WO2011131164A1 - Optische vorrichtung und verfahren zur positionierung eines optischen elements über einem bildaufnahmeelement - Google Patents

Optische vorrichtung und verfahren zur positionierung eines optischen elements über einem bildaufnahmeelement Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to an optical device, for example a camera module, and to a method for the production thereof, wherein an optical element is positioned via an image-receiving element, for example a picture chip.
  • Intelligent driver assistance systems in motor vehicles often use a camera system as environment sensor, for example, to detect a variety of objects around the vehicle.
  • the camera system is usually located behind the windshield of the vehicle and looks through it. Examples include vehicle cameras for detecting lane markings, night vision cameras or stereo cameras as optical distance sensors. In order to simultaneously perform different functions with only one camera, it may be necessary to insert into the optical path, i. in the beam path of the in the
  • the invention is therefore based on the object of specifying an optical device and a method for the production thereof, wherein a clear and robust positioning of an optical element to an image-receiving element is produced with the lowest possible manufacturing and adjustment costs.
  • An essential idea of the invention is to minimize possible tolerances in the positioning of an optical element via an image pickup element in such a way that an active adjustment can be dispensed with.
  • the invention is based essentially on the basic idea of arranging a holding device for the optical element in the optical device, which comprises one or more stop edges, with respect to which the optical element and the image receiving element are aligned.
  • the optical element and the image-receiving element can be positioned, for example, against the same or an edge of the holding device produced in a common method.
  • the inventive method relates to the production of an optical device comprising at least one image pickup element and at least one optical element.
  • the image pickup element may be an image chip or an image sensor, e.g. 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 lying above and / or adjacent to one another for converting incidental optical radiation into electrical signals.
  • CMOS and CCD image sensors have a two-dimensional (pixel) array of photosensitive photodiodes, i. a two-dimensional grid of pixel rows or pixel columns.
  • the optical element is preferably arranged in the entire cross section of the beam path, the radiation incident on the sensitive surface of the image pickup element.
  • the optical element in this case comprises at least two partial regions which have different optical properties, wherein the at least two partial regions, when the optical element is arranged in the optical path, with respect to the optical axis of the optical
  • the optical properties of the at least two subareas of the optical element were preferably adjusted during production thereof such that at least two different distance ranges with sufficient image sharpness, in particular on separate regions, are simultaneously arranged on the sensitive surface of the image recording element by arranging the optical element in the beam path
  • the simultaneous imaging of at least two different distance regions on the sensitive surface of the image recording element results in a division of the entire sensitive surface into at least two separate functional areas, eg for the simultaneous monitoring of two distance ranges by means of the device according to the invention.
  • the optical element has at least one separating edge between the at least two partial regions.
  • the at least one separating edge is aligned parallel to the pixel lines of the image recording element so that the number of pixel lines lying in the transition regions between the at least two functional regions of the image pickup element and thus can not be used for image processing purposes , as small as possible.
  • the parallel alignment of the at least one separating edge of the optical element to the pixel or the chip lines of the image recording element takes place via a special holding device.
  • the holding device can also serve to arrange the optical element at a certain distance from the image receiving 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 may be configured as a frame which is arranged around the image receiving element around. If the image-receiving element is applied to a printed circuit board and / or carrier plate within the optical device, the holding device may also be used e.g. around the image pickup element around on the conductor or carrier plate are arranged.
  • the holding device comprises at least a first stop edge.
  • the first stop edge preferably serves for aligning the image pickup element, for example by positioning or applying an outer edge of the image pickup element to the stop edge of the holding device. For aligning the optical element with the image pickup element, i. to
  • the optical element can either be prepositioned in the holding device and / or aligned against a second stop edge of the holding device.
  • the optical element is a cover glass.
  • the cover glass is preferably formed with at least two, in arrangements in the optical device adjacent to the optical axis and in particular plane-parallel portions, wherein the at least two portions of the cover glass have a different material thickness in the direction of the optical axis of the optical device, so that it is in particular, the cover glass is a stepped cover glass.
  • the increment between the at least two subregions corresponds in this case to the separating edge of the optical element.
  • the image-receiving element is arranged in the holding device and the optical element is aligned in a later method step against at least one stop edge of the holding device.
