CN104471476A - 摄像机模块和用于制造摄像机模块的方法 - Google Patents

摄像机模块和用于制造摄像机模块的方法 Download PDF

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CN104471476A CN201380020007.3A CN201380020007A CN104471476A CN 104471476 A CN104471476 A CN 104471476A CN 201380020007 A CN201380020007 A CN 201380020007A CN 104471476 A CN104471476 A CN 104471476A
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Abstract

本发明涉及一种摄像机模块，其尤其用于车辆，其中所述摄像机模块至少具有：镜头容纳部(2)和容纳在所述镜头容纳部(2)中的镜头(3)，所述镜头具有一个透镜框(8)和至少一个固定在所述透镜框(8)中的透镜(9)，其中所述镜头(3)通过所述透镜框(8)的外表面(8a)和所述镜头容纳部(2)的内表面(2c)之间的摩擦锁合固定在所述镜头容纳部(2)中。根据本发明，在所述透镜框(8)的外表面(4a)上和/或在所述镜头容纳部(2)的内表面(2)上构造有多个在圆周方向上间隔开的摩擦锁合构件(16)以形成所述摩擦锁合。为了插入以及为了校准所述镜头(3)，使所述镜头容纳部(2)优选非对称地弹性变形，以及将镜头置于变形的镜头容纳部(2)中，随后消除所述弹性变形。

Description

摄像机模块和用于制造摄像机模块的方法
现有技术
用于车辆中的摄像机模块一般具有镜头容纳部(lens holder：透镜保持部)、图像传感器(Imager-Chip：成像器芯片)和容纳在镜头容纳部中的镜头。通过图像传感器和镜头确定摄像机模块的光轴。镜头容纳部具有一般柱形的或管状的壁区域，镜头置于所述壁区域中；镜头一般具有一个透镜框和一个或多个由透镜框容纳的透镜。镜头容纳部可以作为电路载体，使得图像传感器可以直接装配在镜头容纳部上；替代地，也可以将镜头容纳部例如固定在电路载体上，在所述电路载体上装配有图像传感器。
在装配这样的摄像机模块时，对于高生产量和高产出率——即小的错误率而言，将镜头可靠地并且快速地装配在镜头容纳部中是重要的。在此有利的是，直接在校准设备中可以最终固定借助清晰检测求得的镜头定位，而例如在粘合剂硬化过程期间不出现移位。
对此已知基本上以直线运动将镜头插到镜头容纳部中。这一方面可以通过螺纹实现；但借助这样的螺纹的定向一般不能非常精确地实现，因为螺纹始终设计有间隙，以便避免螺纹在聚焦时卡滞或者阻断。间隙又可以导致镜头在随后的加工步骤中移位并且因此导致清晰度损失。此外，旋拧过程比纯粹直线运动更耗时。
然而，在镜头直线调整到镜头容纳部中时，可能出现镜头容纳部和透镜框之间的磨损，其可能导致图像传感器上的颗粒形成并且因此导致图像的显著质量损害。
DE 10 2006 000 641 A1描述了镜头在镜头容纳部中的固定，其中在外部将夹紧圈放置到镜头容纳部周围并且在减小其直径的情况下夹紧所述夹紧圈。但这样的较大夹紧可能导致例如镜头容纳部的永久变形并且因此导致散焦。此外，在将镜头置于镜头容纳部中时，也可能出现碎屑，其掉落到图像传感器上并且因此损害图像质量。
DE 10 2007 029 475 A1描述了透镜通过透镜外表面和透镜框的内表面之间的形状锁合容纳在透镜框中；形状锁合例如可以通过部件之一上的槽和另一部件上的隆起或凸鼻实现。
发明内容
根据本发明，通过在圆周方向上彼此间隔开地设置在透镜框的外表面和/或镜头容纳部的内表面上的多个摩擦锁合构件实现透镜框和镜头容纳部之间的摩擦锁合。
