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Die Erfindung betrifft ein Kameramodul für ein Kraftfahrzeug, das eine optische Vorrichtung und ein Bildaufnahmeelement umfasst, wobei die optische Vorrichtung mindestens eine Linse und ein Gehäuse umfasst.
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Kameras mit einem Bildaufnahmeelement als bildgebende Einheit, z. B. einem CMOS- oder CCD-Chip, werden unter anderem in Fahrzeugen bei Fahrerassistenzsystemen eingesetzt. Diese Kameras dienen dazu, das Umfeld eines Fahrzeugs aufzunehmen und auswertbare Bilder weiterzugeben. Der Fahrer kann beispielsweise mittels eines Notbremsassistenten durch das Fahrerassistenzsystem bei Vorliegen einer Gefahrensituation gewarnt werden oder es können Sicherheitssysteme ausgelöst werden. Speziell für den Einsatz solcher Kameras bei Fahrerassistenzsystemen ist die Güte der Kameras entscheidend. Die Güte hängt dabei u. a. von kameraintrinsischen Toleranzen, Einbautoleranzen und Fahrzeugtoleranzen ab. Einen Einfluss auf die Funktionsqualität der Kamera haben neben der Lage- und Positionstoleranzen insbesondere der Roll-, Gier- und Nickwinkel. Da sich die Fahrzeugtoleranzen im Allgemeinen nicht wesentlich beeinflussen lassen, muss zur Optimierung der Güte der Kamera in erster Linie auf die kameraintrinsischen Toleranzen geachtet werden.
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Aktuelle Kameras für Anwendungen im Kraftfahrzeug werden aus den Komponenten Objektiv und Bildaufnahmeelement aufgebaut. Das Bildaufnahmeelement wandelt das über eine oder mehrere Linsen des Objektivs erfasste Bild in ein elektronisches Bild. Das Objektiv ist dabei üblicherweise über einen Objektivhalter mit einer Platine verbunden, die auch das Bildaufnahmeelement trägt.
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Ein wesentlicher Nachteil bei bekannten Kameras für Anwendungen im Kraftfahrzeug besteht darin, dass Objektiv und Bildaufnahmeelement in einem speziellen Fertigungsprozess aufwendig justiert werden müssen, in dem zum Einen der Abstand zwischen Bildaufnahmeelement und Objektiv und zum Anderen die Lage des Bildaufnahmeelements bezüglich der optischen Achse des Objektivs eingestellt wird. Je nach Funktion können die Anforderungen und der Aufwand bezüglich der Justagegenauigkeit sehr hoch sein. Außerdem besteht darüber hinaus ein hohes Ausschussrisiko, da erst das montierte Gesamtgerät getestet werden kann. Ein weiterer Nachteil der derzeitig eingesetzten Kameras ist ihre ungünstige Form bezogen auf den beschränkten Einbauraum in einem Kraftfahrzeug. Besonders aus designtechnischen Gründen ist eine möglichst unauffällige und wohlproportionierte Form gewünscht. Dies betrifft vor allem eine möglichst gering zu haltende sichtbare Austrittsöffnung, beispielsweise einer an der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs angebrachten Kamera.
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Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde ein Kameramodul zu realisieren, bei dem der Fertigungs- und Justageaufwand möglichst gering ist, bezüglich der Ausrichtung von Bildaufnahmeelement und Objektiv. Zum Andere soll das Kameramodul so ausgestaltet sein, dass es möglichst unauffällig und platzsparend in einem Kraftfahrzeug verbaut werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Kameramodul mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.
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Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, das Bildaufnahmeelement in eine optische Vorrichtung, umfassend mindestens eine Linse und ein Gehäuse, zu integrieren, so dass ein kompaktes Kameramodul entsteht. Darüber hinaus wird das erfindungsgemäße Kameramodul in Konus- bzw. Keilform so ausgestaltet, dass es dichter bzw. direkt an eine schräge Windschutzscheibe angebracht werden kann.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch den speziellen Aufbau des Kameramoduls das Bildaufnahmeelement in die optische Vorrichtung, beispielsweise ein Objektiv, umfassend mindestens eine Linse und ein Gehäuse, bereits integriert ist. Dieser Aufbau ermöglicht eine erhebliche Einsparung an Fertigungsaufwand, da das Kameramodul, welches über geeignete elektrische Schnittstellen verfügt, bereits in sich justiert bzw. fokussiert ist, wenn ein gesamtes Kameragerät gefertigt wird. Eine mechanische Fokussierung bzw. ein optischer Abgleich bei der Fertigung des Kameragerätes ist damit überflüssig. Durch die Keil- oder Konusform des Kameramoduls bzw. des Gehäuses der optischen Vorrichtung ist zudem eine erhebliche Einsparung von begrenztem Einbauraum in einem Kraftfahrzeug möglich. Das erfindungsgemäße Kameramodul kann aufgrund seiner Konus- bzw. Keilform dichter bzw. direkt hinter einer schrägen Windschutzscheibe angebracht werden. Zum anderen kann hierdurch designtechnischen Anforderungen besser genügt werden.
