einer Innenseite eines Fensters des Fahrzeugs installiert zu sein und durch das Fenster des Fahrzeugs hindurch betrieben zu werden. Das Fenster kann insbesondere eine Windschutzscheibe des Fahrzeugs sein.
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Der optische Fahrzeug-Umgebungssensor kann Schaltungen aufweisen, die dazu eingerichtet sind, ein Signal, das das einfallende Licht angibt, das von dem jeweiligen lichtempfindlichen Element detektiert wird, an ein Steuergerät des Fahrzeugs zu kommunizieren. Die Schaltungen können von der Elektronikschicht der mehrschichtigen Leiterplatte gebildet werden und/oder von einer anderen in dem Gehäuse untergebrachten Leiterplatte gebildet werden.
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Der Begriff „eine Anzahl (von)“ kann eine Anzahl von eins oder mehr, d. h. entweder einen Singular oder einen Plural bezeichnen, es sei denn, aus dem Zusammenhang geht eindeutig hervor, dass eine Anzahl von zwei oder mehr, d. h. ein Plural, notwendig ist.
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Die Anzahl von mikrooptischen Elementen und die Anzahl von lichtempfindlichen Elementen braucht nicht die gleiche zu sein. Es ist möglich, dass sich zwei oder mehr der mikrooptischen Elemente dasselbe zugehörige lichtempfindliche Element teilen. In diesem Fall kann unterschiedliches Licht, das von unterschiedlichen der mikrooptischen Elemente auf dasselbe lichtempfindliche Element trifft, bewirken, dass das lichtempfindliche Element ein zusammengesetztes Sensorsignal erzeugt, das später durch Software in die individuellen Beiträge der jeweiligen mikrooptischen Elemente aufgeteilt wird.
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Das Gehäuse kann aus Kunststoff oder aus einem beliebigen anderen geeigneten Material hergestellt sein. Das Gehäuse kann Löcher oder transparente Abschnitte aufweisen. Die Löcher oder transparenten Abschnitte können ermöglichen, dass Licht in das Gehäuse eintritt und auf die Anzahl mikrooptischer Elemente einfällt, und können ermöglichen, dass von der Anzahl mikrooptischer Elemente zu emittierendes Licht aus dem Gehäuse austritt.
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Das Gehäuse kann einen Verbinder aufweisen, der in dem Gehäuse untergebracht ist oder einteilig damit bereitgestellt ist und der zum Verbinden des optischen Fahrzeug-Umgebungssensors mit einem Kabelbaum des Fahrzeugs angepasst ist.
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Das jeweilige mikrooptische Element kann zum Beispiel eine Mikrolinse oder ein Mikrogitter sein. Das jeweilige mikrooptische Element kann ein diffraktives mikrooptisches Element oder ein refraktives mikrooptisches Element sein. Das jeweilige mikrooptische Element kann ein optisches Element sein, dessen Größe zwischen einem Mikrometer und einem Millimeter beträgt. Das jeweilige mikrooptische Element kann eine Mikrolinse oder ein Mikrogitter sein, die bzw. das in die Mikrooptikschicht der mehrschichtigen Leiterplatte integriert ist. Das jeweilige mikrooptische Element kann durch Mikrobearbeitung, Fotopolymerisation, Druck von diffraktiven Strukturen und/oder dergleichen herstellt werden. Mehrere mikrooptische Elemente können gleichzeitig auf einem Wafer hergestellt werden und können auf Waferebene gebondet werden.
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Im Speziellen ist das jeweilige lichtempfindliche Element ein Element, das dazu eingerichtet ist, ein elektrisches Signal auszugeben, das Licht angibt, das auf das lichtempfindliche Element einfällt. Das jeweilige lichtempfindliche Element kann ein CCD-Element (Charge-Coupled Device), ein komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter, ein Fototransistor, eine Fotodiode oder dergleichen sein.
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Jedes lichtempfindliche Element kann jeweils ein getrennter Lichtsensorchip sein, und die Anzahl von Lichtsensorchips kann über eine Fläche der Elektronikschicht verteilt sein. Beispielsweise kann jeder Lichtsensorchip an einer Position angeordnet sein, die im Wesentlichen unterhalb eines zugehörigen der mikrooptischen Elemente liegt. Alternativ dazu können zwei oder mehr der Sensorelemente unterschiedliche Sensorflächen eines einzelnen integrierten Mehrfachsensorchips sein.
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Der Lichtweg kann ein direkter Lichtweg oder ein indirekter Lichtweg sein. Anders ausgedrückt kann das Licht direkt von dem mikrooptischen Element zu dem zugehörigen lichtempfindlichen Element gelangen, oder das Licht kann auf seinem Weg von dem mikrooptischen Element zu dem zugehörigen lichtempfindlichen Element geleitet, reflektiert, gebrochen oder dergleichen werden.
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Die Mikrooptikschicht und die Elektronikschicht sowie optionale weitere, nachstehend beschriebene Schichten können übereinandergestapelt sein. Die jeweiligen Schichten können mit einem Klebstoff wie Epoxidharz zusammengeklebt sein.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die mehrschichtige Leiterplatte ferner eine Abstandshalterschicht auf, die zwischen die Mikrooptikschicht und die Elektronikschicht geschichtet ist.
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Die Abstandshalterschicht erlaubt es vorteilhafterweise, einen Abstand zwischen den lichtempfindlichen Elementen der Elektronikschicht und den mikrooptischen Elementen der Mikrooptikschicht zu vergrößern. Es kann somit möglich sein, die lichtempfindlichen Elemente in einem Brennpunkt der mikrooptischen Elemente anzuordnen.
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Demgemäß kann vorteilhafterweise ein manueller Vorgang des optischen Ausrichtens der mikrooptischen Elemente auf die lichtempfindlichen Elemente entfallen.
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Die Abstandshalterschicht kann massive Abschnitte aufweisen, die strukturelle Integrität bereitstellen und ermöglichen, dass die Mikrooptikschicht auf der Abstandshalterschicht ruht, und ermöglichen, dass die Abstandshalterschicht auf der Elektronikschicht ruht. Die Abstandshalterschicht kann ferner freie oder transparente Abschnitt aufweisen, die ermöglichen, dass Licht von den mikrooptischen Elementen zu dem lichtempfindlichen Element durchtritt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein jeweiliges der mikrooptischen Elemente dazu angepasst, einfallendes Licht auf das jeweilige zugehörige der Anzahl lichtempfindlicher Elemente zu bündeln.
