DE112011100181B4 - Positioning of an optical element over an image pickup element - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer optischen Vorrichtung (1) umfassendein Bildaufnahmeelement (2) und ein optisches Element (5), wobeidas optische Element (5) im gesamten Querschnitt des Strahlenganges, der auf eine für elektromagnetische Strahlung sensitiven Fläche (3) des Bildaufnahmeelements (2) auftreffenden Strahlung, angeordnet wird,das optische Element (5) senkrecht zur optischen Achse (9) mindestens zwei nebeneinander liegende Teilbereiche (11; 12) umfasst, dessen optische Eigenschaften bei der Herstellung so eingestellt wurden, dass durch Anordnung des optischen Elements (5) im Strahlengang auf der sensitiven Fläche (3) des Bildaufnahmeelements (2) gleichzeitig mindestens zwei unterschiedliche Entfernungsbereiche mit hinreichender Bildschärfe abgebildet werden, wodurch sich eine Teilung der gesamten sensitiven Fläche (3) des Bildaufnahmeelements (2) in getrennte Funktionsbereiche (13; 14) ergibt,und wobei das optische Element (5) derart ausgerichtet wird, dass zumindest eine Trennkante (10), welche das optische Element (5) in die mindestens zwei Teilbereiche (11; 12) unterteilt, parallel zu Pixelzeilen des Bildaufnahmeelements (2) ausgerichtet ist,dadurch gekennzeichnet, dass- die parallele Ausrichtung der zumindest einen Trennkante (10) des optischen Elements (5) zu den Pixelzeilen des Bildaufnahmeelements (2),- ein bestimmter Abstand des optischen Elements (5) zum Bildaufnahmeelement (2) in Richtung der optischen Achse (9) und- eine bestimmten Position des optischen Elements (5) in zumindest eine Raumrichtung senkrecht zur optischen Achse (9) über eine Haltevorrichtung (16) hergestellt wird,wobei das Bildaufnahmeelement (2) gegen eine erste Anschlagskante (17) der Haltevorrichtung (16) ausgerichtet wird,und wobei das optische Element (5) entweder in der Haltevorrichtung (16) vorpositioniert oder gegen eine zweite Anschlagskante (18) der Haltevorrichtung (16) ausgerichtet wird.Method for producing an optical device (1) comprising an image pickup element (2) and an optical element (5), wherein the optical element (5) in the entire cross section of the beam path, which is on a surface (3) of the image pickup element (2) that is sensitive to electromagnetic radiation impinging radiation, is arranged, the optical element (5) perpendicular to the optical axis (9) comprises at least two partial regions (11; 12) lying next to one another, the optical properties of which have been set during production in such a way that by arranging the optical element (5) at least two different distance ranges are imaged simultaneously in the beam path on the sensitive surface (3) of the image recording element (2) with sufficient image sharpness, resulting in a division of the entire sensitive surface (3) of the image recording element (2) into separate functional areas (13; 14). , And wherein the optical element (5) is aligned such that at least one door nkant (10), which the optical element (5) in the at least two partial areas (11; 12), is aligned parallel to pixel rows of the image pickup element (2), characterized in that - the parallel alignment of the at least one separating edge (10) of the optical element (5) to the pixel rows of the image pickup element (2), - a certain distance of the optical element (5) to the image recording element (2) in the direction of the optical axis (9) and - a specific position of the optical element (5) in at least one spatial direction perpendicular to the optical axis (9) is produced via a holding device (16), wherein the image recording element (2) is aligned against a first stop edge (17) of the holding device (16), and wherein the optical element (5) is either pre-positioned in the holding device (16) or aligned against a second stop edge (18) of the holding device (16). becomes.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung, beispielsweise ein Kameramodul, und ein Verfahren zu deren Herstellung, wobei ein optisches Element über einem Bildaufnahmeelement, beispielsweise einem Bildchip, positioniert wird.The invention relates to an optical device, for example a camera module, and a method for the production thereof, an optical element being positioned over an image recording element, for example an image chip.

Intelligente Fahrerassistenzsysteme in Kraftfahrzeugen verwenden häufig ein Kamerasystem als Umfeldsensor, beispielsweise zur Erkennung verschiedenster Objekte im Umfeld des Fahrzeugs.
Das Kamerasystem ist dabei in der Regel hinter der Windschutzscheibe des Fahrzeugs angeordnet und blickt durch diese hindurch. Beispiele hierfür sind Fahrzeugkameras zur Erkennung der Fahrbahnmarkierungen, Nachtsichtkameras oder Stereokameras als optische Abstandssensoren. Um gleichzeitig unterschiedliche Funktionen mit nur einer Kamera zu erfüllen, kann es notwendig sein, in den optischen Pfad, d.h. in den Strahlengang des in die Kamera einfallenden Lichts, zusätzliche Elemente einzubringen, die ein in der Kamera angeordnetes Bildaufnahmeelement in unterschiedliche Funktionsbereiche unterteilen. Die Funktionen erfordern im Allgemeinen, dass die Funktionsbereiche sehr genau voneinander abgegrenzt sind. Dazu muss das zusätzliche optische Element sehr genau positioniert werden. Eine Möglichkeit hierfür ist eine aktive Justage, bei der das Bildaufnahmeelement, z.B. ein Bildchip, betrieben wird und das zusätzliche Element anhand der ausgelesenen Bilder gegenüber dem Bildchip ausgerichtet wird. Derartige Verfahren sind jedoch sehr aufwändig und erfordern zusätzliches Equipment.Intelligent driver assistance systems in motor vehicles often use a camera system as an environment sensor, for example to detect a wide variety of objects in the environment of the vehicle.
The camera system is usually arranged behind the windshield of the vehicle and looks through it. Examples of this are vehicle cameras for detecting lane markings, night vision cameras or stereo cameras as optical distance sensors. In order to simultaneously fulfill different functions with only one camera, it may be necessary to introduce additional elements into the optical path, ie into the beam path of the light entering the camera, which divide an image recording element arranged in the camera into different functional areas. The functions generally require that the functional areas are very well delimited from each other. To do this, the additional optical element must be positioned very precisely. One possibility for this is active adjustment, in which the image recording element, for example an image chip, is operated and the additional element is aligned with respect to the image chip on the basis of the images read out. However, such methods are very complex and require additional equipment.

Die EP 0948059 A1 offenbart ein Positionierungsmittel in einem mikroelektronischen Bauelement und einen Bildsensor mit Verwendung dieses Bauelements. Die Vorrichtung besteht aus einer rechteckigen Grundplatte, in der eine Anordnung von Sensoren gebildet wird. Die Grundplatte trägt auch eine Reihe von Stützpads, die die korrekte relative Positionierung eines transparenten Streifens sicherstellen.the EP 0948059 A1 discloses a positioning means in a microelectronic device and an image sensor using this device. The device consists of a rectangular base plate in which an array of sensors is formed. The baseplate also carries a series of support pads that ensure the correct relative positioning of a transparent strip.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine optische Vorrichtung und ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben, wobei mit möglichst geringem Fertigungs- und Justageaufwand eine eindeutige und robuste Positionierung eines optischen Elements zu einem Bildaufnahmeelement hergestellt ist.The invention is therefore based on the object of specifying an optical device and a method for its manufacture, in which case an unambiguous and robust positioning of an optical element in relation to an image recording element is produced with the least possible outlay in terms of manufacture and adjustment.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.This object is achieved by a method having the features of claim 1 and by a device having the features of claim 9. Advantageous refinements and developments are the subject matter of subclaims, with combinations and developments of individual features being also conceivable.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, mögliche Toleranzen bei der Positionierung eines optischen Elements über einem Bildaufnahmeelement so zu minimieren, dass auf eine aktive Justage verzichtet werden kann. Die Erfindung beruht dabei im Wesentlichen auf der Grundidee, eine Haltevorrichtung für das optische Element in der optischen Vorrichtung anzuordnen, die eine oder mehrere Anschlagskanten umfasst, gegenüber denen das optische Element und das Bildaufnahmeelement ausgerichtet sind. Das optische Element und das Bildaufnahmeelement können beispielsweise gegen die gleiche oder eine in einem gemeinsamen Verfahren hergestellte Kante der Haltevorrichtung positioniert werden.An essential idea of the invention consists in minimizing possible tolerances when positioning an optical element over an image recording element in such a way that active adjustment can be dispensed with. The invention is essentially based on the basic idea of arranging a holding device for the optical element in the optical device, which device comprises one or more stop edges, with respect to which the optical element and the image recording element are aligned. The optical element and the image pickup element can be positioned, for example, against the same edge of the holding device or against an edge that is produced in a joint process.

Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft die Herstellung einer optischen Vorrichtung, die zumindest ein Bildaufnahmeelement und wenigstens ein optisches Element umfasst.
Bei dem Bildaufnahmeelement kann es sich um einen Bildchip bzw. einen Bildsensor handeln, z.B. ein CMOS- oder CCD-Bildsensor. Das Bildaufnahmeelement weist vorzugsweise eine für elektromagnetische Strahlung sensitive Fläche auf, mit über und/oder nebeneinander liegenden sensitiven Sensoreinheiten bzw. Pixeln zur Umwandlung von einfallender optischer Strahlung in elektrische Signale. CMOS- und CCD-Bildsensoren weisen hierzu beispielsweise ein zweidimensionales (Pixel-)Array aus lichtempfindlichen Fotodioden auf, d.h. ein zweidimensionales Gitternetz aus Pixelzeilen bzw. Pixelspalten.
Das optische Element wird vorzugsweise im gesamten Querschnitt des Strahlenganges, der auf die sensitive Fläche des Bildaufnahmeelements auftreffenden Strahlung angeordnet. Das optische Element umfasst dabei mindestens zwei Teilbereiche, die unterschiedliche optische Eigenschaften aufweisen, wobei die mindestens zwei Teilbereiche, bei Anordnung des optischen Elementes im Strahlengang, in Bezug zur optischen Achse der optischen Vorrichtung senkrecht nebeneinander liegen. Die optischen Eigenschaften der mindestens zwei Teilbereiche des optischen Elements wurden bei dessen Herstellung vorzugsweise so eingestellt, dass durch Anordnung des optischen Elements im Strahlengang auf der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements gleichzeitig wenigstens zwei unterschiedliche Entfernungsbereiche mit hinreichender Bildschärfe insbesondere auf getrennten Bereichen des Bildaufnahmeelements abgebildet werden können. Durch die gleichzeitige Abbildung wenigstens zweier unterschiedlicher Entfernungsbereiche auf der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements ergibt sich eine Teilung der gesamten sensitiven Fläche in zumindest zwei getrennte Funktionsbereiche, z.B. zur gleichzeitigen Überwachung zweier Entfernungsbereiche mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Das optische Element weist insbesondere wenigstens eine Trennkante zwischen den mindestens zwei Teilbereichen auf. Bei Anordnung des optischen Elements im Strahlengang ist es vorteilhaft, wenn die wenigstens eine Trennkante parallel zu den Pixelzeilen des Bildaufnahmeelements ausgerichtet ist, damit die Anzahl an Pixelzeilen, die im Übergangsbereichen zwischen den wenigstens zwei Funktionsbereichen des Bildaufnahmeelements liegen und damit für Bildverarbeitungszwecke nicht genutzt werden können, möglichst gering ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die parallele Ausrichtung der wenigstens einen Trennkante des optischen Elements zu den Pixel- bzw. den Chipzeilen des Bildaufnahmeelements über eine spezielle Haltevorrichtung. Die Haltevorrichtung kann darüber hinaus zur Anordnung des optischen Elements in einem bestimmten Abstand zum Bildaufnahmeelement in Richtung der optischen Achse der optischen Vorrichtung sowie zur Positionierung des optischen Elements in eine oder mehrere Raumrichtungen senkrecht zur optischen Achse der optischen Vorrichtung dienen.
Die Haltevorrichtung wird dabei bevorzugt als zusätzliches Bauelement in der optischen Vorrichtung angeordnet und kann als Rahmen ausgestaltet sein, der um das Bildaufnahmeelement herum angeordnet wird. Ist das Bildaufnahmeelement innerhalb der optischen Vorrichtung auf einer Leiterplatte und/oder Trägerplatte aufgebracht, kann auch die Haltevorrichtung z.B. um das Bildaufnahmeelement herum auf der Leiter- bzw. Trägerplatte angeordnet werden. Die Haltevorrichtung umfasst wenigstens eine erste Anschlagskante. Die erste Anschlagskante dient vorzugsweise zur Ausrichtung des Bildaufnahmeelements, beispielsweise indem eine Außenkante des Bildaufnahmeelements an der Anschlagskante der Haltevorrichtung positioniert bzw. angelegt wird. Zur Ausrichtung des optischen Elements gegenüber dem Bildaufnahmeelement, d.h. zur

  • - parallelen Ausrichtung der zumindest einen Trennkante des optischen Elements zu den Pixel- bzw. Chipzeilen des Bildaufnahmeelements,
  • - Ausrichtung des optischen Elements in einem bestimmten Abstand zum Bildaufnahmeelement in Richtung der optischen Achse der optischen Vorrichtung und/oder
  • - zur Ausrichtung der Position des optischen Elements in zumindest eine Raumrichtung senkrecht zur optischen Achse der optischen Vorrichtung,
kann das optische Element entweder in der Haltevorrichtung vorpositioniert sein und/oder gegen eine zweite Anschlagskante der Haltevorrichtung ausgerichtet werden.The method according to the invention relates to the production of an optical device which comprises at least one image recording element and at least one optical element.
The image recording element can be an image chip or an image sensor, for example a CMOS or CCD image sensor. The image recording element preferably has a surface that is sensitive to electromagnetic radiation, with sensitive sensor units or pixels located above and/or next to one another for converting incident optical radiation into electrical signals. For this purpose, CMOS and CCD image sensors have, for example, a two-dimensional (pixel) array of light-sensitive photodiodes, ie a two-dimensional grid network of pixel rows or pixel columns.
The optical element is preferably arranged in the entire cross section of the beam path of the radiation impinging on the sensitive surface of the image pickup element. The optical element comprises at least two partial areas which have different optical properties, with the at least two partial areas lying next to one another perpendicularly in relation to the optical axis of the optical device when the optical element is arranged in the beam path. The optical properties of the at least two sub-areas of the optical element were preferably set during its production in such a way that by arranging the optical element in the beam path on the sensitive surface of the image recording element, at least two different distance ranges can be imaged with sufficient image sharpness, in particular on separate areas of the image recording element. The simultaneous imaging of at least two different distance ranges on the sensitive surface of the imaging element results in a division of the entire sensitive surface into at least two separate functional areas, for example for simultaneous Monitoring of two distance ranges using the device according to the invention.
In particular, the optical element has at least one separating edge between the at least two partial areas. When arranging the optical element in the beam path, it is advantageous if the at least one separating edge is aligned parallel to the pixel rows of the image recording element, so that the number of pixel rows that are in the transition areas between the at least two functional areas of the image recording element and therefore cannot be used for image processing purposes , is as low as possible.
In the method according to the invention, the at least one separating edge of the optical element is aligned parallel to the pixel or chip rows of the image recording element via a special holding device. The holding device can also be used to arrange the optical element at a certain distance from the image recording element in the direction of the optical axis of the optical device and to position the optical element in one or more spatial directions perpendicular to the optical axis of the optical device.
The holding device is preferably arranged as an additional component in the optical device and can be configured as a frame that is arranged around the image pickup element. If the image pickup element is mounted on a circuit board and/or carrier board within the optical device, the holding device can also be arranged, for example, around the image pickup element on the circuit board or carrier board. The holding device comprises at least one first stop edge. The first stop edge preferably serves to align the image pickup element, for example by positioning or laying an outer edge of the image pickup element on the stop edge of the holding device. To align the optical element with respect to the image pickup element, ie for
  • - parallel alignment of the at least one separating edge of the optical element to the pixel or chip rows of the image pickup element,
  • - Alignment of the optical element at a certain distance from the image recording element in the direction of the optical axis of the optical device and/or
  • - for aligning the position of the optical element in at least one spatial direction perpendicular to the optical axis of the optical device,
the optical element can either be pre-positioned in the holding device and/or aligned against a second stop edge of the holding device.

In einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich bei dem optischen Element um ein Abdeckglas. Das Abdeckglas ist dabei bevorzugt mit mindestens zwei, bei Anordnungen in der optischen Vorrichtung senkrecht zur optischen Achse nebeneinanderliegenden sowie insbesondere planparallelen Teilbereichen ausgestaltet, wobei die mindestens zwei Teilbereichen des Abdeckglases eine unterschiedliche Materialdicke in Richtung der optischen Achse der optischen Vorrichtung aufweisen, so dass es sich bei dem Abdeckglas insbesondere um ein gestuftes Abdeckglas handelt. Der Stufensprung zwischen den mindesten zwei Teilbereichen entspricht in diesem Fall der Trennkante des optischen Elements.In a particular embodiment of the method according to the invention, the optical element is a cover glass. The cover glass is preferably configured with at least two partial areas that are next to one another perpendicularly to the optical axis in arrangements in the optical device and, in particular, are plane-parallel, with the at least two partial areas of the cover glass having a different material thickness in the direction of the optical axis of the optical device, so that it the cover glass is in particular a stepped cover glass. In this case, the increment between the at least two partial areas corresponds to the separating edge of the optical element.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst das Bildaufnahmeelement in der Haltevorrichtung angeordnet und das optische Element in einem späteren Verfahrensschritt gegen zumindest eine Anschlagskante der Haltevorrichtung ausgerichtet.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the image recording element is first arranged in the holding device and the optical element is aligned against at least one stop edge of the holding device in a later method step.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst das optische Element in der Haltevorrichtung angeordnet und das Bildaufnahmeelement in einem späteren Verfahrensschritt gegen zumindest eine Anschlagskante der Haltevorrichtung ausgerichtet.In a further preferred embodiment variant of the method according to the invention, the optical element is first arranged in the holding device and the image recording element is aligned against at least one stop edge of the holding device in a later method step.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden das optische Element und das Bildaufnahmeelement gegen dieselbe Anschlagskante der Haltevorrichtung ausgerichtet. In diesem Fall entspricht also die erste Anschlagskante, gegen die das Bildaufnahmeelement ausgerichtet bzw. positioniert wird, der zweiten Anschlagskante, gegen die das optische Element ausgerichtet bzw. positioniert wird.In an advantageous embodiment of the method according to the invention, the optical element and the image recording element are aligned against the same stop edge of the holding device. In this case, the first stop edge against which the image pickup element is aligned or positioned corresponds to the second stop edge against which the optical element is aligned or positioned.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Bildaufnahmeelement auf einer Leiterplatte angeordnet, beispielsweise eine Flex-Leiterplatte. Die Haltevorrichtung kann um das Bildaufnahmeelement herum und beispielsweise ebenfalls auf der Leiterplatte angeordnet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Haltevorrichtung mit einer Tragfläche ausgestaltet, die senkrecht zur optischen Achse der optischen Vorrichtung ausgerichtet ist. Das Bildaufnahmeelement kann dabei auf der Tragfläche angeordnet und gegen zumindest eine Anschlagskante der Haltevorrichtung ausgerichtet bzw. positioniert sein.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the image recording element is arranged on a printed circuit board, for example a flexible printed circuit board. The holding device can be arranged around the image recording element and, for example, likewise on the printed circuit board.
In a further preferred embodiment variant of the method according to the invention, the holding device is designed with a support surface which is aligned perpendicular to the optical axis of the optical device. The image recording element can be arranged on the supporting surface and aligned or positioned against at least one stop edge of the holding device.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird, bei Ausgestaltung der Haltevorrichtung mit einer Tragfläche, auf der dem Bildaufnahmeelement gegenüberliegenden Seite der Tragfläche eine Leiterplatte angeordnet. Eine elektrische Verbindung bzw. Kontaktierung zwischen Leiterplatte und Bildaufnahmeelement erfolgt dabei vorzugsweise mittels Bonds bzw. Drahtbonds, die durch wenigstens einen Durchbruch in der Tragfläche hindurch geführt sind.In an advantageous embodiment of the method according to the invention, if the holding device is designed with a supporting surface, a printed circuit board is arranged on the side of the supporting surface opposite the image recording element. An electrical connection or contacting between the printed circuit board and the image pickup element is preferably effected by means of bonds or wire bonds, which are guided through at least one opening in the supporting surface.

Weitere Vorteile sowie optionale Ausgestaltungen gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Further advantages and optional refinements emerge from the description and the drawings. Exemplary embodiments are shown in simplified form in the drawings and explained in more detail in the following description.

