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WO2012110155A1 - Verfahren zur herstellung einer optischen vorrichtung sowie optische vorrichtung - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer optischen vorrichtung sowie optische vorrichtung Download PDF

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WO2012110155A1
WO2012110155A1 PCT/EP2011/074160 EP2011074160W WO2012110155A1 WO 2012110155 A1 WO2012110155 A1 WO 2012110155A1 EP 2011074160 W EP2011074160 W EP 2011074160W WO 2012110155 A1 WO2012110155 A1 WO 2012110155A1
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optical device
optical
component
producing
photosensitive chip
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Ulrich Seger
Stefan Keith
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/57—Mechanical or electrical details of cameras or camera modules specially adapted for being embedded in other devices

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an optical device and an optical device, an image sensor with an optical device and a corresponding use.
  • Optical devices or devices for processing optical signals are used for example in the video field, in particular in video cameras.
  • These optical devices may include, for example, glass lenses to project an image onto a film of the video camera.
  • glass lenses require very precise adjustment and also extremely accurate manufacture of both the glass lens itself and its socket to avoid artifacts.
  • an optical device in particular produced by a method according to at least one of claims 1 to 4, comprising a first element consisting of at least a first component, a second element consisting of at least a second component, and a support, wherein at least one of the five two elements is arranged on the carrier and wherein at least the first element is formed as an optical element and wherein the first and second components is a plastic.
  • Claim 9 defines an image sensor having an optical device according to at least one of claims 5 to 8 and a photosensitive chip
  • claim 10 defines a use of an optical device in accordance with at least one of claims 5 to 8 in a motor vehicle. 5 Advantages of the invention
  • the defined in claim 1 method for producing an optical device and the optical device defined in claim 5 have the advantage that an optical device can be produced with it, which can be made extremely inexpensive o and at the same time a desired accuracy in the arrangement of the two
  • the first and the second element are made of different components.
  • the advantage thus achieved is that it increases both manufacturing flexibility because different materials are used for different needs for the optical device
  • At least one of the two elements is sprayed onto a support of the optical device.
  • the second element is designed as a socket for the optical element.
  • Two-component injection molding process can be produced inexpensively and quickly.
  • the second element is designed as a socket for the first element.
  • Two-component injection molding process can be produced inexpensively and quickly.
  • the second element is designed as an optical element, in particular as a light guide.
  • the advantage achieved is that different applications can be used for example on an image sensor on a support. If the second element, in particular in the form of the optical waveguide, can be provided with additional transmission capability of optical information.
  • the first element is designed as, in particular aspähwitz, lens and / or diffractive optical element.
  • the advantage achieved thereby is that it provides an easy-to-manufacture optical device.
  • Fig. 1 shows an optical device according to a first embodiment of the present invention in cross section
  • Fig. 2a shows a second embodiment of the present invention
  • Fig. 2b is a plan view of a photosensitive chip of the optical device of Fig. 2a.
  • Fig. 1 shows an optical device according to a first embodiment of the present invention in cross section.
  • Fig. 1 is a schematic representation in a side view of an optical device E is shown in the form of an image sensor.
  • the image sensor has a carrier 1, on the center of which a photosensitive chip 2 is arranged.
  • the photosensitive chip 2 is connected by means of wire bonding 4 to the carrier 1, for example a printed circuit board, for making electrical contact.
  • a glass-shaped cover 3 for protecting the photosensitive chip 2 is disposed on the upper side of the photosensitive chip 2. This is designed to pass light L accordingly permeable.
  • a second element 5a, 5b is formed on the carrier 1, which extends substantially semicircular from the carrier 1 and the
  • light-sensitive chip 2 and the glass cover 3 encloses.
  • two lens elements 6a, 6b are arranged one above the other and are fixed laterally by the second element 5a, 5b. Through the lens elements 6a, 6b, light L can pass from above through this and on the glass cover 3 on the
  • Fig. 2a shows a second embodiment of the present invention in cross-section.
  • Fig. 2a substantially the same structure of the optical device E as shown in Fig. 1 is shown.
  • a light guide 7 is arranged in the left region of the socket 5, with the further light Li can be passed to the surface of the photosensitive chip 2.
  • the light guide 7 is at least partially by means of the left Holder, so the element 5a, fixed to the support 1, so that a reliable light transmission through the light guide 7 of light Li is made possible on the surface of the photosensitive chip 2.
  • the light guide 7 is also substantially arcuate or semicircular, so that it rests flat on the glass cover 3 of the photosensitive chip 2 and extends substantially outside the socket 5a parallel to the extension of the carrier 1.