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Das heißt, der Lichtweg einfallenden Lichts von dem jeweiligen mikrooptischen Element zu dem jeweiligen zugehörigen lichtempfindlichen Element kann ein direkter Lichtweg sein. Vorliegend beschreibt „direkter Lichtweg“ einen Lichtweg, der nur von einem oder mehreren mikrooptischen Elementen abgelenkt oder gebrochen wird, ansonsten jedoch geradlinig zwischen den mikrooptischen Elementen und den lichtemittierenden Elementen verläuft.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die mehrschichtige Leiterplatte ferner eine Wellenleiterschicht auf, die zwischen die Mikrooptikschicht und die Elektronikschicht geschichtet ist. Die Wellenleiterschicht weist eine Anzahl von in der Wellenleiterschicht ausgebildeten Wellenleitern auf. Ein jeweiliges der mikrooptischen Elemente ist dazu angepasst, einfallendes Licht auf einen zugehörigen der Anzahl von Wellenleitern zu bündeln. Ein jeweiliger der Wellenleiter ist dazu angepasst, das gebündelte einfallende Licht zu einem zugeordneten der lichtempfindlichen Elemente zu leiten.
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Die Wellenleiterschicht ermöglicht vorteilhaft, dass von den jeweiligen mikrooptischen Elementen einfallendes Licht entlang eines nicht linearen Wegs zu dem jeweiligen zugehörigen der Sensorelemente geführt wird. Die Wellenleiterschicht ermöglicht somit vorteilhaft Flexibilität beim Layout der mehrschichtigen Leiterplatte. Dank der Wellenleiterschicht braucht daher die Position eines jeweiligen lichtempfindlichen Elements in der Elektronikschicht nicht der Position des zugehörigen der mikrooptischen Elemente in der Mikrooptikschicht zu entsprechen.
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Die Wellenleiterschicht kann zum Beispiel durch Fotopolymerisation von Polymeren wie Polydimethylsiloxan hergestellt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei mehreren der lichtempfindlichen Elemente um jeweilige Sensorflächen eines einzelnen integrierten mehrkomponentigen Sensorchips.
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Ein einzelner integrierter mehrkomponentiger Sensorchip kann ein einzelner Chip sein, bei dem die mehreren Sensorflächen auf einem kleinen Raum dicht integriert sind. Dank der Wellenleiterschicht, welche das Erfordernis beseitigt, dass die lichtempfindlichen Elemente an Positionen anzuordnen sind, die den mikrooptischen Elementen entsprechen, kann das Licht von der Anzahl mikrooptischer Elemente zu den dicht integrierten Sensorflächen des einzelnen integrierten Sensorchips auf der Elektronikschicht, die als Anzahl lichtempfindlicher Elemente dienen, geleitet werden. Dadurch kann das Integrationsniveau verbessert werden und die Stückliste des vorgeschlagenen optischen Fahrzeug-Umgebungssensors kann vorteilhafterweise noch weiter reduziert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die mehrschichtige Leiterplatte eine Anzahl zwischen die Mikrooptikschicht und die Elektronikschicht geschichteter zusätzlicher Mikrooptikschichten auf. Eine jeweilige der zusätzlichen Mikrooptikschichten weist eine Anzahl mikrooptischer Elemente auf. Ein jeweiliges der lichtempfindlichen Elemente ist in einem Lichtweg einfallenden Lichts angeordnet, das ein jeweiliges zugeordnetes der Anzahl mikrooptischer Elemente mindestens einer Schicht von der Mikrooptikschicht und der Anzahl zusätzlicher Mikrooptikschichten durchlaufen hat.
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Auf diese Weise kann es durch Verwenden mehrerer Mikrooptikschichten, welche das einfallende Licht durchläuft, wobei die jeweiligen mikrooptischen Elemente zum Sammeln (oder Zerstreuen, Beugen oder Brechen) des einfallenden Lichtstrahls beitragen, möglich sein, das auf das zugehörige lichtempfindliche Element einfallende Licht selbst dann vollständiger zu fokussieren, wenn eine Gesamtdicke der mehrschichtigen Leiterplatte vergleichsweise klein ist.
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Es wird angemerkt, dass eine jeweilige Abstandshalterschicht zwischen zwei beliebigen der Mikrooptikschichten und/oder zwischen der untersten Mikrooptikschicht und der Elektronikschicht angeordnet sein kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind alle der mikrooptischen Elemente einer selben der Mikrooptikschichten entweder diffraktive mikrooptische Elemente oder refraktive mikrooptische Elemente.
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Durch Ersetzen der zusammen mit dem Gehäuse gegossenen herkömmlichen Linsen durch die Mikrooptikschicht wird eine größere Flexibilität beim optischen Layout ermöglicht. Insbesondere können zusätzlich zu diffraktiven Linsen auch refraktive mikrooptische Elemente wie Gradientenlinsen, Gitter und dergleichen verwendet werden. Vorzugsweise weist eine einzelne Mikrooptikschicht jedoch entweder nur diffraktive oder nur refraktive Optik auf, da die Beschränkung auf eine der beiden Arten von Optik technologisch vorteilhaft sein kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind unterschiedliche jeweilige Sensoreinheiten, die jeweils mindestens eines der mikrooptischen Elemente und ein zugehöriges der lichtempfindlichen Elemente aufweisen, dazu angepasst, Licht in einem unterschiedlichen Wellenlängenbereich und/oder Licht in einem unterschiedlichen Intensitätsbereich und/oder Licht mit unterschiedlichem Einfallswinkel zu detektieren.
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Vorliegend kann sich der Begriff „Sensoreinheit“ auf eine Kombination aus einem beliebigen lichtempfindlichen Element und einem oder mehreren der mikrooptischen Elemente sowie möglicherweise zusätzlichen Schaltungen beziehen, die zum Betrieb des lichtempfindlichen Elements und/oder zum Formen und/oder Verarbeiten eines Signals verwendet werden, das als Reaktion auf Licht, das auf das lichtempfindliche Element einfällt, von dem lichtempfindlichen Element erzeugt wird.