In 1 ist eine optische Vorrichtung dargestellt, wie diese aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die optische Vorrichtung umfasst ein Bildaufnahmeelement 2 mit einer für elektromagnetische Strahlung sensitiven Fläche 3. Das Bildaufnahmeelement 2 ist auf einem Substrat angeordnet, wobei es sich in diesem Fall um eine Leiterplatte 4 handelt. Über dem Bildaufnahmeelement 2 ist weiterhin ein optisches Element 5 angeordnet. Das optische Element 5 ist mit zwei senkrecht zur optischen Achse 9 nebeneinander liegenden Teilbereichen 11 und 12 ausgestaltet, dessen optische Eigenschaften bei der Herstellung so eingestellt wurden, dass sich durch Anordnung des optischen Elements 5 über dem Bildaufnahmeelement 2, eine Teilung der sensitiven Fläche 3 des Bildaufnahmeelements 2 in zwei getrennte Funktionsbereiche 13 und 14 ergibt. Bei dem optischen Element 5 in 1 handelt es sich dabei um ein gestuftes Abdeckglas mit zwei senkrecht zur optischen Achse 9 nebeneinander liegenden planparallelen Teilbereichen 11 und 12 mit unterschiedlicher Materialdicke. Die Teilbereiche 11 und 12 sind durch eine Trennkante 10 voneinander abgegrenzt, in diesem Fall in Gestalt des Stufensprungs zwischen den unterschiedlichen Materialdicken der beiden Teilbereiche 11 und 12. Die Trennkante 10 des optischen Elements 5 muss sehr genau gegenüber der sensitiven Fläche 3 des Bildaufnahmeelements 2 ausgereichtet sein, um z.B. ein gewünschtes Teilungsverhältnis der sensitiven Fläche 3 des Bildaufnahmeelements 2 zu erreichen. Dabei ist insbesondere eine Parallelität der Trennkante 10 zu den Chipzeilen bzw. Pixelzeilen auf der sensitiven Fläche 3 wichtig. Durch Anordnung eines optischen Elements 5 über einem Bildaufnahmeelement 2 entsprechend 1 können auf der sensitiven Fläche 3 des Bildaufnahmeelements 2 z.B. gleichzeitig mindestens zwei unterschiedliche Entfernungsbereiche mit hinreichender Bildschärfe abgebildet werden, wodurch sich eine Teilung der gesamten sensitiven Fläche 3 in getrennte Funktionsbereiche 13 und 14 ergibt. Beispielweise kann, bei Verwendung der optischen Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug, mit einem der Funktionsbereiche 13 oder 14 ein Nahbereich in oder vor dem Kraftfahrzeug überwacht werden, z.B. die Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs zur Regen- und/oder Schmutzerkennung. Mit dem zweiten der Funktionsbereiche 13 oder 14 kann gleichzeitig ein Fernbereich überwacht werden, beispielweise zur Verkehrszeichen- und/oder Fahrspurerkennung und/oder zur Erkennung von anderen Verkehrsteilnehmern. Die Anordnung und Ausrichtung eines optischen Elements 5 über einem Bildaufnahmeelement 2 entsprechend 1, insbesondere mit einem Abstandshalter 6 sowie mittels Klebstoff 7 und Dichtmittel 8, erweist sich als sehr aufwändig und erfordert für die genaue Ausrichtung des optischen Elements 5 zusätzliches Equipment bzw. eine aktive Justage.In 1 an optical device is shown, as is known from the prior art. The optical device comprises an image pickup element 2 with a surface 3 that is sensitive to electromagnetic radiation. The image pickup element 2 is arranged on a substrate, which in this case is a printed circuit board 4 . Furthermore, an optical element 5 is arranged above the image recording element 2 . The optical element 5 is designed with two sub-areas 11 and 12 that are perpendicular to the optical axis 9, the optical properties of which have been set during production in such a way that arranging the optical element 5 over the image recording element 2 results in a division of the sensitive surface 3 of the Image pickup element 2 in two separate functional areas 13 and 14 results. With the optical element 5 in 1 This is a stepped cover glass with two plane-parallel subregions 11 and 12 with different material thicknesses lying next to one another perpendicularly to the optical axis 9 . The partial areas 11 and 12 are delimited from one another by a separating edge 10, in this case in the form of the increment between the different material thicknesses of the two partial areas 11 and 12. The separating edge 10 of the optical element 5 must be very precisely aligned with the sensitive surface 3 of the image recording element 2 be, for example, to achieve a desired division ratio of the sensitive surface 3 of the image pickup element 2 . It is particularly important that the separating edge 10 is parallel to the chip rows or pixel rows on the sensitive surface 3 . By arranging an optical element 5 over an image pickup element 2 accordingly 1 For example, at least two different distance ranges can be imaged simultaneously with sufficient image sharpness on the sensitive surface 3 of the image recording element 2, resulting in a division of the entire sensitive surface 3 into separate functional areas 13 and 14. For example, when using the optical device in a motor vehicle, one of the functional areas 13 or 14 can be used to monitor a close-up area in or in front of the motor vehicle, eg the windshield of the motor vehicle for detecting rain and/or dirt. With the second of the functional areas 13 or 14, a long-distance area can be monitored at the same time, for example for traffic sign and/or lane detection and/or for the detection of other road users. The arrangement and alignment of an optical element 5 over an image recording element 2 accordingly 1 , in particular with a spacer 6 and by means of adhesive 7 and sealant 8, proves to be very complex and requires additional equipment or active adjustment for the precise alignment of the optical element 5.

In 2 ist ein Beispiel für eine Vorrichtung 1 dargestellt, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden kann. Die optische Vorrichtung 1 aus 2 umfasst ein Bildaufnahmeelement 2 mit einer sensitiven Fläche 3. Das Bildaufnahmeelement 2 ist auf einer Leiterplatte 4, angeordnet und mittels Drahtbonds 15 elektrisch mit der Leiterplatte 4 verbunden. Über dem Bildaufnahmeelement 2 ist ein optisches Element 5 angeordnet. Das optische Element 5 umfasst zwei Teilbereichen 11 und 12, die durch eine Trennkante 10 voneinander abgegrenzt sind. Durch Anordnung des optischen Elements 5 über dem Bildaufnahmeelement 2 erfolgt eine Teilung der sensitiven Fläche 3 des Bildaufnahmeelements 2 in zwei getrennte Funktionsbereiche 13 und 14, wodurch beispielsweise zwei unterschiedliche Entfernungsbereiche gleichzeitig auf der sensitiven Fläche 3 mit hinreichender Bildschärfe abgebildet werden können. Unter hinreichender Bildschärfe ist bevorzugt eine Bildschärfe zu verstehen, die für weitere Bildverarbeitungszwecke hinreichend genau ist. Entsprechend des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens erfolgt die Anordnung bzw. die Ausrichtung des optischen Elements 5 über dem Bildaufnahmeelement 2 mittels einer speziellen Haltevorrichtung 16. Die Ausrichtung des optischen Elements 5 umfasst dabei zumindest eine der folgenden Maßnahmen:

  • - Parallele Ausrichtung der Trennkante 10 des optischen Elements 5 zu den Pixelzeilen bzw. Chipzeilen des Bildaufnahmeelements 2 bzw. dessen sensitiver Fläche 3.
  • - Ausrichtung des optischen Elements 5 in einem bestimmten Abstand zum Bildaufnahmeelement 2 in Richtung der optischen Achse 9.
  • - Positionierung des optischen Elements 5 in zumindest eine Raumrichtung senkrecht zur optischen Achse 9.
Entsprechend 2 ist die Haltevorrichtung 16 als Rahmen ausgestaltet, der auf der Leiterplatte 4 um das Bildaufnahmeelement 2 herum angeordnet ist und eine erste Anschlagskante 17 umfasst, gegen die das Bildaufnahmeelement 2 ausgerichtet bzw. positioniert wird. Das optische Element 5 wird anschließend gegen die zweite Anschlagskante 18 ausgerichtet. In diesem Fall handelt es sich bei der zweiten Anschlagskante 18 um dieselbe Anschlagskante 17, gegen die auch das Bildaufnahmeelement 2 ausgerichtet worden ist.
Ist die Position der sensitiven Fläche 3 relativ zur Außenkante des Bildaufnahmeelements 2 bekannt und ist die Trennkante 10 des optischen Elements 5 ebenfalls mit einer vorab definierten Ausrichtung zur äußeren Kante des optischen Elements 5 ausgestaltet, beispielweise durch ein Herstellungsverfahren entsprechend 3, kann durch das oben beschriebene Verfahren bzw. mittels der Haltevorrichtung 16 eine eindeutige und genaue Ausrichtung des optischen Elements 5 zu dem Bildaufnahmeelement 2 bzw. zu dessen sensitiver Fläche 3 hergestellt werden. Auf eine aktive Justage, d.h. auf eine Ausrichtung des optischen Elements 5 bei aktiv betriebenem Bildaufnahmeelement 2, kann somit verzichtet werden. Durch die Haltevorrichtung 16 können zudem alle vorangehend aufgezählten Maßnahmen zur Ausrichtung des optischen Elements 5 gleichzeitig erfolgen. Des Weiteren kann durch die in 2 gezeigte Positionierung eines optischen Elements 5, beispielsweise ein Glasplatte und/oder ein Abdeckglas, sowie eines Bildaufnahmeelements 2, beispielsweise ein Bild-Chip, gegen die gleiche oder in einem gemeinsamen Verfahren hergestellte Kante 17 und 18 Fertigungstoleranzen minimiert werden.In 2 an example of a device 1 is shown, which can be produced by means of the method according to the invention. The optical device 1 from 2 comprises an image pickup element 2 with a sensitive surface 3. The image pickup element 2 is arranged on a printed circuit board 4 and is electrically connected to the printed circuit board 4 by means of wire bonds 15. An optical element 5 is arranged above the image recording element 2 . The optical element 5 comprises two partial areas 11 and 12 which are delimited from one another by a separating edge 10 . By arranging the optical element 5 above the image recording element 2, the sensitive surface 3 of the image recording element 2 is divided into two separate functional areas 13 and 14, whereby for example two different distance ranges can be imaged simultaneously on the sensitive surface 3 with sufficient image sharpness. Sufficient image sharpness is preferably to be understood as meaning an image sharpness that is sufficiently precise for further image processing purposes. According to the method proposed according to the invention, the optical element 5 is arranged or aligned over the image pickup element 2 by means of a special holding device 16. The alignment of the optical element 5 includes at least one of the following measures:
  • - Parallel alignment of the separating edge 10 of the optical element 5 to the pixel rows or chip rows of the image recording element 2 or its sensitive surface 3.
  • - Alignment of the optical element 5 at a specific distance from the image recording element 2 in the direction of the optical axis 9.
  • - Positioning of the optical element 5 in at least one spatial direction perpendicular to the optical axis 9.
Corresponding 2 the holding device 16 is designed as a frame, which is arranged on the circuit board 4 around the image pickup element 2 and includes a first stop edge 17, against which the image pickup element 2 is aligned or positioned. The optical element 5 is then aligned against the second stop edge 18 . In this case, the second stop edge 18 is the same stop edge 17 against which the image recording element 2 was also aligned.
If the position of the sensitive surface 3 relative to the outer edge of the image recording element 2 is known and the separating edge 10 of the optical element 5 is also designed with a previously defined orientation to the outer edge of the optical element 5, for example by a corresponding manufacturing method 3 , a clear and precise alignment of the optical element 5 to the image recording element 2 or to its sensitive surface 3 can be produced by the method described above or by means of the holding device 16 . An active adjustment, ie an alignment of the optical element 5 when the image pickup element 2 is actively operated, can thus be dispensed with. In addition, the holding device 16 allows all of the previously listed measures for aligning the optical element 5 to be carried out simultaneously. Furthermore, through the in 2 shown positioning of an optical element 5, such as a glass plate and / or a cover glass, and an image pickup element 2, such as an image chip, against the same edge 17 and 18 or produced in a common process manufacturing tolerances are minimized.