多个摩擦锁合构件尤其与光轴轴向平行地延伸。根据一种特别有利的构造，三个这样的摩擦锁合构件——例如凸梁或者凹槽在圆周方向上彼此均匀地间隔开，即彼此错开120°。
摩擦锁合构件尤其可以与透镜框的外表面和/或镜头容纳部的内表面一体构造，即构造为相关面的一部分或区域；但原则上也能够施加附加的摩擦锁合构件。
根据本发明，镜头容纳部是可弹性变形的，以便能够在没有磨损、优选甚至没有或没有显著接触的情况下实现镜头的插入过程。在此，镜头容纳部的非对称弹性变形是优选的，其在摩擦锁合构件的区域中导致摩擦锁合构件与光轴的距离的增大或者导致通过摩擦锁合构件确定的与光轴的距离的增大。
因此，与在例如DE 10 2006 000 641 A1中不同地，有利地如此设计镜头容纳部和透镜框，使得在其之间局部留有一个间隙或者多个间隙，但在摩擦锁合构件的区域中进行接触；摩擦锁合构件有利地在其未变形的状态中甚至首先略微伸出。在摩擦锁合构件构造在镜头容纳部的内表面上的情况下，摩擦锁合构件优选在如此程度上径向向内伸出，使得其与光轴的距离分别小于透镜框的外半径。
通过非对称变形，使摩擦锁合构件与光轴的距离增大，其中使其他区域中的间隙相应地略微减小；因此如此实现环状的镜头容纳部或者其柱形的壁区域的非对称变形，使得当随后插入透镜框时，不仅在这些梁上而且在其之间的区域上都不出现与透镜框的外表面的接触或显著接触。尤其可以通过从外部放置的夹紧构件实现这种暂时变形，其优选居中地定位在摩擦锁合构件之间，以便在这里实现内表面与光轴的距离的减小并且相应地在摩擦锁合构件的情况下实现所述距离的增大。
在夹紧期间尤其也可以通过在插入镜头时分析处理图像传感器的图像信号来进行聚焦；当随后松开夹紧时，通过摩擦锁合构件实现自定心的、均匀的容纳，而不存在镜头容纳部的壁区域的对称轴的改变，从而其对称轴与透镜的光轴继续保持一致。
通过减小径向夹紧或者减小镜头容纳部上的外力作用，可以在校准之后实现摩擦锁合，不无沿着光轴的滑动运动并且因此也无磨损，其中必要时摩擦锁合构件或者梁略微变形。
因此，根据本发明实现一些优点：
校准时尤其透镜保持部和镜头容纳部之间的磨损可以保持得非常小或者完全避免；在纵向上的插入过程期间不进行摩擦下的滑动运动；仅仅在校准之后在径向放松时进行摩擦锁合构件的变形，但无通过相互滑动的面引起的磨损。因此可以实现摄像机模块的高性能。
与在例如DE 10 2006 000 641 A1中不同地，有利地不进行大面积的压紧，而是仅仅在一些在圆周方向上间隔开的摩擦锁合构件中进行压紧。由此可以避免例如镜头容纳部或透镜框的大面积的夹紧和变形并且可以避免可能的散焦。完成之后的夹紧也很小直至可忽略并且基本上限于摩擦锁合构件。
在摩擦锁合构件在圆周方向上对称分布——尤其具有三个摩擦锁合构件的情况下，能够在保持得较小的摩擦面的情况下实现透镜框在镜头容纳部中的非常有利的自定心容纳。在夹紧构件较少——尤其三个夹紧构件的情况下，也可以实现大的变形并且因此实现摩擦锁合构件与光轴的距离的大的改变。
能够实现快速制造方法或者定位以及校准镜头的方法，尤其通过从外部夹紧夹紧构件、在分析处理所拍摄的图像时定位和校准镜头以及松开夹紧构件的夹紧。
可以不使用用于固定的其他构件，诸如外部夹紧环或螺栓、粘合剂等等；外部夹紧构件是制造设备的一部分。
尤其当摩擦锁合构件与相关的面一体构造时，不通过附加的部件及其施加产生更高的制造开销。
附图说明
图1沿着对称轴以纵剖面图示出根据一种实施方式的摄像机模块；
图2沿着图1中的线A-A′示出水平剖面图；
图3示出图2中的局部图；
图4示出透镜框和镜头容纳部在未变形状态中的相关半径的简化示图；
图5示出镜头容纳部的变形状态中的相关半径的简化示图；
图6示出根据本发明的方法的流程图。
具体实施方式
摄像机模块1具有镜头容纳部2、容纳在镜头容纳部2中的镜头3和装配在镜头容纳部3上的图像传感器4。