  • the optical element is arranged in the holding device and the image-receiving element is aligned in a later method step against at least one stop edge of the holding device.
  • the optical element and the image pickup element are aligned against the same stop edge of the holding device. In this case, therefore, corresponds to the first stop edge, against which the image pickup element is aligned or positioned, the second stop edge, against which the optical element is aligned or positioned.
  • the image recording element is arranged on a printed circuit board, for example a flex printed circuit board.
  • the holding device can be arranged around the image receiving element and, for example, likewise on the printed circuit board.
  • the holding device is designed with a support surface which is aligned perpendicular to the optical axis of the optical device.
  • the image pickup element can be arranged on the support surface and aligned or positioned against at least one stop edge of the holding device 5.
  • a printed circuit board is arranged on the side of the supporting surface opposite the image receiving element.
  • An electrical ⁇ connection or contact between the printed circuit board and image receiving element is preferably carried out by means of bonds or wire bonds, which are guided through at least one breakthrough in the support surface.
  • FIG. 1 an optical device is shown, as it is known from the prior art.
  • the optical device comprises an image pickup element 2 with a for
  • the image-receiving element 2 is arranged on a substrate, which is in this case a printed circuit board 4. Above the image pickup element 2, an optical element 5 is further arranged.
  • the optical element 5 is designed with two subregions 11 and 12 which lie next to one another perpendicular to the optical axis 9 and whose optical properties are such during production
  • optical element 5 In the case of the optical element 5 in FIG. 1, this is a stepped cover glass with two plane-parallel partial regions 11 and 12, which are adjacent to one another perpendicular to the optical axis 9, with different
  • the partial regions 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 regions 11 and 12.
  • the separating edge 10 of the optical element 5 must be very precisely opposite the sensitive surface 3 of the image-receiving element 2 be sufficient, for example, to achieve a desired division ratio of the sensitive surface 3 of the image pickup element 2. In this case, parallelism of the separating edge 10 to the chip rows or pixel rows on the sensitive surface 3 is particularly important.
  • At least two different distance ranges can be imaged simultaneously on the sensitive surface 3 of the image pickup element 2 with sufficient image sharpness, resulting in a division of the entire sensitive surface 3 into separate functional regions 13 and 14 results.
  • a close range in or in front of the motor vehicle can be monitored, eg the windshield of the motor vehicle for rain and / or dirt detection.
  • a remote area can be monitored at the same time, for example for traffic sign and / or lane recognition and / or for the detection of other road users.
  • the arrangement and alignment of an optical element 5 over an image pickup element 2 according to FIG. 1, in particular with a spacer 6 and by means of adhesive 7 and sealing means 8, proves to be very complex and requires additional equipment or a precise alignment of the optical element 5 active adjustment.
  • FIG. 2 shows an example of a device 1 which can be produced by means of the method according to the invention.
  • the optical device 1 from FIG. 2 comprises an image recording element 2 with a sensitive surface 3.
  • the image recording 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.
  • the optical element 5 comprises two subregions 11 and 12, which are delimited from one another by a separating edge 10.
  • the sensitive surface 3 of the image pickup element 2 is divided into two separate functional regions 13 and 14, whereby, for example, two different removal regions can be imaged simultaneously on the sensitive surface 3 with sufficient image sharpness.
  • Sufficient image sharpness is preferably to be understood as an image sharpness which is sufficiently accurate for further image processing purposes.
  • the arrangement or the alignment of the optical element 5 takes place above the picture-taking element 2 by means of a special holding device 16.
  • the orientation of the optical element 5 comprises at least one of the following measures:
  • the holding device 16 is designed as a frame which is arranged on the printed circuit board 4 around the picture-taking element 2 and comprises a first stop edge 17 against which the picture-taking element 2 is aligned or positioned.
  • the optical element 5 is then aligned against the second stop edge 18.
  • the second stop edge 18 is the same stop edge 17, against which the picture frame element 2 has also been aligned.
  • the separating edge 10 of the optical element 5 is also configured with a predefined orientation to the outer edge of the optical element 5, for example by a manufacturing method according to FIG described method or by means of the holding device 16 a clear and accurate alignment of the optical element 5 to the image pickup element 2 and to its sensitive surface 3 are produced.
