CN102472840B - 用于同时聚焦到两个视野范围的光学模块 - Google Patents

用于同时聚焦到两个视野范围的光学模块 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光学模块，它包含一个带有用于电磁辐射灵敏表面的半导体器件和一个用于将电磁辐射投射到半导体器件灵敏表面上的物镜(图像传感器或摄像机芯片，尤其是CCD或CMOS)。所述物镜主要包括至少一个透镜和一个透镜架。在所述光学模块中，有两个部分区域的光学器件设置在透镜和半导体器件灵敏表面之间或物镜各单一透镜之间区域中整个光路截面内。所有到达半导体器件灵敏表面的电磁辐射穿过所述光学器件。通过光学器件的第一个部分区域，第一个距离范围(例如近程范围)在半导体器件灵敏表面的第一个区域内聚焦成像，并通过光学器件的第二个部分区域，第二个距离范围(例如远程范围)在半导体器件灵敏表面的第二区域内成像。

Description

用于同时聚焦到两个视野范围的光学模块
技术领域
本发明涉及一种可用作汽车中的摄像机***以及驾驶员辅助***环境传感器的光学模块。
背景技术
智能驾驶员辅助***经常使用摄像机***作为环境传感器，例如用于识别交通事件中的各种目标。
所述摄像机***经常安装在汽车的挡风玻璃后面，并透过挡风玻璃观察。例如道标线的汽车摄像机、夜视摄像机或作为光学间距传感器的立体摄像机。此外光学传感器还都需要透过挡风玻璃的清晰视野，以避免错误的测量信号。近年来通过分析摄像机***的图像数据实现的功能数量和质量已有提高。
因此，如今驾驶员辅助***己在汽车中得到使用，它组合了一个智能灯光控制器、一个限速用交通标志识别装置和利用共用摄像机作为环境传感器的车道保持防偏驶支持装置。
DE 102004037871 B4说明了一种摄像***，该***用于在汽车行驶方向探测车外前部区域的辅助***。通过将一个辅助透镜装在汽车摄像机物镜前的部分视野内，远程范围(道路情况)和近程范围(挡风玻璃)在一个图像传感器上成像。近程范围可通过部分辅助透镜或一个部分近景光学***，必要时也可借助一个光学分光镜或一个半透明的镜子成像。建议，将图像传感器交替用于车外辅助功能和下雨探测功能。
这类摄像机***的缺点是，附加的辅助透镜和必要时使用的分光镜或半透明镜子很贵，并对精确校准其他光学部件提出了很高的要求。整个摄像机***的稳定性可能因此受到影响。辅助透镜的定位导致摄影图像非常模糊。
发明内容
本发明的任务在于，说明一种价格合理，并且稳定可靠的摄像机传感器光学***。
另一个任务是，同时提高或保证摄像机***所采集图像数据的可靠性，并通过摄像机***实现其他的辅助功能。
根据本发明的光学模块包括一个带有电磁辐射灵敏表面的半导体器件和一个用于将电磁辐射投射到半导体器件灵敏表面上的物镜。所述半导体器件即是图像传感器，或摄像机芯片，尤其是作为CCD或CMOS，并能装在一个印刷电路板上。所述物镜主要包括至少一个透镜和一个透镜架。
在所述光学模块中，带有两个部分区域的光学器件布置在整个光路截面中物镜和半导体器件灵敏表面之间或物镜各单一镜头之间。到达半导体器件灵敏表面的所有电磁辐射穿过光学器件。
通过所述光学器件的第一个部分区域，第一个距离范围(例如近程范围)在半导体器件灵敏表面的第一个区域内聚焦成像，并且第二个距离范围(例如远程范围)通过光学器件的第二个部分区域在半导体器件灵敏表面的第二个区域内成像。
换句话说，给出一种包括一个带有电磁辐射灵敏表面的半导体器件和一个用于将电磁辐射投射到半导体器件灵敏表面的透镜的光学装置。该装置中，在物镜和半导体器件灵敏表面之间或物镜的各单一透镜之间装有一个光学器件，其中所述光学器件有两个部分区域，其光学特性可在生产时进行调节，使得穿透两个部分区域后，在半导体器件灵敏表面上，两个独立的聚焦区域可以清晰成像。
