DE102004044503B4

DE102004044503B4 - Verfahren zur Montage des Objektivs einer Kamera

Info

Publication number: DE102004044503B4
Application number: DE102004044503.6A
Authority: DE
Inventors: Uwe Apel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-09-15
Filing date: 2004-09-15
Publication date: 2016-10-13
Anticipated expiration: 2024-09-16
Also published as: DE102004044503A1

Abstract

Verfahren zur Positionierung eines Bildsensors (41) eines Kameramoduls, bei der ein Objektiv in einer Grundplatte (10) vormontiert ist, mit nachfolgenden Verfahrensschritten:
a) Der Verbindung der Grundplatte (10) mit einem erste Montagerahmen (20),
b) der Positionierung eines zweiten Montagerahmens (30) am ersten Montagerahmen (20), wobei der zweite Montagerahmen (30) gegenüber dem ersten Montagerahmen (20) in vier Achsen (321, 322, 325, 326) justierbar ist,
c) der Positionierung einer den Bildsensor (41) aufnehmenden Trägerplatte (40), die in zwei Achsen (323, 324) gegenüber dem zweiten Montagerahmen (30) positionierbar ist, am zweiten Montagerahmen (30),
d) dem Betrieb des Bildsensors (41) während der Verfahrensschritte b) und c) und
e) dem Erzeugen von Verbindungsstellen zwischen der Trägerplatte (40) und dem zweiten Montagerahmen (30) und zwischen dem zweiten Montagerahmen (30) und dem ersten Montagerahmen (20) nach vollständiger Ausrichtung des Bildsensors (41).

Description

Technisches Gebiet
Kommen Kameramodule im Kfz.-Betrieb zum Einsatz, so sind sie neben hohen mechanischen Beanspruchungen auch großen Temperaturschwankungen sowie Feuchtigkeitseinflüssen ausgesetzt. Der Einsatz eines nicht vollständig dicht ausgelegten Kameramoduls unter fahrzeugüblichen Klimabedingungen kann einerseits zur Taubildung im optischen Pfad und andererseits zu einer Beeinträchtigung der Bildqualität führen. Eine Auskondensation der Feuchtigkeit ist häufig dann zu beobachten, wenn sich im Inneren des Kameramoduls über längere Zeit bei höheren Temperaturen eine relativ hohe Luftfeuchtigkeit eingestellt hat und das Kameramodul dann innerhalb kürzester Zeit abgekühlt wird. Bei der Montage der Kameramodule ist die Ausrichtung eines Bildsensors für die Qualität der erhaltenen Bilder ausschlaggebend.
Stand der Technik
Üblicherweise werden aus einem Objektiv und einem Sensorchip aufgebaute optische Aufnahmeeinheiten luftdicht ausgelegt. Das Eindringen von Feuchtigkeit als Folge der für viele eingesetzte Materialien nicht beliebig kleinen Wasserdampfdurchlässigkeit kann durch den Einsatz von Adsorbermitteln, wie zum Beispiel Zeolith aufgefangen werden. Neben dem Einkleben der Frontlinse eines Linsenstapels ist der Einsatz von Dichtringen, so zum Beispiel von O-Ringen aus verschiedenen Materialien denkbar und stellt einen sinnvollen Ansatz zum dichten Aufbau dar. Dichtringe, die zum Beispiel aus Elastomeren gefertigt sind, bieten gegenüber dem Kleben den Vorteil, dass eine Nachbearbeitung möglich ist. Ferner existiert das Risiko von Verschmutzungen bei Dichtringen nicht. Damit die Abdichtung bei Verwendung eines Dichtringes sicher gewährleistet ist, wird durch die Verschraubung eine definierte Kompression des Dichtringes erzeugt. Bedingt durch die Fertigungsstreuungen der Aufbauhöhen innerhalb eines Linsenstapels, der mehrere Linsen umfassen kann, ist eine über alle Exemplare gleichbleibende Kompression jedoch nicht gewährleistet, falls die Klemmung eines Dichtringes zwischen der vordersten Linsenfläche und einem Anlagenmaß im Tubus des Objektivs, wie zum Beispiel einer Ringfläche, erfolgt. Darüber hinaus muss gewährleistet sein, dass der Dichtring nicht ungleichmäßig geklemmt wird, was zum Beispiel durch lokale Überdehnung beim Verschrauben in der Montage auftreten kann. Für Objektive in den eingangs erwähnten Applikationsfällen ist es wichtig, die Anordnung der Einzellinsen mit möglichst kleinen Abweichungen zu erreichen, um die geforderte Bildqualität sicherzustellen. Andererseits ist zur Erreichung einer guten Bildqualität auch die Ausrichtung des Bildsensors (Imagers) von Bedeutung.