  • On an active adjustment i. to an alignment of the optical element 5 with actively operated image pickup element 2, can thus be dispensed with.
  • all measures enumerated above for aligning the optical element 5 can take place simultaneously by the holding device 16.
  • edges 17 and 18 produced against the same or in a common method can minimize manufacturing tolerances become.
  • the picture space element 2 can be arranged on the printed circuit board 4.
  • the Garvomchtung 16 can be arranged on the circuit board and positioned with the first stop edge 17 against an outer edge of the Jardinaumahmeelements 2 become.
  • the optical element 5 can either already be arranged on the holding device 16 or can only be arranged on the holding devices 16 in a later step and positioned against a second stop edge 18.
  • FIG. 3 shows, by way of example, a method for producing an optical element 5 with defined orientation of a separating edge 10 with respect to an outer edge 19 of the optical element 5 by means of an auxiliary device 20. Glass plates with a step are typically produced by joining two individual elements 21 and 22.
  • Fig. 3 shows an auxiliary device 20, which allows the two individual elements 21 and 22 to align very accurately against each other.
  • FIG. 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 be done according to Figure 4 with an auxiliary device 20 for accurate positioning of the separating edge 10 of the optical element relative to the frame edge 17. By the arrows in Fig. 4, the force for positioning against the stop is shown.
  • a device or a method corresponding to FIG. 5a and FIG. 5b can be used for pre-positioning of the optical element 5 in the holding device 16 and for aligning the frame edge 17 with the separating edge 10 of the optical element 5.
  • 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 set.
  • the shoulder in the stop edge 17 of the holding device 16 and the stepped configuration of the auxiliary device 20 makes it possible to deduct the additional element 23 after the positioning of the optical element 5 in the holding device. It is essential that the paragraph or the edge is discontinued in the holding device 16 upwards, so that in the relieved case, the additional element 23 can be tilted slightly according to Figure 5b and then withdrawn.
  • Fig. 6 shows another example of an optical device 1 which can be manufactured by means of the method according to the invention.
  • the optical device 1 is constructed in large parts in accordance with the description of FIG.
  • the optical element 5 in FIG. 6 has already been pre-positioned in the holding device 16 before the holding device 16 on the printed circuit board 4 is aligned with the stop edge 17 against an outer edge of the image receiving element 2.
  • the pre-positioning of the optical element 5 may be effected, for example, by means of a method corresponding to FIG. 4 or corresponding to FIGS. 5 a and 5 b.
  • Fig. 7 shows another example of an optical device 1 which can be manufactured by the method according to the invention.
  • the optical device of Fig. 7 is constructed in large parts corresponding to the devices 1 of Figures 2 and 6.
  • the holding device in FIG. 7 is designed with a bearing surface 24 that is aligned perpendicular to the optical axis 9.
  • the image pickup element 2 is arranged on the support surface 24.
  • the image-receiving element 2 was aligned in the manufacture of the optical device 1 against a first stop edge 17, the optical element 5 against a second stop edge 18th
  • FIGS. 8a to 8d show various embodiments of the method according to the invention for the exact alignment of the separating edge 10 of an optical element 5 with respect to the pixel or chip lines of an image recording element 2.
  • the holding device 16 is in each case formed with a bearing surface 24 on which the image recording element 2 is arranged.
  • an optical element 5 is arranged in the optical device 1, which is formed with two shoulders 26, which are aligned very accurately with respect to each other.
  • One of the paragraphs 26 corresponds to the Trenn beau 10 of the optical element 5, which divides the sensitive surface 3 of the image pickup 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 separation edge 10 to the pixel rows of the image pickup element 2 is achieved.
  • Fig. 8b the alignment of the image pickup element 2 takes place against a first stop edge 17 of the holding device 16.
  • the alignment of the optical element. 5 takes place against a second stop edge 18, which is aligned very precisely with respect to the first stop edge 17.
  • FIG. 8c shows a variant in which the separating edge 10 of the optical element 5 is aligned very precisely with respect to the outer edge of the optical element 5 shown on the left in FIG. 8d.