如果光学器件直接安装在图像传感器上方，那么所述光学器件延伸一个图像传感器的整个光学区域，并能通过一个物镜和一个图像传感器实现双焦点或多焦点成像。
在一个优选实施方式中，光学模块的光学器件包含至少两个厚度不同、平面平行的部分区域。其中，所述光学器件是阶梯形的。
按照一种优选实施方式，光学模块的光学器件包含至少两个采用不同折射率材料的部分区域。取代模块部分区域厚度的梯级形，在这种情况下，通过光学器件内的不同材料变异，例如平面平行的透明板，实现部分区域。
在两种变异形式中，在一个摄影图像中至少可以实现两种不同并且重叠的景深范围。所述光学器件具有通过显著不同的器件部分区域，导致非平行光束不同轴向偏移的特性。
所述光学器件主要由一个部件制成，但也可是一个至少由两个单一器件构成的组合器件，其中单一器件定义光学器件的部分区域。所述光学器件优选的是一个平面平行板或至少两个相互连接的平面平行板(不同厚度)。
在一个替代实施方式中，所述光学模块的光学器件在第一个部分区域中包含一个会聚透镜的一部分，在第二个部分区域中包含一个平面平行板。两个部分区域的连接线表示远程范围和近程范围成像的界线。通过带有弯曲表面的光学器件的第一个部分区域，近距离成像光路进一步对准。通过第二个部分区域内的平面平行板，远距离成像光路进一步发散。通过这种方式，在同一个成像平面内实现近程范围和远程范围的清晰成像。
光学模块的光学器件优选安装方法是，使光学器件的平面覆盖半导体器件的灵敏表面。如果是阶梯式光学器件，梯级位于背向半导体器件的方向。这使得光学器件可稳定固定在诸如半导体器件或印刷电路板及载体上。所述光学器件也承担了和在传统摄像机***中可能安装的遮盖玻璃相同的罩盖玻璃功能。
替代前面的实施方式，在一个阶梯式光学器件中，也可将较薄的部分区域设置在背向半导体器件灵敏表面的一侧。在此情况下，可在较薄的部分范围下方安装一个间隔调整垫片，该间隔调整垫片优选安装在图像传感器的视野之外，并能实现光学器件的稳定固定。那么光学器件可通过完整表面对准半导体器件，使得电磁辐射在光学器件中几何形状过渡前经过完整表面，并且***的成像光路到达光轴上一个位置的边缘，这个位置比相反情况下(更小的成像光路直径)更有利于成像质量的提高和在过渡区的延伸。
在一种优选实施方式中，间隔调整垫片安装在光学器件较薄的部分区域下方，呈U形经过较薄部分区域外侧的下方。为此，间隔调整垫片可用于阻挡用于密封半导体器件和光学器件的填料，以防其进入半导体器件和较薄部分区域之间的范围。
在一个光学模块的优选实施方式中，所述光学器件的结构形式旨在使较薄的部分区域完全包围视野范围外较厚的部分区域。所述间隔调整垫片呈框架形环绕灵敏表面和光学器件之间的区域。
在另一种优选实施方式中，所述间隔调整垫片可作为密封半导体器件填料的框架。由此在空间上限制填料扩散。
此外，本发明还涉及一种带有一种根据本发明的光学模块的汽车，其中光学模块设置在汽车内部的挡风玻璃后面，在汽车行驶方向探测外部空间。
在一种优选实施方式中，在汽车中物镜和光学器件的调节方法是：挡风玻璃的外侧通过光学器件的第一个部分区域聚焦到半导体器件灵敏表面的第一个区域上，并且汽车前的区域通过光学器件的第二个部分区域在半导体器件灵敏表面的第二个区域上成像。
在另一个优选实施方式中，在汽车内可安装一个基于摄像机的下雨传感器。分析计算半导体器件灵敏表面第一个区域的图像(挡风玻璃外侧)，在此情况下识别挡风玻璃上的雨水或污垢颗粒。用于激活的输出信号可被发送到刮冰器控制装置和/或车窗玻璃清洁装置上。其他优选功能可在基于摄像机的下雨传感器基础上实现：尤其是经常设置附加标志如“潮湿”等的限速功能。一个基于摄像机的交通标志识别装置尽管可以识别这种附加标志，但没有获得当前是否下雨，以及如果下雨，下雨强度如何的信息。根据本发明的下雨传感器可提供这些信息。这种下雨传感器是基于同一个摄像机或同一个光学模块上根据本发明的光学器件，以识别交通标志装置同样的方式运行。即使两个辅助功能之间的数据交换也可毫无问题、经济合理地设置。