  • Fig. 2b shows a plan view of a photosensitive chip of the optical device according to Fig. 2a.
  • Fig. 2b the top view of the photosensitive chip 2 is shown.
  • Photosensitive chip 2 has two different regions 2a, 2b.
  • the first region 2a can be exposed to light through the lens elements 6a, 6b, whereas the second region 2b can be exposed to light Li by the optical fiber. In this way, coupling of the light Li from the light guide 7 into a selected area of the photosensitive chip 2 is possible.
  • the light guide 7 is also made of the same material or the same component as the lens elements 6a, 6b. Due to the two different regions 2a, 2b on the photosensitive chip 2, it is possible to use different applications
  • Driver assistance system for example, an automatic daytime running light via the light guide 7 by means of light Li.
  • the invention has the advantage that the optical device is extremely inexpensive and takes up little space.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Vorrichtung (E) umfassend die Schritte: Herstellen eines ersten Elementes (6a, b) aus einer ersten Komponente, Herstellen zumindest eines zweiten Elementes (5a, 5b, 7) aus einer zweiten Komponente, wobei das erste und das zweite Element mittels eines Zweikomponentenspritzgießverfahrens hergestellt werden und wobei zumindest das erste Element als optisches Element ausgebildet wird. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine optische Vorrichtung, einen entsprechenden Bildsensor (2) sowie eine entsprechende Verwendung.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren zur Herstellung einer optischen Vorrichtung sowie optische Vorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Vorrichtung sowie eine optische Vorrichtung, einen Bildsensor mit einer optischen Vorrichtung sowie eine entsprechende Verwendung.
Stand der Technik
Optische Vorrichtungen oder Vorrichtungen zur Verarbeitung von optischen Signalen werden beispielsweise im Videobereich, insbesondere bei Videokameras verwendet. Diese optischen Vorrichtungen können beispielsweise Glaslinsen umfassen, um ein Bild auf einen Film der Videokamera zu projizieren. Derartige Glaslinsen erfordern jedoch eine sehr genaue Justierung und ebenso eine äußerst genaue Fertigung sowohl der Glaslinse selbst als auch ihrer Fassung, um Bildfehler zu vermeiden.
Weiterhin ist es beispielsweise aus der DE 199 47 767 B4 und aus der DE 199 32 700 C1 bekannt geworden, Kunststoffgegenstände durch Mehrkomponenten-Spritzgießen herzustellen.
Offenbarung der Erfindung In Anspruch 1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Einrichtung definiert, umfassend die Schritte:
Herstellen eines ersten Elementes aus einer ersten Komponente, Herstellen zumindest eines zweiten Elementes aus einer zweiten Komponente, wobei das erste und zweite Element mittels eines Zweikomponentenspritzgießverfahrens hergestellt werden und wobei zumindest das erste Element als optisches Element ausgebildet wird. In Anspruch 5 ist eine optische Vorrichtung, insbesondere hergestellt mit einem Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4 definiert, umfassend ein erstes Element bestehend aus zumindest einer ersten Komponente, ein zweites Element bestehend aus zumindest einer zweiten Komponente, sowie einen Träger, wobei zumindest eines der 5 beiden Elemente auf dem Träger angeordnet ist und wobei zumindest das erste Element als optisches Element ausgebildet ist und wobei die erste und zweite Komponente ein Kunststoff ist.
In Anspruch 9 ist ein Bildsensor mit einer optischen Vorrichtung gemäß zumindest einem o der Ansprüche 5 bis 8 und mit einem lichtempfindlichen Chip definiert und in Anspruch 10 ist eine Verwendung einer optischen Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 5 bis 8 in einem Kraftfahrzeug definiert. 5 Vorteile der Erfindung
Das in Anspruch 1 definierte Verfahren zur Herstellung einer optischen Vorrichtung sowie die in Anspruch 5 definierte optische Vorrichtung weisen den Vorteil auf, dass damit eine optische Vorrichtung hergestellt werden kann, welche äußerst kostengünstig hergestellt o werden kann und gleichzeitig eine gewünschte Genauigkeit bei der Anordnung der beiden
Elemente erreicht. Darüber hinaus ist eine äußerst kompakte Bauform der optischen Vorrichtung möglich.
Selbstverständlich ist es möglich nicht nur zwei, sondern auch drei oder eine Vielzahl von 5 Elementen mittels eines Mehrkomponentenspritzgießverfahrens auf diese Weise
herzustellen, wobei zumindest zwei dieser Elemente als optische Elemente ausgebildet sind.