镜头容纳部2优选由塑料材料或者模制材料制成，例如借助模制方法或压铸方法。镜头容纳部具有柱形的壁区域(镜筒区域)2a和在图1中向下邻接的装配区域2b，所述装配区域例如用于载体上的装配并且尤其也容纳图像传感器4。装配区域2b可以直接用作用于图像传感器4和其他组件6——尤其无源组件的电路载体。为此可以在装配区域2b中或在装配区域2b上以本身已知的方式构造有电导体，例如作为经结构化的金属层6a。
镜头3具有一个透镜框8和一个或多个容纳在透镜框8中的透镜9；在图中示出了具有一个透镜9的简化示图。透镜框8又可以由塑料材料构成，其中至少一个透镜9例如形状锁合地容纳和/或粘合和/或焊接在透镜框8中；原则上也可以将透镜框8注塑或者构造在至少一个透镜9周围。
因此，整个摄像机模块1限定对称地延伸穿过透镜9和图像传感器4的光轴12。透镜框8和镜头容纳部2的壁区域2a相对于光轴12同心地延伸。
为了构造摄像机模块1，在镜头容纳部2中校准并且固定镜头3，其中为了校准例如由摄像机模块1检测测试图案并且分析处理由图像传感器4输出的图像信号S1，如在图1中示出的那样。如果测试图案清晰成像，则存在良好的校准。因此，在光轴12的方向上进行校准，直至找到合适的位置，随后将镜头3借助其外透镜框8固定在镜头容纳部2的壁区域2a中。
在镜头容纳部2和透镜框8上设有定位构件14、15，根据所示的实施方式通过从镜头容纳部2的装配区域2b向上伸出的销钉14和透镜框8中的相应的缺口15设置。定位构件14、15用于确定角位置——也就是相对于光轴12的角位置以及在纵向或者光轴12的方向上的插入过程期间作为引导构件。
通过压配合方式——即摩擦锁合(力锁合)实现透镜框8在镜头容纳部2的壁区域2a上的固定或者在壁区域2a的内壁2c与透镜框8的柱形的外表面(外壁)8a之间的固定。为此在内表面2c和/或外表面8a上设有三个梁16作为摩擦锁合构件；梁16优选构造在镜头容纳部2的内表面2c上并且径向伸出——即朝向对称轴12，即向内。在梁16之间，在壁区域2a的内表面2c上构造有中间区域17；因此，三个梁16在圆周方向上彼此均匀地——即以120°的角度间隔开并且通过相应的中间区域17分离。
通过梁16的这种设计可以实现：(基本上)仅仅使这些梁(肋)16变形，但透镜框8不变形。实现以下容纳：仅仅在梁16和透镜框8的外表面8a的相关靠触区域8b之间存在摩擦锁合或者夹紧。
图4示出所述状置在夹紧前——即在镜头3插到镜头容纳部2中之前的相关距离和半径。在壁区域2a的初始状态中，梁16例如三角形或者锥形地向内逐渐变细地构造；在图1的插入状态中，梁随后变形。透镜框8的柱形的外表面8a的半径r8——即透镜框8的外半径小于中间区域17的内半径r17，但大于梁16与光轴12的距离r16。
为了装配，将三个夹板20从外部放置到壁区域2a的外表面2d上以及借助力F使其在径向上向内——即朝对称轴12移动。夹板20相对于梁(肋)16是居中错开的，即其位置相对于梁16错开120°/2＝60°并且彼此错开120°。三个夹板20因此形成三爪卡盘，其是本身已知的，例如也用于容纳其他工具。夹板20使柱形的壁区域2a非对称变形或者如尤其从图5中看到的那样变形成基本上具有略微三角形的非旋转对称形状。所述变形是弹性的；在撤回夹板20之后，柱形的壁区域2a重新具有其初始形状。
通过弹性变形，沿径向略微向外挤压梁16；内表面2c和外表面8a之间的间隙18因此变得不对称并且在夹板20的区域内是减小的并且与其相隔60°——即在梁16的区域内是增大的。在图5的所述变形状态中，随后可以在光轴12的方向上插入镜头3，而内表面2c和外表面8a之间不会出现摩擦或者值得一提的接触；在合适的引导的情况下甚至可以完全避免这样的接触。因此也不出现内表面2c以及外表面8a的塑料材料的磨损。在图5的变形状态中，梁16与光轴12的距离r16d因此增大并且如在图5中示出的那样大于透镜框8的外半径r8。在梁16之间，内表面2c的半径虽然减小但仍然大于r8。