Aus JP 2002 090603 A ist eine wasserdichte Kamera bekannt. Die wasserdichte Kamera ist mit einem Kameragehäuse ausgestattet, welches einen vorderen Teil und einen rückwärtigen Teil umfasst. Innerhalb des Kameragehäuses ist ein Linsenstapel aufgenommen. Innerhalb des Linsenstapels ist hinter der Frontlinse ein Hohlraum gebildet. Eine Weitwinkelaufnahmen ermöglichende Linse ist innerhalb des Hohlraumes angeordnet. Die Frontlinse des Linsenstapels ist an der Öffnung des Linsenstapels vorgesehen und wird zudem als Dichtung eingesetzt. Ein Vorsprung an der Kante des Linsenstapels ist auf der linken Seite mittels thermischem Fügen verstemmt. Ein O-Ring ist zwischen die äußere Peripherie der Linse und der Umfangsfläche einer inneren Wandung für den Linsenstapel zur Abdichtung des Ringspaltes zwischen diesen vorgesehen. Ferner wird ein weiterer O-Ring zwischen der äußeren Umfangsfläche des Kantenteils des Linsenstapels und der inneren Umfangsfläche des Kantenteils des vorderen Kameragehäuses platziert, um den Freiraum zwischen diesen zu versiegeln.
Aus JP 2001 352469 A ist ein optisches Gerät bekannt, bei dem die zu dessen Montage erforderlichen Teile hinsichtlich ihrer Anzahl minimiert sind. Eine Frontlinse dient als Frontabdeckung eines Kameragehäuses. Die Frontlinse ist in einer Ausnehmung des Gehäuses eingelassen, dessen Kanten so ausgebildet sind, dass der optische Aufnahmebereich nicht beeinträchtigt ist. Durch die Formgebung des Kameragehäuses sind die Frontlinse und eine rückwärtige Linse hinsichtlich ihrer Position fixiert. Durch die Formgebung des Kameragehäuses der Kamera gemäß JP 2001 352469 A kann zudem eine kompakte Bauform der Kamera erreicht werden.
Aus der DE 102 28 882 A1 ist ein Verfahren zur Kalibrierung von hochgenauen photosensitiven Sensoren bekannt. Der photosensitive Sensor ist derart bewegbar, dass mittels des Sensors über eine Auswerteelektronik eine scharfe Abbildung einer Teststruktur erfassbar ist.
Aus der GB 2 258 968 A ist ein Verfahren zur Positionierung eines Bildsensors eines Kameramoduls bekannt, bei welchem während der Bildsensor in Betrieb ist, die Positionierung und Montage des Bildsensors erfolgt.
Darstellung der Erfindung
Dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Montageverfahren folgend wird ein Bildsensor (Imager) einer für Kfz.-Applikationen geeigneten Kamera während der Montage mittels einer rechnergesteuerten mechanischen Justiereinheit relativ zum Objektiv positioniert. Bei der rechnergesteuerten mechanischen Justiereinheit kann es sich zum Beispiel um einen Hexapoden handeln, der in 6 Freiheitsgraden mit hoher Präzision geführt werden kann. Das Objektiv ist dabei schon starr mit dem Kameragehäuse verbunden, so dass der Bildsensor mit der rechnergesteuerten mechanischen Justiereinheit relativ zum fest montierten Objektiv ausgerichtet werden kann.
Der Bildsensor (Imager) wird während der Montage der Kamera aktiv betrieben, wobei die erhaltene Abbildung des über der montierten Optik (Objektiv) aufgenommenen Testbildes hinsichtlich der Schärfe in verschiedenen Bildausschnitten und für verschiedene Positionierungen automatisch ausgewertet wird. Die endgültige Positionierung des Bildsensors wird auf der Basis der durch die Bildverarbeitung ermittelten Kontrastverläufe vorgenommen. Die endgültige Positionierung des Bildsensors (Imagers) erfolgt so, dass ein vorgegebenes Kriterium für die Bildqualität über das gesamte Bildfeld erfüllt wird. Zusätzlich kann die Ausrichtung der Kamera-Blickrichtung eingestellt werden. Nachdem die endgültige Positionierung erfolgt ist, muss der Bildsensor (Imager) gegen das Gehäuse fixiert werden. Diese Fixierung muss einerseits eine ausreichende Stabilität sicherstellen, um den Einsatz derart hergestellter Kameramodule in einem Kraftfahrzeug zu ermöglichen. Andererseits muss die Fixierung schnell und ohne Kraftaufwand durchgeführt werden, um den Fügevorgang mittels der rechnergesteuerten mechanischen Justiereinheit mit hoher Präzision wirtschaftlich durchführen zu können.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Montage mit einer Positioniermöglichkeit in 6 Freiheitsgraden ermöglicht es, die nachteilige Auswirkung der verschiedenen Toleranzbeiträge der optischen und mechanischen Teile zu minimieren. So wird zum Beispiel die zentrale Blickrichtung einer Kamera (Bildhöhe 0) über die Achse definiert, die durch den Hauptpunkt der Optik und den Mittelpunkt der Bildfläche verläuft. Eine Schiefstellung dieser Achse gegen die Fahrachse, zu der das Kameragehäuse im Fahrzeug definiert angebracht werden soll, würde zu einem eingeschränkten Erfassungsbereich auf einer Seite führen, was durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung vermieden werden kann.