  • the left outer edge of the optical element 5 is thereby positioned against the same stop edge 17 of the holding device 16, against which the image receiving element 2 is aligned.
  • FIG. 9 shows an optical device in which a printed circuit board 4 is arranged under a support plate 27. Imaging element 2 is arranged on support plate 27. The contact between image pickup element 2 and circuit board 4 via bonds 15, which are passed through corresponding openings 25 in the support plate 27. In the construction shown in FIG. 9, it must be ensured that the optical element 5 does not touch the image recording element 2 or its sensitive surface 3. For this purpose, a spacer 28 is required.
  • Fig. 10a to 10c the support surface for the image pickup element 2 in relation to the support surface for the optical element 5 is pulled down or set down.
  • the deep-drawing of the bearing surface for the image-receiving element 2 can take place, for example, in the same manufacturing process in which the openings 25 or the recesses for the bonds 15 are produced.
  • An additional spacer 28 as in Fig. 9 is not required in this case.
  • the construction described is illustrated by way of example in FIG. 10a in plan view and in FIGS. 10b and 10c in sectional views.
  • the support plate on which the image pickup element 2 and the optical element 5 in Figures 10a to 10c can serve in particular as a holding device 16 for the inventive method or a device 1 according to the invention.
  • the structure of an optical device 1 shown in FIGS. 10a to 10c may have the disadvantage that, in the case of a very thin printed circuit board 4, the deeper area of the carrier plate or of the holding device 16 protrudes downwards over the printed circuit board 4. This can lead to difficulties, for example, when loading the printed circuit board 4. In order to avoid such difficulties it is proposed e.g. a structure with a support plate or holding device 16 according to FIG. 1 1 or FIG. 12 to use.
  • the support plate or the holding device 16 is designed as a stamped sheet metal part, with a wave-shaped shoulder 29 which defines an inner volume 30 in which the image pickup element 2 is arranged.
  • the support plate or the holding device 16 is formed with a flat lower surface on which the circuit board 14 is arranged.
  • the support plate or the holding device 16 in FIG. 12 is also configured on the side opposite the printed circuit board 4 with a shoulder 31 which serves as a support surface for the optical element 5 and which ensures that the optical element 5 is at the required distance from the image receiving element 2 is positioned.
  • the shoulder 31 can be injection-molded onto the carrier plate or the holding device 16 in a manufacturing process.
  • FIGS. 1 in the case of the proposed design variants for an optical device 1, FIGS.
  • the structure is very stable in a Schmaufiiahmeelement 2, as shown in the figures, only two sides of contacts or contact pads, very stable. In principle, however, the design variants described above are also possible with image pickup elements 2 whose contacts are arranged circumferentially.
  • the above-described optical devices 1 and the above-described methods for producing an optical device 1, in particular their different embodiments, can preferably be used for the production of cameras or camera systems, for example for use in motor vehicles.
  • FIGS. 13 and 14 Possible embodiments of cameras or camera systems in which optical devices 1 according to the preceding descriptions are used are shown by way of example in FIGS. 13 and 14.
  • additional elements such as a lens 32 comprising one or more lenses 34 are arranged in the camera systems and connected by means of adhesive 33 with the optical devices 1 according to the invention.

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Abstract

Die Vorrichtung betrifft eine optische Vorrichtung (1), beispielsweise ein Kameramodul, und ein Verfahren zu deren Herstellung, wobei ein optisches Element (5) über einem Bildaufnahmeelement (2), beispielsweise einem Bildchip, positioniert wird. Bei der Herstellung wird eine Haltevorrichtung (16) in der optischen Vorrichtung (1) angeordnet, mittels derer eine genaue Ausrichtung zwischen dem optischen Element (5) und dem Bildaufnahmeelement (2) erreicht wird und wodurch infolge auf eine aktive Justage der Elemente (2, 5) verzichtet werden kann.

Description

OPTISCHE VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR POSITIONIERUNG EINES OPTISCHEN ELEMENTS ÜBER EINEM BILDAUFNAHMEELEMENT
Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung, beispielsweise ein Kameramodul, und Verfahren zu deren Herstellung, wobei ein optisches Element über eil Bildaufhahmeelement, beispielsweise einem Bildchip, positioniert wird.