In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens kann beispielsweise das Bildaufnahmeelement 2 auf der Leiterplatte 4 angeordnet werden. In einem späteren Verfahrensschritt kann die Haltevorrichtung 16 auf der Leiterplatte angeordnet und mit der ersten Anschlagskante 17 gegen eine Außenkante des Bildaufnahmeelements 2 positioniert werden. Das optische Element 5 kann dabei entweder bereits auf der Haltevorrichtung 16 angeordnet sein oder erst in einem späteren Schritt auf der Haltevorrichtungen 16 angeordnet und gegen eine zweite Anschlagskante 18 positioniert werden.In a first step of the method according to the invention, the image recording element 2 can be arranged on the printed circuit board 4, for example. In a later method step, the holding device 16 can be arranged on the printed circuit board and positioned with the first stop edge 17 against an outer edge of the image recording element 2 . The optical element 5 can either already be arranged on the holding device 16 or only in a later step can be arranged on the holding device 16 and positioned against a second stop edge 18 .

3 zeigt beispielhaft ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements 5 mit definierter Ausrichtung einer Trennkannte 10 gegenüber einer Außenkante 19 des optischen Elements 5 mittels einer Hilfsvorrichtung 20. Glasplatten mit Absatz werden typischerweise durch Verbindung von zwei Einzelelementen 21 und 22 hergestellt. 3 zeigt eine Hilfsvorrichtung 20, die es erlaubt die beiden Einzelelemente 21 und 22 sehr genau gegeneinander auszurichten. 3 shows an example of a method for producing an optical element 5 with a defined orientation of a separating edge 10 relative to an outer edge 19 of the optical element 5 using an auxiliary device 20. Glass plates with shoulders are typically produced by connecting two individual elements 21 and 22. 3 shows an auxiliary device 20 which allows the two individual elements 21 and 22 to be aligned very precisely with one another.

4 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der das optische Element 5 bereits in der Haltevorrichtung 16 vorpositioniert wird. Dieses kann entsprechend 4 mit einer Hilfsvorrichtung 20 zur genauen Positionierung der Trennkante 10 des optischen Elements gegenüber der Rahmenkante 17 erfolgen. Durch die Pfeile in 4 ist die Kraft für die Positionierung gegen den Anschlag dargestellt. 4 shows a preferred embodiment of the method according to the invention, in which the optical element 5 is already pre-positioned in the holding device 16 . This can accordingly 4 with an auxiliary device 20 for precise positioning of the separating edge 10 of the optical element relative to the frame edge 17 . Through the arrows in 4 shows the force for positioning against the stop.

In einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zur Vorpositionierung des optischen Elements 5 in der Haltevorrichtung 16 sowie zur Ausrichtung der Rahmenkante 17 gegenüber der Trennkante 10 des optischen Elements 5 eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren entsprechend 5a und 5b verwendet werden. Wie in 5a und 5b dargestellt, kann dabei eine Hilfsvorrichtung 20 sowie ein zusätzliches Elements 23 verwendet werden, mittels derer der Abstand der Trennkante 10 zur Anschlagskante 17 eingestellt wird. Der Absatz in der Anschlagskante 17 der Haltevorrichtung 16 sowie die gestufte Ausgestaltung der Hilfsvorrichtung 20 ermöglicht es dabei das zusätzlichen Elements 23 nach der Positionierung des optischen Elements 5 in der Haltevorrichtung abzuziehen. Wesentlich ist dabei, dass der Absatz bzw. die Kante in der Haltevorrichtung 16 nach oben hin abgesetzt ist, damit im entlasteten Fall das zusätzliche Element 23 entsprechend 5b leicht gekippt und anschließend abgezogen werden kann. In a preferred embodiment of the method according to the invention, a device or a method can be used for pre-positioning the optical element 5 in the holding device 16 and for aligning the frame edge 17 with respect to the separating edge 10 of the optical element 5 5a and 5b be used. As in 5a and 5b shown, an auxiliary device 20 and an additional element 23 can be used, by means of which the distance between the separating edge 10 and the stop edge 17 is adjusted. The shoulder in the stop edge 17 of the holding device 16 and the stepped design of the auxiliary device 20 make it possible to pull off the additional element 23 after positioning the optical element 5 in the holding device. It is essential that the paragraph or the edge in the holding device 16 is offset upwards, so that the additional element 23 is relieved accordingly 5b easily tilted and then pulled off.

6 zeigt ein weiteres Beispiel für eine optische Vorrichtung 1, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden kann. Die optische Vorrichtung 1 ist dabei in weiten Teilen entsprechend der Beschreibung zu 2 aufgebaut. Im Gegensatz zu 2 ist das optische Element 5 in 6 bereits in der Haltevorrichtung 16 vorpositioniert worden, bevor die Haltevorrichtung 16 auf der Leiterplatte 4 mit der Anschlagskante 17 gegen eine Außenkante des Bildaufnahmeelements 2 ausgerichtet wird. Die Vorpositionierung des optischen Elements 5 kann beispielsweise mittels eines Verfahrens entsprechend 4 oder entsprechend den 5a und 5b erfolgt sein. 6 FIG. 1 shows a further example of an optical device 1 which can be produced by means of the method according to the invention. The optical device 1 is largely in accordance with the description 2 built up. In contrast to 2 the optical element is 5 in 6 has already been pre-positioned in the holding device 16 before the holding device 16 is aligned on the circuit board 4 with the stop edge 17 against an outer edge of the image recording element 2 . The optical element 5 can be pre-positioned, for example, by means of a method 4 or according to the 5a and 5b be done.