Eine Justiermöglichkeit des Bildsensors (Imagers) um die optische Achse mit Bezug zu den äußeren Befestigungselementen des Kameragehäuses ist sinnvoll, um Wankwinkelfehler zu minimieren.
Eine ideale Fokussierung erfordert nicht nur eine Positionierung entlang der optischen Achse, da bedingt durch Fehler in der Optik oder der Mechanik die Bildebene nicht zwingend parallel zur Chipoberfläche des Bildsensors (Imagers) ausgerichtet ist. Speziell bei eingesetzten Objektiven mit großer Blende und einer entsprechend kleinen Schärfentiefe kann es im Randbereich häufig zur Defokussierung kommen. Damit ist die Möglichkeit zur Verkippung um beide Bildrichtung vorteilhaft.
Die rechnergesteuerte mechanische Justiereinheit, bei der es sich um einen Hexapoden handeln kann, erlaubt die Ausrichtung eines Bildsensors (Imagers) innerhalb der nachfolgend aufgelisteten Freiheitsgrade.

a) Es ist eine Verschiebung entlang der optischen Achse (Fokussierung) möglich,
b) Es ist eine Verschiebung des Bildsensors in der Bildebene entlang einer ersten Richtung (Bildvertikale) möglich,
c) Der Bildsensor kann in der Bildebene entlang einer zweiten Richtung im rechten Winkel zur Bildvertikalen (Bildhorizontale) verschoben werden,
d) Der Bildsensor kann um die optische Achse gedreht werden,
e) Es kann eine Drehung des Bildsensors um die Bildhorizontale erfolgen und
f) Es kann eine Drehung des Bildsensors um die Bildvertikale vorgenommen werden.

Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
1 zeigt eine erste Variante von Einzelteilen, die mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Montagekonzept miteinander gefügt werden kann,
2 zeigt eine weitere Variante von Einzelteilen in einer Explosionsdarstellung, die mittels des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Montageverfahrens miteinander gefügt werden können,
3 und 4 zeigen Details eines innerhalb des erfindungsgemäßen Montageverfahrens eingesetzten Montagerahmens mit Sensorhalteplatte nach Vormontage aus Sicht von der Sensorseite und im Querschnitt A-A'.
Ausführungsvarianten
1 ist eine erste Variante von Einzelkomponenten in Explosionsdarstellung zu entnehmen, die beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Montageverfahren eingesetzt werden.
So zeigt 1 eine Grundplatte 10, in der eine Öffnung 12 für ein Objektiv ausgebildet ist. Bei einem Objektiv kann es sich zum Beispiel um einen einen oder mehrere Linsen umfassenden Linsenstapel handeln. In der Grundplatte 10 mit Objektivhalterung wird das Objektiv vormontiert. Die Vormontage des Objektivs kann sowohl durch den Einbau eines komplett vormontierten Objektivs zum Beispiel mittels eines Schraubgewindes erfolgen oder durch den Aufbau des Objektivs über die Anordnung von Einzellinsen und Blenden beziehungsweise Distanzringen in einer als Bohrung beschaffenen Öffnung 12 der Grundplatte 10. In vorteilhafter Weise entsprechen die Abmessungen der Grundplatte 10 denen eines Außengehäuses eines zu montierenden Kameramoduls. In diesem Falle können Toleranzeinflüsse von außenliegend angebrachten Aufnahmeelementen für den Einbau des Kameramoduls im Fahrzeug bei der Positionierung eines Bildsensors mit berücksichtigt werden.
In 1 ist ferner eine Ausführungsvariante eines ersten Montagerahmens 20 dargestellt, der mit der dargestellten Grundplatte 10 mit Objektivhalterung fest verbunden wird. Der erste Montagerahmen 20 dient zur Aufnahme eines in 3 näher dargestellten zweiten Montagerahmens 30.