Intelligente Fahrerassistenzsysteme in Kraftfahrzeugen verwenden häufig ein Kamerasystem als Umfeldsensor, beispielsweise zur Erkennung verschiedenster Objekte im Umfeld des Fahrzeugs.
ί θ 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
15 Kamera einfallenden Lichts, Zusätzliche Elemente einzubringen, die ein in der Kamera angeordnetes Bildaufhahmeelement 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 Bildaufhahmeelement, z.B. ein
10 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.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine optische Vorrichtung und ein 15 Verfahren zu deren Herstellung anzugeben, wobei mit möglichst geringem Fertigungs- und Justageaufwand eine eindeutige und robuste Positionierung eines optischen Elements zu einem Bildaufhahmeelement hergestellt ist.
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. Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, mögliche Toleranzen bei der Positionierung eines optischen Elements über einem Bildaufhahmeelement 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 5 optischen Vorrichtung anzuordnen, die eine oder mehrere Anschlagskanten umfasst, gegenüber denen das optische Element und das Bildaufhahmeelement ausgerichtet sind. Das optische Element und das Bildaufhahmeelement können beispielsweise gegen die gleiche oder eine in einem gemeinsamen Verfahren hergestellte Kante der Haltevorrichtung positioniert werden.
ίθ
Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft die Herstellung einer optischen Vorrichtung, die zumindest ein Bildaufhahmeelement und wenigstens ein optisches Element umfasst.
Bei dem Bildaufhahmeelement kann es sich um einen Bildchip bzw. einen Bildsensor handeln, z.B. ein CMOS- oder CCD-Bildsensor. Das Bildaufnahmeelement weist ί 5 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. ίθ 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
15 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
50 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 Bildaufhahmeelements 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 Bildaufhahmeelement 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 Bildaufhahmeelement herum angeordnet wird. Ist das Bildaufhahmeelement innerhalb der optischen Vorrichtung auf einer Leiterplatte und/oder Trägerplatte aufgebracht, kann auch die Haltevorrichtuhg z.B. um das Bildaufhahmeelement herum auf der Leiter- bzw. Trägerplatte angeordnet werden. Die Haltevorrichtung umfasst wenigstens eine erste Anschlagskante. Die erste Anschlagskante dient vorzugsweise zur Ausrichtung des Bildaufhahmeelements, beispielsweise indem eine Außenkante des Bildaufhahmeelements an der Anschlagskante der Haltevorrichtung positioniert bzw. angelegt wird. Zur Ausrichtung des optischen Elements gegenüber dem Bildaufhahmeelement, d.h. zur
- parallelen Ausrichtung der zumindest einen Trennkante des optischen Elements zu den Pixel- bzw. Chipzeilen des Bildaufhahmeelements,
- Ausrichtung des optischen Elements in einem bestimmten Abstand zum Bildaufhahmeelement 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.
In einer besonderen Ausgestaltung des erfmdungsgemäßen 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 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 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 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 einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungs gemäßen 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 Bildaufhahmeelement kann dabei auf der Tragfläche angeordnet und gegen zumindest eine Anschlagskante der Haltevorrichtung 5 ausgerichtet bzw. positioniert sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird, bei Ausgestaltung der Haltevorrichtung mit einer Tragfläche, auf der dem Bildaufhahmeelement gegenüberliegenden Seite der Tragfläche eine Leiterplatte angeordnet. Eine elektrische ίθ Verbindung bzw. Kontaktierung zwischen Leiterplatte und Bildaufhahmeelement erfolgt dabei vorzugsweise mittels Bonds bzw. Drahtbonds, die durch wenigstens einen Durchbruch in der Tragfläche hindurch geführt sind.