Die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale beziehen sich auf vorteilhafte
0 Weiterbildungen und Verbesserungen des betreffenden Gegenstandes der Erfindung.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden das erste und das zweite Element aus unterschiedlichen Komponenten hergestellt. Der damit erzielte Vorteil ist, dass damit sowohl die Flexibilität bei der Herstellung gesteigert wird, da unterschiedliche5 Materialien für unterschiedliche Bedürfnisse für die optische Vorrichtung verwendet
werden können. Zudem können auch kostengünstigere Komponenten verwendet werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird zumindest eines der beiden Elemente auf einen Träger der optischen Vorrichtung aufgespritzt. Der Vorteil dabei ist, dass damit ein einfaches und kostengünstiges Festlegen des zumindest einen Elementes ermöglicht wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das zweite Element als Fassung für das optische Element ausgebildet. Der erzielte Vorteil dabei ist, dass sowohl die Fassung als auch das optische Element mittels des
Zweikomponentenspritzgießverfahrens kostengünstig und zeitsparend hergestellt werden können.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der optischen Vorrichtung ist das zweite Element als Fassung für das erste Element ausgebildet. Der erzielte Vorteil dabei ist, dass sowohl die Fassung als auch das optische Element mittels des
Zweikomponentenspritzgießverfahrens kostengünstig und zeitsparend hergestellt werden können.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das zweite Element als optisches Element, insbesondere als Lichtleiter ausgebildet. Der erzielte Vorteil dabei ist, dass damit unterschiedliche Anwendungen beispielsweise auf einem Bildsensor auf einem Träger, eingesetzt werden können. Ist das zweite Element, insbesondere in Form des Lichtleiters ausgebildet, kann eine zusätzliche Übertragungsmöglichkeit von optischen Informationen bereitgestellt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das erste Element als, insbesondere aspährische, Linse und/oder diffraktives optisches Element ausgebildet. Der hierbei erzielte Vorteil ist, dass damit eine einfach herzustellende optische Vorrichtung bereitgestellt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung in der Zeichnung dargestellt und in der
nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine optische Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt sowie
Fig. 2a eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
Fig. 2b eine Draufsicht auf einen lichtempfindlichen Chip der optischen Vorrichtung gemäß Fig. 2a.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt eine optische Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt. In Fig. 1 ist in schematischer Darstellung in einer Seitenansicht eine optische Vorrichtung E in Form eine Bildsensors gezeigt. Der Bildsensor weist einen Träger 1 auf, auf dem mittig ein lichtempfindlicher Chip 2 angeordnet ist. Der lichtempfindliche Chip 2 ist mittels Drahtbonden 4 mit dem Träger 1 , beispielsweise einer Leiterplatte, zur elektrischen Kontaktierung verbunden. Auf der Oberseite des lichtempfindlichen Chips 2 ist eine glasförmige Abdeckung 3 zum Schutz des lichtempfindlichen Chips 2 angeordnet. Diese ist zum Durchtritt von Licht L entsprechend durchlässig ausgebildet. Auf der jeweils linken und rechten Seite ist auf dem Träger 1 ein zweites Element 5a, 5b ausgebildet, welches sich im Wesentlichen halbkreisförmig von dem Träger 1 aus erstreckt und den
lichtempfindlichen Chip 2 sowie die Glasabdeckung 3 umschließt. Im Wesentlichen senkrecht oberhalb des lichtempfindlichen Chips 2 beziehungsweise der Glasabdeckung 3 sind zwei Linsenelemente 6a, 6b übereinander angeordnet und werden seitlich durch das zweite Element 5a, 5b festgelegt. Durch die Linsenelemente 6a, 6b kann Licht L von oben durch diese hindurchtreten und über die Glasabdeckung 3 auf den
lichtempfindlichen Chip 2 fallen und von diesem sensiert werden.
Fig. 2a zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt.