Der erste Montagerahmen 20 umfasst wenigstens zwei ebene, parallel gegenüberliegende Seiten und eine verbindende Seite und wird starr an der Grundplatte 10 angebracht. Die wenigstens zwei ebenen, parallel einander gegenüberliegenden Seiten sind in der Darstellung gemäß 1 mit Bezugszeichen 22 identifiziert, während die Verbindungsseite, d. h. die Längsseite durch Bezugszeichen 21 gekennzeichnet ist. Die Längsseite 21 versteift die beiden gegenüberliegenden Querseiten 22, an denen der zweite Montagerahmen 30 flächig und nach Ausrichtung eines Bildsensors starr verbunden wird. Für diese starre Verbindung nach der Ausrichtung des Bildsensors können verschiedene Verfahren, wie zum Beispiel das Kleben oder das Punktschweißen – sei es elektrisch oder per Laser – eingesetzt werden.
1 zeigt weiterhin Ausführungsvariante des zweiten Montagerahmens zu entnehmen.
Der in 1 dargestellte zweite Montagerahmen 30 stellt die Verbindung zwischen dem ersten Montagerahmen 20 und einer in 1 dargestellten Bildsensorhalteplatte 40 dar. Der zweite Montagerahmen 30 umfasst ebenfalls zwei parallel gegenüberliegende ebene Seiten als Fügestellen zum ersten Montagerahmen 20 gemäß der Darstellung in 1. Der zweite Montagerahmen 30 ist im Wesentlichen U-förmig ausgebildet und zweiteilig ausgeführt. Die Ausrichtung der beiden einander gegenüberliegenden Fügeflächen des U-förmig ausgebildeten zweiten Montagerahmens 30 erfolgt vorteilhafterweise flexibel innerhalb eines begrenzten Winkelbereiches um den rechten Winkel. Der zweite Montagerahmen 30 gemäß der Darstellung in 1 wird bevorzugt vor dem Fügevorgang mit dem ersten Montagerahmen 20 zusammen mit einer bereits mit einem Bildsensor 41 (Imager) bestückten Bildsensorhalteplatte 40 vormontiert.
Der zweite Montagerahmen 30 umfasst ein erstes Teilstück 30a und ein zweites Teilstück 30b. Das erste Teilstück 30a und das zweite Teilstück 30b sind identische Teile, die leichtgängig gegeneinander verschoben werden können. Dadurch lässt sich ein Längenausgleich zwischen dem ersten Teilstück 30a und dem zweiten Teilstück 30b des zweiten Montagerahmens 30 erreichen.
So umfasst das erste Teilstück 30a des zweiten Montagerahmens 30 zwei sich zueinander parallel erstreckende Längsschenkel 33 sowie einen Querschenkel 34. Analog dazu umfasst das zweite Teilstück 30b des zweiten Montagerahmens 30 zwei zueinander parallel orientierte Längsschenkel 36 sowie einen Querschenkel 37. Wie der Darstellung gemäß 1 entnehmbar ist, besteht zwischen den beiden Längsschenkeln des ersten Teilstücks 30a und der kurzen Seite des ersten Teilstücks 30b eine Lücke 35. Gleiches gilt für den Abstand der beiden parallel zueinander orientierten Längsschenkel 36 des zweiten Teilstücks 30b. Diese sind um eine Lücke 38 von der kurzen Seite des ersten Teilstücks 30a entfernt. Über die Lücken 35, 38 kann ein Längenausgleich zwischen dem ersten Teilstück 30a und dem zweiten Teilstück 30b herbeigeführt werden.
In der Darstellung gemäß 1 sind zudem jeweils durch Doppelpfeile 321, 322, 325 und 326 die 4 möglichen Freiheitsgrade eingetragen, um welche der zweite Montagerahmen 30 mittels einer rechnergestützten mechanischen Justiervorrichtung bewegbar ist.
Der Darstellung gemäß 1 ist eine Bildsensorhalteplatte 40 zu entnehmen, an deren Unterseite der Bildsensor 41 (Imager) befestigt ist. Der Bildsensor 41 verfugt über einen Kabelanschluss, dessen Kabelende durch Bezugszeichen 48 angedeutet ist. Die Kontaktierungen, mit denen der Bildsensor mit einer Leiterplatte verbunden ist, sind 1 nicht entnehmbar (vgl. dazu 2).
Mittels einer zum Beispiel als Hexapode ausgerichteten rechnergesteuerten mechanischen Justiervorrichtung kann der zweite Montagerahmen 30 mit daran befestigter Bildsensorhalteplatte 40 entlang einer optischen Achse 32 gemäß des Doppelpfeils 321 in beide Richtungen verschoben werden. Ferner lässt sich der zweite Montagerahmen 30, das erste Teilstück 30a und das zweite Teilstück 30b umfassend, gemäß der durch den Doppelpfeil 322 angedeuteten ersten Richtung beispielsweise entlang einer Bildvertikalen verschieben. Der zweite Montagerahmen 30 kann darüber hinaus auch – wie durch Bezugszeichen 325 angedeutet – um eine Bildhorizontale verdreht werden und, wie durch die Doppelpfeile 326 angedeutet, um die Bildvertikale verdreht werden.