Weitere Vorteile sowie optionale Ausgestaltungen gehen aus der Beschreibung und den ί 5 Zeichnungen hervor. Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
In Fig. 1 ist eine optische Vorrichtung dargestellt, wie diese aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die optische Vorrichtung umfasst ein Bildaufhahmeelement 2 mit einer für
10 elektromagnetische Strahlung sensitiven Fläche 3. Das Bildaufhahmeelement 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
15 eingestellt wurden, dass sich durch Anordnung des optischen Elements 5 über dem Bildaufhahmeelement 2, eine Teilung der sensitiven Fläche 3 des Bildaufhahmeelements 2 in zwei getrennte Funktionsbereiche 13 und 14 ergibt. Bei dem optischen Element 5 in Fig. 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
50 Materialdicke. Die Teilbereiche 1 1 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 Bildaufhahmeelements 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 Fig. 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 Fig. 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 Fig. 2 ist ein Beispiel für eine Vorrichtung 1 dargestellt, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden kann. Die optische Vorrichtung 1 aus Fig. 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 Bildaumahmeelement 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 Figur 2 ist die Haltevorrichtung 16 als Rahmen ausgestaltet, der auf der Leiterplatte 4 um das Bildaumahmeelement 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 Bildaumahmeelement 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 Figur 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 Figur 2 gezeigte Positionierung eines optischen Elements 5, beispielsweise ein Glasplatte und/oder ein Abdeckglas, sowie eines Bildaumahmeelements 2, beispielsweise ein Bild-Chip, gegen die gleiche oder in einem gemeinsamen Verfahren hergestellte Kante 17 und 18 Fertigungstoleranzen minimiert werden.
In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens kann beispielsweise das Bildaumahmeelement 2 auf der Leiterplatte 4 angeordnet werden. In einem späteren Verfahrensschritt kann die Haltevomchtung 16 auf der Leiterplatte angeordnet und mit der ersten Anschlagskante 17 gegen eine Außenkante des Bildaumahmeelements 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. Figur 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. Fig. 3 zeigt eine Hilfsvorrichtung 20, die es erlaubt die beiden Einzelelemente 21 und 22 sehr genau gegeneinander auszurichten.
Figur 4 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der das optische Element 5 bereits in der Haltevorrichtung 16 vorpositioniert wird. Dieses kann entsprechend Figur 4 mit einer Hilfsvorrichtung 20 zur genauen Positionierung der Trennkante 10 des optischen Elements gegenüber der Rahmenkante 17 erfolgen. Durch die Pfeile in Fig. 4 ist die Kraft für die Positionierung gegen den Anschlag dargestellt.
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 Fig. 5a und Fig. 5b verwendet werden. Wie in Fig. 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 Figur 5b leicht gekippt und anschließend abgezogen werden kann.
Fig. 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 Fig. 2 aufgebaut. Im Gegensatz zu Fig. 2 ist das optische Element 5 in Fig. 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 Fig. 4 oder entsprechend den Figuren 5 a und 5b erfolgt sein.
Fig. 7 zeigt ein weiteres Beispiel für eine optische Vorrichtung 1, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden kann. Die optische Vorrichtung aus Fig. 7 ist dabei in weiten Teilen entsprechend den Vorrichtungen 1 aus den Figuren 2 und 6 aufgebaut. Im Gegensatz zu Fig. 2 und Fig. 6 ist die Haltevorrichtung in Fig. 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.
Die Figuren 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 Fig. 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 Fig. 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 Fig. 8c wird, wie bereits in Fig. 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 Fig. 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 Bildaufhahmeelement 2 positioniert ist. In Fig. 8d ist eine Ausführungsvariante dargestellt, bei der die Trennkante 10 des optischen Elements 5 sehr genau gegenüber der in Fig. 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 Bildaufhahmeelement 2 ausgerichtet ist.
Während in den Ausführungsvarianten entsprechend Fig. 8a und 8b zumindest ein Element erforderlich ist, bei dem mindestens zwei Kanten hochgenau gefertigt und gegeneinander ausgerichtet sind, ist bei den Ausführungsvarianten entsprechend Fig. 8c und 8d die genaue Ausrichtung von zwei Elementen mit je einer präzise gefertigten Kannte ausschlaggebend. Fig. 9 zeigt eine optische Vorrichtung, bei der eine Leiterplatte 4 unter einer Trägerplatte 27 angeordnet ist. Das Bildauf ahmeelement 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 Figur 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 Fig. 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 Fig. 10a bis 10c vorgeschlagen.
