CN103119510B - 具有光学模块和支撑板的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学装置（1），包括光学模块（2）例如物镜、印刷电路板（4）、图像接收元件（6）以及支撑板（5），其中光学模块（2）和图像接收元件（6）安置在支撑板（5）的一侧，而印刷电路板（4）安装在支撑板（5）的相对的一侧。图像接收元件（6）与印刷电路板（4）之间的电气接通通过支撑板（5）中一个或多个缺口（9）实现。在一种特殊的实施变体中，图像接收元件（6）安置在支撑板（5）内的一个缺口（9）中，并且直接与印刷电路板（4）连接。

Description

具有光学模块和支撑板的装置
技术领域
本发明涉及一种光学装置，包括光学模块和支撑板，在支撑板上设置图像接收元件。
背景技术
光学模块(例如物镜)与支架壳体(例如物镜架或摄像机壳体)的连接可采用各种各样的连接技术。此时，摄像机的成像质量除了与摄像机固有公差和安装公差有关外，主要取决于光学模块和支架壳体间的连接质量。此外，安装公差和位置公差、尤其是比如支架壳体中物镜的滚动角度、偏离角度和俯仰角度对摄像机的功能也有巨大的影响。另外，与连接技术无关，通常还需要对光学模块与支架壳体之间进行极好、长期稳定的校准。
在图像接收元件上方定位物镜时常使用一种结构，其中物镜架与印刷电路板(例如柔性印刷电路板)相连接。而在印刷电路板上装有一个图像接收元件，例如图像芯片(成像器)，其中印刷电路板本身固定在支撑板上。在此，图像接收元件通常焊接在印刷电路板上。也可选用所谓的板载芯片技术，将图像接收元件直接粘贴在印刷电路板上，并通过键合建立接通。
用于在图像接收元件上方定位光学模块的上述光学装置的缺点是，粘合剂固化时产生的收缩直接影响光学装置的聚焦效果。而且，图像接收元件/印刷电路板/支撑板结构，亦即，图像接收元件安装在印刷电路板上、印刷电路板安装在支撑板上，这种结构的缺点在于，印刷电路板的影响因素，比如公差、温度状况和老化，同样会影响光学装置的聚焦，因为光学模块或物镜通过物镜架直接与印刷电路板连接。此外，物镜架之类元件与例如柔性印刷电路板的直接粘接——和在已知装置中一样——非常难以实现。
除此之外，其他已知的、用于在图像接收元件上对齐和连接光学模块的装置的缺点在于，其中一侧具有许多单个部件的通常较复杂的摄像机结构，以及由于错综复杂的制造部件而导致制造费用提高。
发明内容
因此，以本发明为基础的任务是，给出一种光学装置，其中用尽可能少的制造和调整费用在图像接收元件上实现光学模块的定位。此定位在公差方面以及对诸如温度变化特性和老化等影响因素尽可能鲁棒，并且需要尽可能少的待相互连接的部件。
本发明的一个主要想法是，将图像接收元件直接设置在支撑板上，以及将印刷电路板安装在支撑板下方。由此得出一种有利的图像接收元件/支撑板/印刷电路板结构方式，其中图像接收元件直接放置在支撑板上，这与现有技术中已知装置相比具有多个优点。一方面，图像接收元件设置在支撑板上，尤其是当支撑板设计为金属板时，能产生良好的热连接或散热。通过将光学模块和图像接收元件设置在支撑板的一侧以及印刷电路板设置在支撑板的另一侧，使不同的部件能以有利的方式相互分开。这尤其涉及使无源部件(如印刷电路板和其他装在印刷电路板上诸如电阻的可能的无源器件)与必须借助特殊方法(如通过粘合方法和/或焊接方法)安装在支撑板上的部件分离开来。这种分离的目的是，比如可避免(如图像接收元件的)各有源和无源部件受到污染。因此，优选首先将无源部件装在印刷电路板上，而在稍后的工艺步骤中将图像接收元件安装在支撑板上。此外，上述影响因素如印刷电路板的老化或热性能不会再对光学装置的聚焦产生影响。光学模块、特别是物镜的粘合，根据本发明可直接在支撑板上进行，因而与已知光学装置相比可省掉一个物镜架部件。另外，还可根据对粘合的要求和光学模块壳体的膨胀系数优选支撑板材料。在本发明的一种变体中，图像接收元件设置在支撑板内的一个缺口中并装配在印刷电路板上。对应于图像接收元件/支撑板/印刷电路板结构，这种变体同样具有光学模块可直接与支撑板连接的主要优点。