Eine Verdrehung des Bildsensors 41 ist darüber hinaus auch um die optische Achse 32 möglich, angedeutet durch das in 1 dargestellte Pfeilpaar 324. Daneben lässt sich der Bildsensor 41 in Bezug auf das in der Grundplatte 10 mit Objekthalterung aufgenommene Objektiv auch entlang einer zweiten Richtung – angedeutet durch Bezugszeichen 323 – entlang der Bildhorizontalen verschieben.
Eine Führung des ersten Teilstückes 30a relativ zum zweiten Teilstück 30b des zweiten Montagerahmens 30 ist beispielsweise durch die Bildsensorhalteplatte 40 gegeben und kann gegebenenfalls durch Klammern zwischen den Teilstücken 30a beziehungsweise 30b am zweiten Montagerahmen 30 gewährleistet werden. In Abhängigkeit von der einzusetzenden Verbindungstechnik, so zum Beispiel Kleben oder Schweißen, können Hilfsvorrichtungen vorgesehen sein, die die Fügeflächen des ersten Montagerahmens 20 und des zweiten Montagerahmens 30 zusammenhalten, die in der Darstellung gemäß 2 durch die mit Bezugszeichen 23 bezeichneten Federlaschen dargestellt werden. Diese Hilfsvorrichtungen können beispielsweise als Federelemente ausgebildet sein, die entweder in einer Fertigungseinrichtung oder in einer der montierenden Komponenten aufgenommen sind, so zum Beispiel an einer Seite der Bildsensorhalteplatte 40.
Die Anordnung des im Wesentlichen U-förmig ausgebildeten zweiten Montagerahmens 30 kann sowohl mit zum Objektiv hin orientierten Seitenflächen als auch vom Objektiv abgewandt orientierten Seitenflächen ausgebildet sein. Auslegungskriterien zur Auslegung des zweiten Montagerahmens 30 sind zum Beispiel die Bauhöhe, Anschlagpunkte der Ausrichtungseinheiten, die Zugängigkeit der Fügestellen zum Beispiel beim Einsatz von Punktschweißen oder die Kabelführung des Verbindungskabels, dessen Kabelende 48 in 1 angedeutet ist.
Die in 1 dargestellte Bildsensorhalteplatte umfasst eine Montagefläche für den Bildsensor 41 (Imager). An der Bildsensorhalteplatte 40 ist darüber hinaus eine Leiterbahnführung vorgesehen sowie elektrische Anschlussflächen für den in der Regel als Chip ausgebildeten Bildsensor 41 (Imager). Ferner kann an der Bildsensorhalteplatte 40 – wie oben bereits erwähnt – eine Führung für den zweiten Montagerahmen 30 vorgesehen werden. Als Montagefläche für den Bildsensor 41 (Imager) wird in der Regel eine Leiterplatte aus Epoxy-Material oder Keramik verwendet. Der Bildsensor 41 kann von einem Gehäuse umgeben sein oder als Bare-Die, wobei Löt-, Draht- und/oder andere Verbindungstechniken eingesetzt werden können. Zusätzlich können auf der Leiterplatte aus Epoxy-Material oder Keramik passive elektrische Bausteine, wie zum Beispiel Entkoppelungskondensatoren, aufgenommen sein. Die elektrische Verbindung zu einer in 1 nicht dargestellten elektronischen Controller-Unit (ECU) des Kameramoduls wird vorteilhafterweise mittels eines flexiblen Kabelstücks herbeigeführt, dessen Kabelende mit Bezugszeichen 48 bezeichnet ist. Das Kabelstück ist fest mit der Leiterplatte aus Epoxy-Material oder Keramik verbunden und weist auf der der ECU zugewandten Seite eine in 1 nicht dargestellte Steckverbindung auf. Die in der Bildsensorhalteplatte 40 implementierte Führung des wenigstens zweiteilig ausgelegten zweiten Montagerahmens 30, ein erstes Teilstück 30a und ein zweites Teilstück 30b umfassend, ist in einer Achse verschiebbar ausgelegt, die parallel zur Bildebene und senkrecht zu den Fügeflächen zwischen dem ersten Montagerahmen 20 und dem zweiten Montagerahmen 30 ausgerichtet ist.
Ferner ist, wie in 1 durch das Pfeilpaar 324 angedeutet, die Bildsensorhalteplatte 40 in begrenztem Maße um die optische Achse 32 des Bildsensors 41 (Imagers) verdrehbar. Der Zusammenbau der Leiterplatte aus Epoxy-Material oder Keramik und der Führung des zweiten Montagerahmens 30 kann zum Beispiel durch Kleben erfolgen. Für die starre Verbindung nach der Ausrichtung des Bildsensors 41 (Imagers) können Verfahren wie Kleben oder Punktschweißen – sei es elektrisch oder per Laser – eingesetzt werden. An der Bildsensorhalteplatte 40 sind die Anschlags- beziehungsweise Verbindungspunkte so angeordnet, dass diese zugänglich sind und durch die rechnergestützte mechanische Justiereinheit, wie zum Beispiel einem Hexapoden, ergreifbar sind.