在通过沿着光轴12纵向移动来校准镜头2期间，分析处理由图像传感器4输出的图像信号S1。校准也可以包括围绕光轴12转动镜头2，以便达到良好的光学角位置。
当达到良好的校准位置时，随后重新减小夹板20上的力F，即夹板20重新向外离开，使得梁16在径向上向内抵达外表面8a的接触区域8b，其中梁16相应地略微变形。因此，形成夹紧或者力锁合或摩擦锁合；在这种自定心容纳中不改变镜头8在镜头容纳部2中的位置；尤其也不出现围绕光轴12的倾斜。在此，梁16优选在纵向上在较大范围内延伸，例如连续延伸；也可以实现纵向上或者光轴12的方向上的不连续构造，使得梁16然后例如设置在更靠上的和更靠下的区域中。
在夹板20离开之后，优选地再次分析处理图像信号S1：是否(违背预期)出现图像信号的恶化。
外表面8a可以构造有形廓，例如沟纹，尤其构造有在图1中示出的圆周方向环绕的凹槽22，使得梁16在放置到这些凹槽22或者沟纹上时相应地压入，从而除摩擦锁合以外还构造能够改善焦点位置稳定性的形状锁合。
因此，根据本发明的方法始于步骤St0。根据步骤St1，放置以及夹紧夹板20，使得实现镜头容纳部2的壁区域2a的在图5中示出的变形；根据步骤St2，随后将镜头3在光轴12的方向上移动到变形的镜头容纳部2中，并且在同时拍摄图像信号S1的情况下通过纵向移动以及必要时转动来进行校准，直至由图像信号S1求得最佳校准位置。随后在步骤St3中重新移除夹板20，从而构成摄像机模块1。

Claims (16)

1.一种摄像机模块(1)，其尤其用于车辆，其中，所述摄像机模块(1)至少具有：
镜头容纳部(2)；
容纳在所述镜头容纳部(2)中的镜头(3)，所述镜头具有一个透镜框(8)和至少一个固定在所述透镜框(8)中的透镜(9)，
其中，所述镜头(3)通过所述透镜框(8)的外表面(8a)和所述镜头容纳部(2)的内表面(2c)之间的摩擦锁合固定在所述镜头容纳部(2)中，
其特征在于，
所述镜头容纳部(2)能够弹性变形，
在所述透镜框(8)的外表面(4a)上和/或在所述镜头容纳部(2)的内表面(2)上构造有多个在圆周方向上间隔开的摩擦锁合构件(16)以形成所述摩擦锁合。
2.根据权利要求1所述的摄像机模块(1)，其特征在于，所述透镜框(3)的外表面(8a)和所述镜头容纳部(2)的内表面(2c)仅仅通过所述摩擦锁合构件(16)相互接触，并且在所述透镜框(3)的外表面(8a)上和/或所述镜头容纳部(2)的内表面(2c)上在所述摩擦锁合构件(16)之间构造有非接触的中间区域(17)。
3.根据权利要求1或2所述的摄像机模块(1)，其特征在于，所述多个摩擦锁合构件(16)平行于所述镜头容纳部(2)的纵轴线(12)。
4.根据以上权利要求中任一项所述的摄像机模块(1)，其特征在于，在圆周方向上间隔开地设置有恰好三个摩擦锁合构件(16)。
5.根据以上权利要求中任一项所述的摄像机模块(1)，其特征在于，所述摩擦锁合构件(16)在圆周方向上均匀地间隔开。
6.根据以上权利要求中任一项所述的摄像机模块(1)，其特征在于，所述摩擦锁合构件(16)与所述透镜框(8)的外表面(4a)和/或与所述镜头容纳部(2)的外表面(2c)一体构造。
7.根据以上权利要求中任一项所述的摄像机模块(1)，其特征在于，所述摩擦锁合构件(16)是在所述镜头容纳部(2)的内侧(2c)上构造或设置的、径向向内伸出的、能够变形的梁(16)。
8.根据以上权利要求中任一项所述的摄像机模块(1)，其特征在于，
所述透镜框(3)的外表面(8a)和所述镜头容纳部(2)的内表面(2c)柱形地构造并且彼此同心地设置，
在来自外部的径向向内相对于对称轴或光轴(12)不对称的力作用的情况下，所述镜头容纳部(2)的柱形的壁区域(2a)能够不对称地变形，在所述壁区域上构造有所述内表面(2c)。