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Durch Zusammenpacken sowohl der Mikrooptikschicht als auch der Elektronikschicht in einer einzelnen mehrschichtigen Leiterplatte können Halbleiterwafer-Produktionsverfahren verwendet werden, die es vorteilhaft erlauben, unterschiedlich eingerichtete Sensoreinheiten auf extrem kleiner Grundfläche nebeneinander in den jeweiligen Schichten anzuordnen.
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Demzufolge kann es vorteilhaft möglich sein, eine große Vielfalt von Funktionalitäten in einen einzelnen optischen Fahrzeug-Umgebungssensor mit kleiner Grundfläche zu integrieren.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind unterschiedliche jeweilige Sensoreinheiten, die jeweils mindestens eines der mikrooptischen Elemente und ein zugehöriges der lichtempfindlichen Elemente aufweisen, dazu angepasst, mindestens einen Teil einer unterschiedlichen Funktionalität des optischen Fahrzeug-Umgebungssensors bereitzustellen.
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Das heißt, der optische Fahrzeug-Umgebungssensor kann vorteilhafterweise eine multifunktionale Sensoreinrichtung sein, die eine große Anzahl unterschiedlicher Umgebungsparameter messen kann.
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Zwei oder mehr Sensoreinheiten sowie, optional und zusätzlich, eine oder mehrere nachstehend beschriebene Emittereinheiten können zusammenarbeiten, um eine einzelne Funktionalität zu verkörpern. Beispielsweise kann eine Nebelsensorfunktionalität durch eine Emittereinheit, die Licht emittiert, und eine Sensoreinheit, die für Licht empfindlich ist, das als Reaktion auf das Emittieren des Lichts durch die Emittereinheit reflektiert wird, verkörpert sein. Folglich verkörpert die jeweilige Sensoreinheit „mindestens einen Teil der“ jeweiligen Funktionalität.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die jeweilige Funktionalität des optischen Fahrzeug-Umgebungssensors unter einer Umgebungslicht-Sensorfunktionalität, einer Frontallicht-Sensorfunktionalität, einer Straßenhelligkeit-Sensorfunktionalität, einer Sonnenposition-Sensorfunktionalität, einer Sonnenlicht-Sensorfunktionalität und einer Nebeldetektionsfunktionalität des optischen Fahrzeug-Umgebungssensors ausgewählt.
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Die Frontallicht-Sensorfunktionalität kann eine Funktionalität zum Detektieren von Scheinwerferlicht entgegenkommenden Verkehrs sein. Die Umgebungslicht-Sensorfunktionalität kann eine Funktionalität zum Detektieren von Umgebungslichtbedingungen sein. Das Frontallicht- und das Umgebungslicht-Sensorelement können dazu verwendet werden, ein Ein- und Ausschalten des Fern- und/oder Abblendlichts des Fahrzeugs zu steuern. Die Sonnenposition-Sensorfunktionalität kann eine Funktionalität zum Detektieren der Position der Sonne am Himmel sein. Die Sonnenlicht-Sensorfunktionalität kann eine Funktionalität zum Detektieren der Stärke von einfallendem direktem Sonnenlicht sein. Die Sonnenposition-Sensorfunktionalität und die Sonnenlicht-Sensorfunktionalität können zur Unterstützung eines Klimaanlagensystems des Fahrzeugs verwendet werden. Die Straßenhelligkeit-Sensorfunktionalität kann eine Funktionalität zum Messen einer Straßenoberflächenbeleuchtung sein und kann dazu verwendet werden, einen optimalen und sicheren Helligkeitsgrad eines Head-up-Displays zu bestimmen, das von einer Head-up-Display-Einheit auf eine Windschutzscheibe des Fahrzeugs projiziert wird. Die Nebeldetektionsfunktionalität kann eine Funktionalität zum Detektieren eines Vernebelungsgrads außerhalb des Fahrzeugs sein, die dazu verwendet wird, eine Nebelschlussleuchte zu steuern, dem Fahrer eine Aufforderung zum Senken der Geschwindigkeit auszugeben, das Verzögern des Fahrzeugs zu steuern und dergleichen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Elektronikschicht ferner eine Anzahl von lichtemittierenden Elementen auf. Für ein jeweiliges der Anzahl von lichtemittierenden Elementen ist ein zugeordnetes bzw. sind mehrere zugeordnete der mikrooptischen Elemente in einem Lichtweg von Licht angeordnet, das von dem betreffenden lichtemittierenden Element emittiert wird.
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Somit können bestimmte Sensorfunktionalitäten, wie die Nebensensorfunktionalität, möglich sein, welche erfordern, dass Licht emittiert wird, um Reflexionen des spezifischen emittierten Lichts erfassen zu können.
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Das jeweilige lichtemittierende Element kann eine Leuchtdiode oder dergleichen sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind unterschiedliche jeweilige Emittereinheiten, die jeweils mindestens eines der mikrooptischen Elemente und ein zugehöriges der Anzahl von lichtemittierenden Elementen umfassen, dazu angepasst, Licht in einem unterschiedlichen Wellenlängenbereich und/oder Licht mit einem unterschiedlichen Emissionswinkel zu emittieren, und/oder dazu angepasst, mindestens einen Teil einer unterschiedlichen Funktionalität des optischen Fahrzeug-Umgebungssensors bereitzustellen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Elektronikschicht ferner entweder ein infrarotlichtemittierendes Element oder ein infrarotlichtempfindliches Element auf, und eine Sensoreinheit, die mindestens eines der Elemente der Anzahl mikrooptischer Elemente aufweist und ferner entweder das infrarotlichtemittierende Element oder das infrarotlichtempfindliche Element aufweist, ist dazu angepasst, einen Teil einer Regensensorfunktionalität des optischen Fahrzeug-Umgebungssensors bereitzustellen.