在一种优选实施方式中，装备了一个照明光源。此光源通过挡风玻璃照亮进行近距离范围成像的视野区域，也就是说，在半导体器件灵敏表面的第一区域内成像的区域。其优点是，用红外线光照亮近场。所述照明光源可优选通过一个光学锁闭装置控制，尤其是通过半导体器件整个灵敏表面可变化的照明时间控制，或者用于进行近场成像的激活面的部分区域。
所述照明光源的辐射尤其可通过灵活的光导体耦合射入挡风玻璃。例如，透明的硅树脂就是一种合适的柔性光导体。部分辐射能量可通过一千安装在挡风玻璃上的吸收器件转换成热量。转换得到的热量用于加热挡风玻璃部分表面。可使用例如现有挡风玻璃加热装置上安装的加热丝作为吸收器件。用作吸收表面的加热丝同时可用于遮蔽汽车行驶方向辐射的光线。
在一种优选实施方式中，装备的光学器件第二个部分区域至少有一侧涂有过滤层。其波长过滤层抑制由照明光源用于照亮近程区域的波长范围。透过挡风玻璃的视野范围尤其使用红外线波长范围(旧)的光照亮，并且光学器件的第二个部分区域涂有一层抑制在红外线波长范围内透射的过滤层。驾驶员和其他交通参与者不会感知这一波长范围内的光。同时，半导体器件的灵敏表面对红外线区域有极高的灵敏度，这样使用相当小的红外线光强度就能照亮近场。所述照明光源可安装在多个区域。照明可持续运行或周期性进行。优先采用具有正弦强度曲线的周期性照明或循环照明，以避免或减小远程范围图像中的干扰因素。
除了基于摄像机的下雨传感器外，在一种优选实施方式中，可在汽车中安装一个电容式下雨传感器。电容式下雨传感器的信号和基于摄像机的下雨传感器的信号通过一个共用计算单元进行分析计算。两种传感器类型互补性极好，通过组合提供出色的识别特性。所述电容传感器可优选设计为透明薄膜或硅树脂垫中的导体电路，并且电子装置可被集成在基于摄像机的下雨传感器的照明模块中。
例如，在下毛毛细雨时基于摄像机的下雨传感器具有优势，而在此情况下电容式下雨传感器几乎不能通过电容的改变获知信号变化。相反，例如挡风玻璃上布满水膜时电容式下雨传感器具有优势，并能根据电容值的强烈改变可靠探测到下雨这一情况。而基于摄像机的下雨传感器只能在图像中发现可从中推断出雨滴的很少的边缘。
在本发明的一种优选实施方式中，可在挡风玻璃和近程范围成像视野内的物镜之间设置一块楔形闸板。也就是说，楔形闸板设置在近程范围成像的目标侧光路中。所述楔形闸板将电磁辐射从远程范围成像视野穿过的挡风玻璃区域折射到近程范围成像的视野中。楔形闸板可通过两个平面或一个平面和一个非平面，或通过两个非平面进行定义。一个非平面是指球形曲面、非球形曲面或微型结构表面。所述楔形闸板尤其可由透明塑料构成。这类楔形闸板的优选设置方法是：使厚的一端在上面，薄的一端在下面。由此向上折射近程范围成像的光路。楔形闸板可优选设置在远程范围成像光路的下方或其下部区域。
优选给楔形闸板涂一层过滤层，这样过滤层抑制特定的波长范围，例如，可见光的波长范围。楔形闸板的上表面可优选涂黑，用于抑制散射光。
使用一楔形闸板的优点在于，减小用于摄像机窥视孔所需的挡风玻璃涂黑部分以及减小光学模块或摄像机***的尺寸。
在一种优选实施方式中，汽车包含一个照明光源。该光源的电磁辐射通过一个耦合射入件(例如一个柔性光导体)耦合射入挡风玻璃。设置了一个通过粘贴或压紧方式与挡风玻璃固定接触的输出件。挡风玻璃上没有水滴时，耦合射入的电磁辐射在挡风玻璃内全反射。通过耦合输出件辐射在光学模块方向被耦合输出，并在近程范围成像区域(识别雨水的部分区域)内在图像传感器上成像。如果挡风玻璃上有水滴，部分耦合射入的电磁辐射通过水滴耦合输出，不再全部反射到耦合输出件。因此，可通过干燥挡风玻璃与潮湿挡风玻璃比较的输出信号强度差测定挡风玻璃上是否有水滴以及雨水量。