In Fig. 2a ist im Wesentlichen der gleiche Aufbau der optischen Vorrichtung E wie in Fig. 1 gezeigt. Im Unterschied zur Fig. 1 ist im linken Bereich der Fassung 5 ein Lichtleiter 7 angeordnet, mit dem weiteres Licht Li auf die Oberfläche des lichtempfindlichen Chips 2 geleitet werden kann. Der Lichtleiter 7 ist dabei zumindest teilweise mittels der linken Fassung, also dem Element 5a, an dem Träger 1 festgelegt, so dass eine zuverlässige Lichtleitung durch den Lichtleiter 7 von Licht Li auf die Oberfläche des lichtempfindlichen Chips 2 ermöglicht wird. Der Lichtleiter 7 ist dabei im Wesentlichen ebenfalls bogenförmig oder halbkreisförmig angeordnet, so dass dieser flächig auf der Glasabdeckung 3 des lichtempfindlichen Chips 2 anliegt und im Wesentlichen außerhalb der Fassung 5a parallel zu der Erstreckung des Trägers 1 verläuft. Fig. 2b zeigt eine Draufsicht auf einen lichtempfindlichen Chip der optischen Vorrichtung gemäß Fig. 2a.
In Fig. 2b ist die Draufsicht auf den lichtempfindlichen Chip 2 gezeigt. Der
lichtempfindliche Chip 2 weist dabei zwei unterschiedliche Bereiche 2a, 2b auf. Der erste Bereich 2a kann mit Licht durch die Linsenelemente 6a, 6b beaufschlagt werden wohingegen der zweite Bereich 2b von dem Lichtleiter mit Licht Li beaufschlagt werden kann. Auf diese Weise ist ein Einkoppeln des Lichtes Li aus dem Lichtleiter 7 in einen selektierten Bereich des lichtempfindlichen Chips 2 möglich. Der Lichtleiter 7 wird ebenfalls aus dem selben Material beziehungsweise derselben Komponente hergestellt wie die Linsenelemente 6a, 6b. Durch die beiden unterschiedlichen Bereiche 2a, 2b auf dem lichtempfindlichen Chip 2 ist es möglich, unterschiedliche Anwendungen
umzusetzen, beispielsweise eine Regensensorik mittels Licht L und ein
Fahrerassistenzsystem beispielsweise ein automatisches Tagfahrlicht über den Lichtleiter 7 mittels Licht Li .
Zusammenfassend weist die Erfindung den Vorteil auf, dass die optische Vorrichtung äußerst kostengünstig ist und geringen Bauraum beansprucht.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer optischen Vorrichtung (E), umfassend die Schritte, Herstellen eines ersten Elementes (6a, 6b) aus einer ersten Komponente,
Herstellen zumindest eines zweiten Elementes (5, 7) aus einer zweiten Komponente, wobei das erste und das zweite Element (5, 6a, 6b, 7) mittels eines
Zweikomponentenspritzgießverfahrens hergestellt werden und wobei zumindest das erste Element (6a, 6b) als optisches Element ausgebildet wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , wobei
das erste und das zweite Element (5, 6a, 6b, 7) aus unterschiedlichen Komponenten hergestellt werden.
3. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 1-2, wobei
zumindest eines der beiden Elemente (5, 6a, 6b, 7) auf einen Träger (1) der optischen Vorrichtung (E) aufgespritzt wird.
4. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 1-3, wobei
das zweite Element (5, 7) als Fassung für das optische Element (6a, 6b) ausgebildet wird.
5. Optische Vorrichtung (E), insbesondere hergestellt mit einem Verfahren gemäß
zumindest einem der Ansprüche 1-4, umfassend
ein erstes Element (6a, 6b), bestehend aus zumindest einer ersten Komponente, ein zweites Element (5, 7) bestehend aus zumindest einer zweiten Komponente, sowie
einen Träger (1), wobei zumindest eines der beiden Elemente (5, 6a, 6b, 7) auf dem Träger (1) angeordnet ist, und wobei zumindest das erste Element (6a, 6b) als optisches Element ausgebildet ist, und wobei zumindest die erste und zweite Komponente ein Kunststoff ist.
6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei
das zweite Element (5, 7) als Fassung für das erste Element (6a, 6b) ausgebildet ist.
7. Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 5-6, wobei das zweite Element (5, 7) als optisches Element, insbesondere als Lichtleiter (7) ausgebildet ist.
8. Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 5-7, wobei
das erste Element (6a, 6b) als insbesondere aspärische Linse und/oder als diffraktives optisches Element ausgebildet ist.
9. Bildsensor mit einer optischen Vorrichtung (E) gemäß zumindest einem der Ansprüche 5-8 und einem lichtempfindlichen Chip (2).
10. Verwendung einer optischen Vorrichtung (E) gemäß zumindest einem der
Ansprüche 5-8 in einem Kraftfahrzeug.
PCT/EP2011/074160 2011-02-17 2011-12-28 Verfahren zur herstellung einer optischen vorrichtung sowie optische vorrichtung Ceased WO2012110155A1 (de)

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