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Die Regensensorfunktionalität kann durch Aussenden von Infrarotlicht und Detektieren von reflektiertem Infrarotlicht einen Benetzungsgrad der Windschutzscheibe detektieren. Die Regensensorfunktionalität kann dazu verwendet werden, eine Wischgeschwindigkeit eines Wischers einzurichten und/oder den Wischer ein- oder auszuschalten. Die Regensensorfunktionalität kann einen bestimmten Abstand zwischen dem infrarotlichtemittierenden Element und dem infrarotlichtempfindlichen Element erfordern, da sie auf der Notwendigkeit von interner Totalreflexion des emittierten Infrarotlichts an der Windschutzscheibe beruht. Durch Aufnahme entweder des infrarotlichtemittierenden Elements oder des infrarotlichtempfindlichen Elements in die vorgeschlagene mehrschichtige Leiterplatte ist vorteilhafterweise eine teilweise Miniaturisierung der Regensensorfunktionalität möglich.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das den optischen Fahrzeug-Umgebungssensor gemäß dem ersten Aspekt oder eine Ausführungsform davon aufweist. Der optische Fahrzeug-Umgebungssensor ist an einer Innenseite eines Fensters des Fahrzeugs installiert und ist mit einer Steuereinrichtung des Fahrzeugs kommunikationsverbunden.
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Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein beliebiges Fahrzeug handeln, das mindestens ein Fenster oder eine andere Art von Glasscheibe aufweist, etwa ein Pkw, ein Lieferwagen, ein Lastwagen, ein Motorrad, ein Elektrorad, ein Luftkissenfahrzeug, ein Boot, ein Seeschiff, ein Flugzeug und dergleichen.
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Die Steuereinrichtung des Fahrzeugs kann ein elektronisches Steuergerät (ECU - Electronic Control Unit) sein, das basierend auf der Ausgabe der verschiedenen Sensorfunktionalitäten des Fahrzeug-Umgebungssensors eine übergeordnete Funktionalität implementiert, beispielsweise Klimasteuerung, Scheinwerfer- oder Rücklichtsteuerung, Wischersteuerung, Parkassistent, Fahrassistent, vollständig oder teilweise autonomes Fahren und dergleichen.
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Der optische Fahrzeug-Umgebungssensor kann drahtgebunden, etwa über einen Fahrzeugkabelbaum, oder drahtlos, etwa über WLAN, Bluetooth, Zigbee und dergleichen, mit der Steuereinrichtung kommunikationsverbunden sein.
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Das Fenster des Fahrzeugs kann eine Windschutzscheibe sein.
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Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Verfahren zum Herstellen mehrerer der optischen Fahrzeug-Umgebungssensoren gemäß dem ersten Aspekt oder einer Ausführungsform davon vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte: Produzieren eines Mikrooptikwafers, der mehrere horizontal nebeneinander angeordnete der Mikrooptikschichten aufweist; Produzieren eines Elektronikwafers, der mehrere horizontal nebeneinander angeordnete der Elektronikschichten aufweist; Zusammenpacken eines Stapels, der den Mikrooptikwafer und den Elektronikwafer umfasst; vertikales Zerteilen des Stapels aus den Wafern in mehrere Dies, wobei jeder Die eine der Mikrooptikschichten und eine der Elektronikschichten umfasst; und Unterbringen jedes der Dies in einem jeweiligen Gehäuse.
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Auf diese Weise werden vorteilhafterweise mehrere massive integrierte mehrschichtige Leiterplatten in einem einzelnen Herstellungsprozess ausgebildet. Im Speziellen wird der Schritt des Zusammenpackens auf Waferebene vor dem Die-Zerteilungsschritt durchgeführt. In den späteren Herstellungsstufen des optischen Fahrzeug-Umgebungssensors kann somit ein Ausrichten der Optiken aneinander unnötig sein. Vorteilhafterweise wird eine effiziente Massenproduktion des optischen Fahrzeug-Umgebungssensors ermöglicht.
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Weitere mögliche Implementierungen oder alternative Lösungen der Erfindung umfassen auch vorliegend nicht explizit erwähnte Kombinationen von Merkmalen, die oben oder nachstehend in Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschrieben sind. Der Fachmann kann außerdem einzelne oder isolierte Aspekte und Merkmale zu der Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Weitere Ausführungsformen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung und den abhängigen Ansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor, bei denen:
- 1 ein Fahrzeug gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung zeigt;
- 2 eine mehrschichtige Leiterplatte eines optischen Fahrzeug-Umgebungssensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
- 3 eine mehrschichtige Leiterplatte eines optischen Fahrzeug-Umgebungssensors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
- 4 Schritte eines beispielhaften Herstellungsverfahrens veranschaulicht;
- 5 Wafer gemäß dem beispielhaften Herstellungsverfahren zeigt;
- 6 einen Stapel von Wafern gemäß dem beispielhaften Herstellungsverfahren zeigt; und
- 7 mehrere Dies zeigt, die durch Zerteilen aus dem Stapel von Wafern gewonnen wurden.
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In den Figuren tragen gleiche oder funktional gleichwertige Elemente gleiche Bezugszeichen, sofern nichts Anderweitiges angegeben ist.
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1 zeigt ein Fahrzeug 1 gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Das Fahrzeug 1 weist eine Windschutzscheibe 2 auf, und ein optischer Fahrzeug-Umgebungssensor 4 ist an einer Innenseite 3 der Windschutzscheibe 2 montiert. Der optische Fahrzeug-Umgebungssensor 4 weist ein Gehäuse 5 und eine mehrschichtige Leiterplatte 6 auf. Nicht gezeigte Schaltungen auf einer der Schichten der mehrschichtigen Leiterplatte 6 des optischen Fahrzeug-Umgebungssensors 4 sind über einen Kabelbaum 7 mit einem elektronischen Steuergerät 8 verbunden. Es wird angemerkt, dass der optische Fahrzeug-Umgebungssensor 4 in 1 nicht maßstabsgetreu gezeichnet ist, sondern relativ zu dem Fahrzeug 1 vergrößert dargestellt ist, um die Veranschaulichung zu erleichtern.
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Das elektronische Steuergerät 8 führt Verarbeitungen zum Assistieren eines Fahrers des Fahrzeugs 1 und/oder zum autonomen Fahren des Fahrzeugs 1 durch. Manche der Verarbeitungen erfordern Umgebungsinformationen über die Umgebung des Fahrzeugs 1. Die Umgebungsinformationen können zum Beispiel Informationen über Scheinwerferlicht entgegenkommenden Verkehrs, Informationen über Umgebungslichtbedingungen, Informationen über die Position der Sonne am Himmel oder über die Stärke von einfallendem direkten Sonnenlicht, Informationen über den Pegel einer Straßenoberflächenbeleuchtung, Informationen über einen Vernebelungsgrad außerhalb des Fahrzeugs und/oder Informationen über einen Benetzungsgrad der Windschutzscheibe 2 des Fahrzeugs 1 umfassen.