所述耦合输出件可优选涂一层抑制例如可见光波长范围等规定波长范围光的特殊过滤层。
所述耦合输出件可优选在朝向物镜的一侧通过适合的表面处理构成毛玻璃，其中毛玻璃表面定位在近程范围成像的目标层面内。
在一种扩展的实施方式中，耦合输出件优选只覆盖通过近程范围成像检测的挡风玻璃视野部分区域经定义的部分表面。由此既可测量通过雨滴耦合输出的信号差值，也可在其他部分区域测量通过雨滴散射到透镜上的信号比例。
两种测量方法可组合使用，以精确测量挡风玻璃的润湿情况。
此外，本发明还涉及一种生产多个根据本发明的光学器件方法。这些光学器件分别有至少两个具有不同厚度的平面平行部分区域。第一厚度的第一个玻璃晶片或第一个光学透明材料板设置有相应数量的凹槽。这样做的考虑是，对每个要生产的光学器件至少配有一个凹槽。第一个玻璃晶片用第二厚的第二个完整玻璃晶片或第二个光学透明材料板覆盖，并与之相连。两个晶片或光学透明材料板相互校准以及彼此间例如粘贴在一起。通过沿锯齿边锯断组合晶片，形成至少有两个厚度不同、平面平行部分区域的各单件。这种生产方法参照的是制造半导体器件或微光学器件的标准方法。
在锯断两个玻璃晶片之前，可优选将包含相应数量半导体器件的第三个晶片与两个玻璃晶片一起校准，并与相邻的玻璃晶片连接。各单一半导体器件的优选构成方法是：在没有附加基层的情况下，信号直接在半导体器件背面，在一个所谓的信号层(英语：signal layer)中进行筛分，并且焊珠也直接设在半导体器件的背面。此时，从上侧的电磁辐射灵敏表面到下侧筛分层面的连接，通常通过金属化通孔(垂直互连通路(vertical interconnect access)，通孔(via))穿过半导体器件来实现。这种生产方法的优点在于，每个晶片只需一次性精确定位光学器件中的凹槽边缘。明显简化了光学器件边缘与半导体器件灵敏表面排列的平行校准。用于大量光学组件的晶片只要进行一次性相互校准，这可节省生产流程中的成本。
此外，本发明涉及一种光学模块的生产方法。这种方法包括下列步骤。一个带有电磁辐射灵敏表面的半导体器件与一个载体，尤其是一块印刷电路板实现电子连接和机械连接。一个用于在半导体器件灵敏表面上进行双焦点成像的具有至少两个部分区域的光学器件通过粘合剂固定在半导体器件或载体上。例如，通过一种填料对载体、半导体器件、粘合剂和光学器件的连接区域进行密封。将粘接剂涂在物镜外壳的下侧或载体上。将物镜安装在载体上，随后校准布置，使电磁辐射通过物镜和光学器件到达半导体器件的灵敏表面，并在那里成像所需要的区域，在物镜和载体的校准布置中粘接剂固化。
附图说明
接下来根据实施方式和示意图进一步说明本发明。
图1：在一辆物镜和半导体器件灵敏表面之间带有阶梯式光学器件的汽车中，一个光学模块的成像特性；
图2中a和b：带有不同厚度部分区域的光学器件，其中光学器件的完整表面朝向半导体器件的；
图3：基层上阶梯式光学器件设置在半导体器件上方；
图4a和4b：基层上阶梯式光学器件设置在半导体器件上方，其中光学器件的完整表面朝向背对半导体器件的一侧(横截面和俯视图)；
图5a和5b：载体上带阶梯式光学器件的图像传感器组件的结构；
图6a和6b：用于光学器件的框架形间隔调整垫片俯视图；
图7：带物镜和图像传感器组件的光学模块结构；
图8中a和b：带有一个由两层/部分器件构成的光学器件的光学模块；
图9中a至c：用于根据本发明的光学器件的生产方法示意图；
图10：带有用晶片生产的半导体器件的光学部件。
具体实施方式
图1用草图说明了带一个物镜(1)、一个有两个部分区域的光学器件(11)和一个用于探测电磁辐射的半导体器件(4)的光学模块的成像特性。所示光学模块设置在一个倾斜的玻璃(5)，例如汽车挡风玻璃下方。