7 zeigt ein weiteres Beispiel für eine optische Vorrichtung 1, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden kann. Die optische Vorrichtung aus 7 ist dabei in weiten Teilen entsprechend den Vorrichtungen 1 aus den 2 und 6 aufgebaut. Im Gegensatz zu 2 und 6 ist die Haltevorrichtung in 7 mit einer Tragfläche 24 ausgestaltet, die senkrecht zur optischen Achse 9 ausgerichtet ist. Das Bildaufnahmeelement 2 ist auf der Tragfläche 24 angeordnet. Eine Kontaktierung zwischen Bildaufnahmeelement 2 und Leiterplatte 4, in diesem Fall eine Flex-Leiterplatte (flexible Leiterplatte), erfolgt mittels Bonds 15, die durch Durchbrüche 25 in der Tragfläche 24 der Haltevorrichtung 16 hindurchgeführt sind. Das Bildaufnahmeelement 2 wurde bei der Herstellung der optischen Vorrichtung 1 gegen eine erste Anschlagskante 17 ausgerichtet, das optische Element 5 gegen eine zweite Anschlagskante 18. 7 FIG. 1 shows a further example of an optical device 1 which can be produced by means of the method according to the invention. The optical device off 7 is largely corresponding to the devices 1 from the 2 and 6 built up. In contrast to 2 and 6 is the holding device in 7 designed with a supporting surface 24 which is aligned perpendicularly to the optical axis 9 . The image recording element 2 is arranged on the supporting surface 24 . Contact is made between the image pickup element 2 and the printed circuit board 4, in this case a flexible printed circuit board (flexible printed circuit board), by means of bonds 15 that are passed through openings 25 in the supporting surface 24 of the holding device 16. The image pickup element 2 was in the manufacture of the optical device 1 against a first Stop edge 17 aligned, the optical element 5 against a second stop edge 18.

Die 8a bis 8d zeigen verschiedene Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Verfahrens zur genauen Ausrichtung der Trennkante 10 eines optischen Elements 5 gegenüber den Pixel- bzw. den Chipzeilen eines Bildaufnahmeelements 2. Die Haltevorrichtung 16 ist dabei jeweils mit einer Tragfläche 24 ausgebildet, auf der das Bildaufnahmeelement 2 angeordnet ist.
In 8a wird ein optisches Element 5 in der optischen Vorrichtung 1 angeordnet, das mit zwei Absätzen 26 ausgebildet ist, die sehr genau gegenüber einander ausgerichtet sind. Einer der Absätze 26 entspricht dabei der Trennkannte 10 des optischen Elements 5, welche die sensitive Fläche 3 des Bildaufnahmeelements 2 in zwei getrennte Funktionsbereiche 13 und 14 unterteilt. Der zweite der beiden Absätze 26 wird gegen dieselbe Anschlagskante 17 wie das Bildaufnahmeelement 2 positioniert, so dass eine genaue Ausrichtung der Trennkannte 10 zu den Pixelzeilen des Bildaufnahmeelements 2 erreicht wird.
In 8b erfolgt die Ausrichtung des Bildaufnahmeelements 2 gegen eine erste Anschlagskante 17 der Haltevorrichtung 16. Die Ausrichtung des optischen Elements 5 erfolgt dabei gegen eine zweite Anschlagskante 18, die sehr genau gegenüber der ersten Anschlagskante 17 ausgerichtet ist.
In 8c wird, wie bereits in 8a, ein optisches Element 5 verwendet, das mit zwei Absätzen 26 ausgebildet ist, von denen einer der Trennkannte 10 entspricht. Der Absatz 26, welcher der Trennkannte 10 entspricht, ist dabei sehr genau gegenüber der in 8c rechts dargestellten Außenkante des optischen Elements 5 ausgerichtet. Die rechte Außenkante des optischen Elements 5 wird gegen eine zweite Anschlagskante 18 der Haltevorrichtung 16 positioniert, die wiederum sehr genau gegenüber einer ersten Anschlagskante 17 der Haltevorrichtung 16 ausgerichtet ist, gegen die das Bildaufnahmeelement 2 positioniert ist.
In 8d ist eine Ausführungsvariante dargestellt, bei der die Trennkante 10 des optischen Elements 5 sehr genau gegenüber der in 8d links dargestellten Außenkante des optischen Elements 5 ausgerichtet ist. Die linke Außenkante des optischen Elements 5 wird dabei gegen dieselbe Anschlagskante 17 der Haltevorrichtung 16 positioniert, gegen die auch das Bildaufnahmeelement 2 ausgerichtet ist.
Während in den Ausführungsvarianten entsprechend 8a und 8b zumindest ein Element erforderlich ist, bei dem mindestens zwei Kanten hochgenau gefertigt und gegeneinander ausgerichtet sind, ist bei den Ausführungsvarianten entsprechend 8c und 8d die genaue Ausrichtung von zwei Elementen mit je einer präzise gefertigten Kannte ausschlaggebend.the 8a until 8d show different embodiment variants of the method according to the invention for precise alignment of the separating edge 10 of an optical element 5 with respect to the pixel or chip rows of an image recording element 2. The holding device 16 is in each case designed with a supporting surface 24 on which the image recording element 2 is arranged.
In 8a an optical element 5 is arranged in the optical device 1, which is formed with two shoulders 26, which are very precisely aligned with each other. One of the shoulders 26 corresponds to the separating edge 10 of the optical element 5, which divides the sensitive surface 3 of the image recording element 2 into two separate functional areas 13 and 14. The second of the two paragraphs 26 is positioned against the same stop edge 17 as the image pickup element 2, so that an exact alignment of the separating edge 10 to the pixel rows of the image pickup element 2 is achieved.
In 8b the image pickup element 2 is aligned against a first stop edge 17 of the holding device 16 . The optical element 5 is aligned against a second stop edge 18 , which is aligned very precisely with respect to the first stop edge 17 .
In 8c will, as already in 8a , an optical element 5 is used, which is formed with two shoulders 26, one of which corresponds to the separating edge 10. The paragraph 26, which corresponds to the separating edge 10, is very precise compared to the 8c right shown outer edge of the optical element 5 aligned. The right outer edge of the optical element 5 is positioned against a second stop edge 18 of the holding device 16, which in turn is aligned very precisely with respect to a first stop edge 17 of the holding device 16 against which the image recording element 2 is positioned.
In 8d an embodiment variant is shown in which the separating edge 10 of the optical element 5 is very precisely opposite to that in 8d shown on the left outer edge of the optical element 5 is aligned. The left outer edge of the optical element 5 is positioned against the same stop edge 17 of the holding device 16 against which the image recording element 2 is also aligned.
While in the design variants accordingly 8a and 8b at least one element is required, in which at least two edges are manufactured with high precision and aligned with one another, this applies accordingly to the design variants 8c and 8d the precise alignment of two elements, each with a precisely manufactured edge, is crucial.

9 zeigt eine optische Vorrichtung, bei der eine Leiterplatte 4 unter einer Trägerplatte 27 angeordnet ist. Das Bildaufnahmeelement 2 ist dabei auf der Trägerplatte 27 angeordnet. Die Kontaktierung zwischen Bildaufnahmeelement 2 und Leiterplatte 4 erfolgt über Bonds 15, die durch entsprechende Durchbrüche 25 in der Trägerplatte 27 hindurchgeführt sind. Bei dem in 9 gezeigten Aufbau muss sichergestellt werden, dass das optische Element 5 das Bildaufnahmeelement 2 bzw. dessen sensitive Fläche 3 nicht berührt. Hierfür ist ein Abstandshalter 28 erforderlich. Besonders bei einem Aufbau einer optischen Vorrichtung entsprechend 9 mit einem gestuften Abdeckglas als optisches Element 5, stellt das Einstellen des Abstand des gestuften Abdeckglases bzw. des optischen Elements 5 ein Problem dar. Um diesen Problem zu lösen wird ein Aufbau beispielsweise entsprechend 10a bis 10c vorgeschlagen. 9 FIG. 12 shows an optical device in which a circuit board 4 is arranged under a carrier plate 27. FIG. In this case, the image recording element 2 is arranged on the carrier plate 27 . The contacting between the image recording element 2 and the printed circuit board 4 takes place via bonds 15 which are guided through corresponding openings 25 in the carrier plate 27 . At the in 9 The structure shown must ensure that the optical element 5 does not touch the image recording element 2 or its sensitive surface 3. A spacer 28 is required for this. Especially in a structure corresponding to an optical device 9 with a stepped cover glass as the optical element 5, adjusting the pitch of the stepped cover glass or the optical element 5 poses a problem. In order to solve this problem, a structure is appropriate, for example 10a until 10c suggested.