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Das elektronische Steuergerät 8 verwendet den optischen Fahrzeug-Umgebungssensor 4, um die jeweiligen vorstehend erwähnten Arten von Umgebungsinformation zu beziehen. Der optische Fahrzeug-Umgebungssensor 4 stellt optische Sensorfunktionalitäten für jede der vorstehend angegebenen Arten von Umgebungsinformation bereit. Das heißt, die jeweilige optische Sensorfunktionalität des optischen Fahrzeug-Umgebungssensors 4 detektiert das entsprechende Licht, wie etwa entgegenkommendes Scheinwerferlicht, Umgebungslicht, Sonnenlicht, oder emittiert zum Beispiel Prüflicht zum Prüfen von Vernebelung im Freien oder von Windschutzscheibenbenetzung und detektiert eine Reflexion des Prüflichts.
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Die jeweiligen optischen Sensorfunktionalitäten können in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen oder mit unterschiedlichen Intensitäten arbeiten. Lediglich als Beispiel kann eine Umgebungslichterfassung beispielsweise mit sichtbarem Licht in einem Intensitätsbereich von 0 bis 25400 Lux durchgeführt werden, wohingegen Prüflicht zum Detektieren von Windschutzscheibenbenetzung zum Beispiel typischerweise Infrarotlicht in einem Wellenlängenbereich von 750 bis 950 nm und mit einer Intensität von 0 bis 1020 W/m2 ist. Es ist ferner wünschenswert, für jede der Lichtarten, d. h. für jede Art von zu erfassender Umgebungsinformation, eigenständige Sensorsignale zu beziehen. Daher ist der optische Fahrzeug-Umgebungssensor 4, wie nachstehend ausführlicher erörtert wird, mit mehreren eigenständigen Sensoreinheiten versehen, wobei jede Sensoreinheit dazu angepasst sein kann, unterschiedliche Lichtarten zu detektieren.
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2 zeigt die mehrschichtige Leiterplatte 6 eines optischen Fahrzeug-Umgebungssensors 4 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ausführlicher.
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Die mehrschichtige Leiterplatte 6 weist eine Elektronikschicht 9 und eine Mikrooptikschicht 10 auf, die übereinandergestapelt sind.
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Die Elektronikschicht 9 weist drei lichtempfindliche Elemente 12, 13 und 14 auf, die auf der Elektronikschicht 9 montiert sein können oder einteilig mit der Elektronikschicht 9 ausgebildet sein können. Die lichtempfindlichen Elemente 12-14 detektieren einfallendes Licht 15-17. Die lichtempfindlichen Elemente 12-14 erzeugen jeweils ein elektrisches Signal, das das jeweilige einfallende Licht 15-17 angibt. Das elektrische Signal wird von nicht gezeigten Schaltungen verarbeitet, die ebenfalls auf der Elektronikschicht 9 montiert oder in diese integriert sein können und/oder auf einer anderen nicht gezeigten Leiterplatte im Inneren des Gehäuses (5 in 1) angeordnet sein können, und wird über den Kabelbaum (7 in 1) an das elektronische Steuergerät (8 in 1) des Fahrzeugs (1 in 1) übertragen.
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Es wird angemerkt, dass es sich bei den lichtempfindlichen Elementen 12-14 im ersten Ausführungsbeispiel um drei getrennte lichtempfindliche Einrichtungen 12, 13 und 14 handelt, beispielsweise Fotodioden, CMOS-Bauelemente, CCD-Bauelemente oder dergleichen.
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Die Mikrooptikschicht 10 weist drei mikrooptische Linsen (Mikrolinsen) 18, 19 und 20 auf, die in die Mikrooptikschicht 10 integriert sind. Die Positionen der Mikrolinsen 18, 19 und 20 in der Mikrooptikschicht 10 entsprechen den Positionen der lichtempfindlichen Elemente 12-14 in der Elektronikschicht 9. Die einzelnen Mikrolinsen 18-20 bündeln das jeweils einfallende Licht 16-17 auf ein zugehöriges der lichtempfindlichen Elemente 12-14. Das heißt, jedes lichtempfindliche Element 12-14 ist in einem Lichtweg des jeweils einfallenden Lichts 15-17 angeordnet, das die zugehörige der Mikrolinsen 18-20 durchlaufen hat.
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Somit bilden das erste lichtempfindliche Element 12 und die erste Mikrolinse 18 eine erste Sensoreinheit zum Erfassen des einfallenden Lichts 15. Das zweite lichtempfindliche Element 13 und die zweite Mikrolinse 19 bilden eine zweite Sensoreinheit zum Erfassen des einfallenden Lichts 16. Das dritte lichtempfindliche Element 14 und die dritte Mikrolinse 20 bilden eine dritte Sensoreinheit zum Erfassen des einfallenden Lichts 17.
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Durch geeignetes Auswählen und Anpassen der Mikrolinsen 18-20 und der lichtempfindlichen Elemente 12-14 können die unterschiedlichen Sensoreinheiten dazu angepasst werden, Licht in einem unterschiedlichen Wellenlängenbereich und/oder Licht in einem unterschiedlichen Intensitätsbereich und/oder Licht mit einem unterschiedlichen Einfallswinkel zu detektieren. Somit kann jede der unterschiedlichen Sensoreinheiten eine unterschiedliche der oben erörterten Funktionalitäten des optischen Fahrzeug-Umgebungssensors (4 in 1) bereitstellen.
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Die in 2 gezeigte mehrschichtige Leiterplatte 6 kann unter Verwendung einer Halbleiterherstellungstechnik in großen Mengen chargenweise hergestellt werden. Es kann ein einziger Herstellungsprozess verwendet werden, um die mehrschichtige Leiterplatte 6 zu produzieren, welche ein einzelnes Paket bilden kann. Anders ausgedrückt sind die Positionsbeziehungen zwischen der Mikrooptikschicht 10 und der Elektronikschicht 9 durch den Herstellungsprozess vorgegeben. Während des Zusammenbaus des optischen Fahrzeug-Umgebungssensors (4 in 1) kann auf die Durchführung einer optischen Ausrichtung der Mikrooptikschicht 10 und der Elektronikschicht 9 aneinander verzichtet werden. Durch Verwendung von Mikrooptik können die Mikrolinsen 18-20 ferner Linsen mit einer Größe im Submillimeterbereich sein. Daher kann die mehrschichtige Leiterplatte 6 eine kleine Grundfläche (Größe) aufweisen.