虚线(10)内是向下通过散射光遮光板(7)限制的光学模块的视野范围。
所示光学器件(11)有一个较薄的第一部分区域(上)和较厚的第二部分区域(下)。每个部分区域相当于一个平面平行板。
这种双焦点光学组件的原理是以折射平面的非平行光路轴向偏移为基础的。所述物镜(1)的聚焦方法是，使远程范围(8)只通过光学器件(11)较厚的部分区域在半导体器件(4)的灵敏表面上清晰成像，而近程范围(9)通过较薄的部分区域清晰成像。此时相应规定了物镜(1)的主平面(2)。近程范围(9)在挡风玻璃(5)的外侧聚焦，使得在摄影机成像的相应部分中能够探测到那里的雨滴(6)或污垢颗粒。远程范围成像(8)的计算用于基于摄像机的辅助功能，例如，识别车道、识别交通标志、自动灯光控制等等。
所述光学模块的光学器件(11)如图所示位于成像光学组件(1)(即物镜)和图像传感器(4)之间，可以完全遮盖其灵敏表面，或者在一个中间成像的成像层面内带有中间成像装置的光学组件中，例如，在物镜(1)的两个透镜之间(未显示)。
图2a和2b是光学器件(11)的阶梯式结构，其中完整表面朝向图像传感器或半导体器件(4)。
光学器件(11)有一个近程范围成像光路经过的第一部分区域(11a)，和一个远程范围成像光路经过的第二部分区域(11b)。
在图2a和2b中，较厚的部分区域(11b)分别具有一个恒定的厚度，而较薄部分区域(11a)的厚度在生产时会有改变。
较厚区域(11b)的恒定厚度产生一个不变的远程区域目标范围。通过较薄区域(11a)的厚度变化可以调整近程范围内的聚焦。
通过改变非平行光路中的轴向偏移形成聚焦。可利用将聚焦调整到近程范围，覆盖各种不同的安装情况，以及由此产生的近程范围内不同的物镜范围，如在不同汽车型号中可能出现的情况。
在光学器件(11)较薄部分区域(11a)较强的结构中，轴向偏移增加，从而近程范围成像的景深范围在目标侧远离物镜，也就是说，目标范围变大(比较图2a)。在根据图2b的较薄部分区域(11a)较弱的结构中，轴向偏移减少，这样近程范围成像的景深范围在目标侧朝物镜移动，也就是说，目标范围减小。
因此，在将光学装置调整到己改变的目标范围时，只要修改近程范围成像光路经过的光学器件(11)的较薄部分区域(11a)。
这具有决定性的优势，即在本发明的一种优选实施方式中也用于和安全相关的驾驶员辅助功能的远程范围成像通过一个统一的光路，由于较厚部分区域(11b)内不变的光学组件，远程范围成像不会受到影响。
对各种用光学器件(11)的安装情况的适应和匹配，也可通过改变光学器件(11)和图像传感器(4)或附加的图像传感器(4)遮盖玻璃之间表面涂抹的粘合剂厚度来实现，因为粘合剂也会引起非平行光路中的轴向偏移。
此外，在图2a和b中所示的光学模块结构变化形式中，可保护半导体器件(4)的灵敏表面不会通过光学器件(11)受环境影响。
替代所示的阶梯式光学器件(11)，也可使用包含两个采用不同材料的部分区域(单一器件或两部分合成的器件)的光学器件，该器件扩展到整个图像传感器。具有不同折射率的材料在这种情况下尤其适用。在此，通过部分区域(11a、11b)的适当材料选择，可改变折射率，进而改变近程范围的聚焦。
在第一部分区域(11a)内使用较大折射率时，轴向偏移增加，从而近程范围成像的景深区域远离物镜(1)。这意味着，目标范围变大。相反，在第一部分区域(11a)内使用较小折射率时，轴向偏移减小，从而近程范围成像的景深区域朝物镜(1)移动。目标范围变小。
也可在光学器件(11)的部分区域(11a、11b)内将厚度和折射率进行改变组合。
