CN117192716A - 组装光学装置的方法和根据该方法组装的光学装置 - Google Patents

Abstract

提供了组装光学装置的方法和根据该方法组装的光学装置。一种组装光学装置(1)的方法，包括：提供电路板(3)，所述电路板(3)具有安装在其上的成像器(8)，其中，所述成像器具有有效区域(81)。提供了壳体(2、4)，其具有支撑件(7)和开口(6)，所述支撑件用于支撑所述电路板(3)，所述开口用于光路在相对于所述开口(3)的已知的图像位置处形成图像(9)。将电路板(3)设置在支撑件上，并使用一个或更多个操纵器(10)调整其位置，以将所述有效区域与所述图像位置(9)对准。然后可以将所述电路板固着在对准位置。

Description

组装光学装置的方法和根据该方法组装的光学装置

技术领域

本公开涉及组装光学装置的方法。本公开还涉及使用该方法组装的光学装置。本发明具体涉及组装汽车摄像头的方法以及用于汽车应用的摄像头组件的制造。

背景技术

摄像头和其他光学装置是汽车应用中的重要传感器，特别是随着自主驾驶和安全辅助系统的日益普及。随着这些系统变得更加先进，促使使用更高分辨率的摄像头。然而，随着数码摄像头的分辨率增加，其变得对光学未对准更加敏感，光学未对准是由例如制造过程期间的公差以及在摄像头的成像器被固定就位时产生的应变和变形引起。

在这方面，在常规的摄像头装置组装过程中，焊接到印刷电路板(PCB)上的成像器通常借助于该PCB机械地固着到透镜支撑件或壳体上，例如使用螺钉。然后将透镜主动对准成像器组件，以将其焦平面与成像器传感器的灵敏度平面对准。这允许提供会聚的图像输出。在处于其对准位置时，通过在透镜与透镜保持件之间的安装接口处使粘合剂固化来固着透镜。

由于必须执行的步骤的数量，上述组装处理相对昂贵。

此外，仍然可能出现位置不准确。例如，虽然透镜主动对准步骤可以用于校正成像器相对于透镜元件的倾斜，但是它没有解决例如成像器相对于透镜保持件或壳体的潜在旋转。例如，由于成像器安装在PCB本身上和/或PCB在固定到透镜保持件时如何就位，可能出现这种旋转不准确性。例如，一个或更多个过紧的螺钉可以相对于透镜保持件或壳体移动PCB，从而移动成像器。这样，当随后将子组件安装到载具中时，图像帧会稍微旋转。随着现代载具传感器系统需要摄像头装置来提供一致并且准确的图像帧，这成为日益严重的问题。实际上，许多载具制造商(OEM)现在要求图像帧中的旋转变化不大于3％，这对使用常规方法和结构提出了重大挑战。

鉴于上述情况，需要改进的光学装置制造方法和结构。

发明内容

根据第一个方面，提供了一种组装光学装置的方法，所述方法包括以下步骤：提供电路板，所述电路板上安装有成像器，其中，所述成像器具有有效区域；提供壳体，所述壳体具有支撑件和开口，所述支撑件用于支撑所述电路板，所述开口用于光路在相对于所述开口的已知的图像位置处形成图像；将所述电路板设置在支撑件上；使用一个或更多个操纵器调整所述电路板在所述支撑件上的位置，以将所述有效区域与所述图像位置对准；以及将所述电路板固着在对准位置。

这样，可以向诸如摄像头的光学装置提供较高的准确度，其会聚到成像器上的图像可以较准确地与成像器的有效区域对准。也就是说，在所得的组件中，可以将成像器上表面的用于形成图像帧数据的敏感部分定位成较准确地匹配由透镜投影的图像的位置。这样，由透镜会聚的图像可以在成像器的有效区域内或基本上与成像器的有效区域重合。由于通过使用一个或更多个操纵器将电路板精确地移动到各个组件内的位置的物理调整来提供该精度，所以还实现了制造一致性。因此，其允许生产满足OEM供货要求的高精度光学装置。

在实施方式中，调整所述电路板的位置的步骤包括：在所述支撑件上旋转所述电路板以将所述有效区域与所述图像位置对准。这样，成像器的有效区域的取向可以被准确地对准以匹配投影图像的取向。

在实施方式中，提供壳体的步骤包括：提供所述壳体的透镜保持件部分和所述壳体的用于连接到所述透镜保持件部分的背衬部分。这样，壳体可以设置为两部分组件，以允许电路板容纳在其内部。

在实施方式中，所述方法还包括步骤：在将所述电路板设置在所述支撑件上后，将所述透镜保持件部分和所述背衬部分装配在一起，并且其中，所述支撑件形成在所述背衬部分中，并且调整所述电路板的位置的步骤包括将所述一个或更多个操纵器穿过所述开口插入。这样，可以使用设置在壳体组件中的开口接近电路板，从而允许移动电路板以将其精确定位。这也可以在部件处于组装状态时但在固定之前进行。因此，可以避免否则可能损害精度的后续组装步骤。