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2 zeigt, dass zwischen die Elektronikschicht 9 und die Mikrooptikschicht 10 eine Abstandshalterschicht 11 geschichtet ist. Die Abstandshalterschicht 11 erzeugt und definiert einen vorbestimmten Abstand zwischen der Mikrooptikschicht 10 und der Elektronikschicht 9. Auf diese Weise können sich die lichtempfindlichen Elemente 12-14 in einem Brennpunkt der Mikrolinsen 18-20 befinden, wodurch die Lichtausbeute und somit auch der Wirkungsgrad des optischen Fahrzeug-Umgebungssensors (4 in 1) maximiert werden. Die Abstandshalterschicht 11 ist jedoch kein notwendiges Merkmal. Der optische Fahrzeug-Umgebungssensor (4 in 1) kann auch dann mit ausreichender Wirksamkeit betrieben werden, wenn die lichtempfindlichen Elemente 12-14 nicht genau im jeweiligen Brennpunkt der Mikrolinsen 18-20 angeordnet sind, und/oder das Anordnen der lichtempfindlichen Elemente 12-14 im jeweiligen Brennpunkt der Mikrolinsen 18-20 kann auch ohne die Abstandshalterschicht 11 erreicht werden.
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Es wird angemerkt, dass die Mikrooptikschicht 10, die Abstandshalterschicht 11 und die Elektronikschicht 9 aneinandergeklebt sein können. Anders ausgedrückt kann der Begriff des „Stapelns“ von Schichten ein Übereinanderanordnen der jeweiligen Schichten in geschichteter Weise und Aneinanderkleben der Schichten bezeichnen.
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3 zeigt eine mehrschichtige Leiterplatte 6 eines optischen Fahrzeug-Umgebungssensors (4 in 1) gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Zusätzlich zu der Elektronikschicht 9, der Mikrooptikschicht 10 und der Abstandshalterschicht 11 weist die mehrschichtige Leiterplatte 6 des zweiten Ausführungsbeispiels drei zusätzliche Mikrooptikschichten 21, 22, 23, zwei zusätzliche Abstandshalterschichten 24, 25 und eine Wellenleiterschicht 26 auf.
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Ein erstes Unterscheidungsmerkmal gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel ist, dass die mehrschichtige Leiterplatte 6 des zweiten Ausführungsbeispiels die zusätzlichen Mikrooptikschichten 21-23 aufweist. Vorliegend weist die Mikrooptikschicht 10 die sammelnde Mikrolinse 18 und einen freien Abschnitt (eine Öffnung) 27 auf. Die erste zusätzliche Mikrooptikschicht 21 weist ferner sammelnde Mikrolinsen 28 und 29 auf. Die zweite zusätzliche Mikrooptikschicht 22 weist einen transparenten Abschnitt 30 und eine zerstreuende Mikrolinse 31 auf. Die Mikrolinsen 18, 28, 29 und 31 stellen Beispiele für diffraktive Optiken dar, die dritte zusätzliche Mikrooptikschicht 23 weist dagegen zwei refraktive optische Mikroelemente 32, 33 auf.
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Es wird angemerkt, dass die Mikrooptikschichten, abgesehen von Freiräumen oder transparenten Abschnitten 27, 30, jeweils nur einen einzigen Typ von Mikrooptik aufweisen. Die Mikrooptikschicht 10 und die zusätzliche Mikrooptikschicht 21 weisen nur die sammelnden diffraktiven mikrooptischen Elemente 18, 28, 29 auf. Die zusätzliche Mikrooptikschicht 22 weist nur das zerstreuende diffraktive mikrooptische Element 31 auf. Die zusätzliche Mikrooptikschicht 23 weist nur die refraktiven mikrooptischen Elemente 32, 33 auf.
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Durch Übereinanderstapeln mehrerer Mikrooptikschichten 10, 21, 22, 23 können komplexe optische Systeme gebildet werden, die auf die Erfordernisse des Erfassens des jeweiligen Typs von einfallendem Licht 15, 16 zugeschnitten sind. Auch in einem Fall, in dem unterschiedliche Typen von einfallendem Licht 15, 16 unterschiedliche Typen von Mikrooptik erfordern, beispielsweise sammelnd gegenüber zerstreuend oder diffraktiv gegenüber refraktiv, brauchen in einer einzelnen Mikrooptikschicht 10 keine unterschiedlichen Typen mikrooptischer Elemente integriert zu werden, was zu technologischen Herausforderungen führen könnte. Stattdessen können für unterschiedliche Typen von mikrooptischen Elementen 18, 28, 29, 31-33 unterschiedliche Mikrooptikschichten 10, 21-23 verwendet werden.
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Eine weiterer Unterschied gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel ist das Vorhandensein der Wellenleiterschicht 26. Die Wellenleiterschicht 26 weist die Wellenleiter 34 und 35 auf. Die Wellenleiter werden durch eine Laserbehandlung der Wellenleiterschicht 26 ausgebildet, bei welcher sich deren Brechungsindex an der beabsichtigten Position der Wellenleiter 34, 35 ändert. Der Brechungsindexunterschied zwischen den Wellenleitern 34, 35 und dem umgebenden Material der Wellenleiterschicht 26 ermöglicht die Bildung eines Wellenleiters, an dem entlang sich, ähnlich wie bei einer Glasfaser, einfallendes Licht fortbewegen kann.
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Die Wellenleiter 34, 35 leiten einfallendes Licht 15, 16, das durch die refraktiven Mikroelemente 32, 33 auf das obere (in 3) Ende der Wellenleiter 34, 35 gebündelt wird, an die lichtempfindlichen Elemente 12, 13 der Elektronikschicht 9.
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Unter Bezugnahme auf 2 und 3 hebt die Wellenleiterschicht 26 des zweiten Ausführungsbeispiels vorteilhaft das Erfordernis des ersten Ausführungsbeispiels auf, dass die Positionen der Mikroelemente 12-14 (2) den Positionen der Mikrolinsen 18-20 zu entsprechen haben. Im Gegensatz dazu bestehen dank der Wellenleiterschicht 26 keine Einschränkungen bezüglich der Anordnung der lichtempfindlichen Elemente 12, 13 des zweiten Ausführungsbeispiels in der Elektronikschicht 9.