在图3中，说明了在光学模块中保护半导体器件(4)的灵敏表面(14)不受环境影响的做法。所述光学器件(11)按照图2a和b定向，并用一种粘合剂(17)固定在半导体器件(4)上的灵敏表面(14)外。半导体器件(4)设置在基层(15)上，在基层下方装有焊珠(Solderballs)(16)。例如，基层(15)是一个印刷电路板，它用于在基层(15)下侧的焊珠(16)上半导体器件(4)的精密结构电气连接的路径选择和实施。所述半导体器件(4)通常粘贴在基层(15)上，并通过粘结与基层(15)上的电子结构相连。
例如通过一种填料进行的密封(18)，遮盖基层(15)、半导体器件(4)、粘合剂(17)和光学器件(11)的连接区域。以此可抑制表面上的光反射。保护半导体器件(4)的灵敏表面不受环境影响。
在按照图4a的光学模块的一种替代实施方式中，可这样设置光学器件(11)，即较薄的部分区域(11a)在背对半导体器件(4)灵敏表面(14)的一侧。这样，图像传感器单元(4、14、11)的外侧上面是一个完整的透明平板。在这种光学模块结构中也可在光学器件(11)的边缘上进行密封(18)，以保护半导体器件(4)的灵敏表面(14)不受环境影响，不受散射光干扰。在光学器件(11)的边缘，较薄部分区域(11a)的下方有一个缝隙(19)。由于该区域不在灵敏表面(14)上成像，因此为了稳定在这里***一个间隔调整垫片(24)。此垫片也用于防止密封填料(18)的侵入。也可选择使用有足够粘性、不会流到半导体器件(4)灵敏表面(14)上的填料(18)，采用这种替代方法就可省却间隔调整垫片。
与图1-3中所示相比，光学器件(11)这种定向或设置的优点在于，两个部分区域(11a、11b)之间的边缘靠近半导体器件(4)的灵敏表面(14)。由此明显改善模块的光学特性。另一个优点是，可明显更好地清洁光学器件(11)外侧的无级表面。
图4b中的俯视图说明U形间隔调整垫片(24)。该垫片设置在半导体器件灵敏表面(14)外，光学器件(11)边缘上较薄部分区域(11a)的下方。所述光学器件(11)的边缘区域不在半导体器件灵敏表面(14)的上方。
图5a是一个载体(20)上带阶梯式光学器件(11)的图像传感器组件的结构。可将基层(15)扩展为载体(20)，例如用于其他电子组件或物镜。与图4a和b所示相比，所述阶梯式光学器件(11)改变如下，较厚的部分区域(11b)完全被较薄的部分区域(11a)包围。由于光学器件(11)的边缘区域不在半导体器件(4)灵敏表面(14)的上方，这种变化不会影响光学器件(11)的光学特性。在周围较薄的部分区域(11a)下现在可使用框架形的间隔调整垫片(24、24')，以固定或支承光学器件(11)。图6a是光学器件(11)、框架形间隔调整垫片(24)和半导体器件(4)灵敏表面(14)的俯视图。
所使用的间隔调整垫片(24、24')可有不同的结构，并可在生产光学模块时在不同的时刻进行安装。所述间隔调整垫片(24，24')可以是光学器件(11)的组成部分，或是单独部件。间隔调整垫片(24，24')可设置在基层(15)上或半导体器件(4)上。此外，间隔调整垫片(24，24')设置时可使其在半导体器件(4)上突出，并可用于物镜(1)的连接。
设置有光学器件(11)、间隔调整垫片(24、24’)和半导体器件(4)的密封(18)。载体(20)配有一个灵活的连接触点(21)。由此保证光学模块的空间校准。合适的连接触点(15)是例如粘结连接件、柔性电缆或例如用聚酰亚胺制成的印刷电路板。柔性印刷电路板(例如Flex(柔性)－PCB)可同时用作基层(15)。
在载体(20)的表面例如可采用钎焊连接件(22)的方式安装例如用于图像处理的芯片等其他电子组件(SMD组件)。
图5b是图像传感器组件的一种替代结构。在这种结构中，在下侧给载体(20)装备了一个SMD组件(23)，也就是说两侧都装备了组件。在这种实施方式中，间隔调整垫片(24’)满足一种特殊的功能：它也用作半导体器件(4)、光学器件(11)和载体(20)的密封填料框架，并且限制了填料(18)可能流入以及向外流出的区域。图6b是这种框架形间隔调整垫片(24’)的俯视图。