Der 2 ist eine weitere Ausführungsvariante der einzelnen Komponenten in einer Explosionsdarstellung zu entnehmen, die mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Montageverfahren miteinander fügbar sind.
Die in 2 dargestellte Grundplatte 10 mit Objektivhalterung entspricht im Wesentlichen der in 1 bereits dargestellten Grundplatte 10.
Der Darstellung gemäß 2 ist der erste Montagerahmen 20 zu entnehmen, der die einander gegenüberliegenden Querseiten 22 aufweist, die durch eine mit Bezugszeichen 21 gekennzeichnete Längsseite miteinander verbunden sind und durch die Längsseite 21 versteift werden. An den einander zuweisenden Seiten der Querseiten 22 des ersten Montagerahmens 20 sind Federlaschen 23 aufgenommen, an denen die kurzen Seiten des ersten Teilstücks 30a und des zweiten Teilstücks 30b des zweiten Montagerahmens 30 anliegen. Die durch die Federlaschen 23 erzeugte Federwirkung kann auch durch andere als laschenförmig ausgebildete Federelemente erreicht werden.
Der in 2 dargestellte zweite Montagerahmen 30 umfasst ein erstes Teilstück 30a sowie ein zweites Teilstück 30b und ist im Wesentlichen analog aufgebaut wie der in 1 dargestellte zweite Montagerahmen gemäß der ersten Ausführungsvariante. Auch der in 2 dargestellte zweite Montagerahmen 30 ist in die durch die Doppelpfeile in 2 angedeuteten Richtungen 321 entlang der optischen Achse 32 verschiebbar sowie, angedeutet durch den Doppelpfeil 322, entlang einer ersten Richtung verschiebbar, die zum Beispiel der Bildvertikalen entspricht. Der zweite Montagerahmen 30 ist darüber hinaus, wie durch die Doppelpfeile 325 angedeutet, um eine Bildhorizontale verdrehbar sowie, angedeutet durch das Pfeilpaar 326, um eine Bildvertikale verdrehbar.
Die in 2 dargestellte Bildsensorhalteplatte 40, an der der Bildsensor 41 ([mager) aufgenommen ist, kann entlang einer zweiten Richtung gemäß des Doppelpfeils 323 in Richtung der Bildhorizontalen verschoben werden sowie, angedeutet durch Bezugszeichen 324, um die optische Achse 32 in begrenztem Maße verdreht und damit ausgerichtet werden.
Mit Bezug auf die in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsvarianten der einzelnen Komponenten, die innerhalb des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Montageverfahrens für ein Kameramodul eingesetzt werden, bleibt festzuhalten, dass die Fügestelle zwischen dem ersten Montagerahmen 20 und dem zweiten Montagerahmen 30 den Wegausgleich ermöglicht, der für die Fokussierung, d. h. für eine Verschiebung des Bildsensors 41 (Imagers), für die Verschiebung 322 entlang einer ersten Richtung, so zum Beispiel der Bildvertikalen, sowie für die Drehung 325 um die Bildhorizontale als auch um die Drehung 326 um die Bildvertikale erforderlich ist.
Die Größe der Fügeflächen ist abhängig von den Fertigungstoleranzen so ausgelegt, dass eine sich maximal ergebende Verschiebung ausgeglichen werden kann, ohne dass die Verbindungsfestigkeit beeinträchtigt wird. Bei der Verschiebung 321, die für die Fokussierung zwischen dem Bildsensor 41 (Imager) und dem in der Grundplatte 10 aufgenommenen Objektiv erforderlich ist, sowie bei der Verschiebung 322 entlang der Bildvertikalen und der Drehung 325 um die Horizontale, werden die beiden gegenüberliegenden Flächen des U-förmig ausgebildeten zweiten Montagerahmens 30 gleichartig bewegt, d. h. die beiden kurzen Seiten des ersten Teilstücks 30a und des zweiten Teilstücks 30b.
Damit unterbleibt eine Veränderung der Distanz der kurzen Seiten des ersten Teilstücks 30a und des zweiten Teilstücks 30b relativ zueinander. Bei einer starren Auslegung des zweiten Montagerahmens 30 wäre kein Distanzausgleich gegeben, die Passung der Klebestelle zwischen dem ersten Montagerahmen 20 und dem zweiten Montagerahmen 30 wäre nicht gewährleistet.