In Fig. 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 Bildaufhahmeelement 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 Bildaufhahmeelement 2 und eine als Auflagefläche für das optische Element 5 bzw. das Abdeckglas dient. Ein zusätzlicher Abstandshalter 28 wie in Fig. 9 ist in diesem Fall nicht erforderlich. Der beschriebene Aufbau ist in Fig. 10a in der Draufsicht und in Fig. 10b sowie 10c in Schnittdarstellungen beispielhaft abgebildet. Die Trägerplatte auf denen das Bildaufhahmeelement 2 und das optische Element 5 in den Figuren 10a bis 10c kann insbesondere als Haltevorrichtung 16 für das erfindungsgemäße Verfahren bzw. einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dienen.
Der in den Figuren 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 Fig. 1 1 oder Fig. 12 zu verwenden.
In Fig. 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 Bildaufhahmeelement 2 angeordnet ist. In Fig. 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 Fig. 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 Bildaufhahmeelement 2 positioniert ist. Der Absatz 31 kann beispielsweise in einem Fertigungsprozess an die Trägerplatte bzw. an die Haltevorrichtung 16 angespritzt werden. Wesentlich bei den vorgeschlagenen Aufbauvarianten für eine optische Vorrichtung 1 entsprechen den Figuren 10a bis 10c sowie entsprechend Fig. 1 1 und Fig. 12 ist in jedem Fall, zwei unterschiedliche Ebenen durch die Trägerplatte bzw. Haltevorrichtung 16 eingestellt werden, um das Bildaufiiahmeelement 2 und das optische Element 5 aufzunehmen. Der Aufbau ist bei einem Bildaufiiahmeelement 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 Bildaufhahmeelementen 2 möglich, deren Kontaktierungen umlaufend angeordnet sind. 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 Figuren 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.
Bezeichnungsliste
1. Optische Vorrichtung
2. Bildaufhahmeelement
3. sensitive Fläche
4. Leiterplatte
5. optisches Element
6. Abstandshalter
7. Klebstoff
8. Dichtmittel
9. optische Achse
10. Trennkante
11. erster Teilbereich
12. zweiter Teilbereich
13. erster Funktionsbereich
14. zweiter Funktionsbereich
15. Bonds
16. Haltevorrichtung
17. erste Anschlagskante
18. zweite Anschlagskante
19. Außenkante des optischen Elements
20. Hilfsvorrichtung
21. erstes Element des optischen Elements
22. zweites Element des optischen Elements
23. zusätzliches Element zum Einstellen des Abstands
24. Tragfläche
25. Durchbruch
26. Absatz des optischen Elements
27. Trägerplatte
28. Abstandshalter
29. wellenfömiger Absatz
30. Innenvolumen
31. Absatz
32. Objektiv
33. Kleber
34. Linse

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer optischen Vorrichtung (1) umfassend ein Bildaufhahmeelement (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 Bildaufhahmeelement (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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass, das optische Element (5) und das Bildaufhahmeelement (2) gegen dieselbe
Anschlagskante (17; 18) der Haltevorrichtung (16) ausgerichtet werden.
6. 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.
7. 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.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem
Bildaufhahmeelement (2) gegenüberliegenden Seite der Tragfläche (24) eine
Leiterplatte (4) angeordnet ist, mit der das Bildaufhahmeelement (2) über Durchbrüche (25) in der Tragfläche (24) mittels Drahtbonds (15) elektrisch verbunden ist.
9. Optische Vorrichtung (1), die mittels eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche hergestellt worden ist.
10. Kamera für ein Kraftfahrzeug, die eine optische Vorrichtung (1) nach Anspruch 8 umfasst.
11. Kraftfahrzeug, in dem eine optische Vorrichtung (1) nach Anspruch 8 oder eine
Kamera nach Anspruch 9 angeordnet ist.
PCT/DE2011/000355 2010-04-21 2011-03-30 Optische vorrichtung und verfahren zur positionierung eines optischen elements über einem bildaufnahmeelement WO2011131164A1 (de)

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DE112011100181.9T DE112011100181B4 (de) 2010-04-21 2011-03-30 Positionierung eines optischen Elements über einem Bildaufnahmeelement

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