在多个实施方式中，所述方法还包括以下步骤：在调整了所述电路板的位置后，将该透镜保持件部分和所述背衬部分装配在一起，其中，所述支撑件被设置在所述透镜保持件部分上，并且调整电路板的位置的步骤包括经由透镜保持件部分的被露出的后部区域接合一个或更多个操纵器。这样，可以使用设置在壳体组件的后部中的开口来接近电路板，从而允许电路板在其位于透镜保持件内时被方便地移动到精确位置。

在实施方式中，将所述电路板固着在对准位置的步骤包括将所述透镜保持件部分连接到所述背衬部分，并且固定所述透镜保持件部分与所述背衬部分之间的连接。这样，透镜保持件部分和背衬部分可以通过对准它们的配合部分来装配在一起，然后可以固定该连接以将这些部分固着在一起。

在实施方式中，所述壳体还包括一个或更多个夹紧结构，其中，固着所述电路板的步骤包括：所述一个或更多个夹紧结构将所述电路板抵靠所述支撑件夹紧。这样，在电路板在对准位置中靠在支撑件上时，夹紧结构的夹紧作用可以用于将电路板固定就位，而不需要螺钉、紧固件或粘合剂。夹紧结构可以是例如对应于支撑件的结构。这种结构可以设置在壳体内的相对表面上。

在实施方式中，所述提供壳体的步骤包括为所述支撑件提供用于接合所述电路板的接合面，其中，所述接合面包括用于将热量从所述电路板传导走的热沉面和用于将所述电路板接地的接地面中的至少一者。这样，支撑件可用于电路板的热稳定或电接地。由此可以提高光学装置的操作和可靠性。在实施方式中，热沉面和/或接地面可以设置在一个或更多个相应的夹紧结构上。

在实施方式中，所述方法还包括：使用投影仪将投影图像投影到所述已知图像位置上的步骤，并且调整所述电路板的位置的步骤包括将所述有效区域与所述投影图像对准。这样，模拟当使用光学装置时透镜产生的光路可用于精确对准。例如，投影图像可以包括位置标记，并且来自成像器本身的反馈可以用于识别位置标记何时被正确定位。可以向装置提供精确校准的定位器，用于相对于投影仪定位壳体。

根据第二个方面，提供了一种根据上述方法制造的光学装置。

根据第三个方面，提供了一种在上述方法期间使用的制造设备，所述制造设备包括一个或更多个操纵器和控制器，所述控制器被配置成控制所述一个或更多个操纵器以将所述有效区域与所述图像位置对准。这样，可以提供一种用于组装和准确配置光学装置的设备。

根据第四个方面，提供了一种光学装置，所述光学装置包括：电路板，所述电路板上安装有成像器；壳体，所述壳体包括具有用于光路的开口的透镜保持件部分、以及连接到所述透镜保持件部分的背衬部分，其中，所述电路板通过所述透镜保持件部分与所述背衬部分之间的夹紧作用而被固着就位。

这样，提供了一种光学装置，其中电路板(例如印刷电路板(PCB))被壳体组件自身夹紧就位。由此避免了需要使用单独的固定装置(例如螺钉、其它紧固件或粘合剂)将电路板独立地固定到壳体的一部分上。因此，电路板上的表面积不会被用于附加紧固件的安装位置不必要地占据。同时，由于避免了固定电路板的单独的紧固步骤，所以提高了制造效率。

在实施方式中，所述透镜保持件部分和所述背衬部分中的一者包括用于支撑所述电路板的支撑件，并且所述透镜保持件部分和所述背衬部分中的另一者包括一个或更多个夹紧结构，其中，所述一个或更多个夹紧结构将所述电路板抵靠所述支撑件夹紧。这样，设置在壳体部件内的结构组合起来为电路板提供固定装置，从而避免了需要附加安装方法，例如螺钉、热铆接或胶合等。

在实施方式中，所述透镜保持件部分和所述背衬部分中的至少一者包括用于将热量从所述电路板传导走的热沉面和用于将所述电路板接地的接地面中的至少一者。这样，组件可以提供有改进的热性能和/或电磁兼容性。

根据第五个方面，提供了一种组装光学装置的方法，所述方法包括以下步骤：提供电路板，所述电路板上安装有成像器；提供具有用于光路的开口的透镜保持件部分和用于连接到透镜保持件部分的背衬部分；以及将所述背衬部分和所述透镜保持件部分连接在一起，并且通过所述透镜保持件部分与所述背衬部分之间的夹紧作用来固定所述连接以将所述电路板固着就位。这样，提供了组装上述光学装置的方法。