In 10a bis 10c ist die Auflagefläche für das Bildaufnahmeelement 2 im Verhältnis zur Auflagefläche für das optische Element 5 nach unten gezogen bzw. nach unten hin abgesetzt. Das Tiefziehen der Auflagefläche für das Bildaufnahmeelement 2 kann beispielsweise in demselben Fertigungsprozess erfolgen, in dem die Durchbrüche 25 bzw. die Aussparungen für die Bonds 15 hergestellt werden. Dadurch entstehen vorzugsweise zwei in Richtung der optischen Achse 9 der optischen Vorrichtung 1 versetzte Ebenen, von denen eine als Auflagefläche für das Bildaufnahmeelement 2 und eine als Auflagefläche für das optische Element 5 bzw. das Abdeckglas dient. Ein zusätzlicher Abstandshalter 28 wie in 9 ist in diesem Fall nicht erforderlich. Der beschriebene Aufbau ist in 10a in der Draufsicht und in 10b sowie 10c in Schnittdarstellungen beispielhaft abgebildet. Die Trägerplatte auf denen das Bildaufnahmeelement 2 und das optische Element 5 in den 10a bis 10c kann insbesondere als Haltevorrichtung 16 für das erfindungsgemäße Verfahren bzw. einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dienen.In 10a until 10c the bearing surface for the image recording element 2 is drawn downwards or offset downwards in relation to the bearing surface for the optical element 5 . The deep-drawing of the bearing surface for the image recording element 2 can be carried out, for example, in the same production process in which the openings 25 or the recesses for the bonds 15 are produced. This preferably results in two planes that are offset in the direction of the optical axis 9 of the optical device 1, one of which serves as a bearing surface for the image pickup element 2 and one of which serves as a bearing surface for the optical element 5 or the cover glass. An additional spacer 28 as in 9 is not required in this case. The structure described is 10a in top view and in 10b and 10c shown in sectional views as examples. The support plate on which the image pickup element 2 and the optical element 5 in the 10a until 10c can serve in particular as a holding device 16 for the method according to the invention or a device 1 according to the invention.

Der in den 10a bis 10c dargestellte Aufbau einer optischen Vorrichtung 1 hat gegebenenfalls den Nachteil, dass bei einer sehr dünnen Leiterplatte 4 der tiefer gesetzte Bereich der Trägerplatte bzw. der Haltevorrichtung 16 nach unten über die Leiterplatte 4 hinausragt. Dies kann zu Schwierigkeiten beispielweise beim Bestücken der Leiterplatte 4 führen. Um derartige Schwierigkeiten zu vermeiden wird vorgeschlagen z.B. einen Aufbau mit einer Trägerplatte bzw. Haltevorrichtung 16 entsprechend 11 oder 12 zu verwenden.The in the 10a until 10c The structure of an optical device 1 shown may have the disadvantage that, in the case of a very thin printed circuit board 4 , the lowered area of the carrier plate or the holding device 16 protrudes downwards beyond the printed circuit board 4 . This can lead to difficulties, for example, when the printed circuit board 4 is populated. In order to avoid such difficulties, a structure with a carrier plate or holding device 16 is proposed, for example 11 or 12 to use.

In 11 ist die Trägerplatte bzw. die Haltevorrichtung 16 als gestanztes Blechteil ausgestaltet, mit einem wellenförmig ausgebildeten Absatz 29, der ein Innenvolumen 30 begrenzt in dem das Bildaufnahmeelement 2 angeordnet ist.In 11 the carrier plate or the holding device 16 is designed as a stamped sheet metal part, with a wavy shoulder 29, which an inner volume 30 delimits in which the image recording element 2 is arranged.

In 12 ist die Trägerplatte bzw. die Haltevorrichtung 16 mit einer ebenen unteren Fläche ausgebildet an der die Leiterplatte 14 angeordnet ist. Die Trägerplatte bzw. die Haltevorrichtung 16 in 12 ist zudem auf der, der Leiterplatte 4 gegenüberliegen Seite mit einem Absatz 31 ausgestaltet, der als Auflagefläche für das optische Element 5 dient und welcher sicherstellt, dass das optische Element 5 im erforderlichen Abstand zum Bildaufnahmeelement 2 positioniert ist. Der Absatz 31 kann beispielsweise in einem Fertigungsprozess an die Trägerplatte bzw. an die Haltevorrichtung 16 angespritzt werden.In 12 the carrier plate or the holding device 16 is formed with a flat lower surface on which the printed circuit board 14 is arranged. The carrier plate or the holding device 16 in 12 is also designed with a shoulder 31 on the side opposite the printed circuit board 4, which serves as a support surface for the optical element 5 and which ensures that the optical element 5 is positioned at the required distance from the image recording element 2. The shoulder 31 can be molded onto the carrier plate or onto the holding device 16, for example, in a manufacturing process.

Wesentlich bei den vorgeschlagenen Aufbauvarianten für eine optische Vorrichtung 1 entsprechen den 10a bis 10c sowie entsprechend 11 und 12 ist in jedem Fall, zwei unterschiedliche Ebenen durch die Trägerplatte bzw. Haltevorrichtung 16 eingestellt werden, um das Bildaufnahmeelement 2 und das optische Element 5 aufzunehmen. Der Aufbau ist bei einem Bildaufnahmeelement 2, der wie in den Figuren dargestellt nur auf zwei Seiten Kontaktierungen bzw. Kontaktpads aufweist, sehr stabil. Grundsätzlich sind die vorangehend beschriebenen Aufbauvarianten jedoch auch bei Bildaufnahmeelementen 2 möglich, deren Kontaktierungen umlaufend angeordnet sind.Essentially in the proposed construction variants for an optical device 1 correspond to 10a until 10c as well as accordingly 11 and 12 In any case, two different planes can be set by the support plate or holding device 16 in order to accommodate the image pickup element 2 and the optical element 5 . The structure is very stable in the case of an image recording element 2 which, as shown in the figures, has contacts or contact pads only on two sides. In principle, however, the design variants described above are also possible with image recording elements 2 whose contacts are arranged circumferentially.

Die vorangehend beschriebenen optischen Vorrichtungen 1 sowie die vorangehend beschriebenen Verfahren zur Herstellung einer optischen Vorrichtung 1, insbesondere deren verschiedenen Ausführungsvarianten, können bevorzugt zur Herstellung von Kameras bzw. Kamerasystemen beispielweise zur Anwendung in Kraftfahrzeuge eingesetzt werden. Mögliche Ausführungen von Kameras bzw. Kamerasystemen, in denen optische Vorrichtungen 1 entsprechend den vorangegangenen Beschreibungen eingesetzt werden, sind beispielhaft in den 13 und 14 dargestellt. Dabei sind insbesondere zusätzliche Elemente, wie ein Objektiv 32 umfassend eine oder mehrere Linsen 34 in den Kamerasystemen angeordnet und mittels Klebstoff 33 mit den erfindungsgemäßen optischen Vorrichtungen 1 verbunden.The optical devices 1 described above and the methods described above for producing an optical device 1, in particular their different embodiment variants, can preferably be used to produce cameras or camera systems, for example for use in motor vehicles. Possible designs of cameras or camera systems, in which optical devices 1 are used in accordance with the preceding descriptions, are exemplified in FIGS 13 and 14 shown. In this case, in particular additional elements such as an objective 32 comprising one or more lenses 34 are arranged in the camera systems and connected to the optical devices 1 according to the invention by means of adhesive 33 .