根据本发明的光学装置包括光学模块、图像接收元件、印刷电路板和支撑板。此外，根据本发明的光学装置还包括图像接收元件和印刷电路板之间的电气接通。
支撑板在此优选如此设计，使得图像接收元件设置在一侧，而印刷电路板设置在另一侧。
光学模块优选包括至少一个透镜，并与支撑板连接，其中光学模块尤其安装在支撑板的装有图像接收元件的一侧，在该图像接收元件上定位。支撑板和光学模块之间的连接优选采用粘接方式。
根据本发明得出有利的图像接收元件/支撑板/印刷电路板结构(图像接收元件安装在支撑板上，支撑板安装在印刷电路板上)。
除粘接外，在光学模块和支撑板之间也可采用例如焊接等任何其他可能的连接技术。
光学模块例如是物镜、物镜架和/或是物镜和物镜架的结合。
印刷电路板，例如柔性印刷电路板，主要由电绝缘材料构成，并被设计具有在其上面粘贴的导电连接，以及可选择具有其他的电气和/或机电器件。
图像接收元件主要指图像接收芯片以及成像器芯片，例如CMOS芯片或CCD芯片。
支撑板可以构造为金属板或陶瓷板。支撑板主要用与光学模块相同的材料制成，例如，如果光学模块是物镜，主要用与物镜壳体相同的材料制成。支撑板设计为金属板的另一个优点尤其是，与现有技术中已知的装置相比，根据本发明的光学装置长期稳定性更好。
在本发明的一个优选实施方式中，光学模块、图像接收元件和/或印刷电路板直接与支撑板连接。连接可例如以粘接和/或焊接方式实现。
在本发明的一个可选实施变体中，支撑板包含至少一个缺口。该至少一个缺口例如可是环形或长方形，优选构造在支撑板内图像接收元件旁边或在图像接收元件周围和/或部分在图像接收元件下方。图像接收元件和印刷电路板之间的电气接通尤其是穿过该至少一个缺口实现。在此优选通过键合(例如导线键合)来实现穿过该至少一个缺口的接通。
在本发明的另一个可选实施变体中，支撑板有两个缺口，这两个缺口优选设置在支撑板中图像接收元件的两个相对的侧面，也可选择部分在图像接收元件下方。图像接收元件和印刷电路板之间的电气接通尤其是穿过两个缺口来实现。在此优选通过键合来实现穿过两个缺口的接通。
在本发明的一个优选实施方式中，支撑板有一个以图像接收元件的形状构造的缺口。相对图像接收元件，缺口在此可选择具有一定的裕量。
在另一个可选实施变体中，缺口构造在支撑板中，其中图像元件设置在缺口上方和/或在缺口内。此时，图像接收元件和印刷电路板之间的接通优选通过焊珠来实现。为此，图像接收元件可例如采用如BGA成像器。其中，BGA尤其是代表球栅阵列(BallGridArray)。BGA成像器包括部件下侧面上的球形焊接端子，也就是说，在设计为BGA成像器的图像接收器件中，触点优选实现为图像接收元件背面上的焊珠。每个CMOS或CCD芯片都可实现为BGA成像器。
图像接收元件和印刷电路板之间的电气接通也可选地通过键合——比如以引线键合或芯片焊接的方式——来实现。
在本发明的一个优选实施方式中，光学模块和/或支撑板和/或印刷电路板是旋转对称的。
在本发明的一个优选实施方式中，支撑板设计为薄壁碟形金属板件并可具有一个向上弯曲的边缘区域。支撑板优选有至少一个波浪形突出部。波浪形突出部在此优选设置在支撑板碟形面的装有图像接收元件的一侧。波浪形突出部(例如是圆形或环形)在此可以设置在图像接收元件周围。由此尤其是在图像接收元件周围限制出一个内部容积，在该内部容积中可以设置用于填塞的填料。