图7是一种带物镜(1)和图像传感器组件的光学模块结构。从载体模块(图5a或b)可将一个至少带有一个透镜(28)的物镜(1)连同物镜外壳(27)的下侧粘贴(25)在载体(20)上，使电磁辐射通过物镜(1)和光学器件(11)到达半导体器件(4)的灵敏表面(14)。涂上粘接剂(25)后，可相对于半导体器件(4)的灵敏表面(14)调节物镜(1)。粘接剂(25)固化后可***或装入光学模块。
图8a说明的是一个可与图4a及5a中所示相比拟的光学模块。在图8a中，所述阶梯式光学器件(11)由两个相互固定的部分器件(11’、11”)构成。第一部分器件(11’)是完整的，例如，完整的玻璃板，并具有第一厚度。它定义了光学器件(11)较薄的部分区域(11a)厚度。第二部分器件(11”)至少有一个凹槽(29)。第一和第二部分器件(11’、11”)相互连接，例如，粘贴在一起。光学器件(11)较厚部分区域(11b)的厚度等于两个连接的部分器件(11’、11”)的总厚度。图8b是一个俯视示意图：凹槽(29)完全被第二部分器件(11”)包围，使其满足间隔调整垫片(24)的功能要求。
图9用示意图说明根据本发明的光学器件的生产方法。第一厚度的第一个玻璃晶片(30)设置有相应数量的多个凹槽(29)(图9a)。
第一个玻璃晶片(30)用第二厚度的第二个完整玻璃晶片(31)覆盖，并与之相连(图9b)。
通过沿锯齿边(32)锯断图9b中的组合晶片形成如图9c所示的、至少有两个如图8中示例说明的、具不同厚度的平面平行部分区域(11a、11b)的各单一光学器件(11)。这种生产方法参照的是制造集成电路(1Cs)和晶片级摄像机或微光学组件中人们熟知的标准方法。
图10是一个由三个晶片制成的部件：在锯断两个玻璃晶片(30、31)前，将包含相应数量半导体器件(4)的第三个晶片与两个玻璃晶片(30、31)一起校准，并与相邻的第一个玻璃晶片(30)连接，图10中通过粘合剂(17)建立连接。如此构成带一个灵敏表面(14)的各单一半导体器件(4)，使得在没有附加基层情况下，信号直接在半导体器件(4)的背面，在一个所谓的信号层(34)选择路径。焊珠(16)直接设置在半导体器件(4)的背面。此时，从上侧的电磁辐射灵敏表面到下侧路径选择面的连接，通过金属化通孔(33)(垂直互连通路，通孔)穿过半导体器件(4)实现。通过这种生产方法明显简化了光学器件(11)的边缘(35)与半导体器件(4)灵敏表面(14)排列的平行校准。沿着锯断三个连接晶片的共同锯齿边(32)，对所示光学器件的尺寸进行定义。
附图标记
1 物镜
2 物镜的主平面
4 半导体器件
5 挡风玻璃
6 雨滴
7 散射光遮光板
8 远程范围
9 近程范围
10 视野范围
11 带两个部分区域的光学器件
11a，11b 11 的第一和第二个部分区域
11’，11”11 的完整部件和中断部件
14 半导体器件的灵敏表面
15 基层
16 焊珠(Solderball)
17 粘合剂
18 密封/填料
19 缝隙
20 载体
21 灵活的连接触头
22 钎焊连接
23 SMD组件
24，24’ 间隔调整垫片
25 粘接剂
27 物镜外壳
28 透镜
29 凹槽
30 带凹槽的第一个玻璃晶片
31 第二个完整玻璃晶片
32 锯齿边
33 金属化通孔(via)
34 信号层
35 光学器件11的边缘

Claims (15)

1.一种具有光学模块的汽车，其中所述光学模块在汽车内部空间中在行驶方向上设置在挡风玻璃(5)后面，探测车外环境，所述光学模块包括：
－具有对电磁辐射灵敏的表面(14)的半导体器件(4)，和