Die Fügestelle zwischen der Bildsensorhalteplatte 40 und dem zweiten Montagerahmen 30 ermöglicht den Wegausgleich, der für die Verschiebung 323 und für die Drehung 324 um die optische Achse 32 und für den Längenausgleich entsprechend der in den 1 und 2 angedeuteten Doppelpfeile zwischen dem ersten Teilstück 30a und dem zweiten Teilstück 30b des zweiten Montagerahmens 30 erforderlich ist.
Durch die in 6 Freiheitsgraden 321, 322, 323, 324, 325, 326 steuerbare mechanische Justiereinheit lässt sich der Bildsensor 41, der an der Bildsensorhalteplatte 40 aufgenommen ist, exakt zu dem in der Grundplatte 10 mit Objektivhalterung befestigte Objektiv positionieren. Eine exakte Positionierung des Bildsensors 41 (Imager) relativ zum fest positionierten Objektiv kann dadurch erreicht werden, dass der Bildsensor 41 (Imager) während der Montage betrieben wird. Die Abbildung des über das in der Grundplatte 10 montierte Objektiv aufgenommenen Testbildes wird hinsichtlich der Schärfe in verschiedenen Bildausschnitten und für verschiedene Positionierungen automatisch ausgewertet. Die endgültige Positionierung des Bildsensors 41 wird auf Basis der durch die Bildverarbeitung ermittelten Kontrastverläufe dann vorgenommen, wenn ein vorgegebenes Kriterium für die Bildqualität über das gesamte Bildfeld erfüllt ist. Erst nachdem dieses Kriterium erfüllt ist, wird der Bildsensor 41 (Imager) gegenüber dem Gehäuse fixiert. Diese Fixierung ist einerseits ausreichend stabil, um den Einsatz eines derart hergestellten Kameramoduls im Fahrzeug zu ermöglichen. Andererseits ist die Fixierung schnell und ohne Einleitung hoher Kräfte in die einzelnen Komponenten durchführbar, so dass der Fügevorgang mittels der rechnergesteuerten, mechanischen Justiereinheit, wie zum Beispiel einem Hexapoden, mit hoher Präzision wirtschaftlich durchgeführt werden kann. Sämtliche gefügten Komponenten sind dauerhaft eingebaut und verbleiben in der Kamera, d. h. stellen deren Bauelemente dar.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass in den 1 und 2 unterhalb der Grundplatte 10 in schematischer Weise ein Linsenstapel angeordnet ist, welcher das Objektiv der Kamera darstellt (vgl. auch Darstellung gemäß 4).
Der Darstellung gemäß 3 ist eine Ansicht von unten eines Bildsensors (Imagers) zu entnehmen, der an einer Bildsensorhalteplatte aufgenommen ist, die ihrerseits mit dem zweiten Montagerahmen gefügt ist.
Wie der Darstellung gemäß 3 entnommen werden kann, ist der Bildsensor 41 (Imager) über Kontaktierungen 42 mit einer Leiterplatte verbunden. Diese kann aus Epoxy-Material oder aus Keramik gefertigt werden. Eine Ausrichtung des Bildsensors 41 (Imagers) auf das in 3 nicht dargestellte Objektiv, das in der ebenfalls nicht dargestellten Grundplatte 10 mit Objektivhalterung eingelassen ist, erfolgt zum Beispiel in die Verschieberichtung der Bildhorizontalen 323 durch Relativverschiebung des ersten Teilstücks 30a zum zweiten Teilstück 30b des zweiten Montagerahmens 30. Die Lücken 35 und 38 zwischen den Schenkeln 33 des ersten Teilstücks 30a und der kurzen Seite des zweiten Teilstücks 30b beziehungsweise zwischen den Längsschenkeln 36 des zweiten Teilstücks 30b und der kurzen Seite des ersten Teilstücks 30a dienen zum Ausgleich einer Längsverschiebung. In ihrer endgültigen Position wird die den Bildsensor 41 (Imager) aufnehmende Bildsensorhalteplatte 40 mit dem zweiten Montagerahmen 30 verklebt oder auf andere Weise stoffschlüssig, zum Beispiel durch Punkt- oder Laserschweißen, verschweißt.
Der Darstellung gemäß 4 ist ein Schnitt entlang der Linie A-A' zu entnehmen. Ist der Bildsensor 41, der durch die Kontaktierungen 42 mit einer Leiterplatte verbunden ist, in seine endgültige Position gebracht, in der alle Toleranzen ausgeglichen sind und ein während des Montageverfahrens erfolgender Betrieb des Bildsensors 41 eine zufriedenstellende Bildqualität ergeben hat, werden das erste Teilstück 30a und das zweite Teilstück 30b des zweiten Montagerahmens 30 in dieser Position fixiert. Die Fixierung der beiden Teilstücke 30a und 30b des zweiten Montagerahmens 30 relativ zueinander ist so beschaffen, dass diese stabil genug ausgebildet wird, um den im Betrieb eines in einem Kraftfahrzeug eingesetzten Kameramoduls auftretenden mechanischen Beanspruchungen standzuhalten.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung unter Verwendung des ersten Montagerahmens 20 und des zweiten Montagerahmens 30 werden die an Kompaktheit, Leichtbau und Stabilität gerichteten Anforderungen für ein Kameramodul, welches für den Kraftfahrzeugeinsatzbereich vorgesehen ist, gleichermaßen erfüllt. Die Montagerahmen 20 und 30 verleihen dem Kameramodul die notwendige Stabilität, um den mechanischen Anforderungen gerecht zu werden und stellen andererseits Leichtbau-Profilteile dar, die sich durch geringes Gewicht und eine hohe Eigensteifigkeit auszeichnen.