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Unter weiterer Bezugnahme auf 3 ist es im zweiten Ausführungsbeispiel zum Beispiel dank der Wellenleiterschicht 26 möglich, einen einzelnen integrierten mehrkomponentigen Lichtsensorchip 36 anstelle der mehreren getrennten lichtempfindlichen Einrichtungen 12-14 (2) zu verwenden. Die lichtempfindlichen Elemente 12, 13 des zweiten Ausführungsbeispiels werden von getrennten lichtempfindlichen Flächen des einzelnen integrierten mehrkomponentigen Lichtsensorchips 36 gebildet. Daher sind die lichtempfindlichen Flächen 12, 13 auf dem einzelnen Chip 36 nahe beieinander angeordnet.
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Die Wellenleiter 34, 35 der Wellenleiterschicht 26 können hingegen Licht, das durch die vergleichsweise weit voneinander beabstandeten refraktiven mikrooptischen Elemente 32, 33 der dritten zusätzlichen mikrooptischen Schicht 23 auf die Wellenleiterschicht 26 gebündelt wird, zu den nahe beieinander angeordneten jeweiligen lichtempfindlichen Flächen 12, 13 führen.
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In dem zweiten Ausführungsbeispiel wird somit eine erste Sensoreinheit durch die sammelnde Mikrolinse 18 der Mikrooptikschicht 10, die sammelnde Mikrolinse 28 der ersten zusätzlichen Mikrooptikschicht 21, den transparenten Abschnitt 30 der zweiten zusätzlichen Mikrooptikschicht 22, das refraktive mikrooptische Element 32 der dritten zusätzlichen Mikrooptikschicht 23, den Wellenleiter 34 der Wellenleiterschicht 26 und die Sensorfläche 12 des einzelnen integrierten mehrkomponentigen Lichtsensorchips 36 gebildet. Eine zweite Sensoreinheit wird durch den freien Abschnitt 27 der Mikrooptikschicht 10, die sammelnde Mikrolinse 29 der ersten zusätzlichen Mikrooptikschicht 21, die zerstreuende Mikrolinse 31 der zweiten zusätzlichen Mikrooptikschicht 22, das refraktive mikrooptische Element 33 der dritten zusätzlichen Mikrooptikschicht 23, den Wellenleiter 35 der Wellenleiterschicht 26 und die Sensorfläche 13 des einzelnen integrierten mehrkomponentigen Lichtsensorchips 36 gebildet.
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Insbesondere befinden sich die mikrooptischen Elemente 18, 28, 30, 32, 34; 27, 29, 31, 33 einer jeweiligen der Sensoreinheiten nicht entlang eines jeweiligen geradlinigen Wegs. Dank der Wellenleiter 34 und 35, welche den Lichtweg auf nicht geradlinige Weise führen, sind die jeweiligen lichtempfindlichen Elemente 12, 13 der Sensoreinheiten dennoch in einem Lichtweg einfallenden Lichts 15, 16 angeordnet, das die zugehörigen mikrooptischen Elemente 18, 28, 30, 32, 34 bzw. 27, 29, 31, 33 durchlaufen hat.
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Es wird nun unter Bezugnahme auf 4 bis 7 ein Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen mehrerer der optischen Fahrzeug-Umgebungssensoren 4 des ersten oder zweiten Ausführungsbeispiels beschrieben. 4 veranschaulicht Schritte des beispielhaften Herstellungsverfahrens. 5 zeigt Wafer 37, 39 gemäß dem beispielhaften Herstellungsverfahren. 6 zeigt einen Stapel 41 von Wafern 37, 39 gemäß dem beispielhaften Herstellungsverfahren; und 7 zeigt mehrere Dies 42, die durch Zerteilen aus dem Stapel 41 von Wafern 37, 39 gewonnen wurden.
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In Schritt S1 wird ein Mikrooptikwafer 37 produziert, der mehrere Bereiche 38 aufweist. Der Wafer 37 wird als „Mikrooptikwafer“ bezeichnet, da jeder Bereich 38 des Mikrooptikwafers 37 eine Mikrooptikschicht 10 (2) bildet, die eine Anzahl Mikrolinsen 18-20 (2) aufweist.
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In Schritt S2 wird ein Elektronikwafer 39 produziert, der mehrere Bereiche 40 aufweist. Der Wafer 39 wird als „Elektronikwafer“ bezeichnet, da jeder Bereich 40 des Elektronikwafers 39 eine Elektronikschicht 9 (2) bildet, die eine Anzahl lichtempfindlicher Elemente 12-14 (2) aufweist und zusätzliche Hilfsschaltungen aufweisen kann.
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In Schritt S3 wird ein Zusammenpacken durchgeführt. Im Speziellen wird ein Stapel 41 gebildet, der mindestens den Mikrooptikwafer 37 und den Elektronikwafer 39 umfasst und optional weitere Wafer (nicht gezeigt) umfassen kann, etwa Abstandshalterwafer mit mehreren Abstandshalterschichten 11 (2), zusätzliche Mikrooptikwafer mit mehreren zusätzlichen Mikrooptikschichten 21-23 (3), ein Wellenleiterwafer mit mehreren Wellenleiterschichten 26 (3) und dergleichen. In dem Stapel 41 sind der Mikrooptikwafer 37 und der Elektronikwafer 39 derart übereinander platziert, dass die Bereiche 38 des Mikrooptikwafers 37 auf die Bereiche 40 der Elektronikwafer 39 ausgerichtet sind. Um diese Ausrichtung zu erzielen, genügt es, die Wafer 37, 39 aneinander auszurichten, was eine unkomplizierte Aufgabe sein kann.
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In Schritt S4 wird ein Zerteilen in Dies durchgeführt. Im Speziellen wird der Stapel 41 vertikal, d. h. senkrecht zu einer Ebene der Wafer 37, 39, die den Stapel 41 bilden, entlang der Au-ßengrenze der Bereiche 38, 40 zerteilt, um mehrere Dies 42 zu erhalten. Jeder Die 42 bildet eine mehrschichtige Leiterplatte 6 wie in 2 gezeigt.