附图说明

现在将参照附图描述说明性实施方式，其中：

图1示出了根据说明性实施方式的摄像头的分解图；

图2示出了图1所示的摄像头组装后的部分截面图；

图3示出了图1所示的摄像头在对准步骤期间的顶视图；

图4示出了图3所示的摄像头在对准步骤期间的等轴视图；以及

图5示出了根据另一实施方式的摄像头在对准步骤期间的等轴视图。

具体实施方式

图1示出了根据说明性实施方式的摄像头1的分解图。摄像头1包括前壳体部分2、后壳体部分4和PCB 3，成像器(在该图中不可见)焊接在PCB 3上。

前壳体部分2包括开口6，其形成用于将透镜支撑在组件前部的透镜保持件。前壳体部分2的主体限定了腔体，其内部包括三个夹紧结构5，PCB 3可以抵靠该夹紧结构来接合。各个夹紧结构5包括金属垫，该金属垫形成用于接合在PCB 3上的向后的接合面。围绕主体的壁设置了凸缘21，其用于在装配在一起时相对于后壳体部分4定位前壳体部分2。在该实施方式中，壳体形成为聚合物模制件。

后壳体部分4形成用于壳体前部的盖或背衬部分。提供了电缆接入端口P，其用于将电力和数据电缆连接到PCB 3。如图2所示，后壳体部分4的内部还设置有夹紧结构7，其对应于设置在前壳体部分2上的夹紧结构5。这样，夹紧结构7被定位成与夹紧结构5相对，并且在部件被组装在一起时起到将PCB 3夹紧就位的作用。此外，如图2所示，在组装后，凸缘21位于后壳体部分4的壁内，这些相对表面提供用于对准壳体部分的配合区域。在组件的前部，在PCB 3的上方设置了开口6(在图2的顶部示出)。

在该实施方式中，在摄像头1的组装过程中，PCB 3可以安置在设置于后壳体部分4上的夹紧结构7上。这样，夹紧结构支撑PCB 3的后表面。然后将前壳体部分2装配到后壳体部分4，从而使夹紧结构5与PCB 3的前表面接合。应当理解，在其他实施方式中，PCB 3可以替代地首先安置在设置于前壳体部分2上的夹紧结构5上，然后在其上装配后壳体部分4。在这种情况下，夹紧结构5起到支撑件的作用。在初始组装后，前壳体部分2和后壳体部分4被非固着地连接，这两个部分的固定在后面的处理中实施。这样，在该阶段，PCB 3被松散地在夹紧结构5与夹紧结构7之间保持就位。

图3和图4分别示出了图1所示的摄像头在组装处理的对准步骤期间的顶视图和等轴视图。在部件连接在一起的情况下，该组件可以被安置在制造设备(未示出)内的定位器中。定位器将组件定位在投影仪11的下方，投影仪11用于通过开口6投影图像，以模拟透镜在装配后会产生的会聚图像。该制造设备还包括两个操纵器10，这两个操纵器10穿过开口6插入并且用于在控制器(未示出)的控制下对PCB 3进行定位。

在该连接中，如在图3所示的顶视图中最佳示出的，成像器8安装到PCB 3并且包括有效区域81。有效区域81对应于成像器8的用于检测入射光线的部分，该入射光线随后用于形成所得图像。如图所示，在组装期间，投影仪11将模拟图像9投影到前壳体部分2、后壳体部分4的内部。然后，使用操纵器10调整PCB 3的位置，以将成像器8的有效区域81与投影图像9的位置对准。即，控制器控制操纵器10将PCB移位并旋转到其在壳体内的安置位置，使得有效区域81与投影图像9匹配。用于该控制的反馈可以例如通过来自成像器8自身的检测到的反馈或来自朝向组件前部以监测与投影图像的对准的光学装置来提供。投影图像可以是例如投影激光定位器。在其它实施方式中，还将理解，可以由用于对有效区域81的位置进行可视化的摄像头来代替投影仪11，其中该摄像头被校准为是位置准确的。

在操纵器10对PCB 3进行了定位时，前壳体部分2和后壳体部分4可以被按压在一起以将PCB 3在夹紧结构5与夹紧结构7之间夹紧就位。然后可以固定壳体部分以将电路板3固着在对准位置。可以使用粘合剂或紧固件如螺钉来实现该固定。例如，可以在壳体部件的配合区域之间提供热或UV可固化粘合剂以固定和稳定其连接。

图5示出了根据另一实施方式的摄像头1在对准步骤期间的等轴视图。除了操纵器10经由壳体的后部来接近PCB 3之外，该实施方式基本上与上述实施方式相同。即，在摄像头1的组装期间，PCB 3抵靠设置在前壳体部分2上的夹紧结构5。这样，夹紧结构5支撑PCB 3的前表面。在后壳体部分4未连接的情况下，操纵器10然后可以与PCB 3的后表面接合。操纵器10由此可以移动PCB 3的位置，以将成像器8的有效区域81对准到将由透镜会聚的图像的位置。在就位时，后壳体部分4可以连接到前壳体部分2并被固定以对PCB 3进行固着。