Die Verbindung der Grundplatte 10 mit dem ersten Montagerahmen sowie das Erzeugen von Verbindungsstellen zwischen Trägerplatte 40 und dem zweiten Montagerahmen 30, zwischen dem zweiten Montagerahmen 30 und dem ersten Montagerahmen 20 nach vollständiger Ausrichtung des Bildsensors 41 kann zum Beispiel durch Punktschweißen im Wege des Laserschweißens durch Löten oder durch Hartlöten oder auch durch Ultraschallschweißen geschaffen werden. Ferner ist der Einsatz von heute erhältlichen ”Memory”-Metallen beziehungsweise Metalllegierungen möglich.

Claims

Verfahren zur Positionierung eines Bildsensors (41) eines Kameramoduls, bei der ein Objektiv in einer Grundplatte (10) vormontiert ist, mit nachfolgenden Verfahrensschritten: a) Der Verbindung der Grundplatte (10) mit einem erste Montagerahmen (20), b) der Positionierung eines zweiten Montagerahmens (30) am ersten Montagerahmen (20), wobei der zweite Montagerahmen (30) gegenüber dem ersten Montagerahmen (20) in vier Achsen (321, 322, 325, 326) justierbar ist, c) der Positionierung einer den Bildsensor (41) aufnehmenden Trägerplatte (40), die in zwei Achsen (323, 324) gegenüber dem zweiten Montagerahmen (30) positionierbar ist, am zweiten Montagerahmen (30), d) dem Betrieb des Bildsensors (41) während der Verfahrensschritte b) und c) und e) dem Erzeugen von Verbindungsstellen zwischen der Trägerplatte (40) und dem zweiten Montagerahmen (30) und zwischen dem zweiten Montagerahmen (30) und dem ersten Montagerahmen (20) nach vollständiger Ausrichtung des Bildsensors (41).
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensschritt e) durchgeführt wird, wenn ein vorgegebenes Kriterium für die Bildqualität über das gesamte Bildfeld des Sensors erfüllt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Verfahrensschritte b) und c) der zweite Montagerahmen (30) und die Trägerplatte (40) durch eine rechnergesteuerte mechanische Justiereinheit justiert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstellen gemäß Verfahrensschritt e) durch stoffschlüssiges Fügen erzeugt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Montagerahmen (20) und der zweite Montagerahmen (30) als Stanzbleche oder aus Kunststoff hergestellt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstellen durch Verkleben oder im Wege von Punkt- oder Laserschweißen hergestellt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (40) aus Epoxy-Material oder aus Keramik gefertigt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt e) die Verbindungsstellen zwischen dem ersten und dem zweiten Montagerahmen (20, 30) und dem zweiten Montagerahmen (30) und der Trägerplatte (40) mit Bezug zu äußeren Befestigungspunkten der Grundplatte (10) erzeugt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor (4l) mit einer Leiterplatte der Trägerplatte (40) durch Drahtbonden, im Wege des Bare-Die-Verfahrens oder im Wege des Tape-Automated-Boden aufgebracht und kontaktiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass kurze Seiten des zweiten Montagerahmens (30) in einem begrenzten Winkelbereich um den rechten Winkel verdrehbar sind.
Kameramodul mit einem Bildsensor (41), der gemäß der Ansprüche 1 bis 10 zu einem gehäusefesten Objektiv positioniert wird, dadurch gekennzeichnet, dass dieses einen zweiten Montagerahmen (30), der in vier Achsen (321, 322, 325, 326) positionierbar ist, sowie eine Trägerplatte (40) umfasst, die um zwei Achsen (323, 324) relativ zum zweiten Montagerahmen (30) positionierbar ist, wobei der zweite Montagerahmen (30) identische Teilstücks (30a, 30b) enthält.
Kameramodul gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilstück (30a) und das zweite Teilstück (30b) relativ zueinander längsverschieblich sind.
Kameramodul gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilstück (30a) und das zweite Teilstück (30b) über an der Trägerplatte (40) angeordnete Federlaschen (23) zusammengehalten werden.