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In Schritt S5 wird jeder der Dies 42 in einem jeweiligen Gehäuse (5 in 1) untergebracht. Vorteilhafterweise braucht in Schritt S5 keine optische Ausrichtung durchgeführt werden.
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Das beispielhafte Herstellungsverfahren ermöglicht, die optischen Fahrzeug-Umgebungssensoren 6 chargenweise unter Verwendung einer Halbleiterherstellungstechnik in großen Mengen mit verkürzter Stückliste, verringerten Kosten und höherer Effizienz herzustellen.
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Zwar wurde die vorliegende Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben, für den Fachmann ist es jedoch offensichtlich, dass bei allen Ausführungsformen Abwandlungen möglich sind.
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Zwar ist der in 1 gezeigte optische Fahrzeug-Umgebungssensor 4 drahtgebunden (über den Kabelbaum 7) mit dem elektronischen Steuergerät 8 verbunden, es wird jedoch auch in Betracht gezogen, dass der optische Fahrzeug-Umgebungssensor 4 drahtlos mit dem elektronischen Steuergerät 8 verbunden sein kann.
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Die in 2 gezeigte spezielle Reihenfolge und Kombination der Mikrooptikschichten 10, 21-23 und die in 1 und 2 gezeigten Kombinationen von Typen von mikrooptischen Elementen (zerstreuend, sammelnd, diffraktiv, refraktiv) 18-20, 28, 29, 31-33 stellen lediglich Beispiele dar. Es versteht sich, dass entsprechend den speziellen Erfordernissen der jeweiligen auszubildenden Sensoreinheit und Emittereinheit beliebige mikrooptische Systeme erzeugt werden können, indem eine beliebige Anzahl mikrooptischer Schichten 10, 21- 23 in beliebiger Reihenfolge und beliebige Typen von mikrooptischen Elementen 18-20, 28, 29, 31-33 in beliebiger Reihenfolge innerhalb der Mikrooptikschichten 10, 21-23 diesen Erfordernissen entsprechend angeordnet werden.
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Anstelle oder zusätzlich zu der Abstandshalterschicht 11 kann im ersten Ausführungsbeispiel auch eine Wellenleiterschicht 26 zwischen die Mikrooptikschicht 10 und die Elektronikschicht 9 geschichtet sein. Außerdem kann im zweiten Ausführungsbeispiel die Wellenleiterschicht 26 weggelassen werden, wenn eine Elektronikschicht 9 mit lichtempfindlichen Elementen 12-14 verwendet wird, die als getrennte Einrichtungen ausgebildet sind und an Positionen angeordnet sind, die den Positionen der mikrooptischen Elemente 32, 33 der untersten mikrooptischen Schicht 23 entsprechen.
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Zwar wurden im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel Sensoreinheiten beschrieben, die jeweils mindestens ein mikrooptisches Element 18-20, 27-33 und ein zugehöriges lichtempfindliches Element 12-14 aufweisen, die Erfindung umfasst jedoch auch Anordnungen, bei denen mindestens eines der lichtempfindlichen Elemente 12-14 durch ein lichtemittierendes Element wie eine Leuchtdiode ersetzt ist und eine Emittereinheit ausgebildet ist, die mindestens ein mikrooptisches Element 18-20, 27-33 und die zugehörige lichtemittierende Einheit aufweist. In diesem Fall sind die Lichtwege 15-17 umgekehrt und bilden Lichtwege emittierten Lichts. Alle anderen in dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel beschriebenen Merkmale und Vorteile sind auf einen Fall anwendbar, bei dem mindestens einige der Sensoreinheiten auf diese Weise durch Emittereinheiten ersetzt sind.
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Es kann somit möglich sein, vorteilhafte Kombinationen aus lichtemittierenden Einheiten und lichtempfindlichen Einheiten zu bilden, die zum Beispiel für eine Nebelsensorfunktionalität verwendet werden können, bei der Prüflicht emittiert wird und das reflektierte Prüflicht detektiert wird. Es ist außerdem denkbar, entweder eine Infrarot-Emittereinheit oder eine Infrarot-Sensoreinheit einer Regensensorfunktionalität in die mehrschichtige Leiterplatte 6 zu integrieren. Die Regensensorfunktionalität kann ein Emittieren von Infrarot-Prüflicht und ein Erfassen von Totalreflexion des Infrarotlichts an der Außenfläche der Windschutzscheibe 2 umfassen.
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Das heißt, gemäß Ausführungsbeispielen können mehrere verschiedene und unterschiedliche Funktionalitäten eines optischen Fahrzeug-Umgebungssensors 4 vorteilhaft in eine einzelne mehrschichtige Leiterplatte 6 integriert werden, die dank der Verwendung von Mikrooptik eine kleine Grundfläche aufweist und die den weiteren Vorteil bietet, dass beim weiteren Zusammenbau des optischen Fahrzeug-Umgebungssensors 4 keine optische Ausrichtung durchgeführt zu werden braucht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Windschutzscheibe
- 3
- Innenseite der Windschutzscheibe
- 4
- optischer Fahrzeug-Umgebungssensor
- 5
- Gehäuse
- 6
- mehrschichtige Leiterplatte
- 7
- Kabelbaum
- 8
- elektronisches Steuergerät
- 9
- Elektronikschicht
- 10
- Mikrooptikschicht
- 11
- Abstandshalterschicht
- 12-14
- lichtempfindliche Elemente
- 15-17
- einfallendes Licht
- 18-20
- Mikrolinsen (mikrooptische Elemente)
- 21-23
- zusätzliche Mikrooptikschichten
- 24-25
- zusätzliche Abstandshalterschichten
- 26
- Wellenleiterschicht
- 27
- freier Abschnitt
- 28, 29
- sammelnde Mikrolinsen (mikrooptische Elemente)
- 30
- transparenter Abschnitt
- 31
- zerstreuende Mikrolinse (mikrooptisches Element)
- 32, 33
- refraktive mikrooptische Elemente
- 34, 35
- Wellenleiter
- 36
- integrierter mehrkomponentiger Lichtsensorchip
- 37
- Mikrooptikwafer
- 38
- Bereich des Mikrooptikwafers
- 39
- Elektronikwafer
- 40
- Bereich des Elektronikwafers
- 41
- Stapel aus Wafern
- 42
- Dies