附图说明
以下的说明和附图介绍了其他优点以及可选设计方案。附图简要说明了实施例，并通过下面说明进行详细阐述。
图1示出了现有技术中已知的光学装置的一个示例；
图2示出了现有技术中已知的光学装置的另一个示例；
图3示出了根据本发明的光学装置的第一个示例；
图4示出了可设置在根据本发明的光学装置中的支撑板；
图5示出了根据本发明的光学装置的第二个示例；
图6示出了根据本发明的光学装置的第三个示例。
具体实施方式
图1所示装置是现有技术中已知的光学装置1的一个示例。在支架壳体12(这种情况下是物镜架)和光学模块2(这种情况下是物镜)之间设置了粘合道3。物镜架12通过印刷电路板4与图像接收元件6连接，其中在印刷电路板4下面安装了支撑板5，在印刷电路板4上方安装了图像接收元件6。图1中的图像接收元件6是一个通过焊珠7与印刷电路板4触点接通的图像芯片，或者是球栅封装的图像芯片。在此，球栅封装尤其是图像芯片的一种封装方式，其中用于封装的端子位于芯片下侧上。这些端子是小焊珠(英语：balls)，其优选排列于由行和列组成的栅格中(英语：grid)。这些焊珠例如焊接时在焊接炉中熔化，并与印刷电路板的例如是铜的材料连接。此时，物镜架12直接与印刷电路板4连接。图1所示的图像接收元件/印刷电路板/支撑板的结构形式(图像接收元件6在印刷电路板4上，印刷电路板4在支撑板5上)具有如下缺点，即，印刷电路板4的影响——例如公差、温度变化特性和老化——会直接影响光学装置1的聚焦。光学模块2拥有多个光学元件2.1，这些光学元件主要是透镜。
图2所示是现有技术中已知的光学装置1的另一个例子。该光学装置1的结构大部分与图1的描述相同，其中图2的图像接收元件6直接粘贴在印刷电路板4上，并且其中图像接收元件6和印刷电路板4之间的触点接通通过键合8(Bonds)来实现。此外，图2的图像接收元件6还有一个玻璃罩6.1。根据本发明在印刷电路板4上可设置其他无源部件13，例如电气的或机电的组件。图2中在印刷电路板4上示例性地设置了一个电阻作为一种可能的其他无源部件13。
在图3中示出了根据本发明的光学装置1的一个示例。在此情况下，图像接收元件6直接设置在支撑板5上并与其连接。印刷电路板4位于支撑板5的下方，该印刷电路板4可选地带有一个或多个无源部件13，例如带有一个或多个电阻。光学模块2通过图像接收元件6设置在支撑板5上，并通过粘接——主要是通过粘合道3——直接与支撑板连接，由此可补偿例如制造和/或装配公差。并以此得出有利的图像接收元件/支撑板/印刷电路板结构(图像接收元件6在支撑板5上，支撑板5在印刷电路板4上)。在图3中，图像接收元件6和印刷电路板4之间的触点接通示例性地通过键合8来实现，其通过两个缺口9在支撑板5中穿过。此时，缺口9构造在支撑板5中图像接收元件6相对的侧面上。此外，由图3中所示的实施案例可见本发明的一个重要优点，即光学模块2(在这种情况下是一个物镜)直接与支撑板5连接。与图1和图2相应的现有技术相比，在本情况中取消了具有形式为物镜架12的额外部件的复杂结构。
光学模块2具有多个光学元件2.1，其中光学元件2.1中至少有一个是透镜。
无论是支撑板5、印刷电路板4、图像接收元件6、无源部件13还是光学模块2，根据本发明同样可构造为几部分或者具有与图3中所示不同的形式。
图4所示是可设置在根据本发明的光学装置1中的支撑板5。在这种情况下，在支撑板5中开有两个缺口9，穿过这两个缺口借助键合8实现图像接收元件6和印刷电路板4之间的接通。图4中未显示根据本发明可设置在支撑板5下的印刷电路板4。图4中的图像接收元件6尤其具有有源区域6.2。无论是支撑板5、图像接收元件6还是缺口9，根据本发明同样可构造为几部分或具有与图4中所示不同的形式。