因此，利用上述结构，可以提供一种改进的光学装置和组装方法，以用于生产具有更准确和一致定位的成像器的摄像头。同时，使用壳体部件将PCB夹紧就位意味着不需要附加的固定。

应当理解，上述实施方式仅为了说明的目的而示出了示例。实际上，实施方式可以应用于许多不同的配置，详细的实施方式对于本领域技术人员来说是易于实现的。

Claims (15)

1.一种组装光学装置的方法，所述方法包括以下步骤：

提供电路板，所述电路板上安装有成像器，其中，所述成像器具有有效区域；

提供壳体，所述壳体具有支撑件和开口，所述支撑件用于支撑所述电路板，所述开口用于光路在相对于所述开口的已知的图像位置处形成图像；

将所述电路板设置在所述支撑件上；

使用一个或更多个操纵器调整所述电路板在所述支撑件上的位置，以将所述有效区域与所述图像位置对准；以及

将所述电路板固着在对准位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，调整所述电路板的位置的步骤包括：在所述支撑件上旋转所述电路板以将所述有效区域与所述图像位置对准。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，提供壳体的步骤包括：提供所述壳体的透镜保持件部分和所述壳体的用于连接到所述透镜保持件部分的背衬部分。

4.根据权利要求3所述的方法，所述方法还包括步骤：在将所述电路板设置在所述支撑件上后，将所述透镜保持件部分和所述背衬部分装配在一起，并且其中，所述支撑件形成在所述背衬部分中，并且调整所述电路板的位置的步骤包括：将所述一个或更多个操纵器穿过所述开口插入。

5.根据权利要求3所述的方法，所述方法还包括以下步骤：在调整了所述电路板的位置后，将所述透镜保持件部分和所述背衬部分装配在一起，其中，所述支撑件被设置在所述透镜保持件部分上，并且调整所述电路板的位置的步骤包括：经由所述透镜保持件部分的被露出的后部区域接合所述一个或更多个操纵器。

6.根据权利要求3所述的方法，其中，将所述电路板固着在对准位置的步骤包括：将所述透镜保持件部分连接到所述背衬部分，并且固定所述透镜保持件部分与所述背衬部分之间的连接。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述壳体还包括一个或更多个夹紧结构，其中，固着所述电路板的步骤包括：所述一个或更多个夹紧结构将所述电路板抵靠所述支撑件夹紧。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，提供壳体的步骤包括：为所述支撑件提供用于接合所述电路板的接合面，其中，所述接合面包括用于将热量从所述电路板传导走的热沉面和用于将所述电路板接地的接地面中的至少一者。

9.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：使用投影仪将投影图像投影到所述已知的图像位置上的步骤，并且调整所述电路板的位置的步骤包括：将所述有效区域与所述投影图像对准。

10.一种光学装置，所述光学装置是根据权利要求1至9中的任一项所述的方法制造的。

11.一种制造设备，所述制造设备用于在根据权利要求1至9中的任一项所述的方法中使用，所述制造设备包括一个或更多个操纵器和控制器，所述控制器被配置成控制所述一个或更多个操纵器以将所述有效区域与所述图像位置对准。

12.一种光学装置，所述光学装置包括：

电路板，所述电路板上安装有成像器；

壳体，所述壳体包括具有用于光路的开口的透镜保持件部分、以及连接到所述透镜保持件部分的背衬部分，

其中，所述电路板通过所述透镜保持件部分与所述背衬部分之间的夹紧作用而被固着就位。

13.根据权利要求12所述的光学装置，其中，所述透镜保持件部分和所述背衬部分中的一者包括用于支撑所述电路板的支撑件，并且所述透镜保持件部分和所述背衬部分中的另一者包括一个或更多个夹紧结构，其中，所述一个或更多个夹紧结构将所述电路板抵靠所述支撑件夹紧。

14.根据权利要求12或13所述的光学装置，其中，所述透镜保持件部分和所述背衬部分中的至少一者包括用于将热量从所述电路板传导走的热沉面和用于将所述电路板接地的接地面中的至少一者。

15.一种组装光学装置的方法，所述方法包括以下步骤：

提供电路板，所述电路板上安装有成像器；

提供具有用于光路的开口的透镜保持件部分和用于连接到所述透镜保持件部分的背衬部分；以及

将所述背衬部分和所述透镜保持件部分连接在一起，并且通过所述透镜保持件部分与所述背衬部分之间的夹紧作用来固定所述连接以将所述电路板固着就位。