BezugszeichenlisteReference List

11
Optische Vorrichtungoptical device
22
Bildaufnahmeelementimage pickup element
33
sensitive Flächesensitive surface
44
Leiterplattecircuit board
55
optisches Elementoptical element
66
Abstandshalterspacers
77
Klebstoffadhesive
88th
Dichtmittelsealant
99
optische Achseoptical axis
1010
Trennkanteseparation edge
1111
erster Teilbereichfirst section
1212
zweiter Teilbereichsecond section
1313
erster Funktionsbereichfirst functional area
1414
zweiter Funktionsbereichsecond functional area
1515
Bondsbond
1616
Haltevorrichtungholding device
1717
erste Anschlagskantefirst stop edge
1818
zweite Anschlagskantesecond stop edge
1919
Außenkante des optischen ElementsOuter edge of the optical element
2020
Hilfsvorrichtungauxiliary device
2121
erstes Element des optischen Elementsfirst element of the optical element
2222
zweites Element des optischen Elementssecond element of the optical element
2323
zusätzliches Element zum Einstellen des Abstandsadditional element for adjusting the distance
2424
Tragflächewing
2525
Durchbruchbreakthrough
2626
Absatz des optischen ElementsParagraph of the optical element
2727
Trägerplattebacking plate
2828
Abstandshalterspacers
2929
wellenfömiger Absatzwavy heel
3030
Innenvolumeninternal volume
3131
AbsatzUnit volume
3232
Objektivlens
3333
KleberGlue
3434
Linselens

Claims (11)

Verfahren zur Herstellung einer optischen Vorrichtung (1) umfassend ein Bildaufnahmeelement (2) und ein optisches Element (5), wobei das optische Element (5) im gesamten Querschnitt des Strahlenganges, der auf eine für elektromagnetische Strahlung sensitiven Fläche (3) des Bildaufnahmeelements (2) auftreffenden Strahlung, angeordnet wird, das optische Element (5) senkrecht zur optischen Achse (9) mindestens zwei nebeneinander liegende Teilbereiche (11; 12) umfasst, dessen optische Eigenschaften bei der Herstellung so eingestellt wurden, dass durch Anordnung des optischen Elements (5) im Strahlengang auf der sensitiven Fläche (3) des Bildaufnahmeelements (2) gleichzeitig mindestens zwei unterschiedliche Entfernungsbereiche mit hinreichender Bildschärfe abgebildet werden, wodurch sich eine Teilung der gesamten sensitiven Fläche (3) des Bildaufnahmeelements (2) in getrennte Funktionsbereiche (13; 14) ergibt, und wobei das optische Element (5) derart ausgerichtet wird, dass zumindest eine Trennkante (10), welche das optische Element (5) in die mindestens zwei Teilbereiche (11; 12) unterteilt, parallel zu Pixelzeilen des Bildaufnahmeelements (2) ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass - die parallele Ausrichtung der zumindest einen Trennkante (10) des optischen Elements (5) zu den Pixelzeilen des Bildaufnahmeelements (2), - ein bestimmter Abstand des optischen Elements (5) zum Bildaufnahmeelement (2) in Richtung der optischen Achse (9) und - eine bestimmten Position des optischen Elements (5) in zumindest eine Raumrichtung senkrecht zur optischen Achse (9) über eine Haltevorrichtung (16) hergestellt wird, wobei das Bildaufnahmeelement (2) gegen eine erste Anschlagskante (17) der Haltevorrichtung (16) ausgerichtet wird, und wobei das optische Element (5) entweder in der Haltevorrichtung (16) vorpositioniert oder gegen eine zweite Anschlagskante (18) der Haltevorrichtung (16) ausgerichtet wird. Method for producing an optical device (1) comprising an image recording element (2) and an optical element (5), the optical element (5) being visible in the entire cross-section of the beam path which is incident on a surface (3) of the image recording element (which is sensitive to electromagnetic radiation) 2) impinging radiation, is arranged, the optical element (5) perpendicular to the optical axis (9) comprises at least two partial regions (11; 12) lying next to one another, the optical properties of which have been adjusted during production in such a way that by arranging the optical element ( 5) in the beam path on the sensitive surface (3) of the image recording element (2) at least two different distance ranges are imaged simultaneously with sufficient image sharpness, resulting in a division of the entire sensitive surface (3) of the image recording element (2) into separate functional areas (13; 14), and the optical element (5) is aligned in such a way that at least one separating edge (10), which divides the optical element (5) into the at least two partial regions (11; 12), is aligned parallel to pixel rows of the image recording element (2), characterized in that - the parallel alignment of the at least one separating edge (10) of the optical element (5) to the pixel rows of the image recording element (2), - a certain distance between the optical element (5) and the image recording element (2) in the direction of the optical axis (9) and - a specific position of the optical element (5) is produced in at least one spatial direction perpendicular to the optical axis (9) via a holding device (16). d, wherein the image recording element (2) is aligned against a first stop edge (17) of the holding device (16), and wherein the optical element (5) is either pre-positioned in the holding device (16) or against a second stop edge (18) of the holding device ( 16) is aligned. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem optischen Element (5) um ein gestuftes Abdeckglas handelt, das senkrecht zur optischen Achse (9) mit mindestens zwei nebeneinander liegenden planparallelen Teilbereichen (11; 12) mit unterschiedlicher Materialdicke ausgestaltet ist.procedure after claim 1 , characterized in that the optical element (5) is a stepped cover glass which is designed perpendicular to the optical axis (9) with at least two adjacent plane-parallel partial areas (11; 12) with different material thicknesses. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst das Bildaufnahmeelement (2) in der Haltevorrichtung (16) angeordnet und das optische Element (5) in einem späteren Schritt gegen zumindest eine Anschlagskante (18) der Haltevorrichtung (16) ausgerichtet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the image pickup element (2) is first arranged in the holding device (16) and the optical element (5) is aligned against at least one stop edge (18) of the holding device (16) in a later step. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst das optische Element (5) in der Haltevorrichtung (16) angeordnet und das Bildaufnahmeelement (2) in einem späteren Schritt gegen zumindest eine Anschlagskante (17) der Haltevorrichtung (16) ausgerichtet wird.Procedure according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that first the optical element (5) is arranged in the holding device (16) and the image pickup element (2) is aligned in a later step against at least one stop edge (17) of the holding device (16). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass, das optische Element (5) und das Bildaufnahmeelement (2) gegen dieselbe Anschlagskante (17; 18) der Haltevorrichtung (16) ausgerichtet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the optical element (5) and the image recording element (2) are aligned against the same stop edge (17; 18) of the holding device (16). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bildaufnahmeelement (2) auf einer Leiterplatte (4) angeordnet ist und die Haltevorrichtung (16) um das Bildaufnahmeelement (2) herum auf der Leiterplatte (4) angeordnet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the image recording element (2) is arranged on a printed circuit board (4) and the holding device (16) is arranged around the image recording element (2) on the printed circuit board (4). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (16) mit einer Tragfläche (24) senkrecht zur optischen Achse (9) ausgestaltet ist, auf der das Bildaufnahmeelement (2) angeordnet wird.Procedure according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the holding device (16) is designed with a supporting surface (24) perpendicular to the optical axis (9) on which the image recording element (2) is arranged. Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Bildaufnahmeelement (2) gegenüberliegenden Seite der Tragfläche (24) eine Leiterplatte (4) angeordnet ist, mit der das Bildaufnahmeelement (2) über Durchbrüche (25) in der Tragfläche (24) mittels Drahtbonds (15) elektrisch verbunden ist.procedure after claim 7 characterized in that a printed circuit board (4) is arranged on the side of the supporting surface (24) opposite the image recording element (2), with which the image recording element (2) is electrically connected via openings (25) in the supporting surface (24) by means of wire bonds (15). connected is. Optische Vorrichtung (1), die mittels eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche hergestellt worden ist.Optical device (1) manufactured by a method according to any one of the preceding claims. Kamera für ein Kraftfahrzeug, die eine optische Vorrichtung (1) nach Anspruch 8 umfasst.Camera for a motor vehicle comprising an optical device (1). claim 8 includes. Kraftfahrzeug, in dem eine optische Vorrichtung (1) nach Anspruch 9 oder eine Kamera nach Anspruch 10 angeordnet ist.Motor vehicle in which an optical device (1) after claim 9 or a camera after claim 10 is arranged.
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