图5所示是根据本发明的光学装置1的另一示例。该光学装置1的结构大部分与图3的说明相同。不同之处在于图5中，支撑板5中的缺口9构造在图像接收元件6的下方。图像接收元件6(在此情况下是BGA成像器)在支撑板5的缺口9中直接设置在印刷电路板4上。
图6所示是根据本发明的光学装置1的另一示例。该装置1结构大部分与图3中的说明相同，不同之处在于图6中支撑板5尤其可以用例如金属板制成铸件、压铸件以及冲压件、深冲件和/或挤压件。支撑板5在此构造为薄壁碟形金属板件并具有波浪形突出部10。该波形突出物10在此构造在图像接收元件6周围并限制了其中设置有填料11的内部容积14。此外，图像接收元件6——包括一个玻璃罩6.1——穿过支撑板5中的缺口9通过键合8与印刷电路板4连接。
参考符号目录
1光学装置
2光学模块
2.1光学元件
3粘合道
4印刷电路板
5支撑板
6图像接收元件
6.1玻璃罩
6.2有源区域
7焊珠
8键合
9缺口
10波浪形突出部
11填料
12支架壳体
13无源部件
14内部容积

Claims (11)

1.一种光学装置(1)，包括光学模块(2)、印刷电路板(4)和图像接收元件(6)，图像接收元件(6)和印刷电路板(4)之间电气接通，其特征在于，设置支撑板(5)，其中光学模块(2)以及图像接收元件(6)安置在支撑板(5)的一侧，印刷电路板(4)安置在支撑板(5)的另一侧，在支撑板(5)中构造至少一个缺口(9)，并且图像接收元件(6)和印刷电路板(4)之间的电气接通穿过所述至少一个缺口(9)通过键合(8)实现。
2.根据权利要求1所述的光学装置(1)，其特征在于，光学模块(2)、图像接收元件(6)和/或印刷电路板(4)直接与支撑板(5)连接。
3.根据权利要求1或2所述的光学装置(1)，其特征在于，在支撑板(5)中构造两个缺口(9)。
4.根据权利要求3所述的光学装置(1)，其特征在于，所述两个缺口(9)在支撑板(5)中构造在图像接收元件(6)的两个相对的侧面上。
5.根据权利要求3所述的光学装置(1)，其特征在于，在图像接收元件(6)的周围设置一个或多个缺口(9)。
6.根据权利要求1或2所述的光学装置(1)，其特征在于，支撑板(5)构造为薄壁的金属板件并具有至少一个波浪形突出部(16)，其中通过所述至少一个波浪形突出部(16)限制出一个内部容积(14)，在所述内部容积中设置填料(11)。
7.一种光学装置(1)，包括光学模块(2)、印刷电路板(4)和图像接收元件(6)，图像接收元件(6)和印刷电路板(4)之间电气接通，其特征在于，设置支撑板(5)，其中光学模块(2)安置在支撑板(5)的一侧，印刷电路板(4)安置在支撑板(5)的另一侧，并且图像接收元件(6)安置在支撑板(5)内的一个缺口(9)中。
8.根据权利要求7所述的光学装置(1)，其特征在于，光学模块(2)和印刷电路板(4)直接与支撑板(5)连接。
9.根据权利要求7或8所述的光学装置(1)，其特征在于，图像接收元件(6)和印刷电路板(4)之间的电气接通通过焊珠(7)实现。
10.根据权利要求7或8所述的光学装置(1)，其特征在于，光学模块(2)、支撑板(5)和/或印刷电路板(4)构造为旋转对称的。
11.根据权利要求7或8所述的光学装置(1)，其特征在于，光学模块(2)和支撑板(5)通过粘接(3)相连。
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