9.根据权利要求8所述的摄像机模块(1)，其特征在于，所述镜头容纳部(2)的壁区域(2a)在来自外部的不对称的力作用下能够如此变形，使得在未变形的状态中通过所述摩擦锁合构件(16)限定的内半径和/或所述摩擦锁合构件与所述光轴(12)或对称轴的距离(r16)小于所述透镜框(8)的外半径(r8)，并且使得在变形的状态中通过所述摩擦锁合构件(16)限定的内半径和/或所述摩擦锁合构件与所述光轴(12)或对称轴的距离(r16d)大于所述透镜框(8)的外半径(r8)。
10.根据以上权利要求中任一项所述的摄像机模块(1)，其特征在于，所述透镜框(8)的外侧(8a)具有表面形廓，例如具有在圆周方向上环绕的凹槽，用于改善与所述镜头容纳部(2)的摩擦锁合构件的摩擦锁合。
11.根据以上权利要求中任一项所述的摄像机模块(1)，其特征在于，用于拍摄和输出图像信号(S1)的图像传感器(4)在构造为电路载体的镜头容纳部(2)上或者在与所述镜头容纳部(2)刚性连接的电路载体上。
12.根据以上权利要求中任一项所述的摄像机模块(1)，其特征在于，在所述镜头容纳部(2)上设置有第一定位构件(14)并且在所述透镜框(5)上设置有第二定位构件(15)，用于相互嵌接并且用于在所述镜头(3)定位在所述镜头容纳部(2)中时进行引导并且用于确定所述镜头容纳部(2)和所述镜头(3)之间的角位置。
13.一种用于制造摄像机模块(1)的方法，其中，将具有一个透镜框(8)和至少一个固定在所述透镜框中的透镜(9)的镜头(3)插到镜头容纳部(2)中，使其定位以及在形成摩擦锁合的情况下进行校准，
其特征在于，
在插入所述镜头(3)之前在所述镜头容纳部(2)上施加不对称的外力作用(F)并且使所述镜头容纳部(2)由此弹性变形，
随后将所述镜头(3)插到所述镜头容纳部(2)中并且进行校准，
随后在不改变所述镜头(3)在所述镜头容纳部(2)中的位置的情况下结束外力作用，所述镜头容纳部(2)弹性复原并且在所述镜头容纳部(2)的内表面(2c)和所述镜头(3)的外表面(8a)之间形成摩擦锁合。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，为了构造不对称的力作用，从外部将多个分布地设置在圆周方向上的夹紧构件(20)放置在所述镜头容纳部(2)上并且在力作用下径向向内朝向所述光轴(12)调整所述夹紧构件。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在所述透镜框(8)的外表面(4a)上和/或在所述镜头容纳部(2)的内表面(2c)上构造有多个、优选三个在圆周方向上以均匀的角度偏移(120°)间隔开的摩擦锁合构件(16)用于形成所述摩擦锁合，并且所述夹紧构件的数量等于所述摩擦锁合构件(16)的数量，
其中，在所述镜头容纳部(2)的圆周上以均匀的角度偏移(120°)分布地放置所述夹紧构件，
其中，所述夹紧构件(20)优选以一半的角度偏移相对于所述摩擦锁合构件(16)错开。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述摩擦锁合构件(16)——例如平行于光轴的梁(16)构造在所述镜头容纳部(2)的内表面(2c)上，
借助力(F)如此加载所述夹紧构件(20)，使得所述摩擦锁合构件(16)与所述光轴(12)或所述镜头容纳部(2)的对称轴的距离(r16，r16d)在变形的状态中大于所述透镜框(8)的外半径(r8)并且在未变形的状态中小于所述透镜框(8)的外半径(r8)，并且
将所述镜头(3)在无接触和/或所述透镜框(8)的外表面(8a)在所述镜头容纳部(2)的内表面(2c)上无摩擦阻力的情况下插入通过所述夹紧构件(20)夹紧的镜头容纳部(2)中。
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