－用于将电磁辐射投射到半导体器件(4)的对电磁辐射灵敏的表面(14)上的物镜(1)，
其特征在于，具有至少两个具有不同厚度的平面平行的部分区域(11a、11b)的光学器件(11)在光路的整个横截面内设置在物镜(1)和半导体器件(4)的对电磁辐射灵敏的表面(14)之间的空间或者设置在物镜的各个透镜之间的空间，从而通过光学器件(11)的第一个部分区域(11a)，第一距离范围(9)在半导体器件(4)的对电磁辐射灵敏的表面(14)的第一区域内成像，而通过光学器件(11)的第二个部分区域(11b)，第二距离范围(8)在半导体器件(4)的对电磁辐射灵敏的表面(14)的第二区域内成像。
2.如权利要求1所述的汽车，其特征在于，所述光学器件(11)被分级地构造，并且被设置为使得光学器件(11)的整个表面朝向半导体器件(4)的对电磁辐射灵敏的表面(14)。
3.如权利要求1所述的汽车，其特征在于，光学器件(11)被分级地构造，并且被设置为使得两个部分区域(11a、11b)之间的边缘靠近半导体器件(4)的对电磁辐射灵敏的表面(14)并且光学器件(11)的整个表面是外侧表面。
4.如权利要求3所述的汽车，其特征在于，间隔调整垫片(24)呈U形地在较薄的部分区域(11a)外侧的下方延伸。
5.如权利要求3所述的汽车，其特征在于，较薄的部分区域(11a)完全包围光学器件(11)的较厚的部分区域(11b)，并且间隔调整垫片(24、24’)呈框架形包围对电磁辐射灵敏的表面和光学器件(11)之间的区域。
6.如权利要求5所述的汽车，其特征在于，间隔调整垫片(24’)被构造为用于密封半导体器件(4)的填料的框架，以保护半导体器件(4)的对电磁辐射灵敏的表面(14)不受到环境影响并且不受散射光干扰。
7.如权利要求1至6之一项所述的汽车，其特征在于，物镜(1)和光学器件(11)被设置为使得挡风玻璃(5)的外侧通过光学器件(11)的第一个部分区域(11a)在半导体器件(4)的对电磁辐射灵敏的表面(14)的第一区域上聚焦，汽车前的范围通过光学器件(11)的第二个部分区域(11b)在半导体器件(4)的对电磁辐射灵敏的表面(14)的第二区域上成像。
8.如权利要求7所述的汽车，其特征在于，能在半导体器件(4)的对电磁辐射灵敏的表面(14)的第一个区域中探测挡风玻璃(5)外侧上的雨滴(6)和/或污垢颗粒，并且能向刮水器控制装置和/或车窗玻璃清洁控制装置发出输出信号。
9.如权利要求7所述的汽车，其特征在于，设置有照明光源，所述照明光源通过挡风玻璃(5)照亮在半导体器件(4)的对电磁辐射灵敏的表面(14)的第一区域内成像的视野(10)的区域。
10.如权利要求9所述的汽车，其特征在于，通过柔性光导体将照明光源的电磁辐射耦合射入挡风玻璃(5)中。
11.如权利要求9所述的汽车，其特征在于，用红外线波长范围内的光通过挡风玻璃(5)照亮视野(10)的区域，并且光学器件(11)的第二个部分区域(11b)涂有过滤层，用以抑制红外线波长范围内的透射。
12.如权利要求8的汽车，其特征在于，在汽车内还设置有电容式的下雨传感器，并且一个共用的分析单元分析电容式的和基于摄像机的下雨传感器的信号。
13.如权利要求7的汽车，其特征在于，在挡风玻璃(5)外侧成像的视野中，在挡风玻璃(5)和物镜(1)之间设置有楔形闸板。
14.如权利要求10至13之一所述的汽车，其特征在于，耦合输出件设置成与挡风玻璃(5)固定接触，所述耦合输出件耦合输出耦合射入的电磁辐射，使耦合射入的电磁辐射在半导体器件(4)的对电磁辐射灵敏的表面(14)的第一区域内成像。
15.如权利要求14所述的汽车，其特征在于，所述耦合输出件覆盖由近程范围成像探测的挡风玻璃(5)视野的部分区域。
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