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Das erfindungsgemäße Kameramodul umfasst eine optische Vorrichtung sowie ein Bildaufnahmeelement. Die optische Vorrichtung, beispielsweise ein Objektiv, kann dabei mindestens eine Linse und ein Gehäuse umfassen. Bei dem erfindungsgemäßen Kameramodul ist das Bildaufnahmeelement, welches auf einem Substrat, beispielsweise eine Leiterplatte und/oder eine Trägerplatte aufgebracht ist, in die optische Vorrichtung integriert. Bildaufnahmeelement und Substrat werden im Inneren der optischen Vorrichtung angeordnet, insbesondere innerhalb eines Gehäusetubus. Das Gehäuse der optischen Vorrichtung ist so ausgestaltet, dass es sich entlang der optischen Achse vom Bildaufnahmeelement zur mindestens einen Linse verjüngt. Hierdurch kann das erfindungsgemäße Kameramodul beispielsweise eine Konusform oder eine Keilform annehmen.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Bildaufnahmeelement auf einem kreisförmigen oder ovalen Substrat aufgebracht. Hierdurch kann es einfacher in einem beispielsweise zylindrischen oder konusförmigen Gehäuse einer optischen Vorrichtung, vorzugsweise eines Objektivs, angeordnet werden.
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In einer optionalen Ausgestaltung der Erfindung ist das Substrat mit dem darauf befindlichen Bildaufnahmeelement starr mit der optischen Vorrichtung verbunden. Hierdurch ergeben sich insbesondere eine feste Fokussierung des Kameramoduls bzw. des Bildaufnahmeelements, speziell bezüglich des Abstandes zur mindestens einen Linse der optischen Vorrichtung, und/oder eine feste Ausrichtung des Bildaufnahmeelements zur optischen Achse.
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In einer weiteren optionalen Ausgestaltung der Erfindung ist das Substrat mit dem darauf befindlichen Bildaufnahmeelement einstellbar in die optische Vorrichtung integriert. Hierdurch kann eine Fokussierung des Kameramoduls bzw. des Bildaufnahmeelements auch nach der Fertigung des Kameramoduls, durch eine Anpassung des Abstandes zur mindestens einen Linse der optischen Vorrichtung entlang der optischen Achse ermöglicht werden.
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In einer möglichen Ausführungsvariante der Erfindung ist das Substrat mit dem darauf befindlichen Bildaufnahmeelement in gleicher Weise, wie die mindestens eine Linse in dem Gehäuse der optischen Vorrichtung gehalten, so dass es sich insbesondere bei dem Element zum Halten der mindestens einen Linse und des Bildaufnahmeelements um den selben Grundkörper handelt. Vorzugsweise umfasst dies auch dieselbe Art der Positionierung von Linse und Bildaufnahmeelement, wodurch insbesondere eine sehr gute Ausrichtung erreicht werden kann. Hierbei kann es sich um beispielsweise um eine Klebung, ein Gewinde und/oder eine Pressung handeln. Insbesondere können die mindestens eine Linse und/oder das Bildaufnahmeelement auch über einen speziellen Linsenhalter im Gehäuse der optischen Vorrichtung gehalten werden.
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In einer optionalen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die optische Vorrichtung mehr als eine Linse und/oder vorzugsweise mindestens zwei Linsen. Hierbei kann insbesondere der Durchmesser mindestens einer Linse, die weiter vom Bildaufnabmeelement entfernt angeordnet ist, kleiner sein, als der Durchmesser mindestens einer näher am Bildaufnahmeelement angeordneten Linse. Hierdurch ergibt sich im Speziellen eine keilförmige Ausgestaltung des Kameramoduls und/oder bei zylindrischem Aufbau der optischen Vorrichtung eine konusförmige Ausgestaltung des Kameramoduls.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung verfügt das Bildaufnahmeelement über kein separates Gehäuse. Vorzugsweise dient stattdessen der spezielle Aufbau mit Bildaufnahmeelement, Substrat sowie mindestens einer Linse und Gehäuse der optischen Vorrichtung als insbesondere geschlossenes Gehäuse für das Bildaufnahmeelement. Hierdurch kann sich eine erhebliche Kostenersparnis gegenüber einem Aufbau mit separatem Gehäuse für das Bildaufnahmeelement ergeben.
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In einer optionalen Ausführungsform der Erfindung ist das Kameramodul rotationssymmetrisch und konusförmig ausgebildet. Hierdurch wird insbesondere die Form des Kameramoduls entsprechend dem rotationssymmetrischen Aufbau einer optischen Vorrichtung, beispielsweise eines Objektivs, und/oder entsprechend der runden Form mindestens einer Linse angepasst. Vorzugsweise verjüngt sich das rotationssymmetrische Gehäuse der optischen Vorrichtung, in das das Bildaufnahmeelement integriert ist, entlang der optischen Achse vom Bildaufnahmeelement zur mindestens einen Linse. Ein wesentlicher Vorteil des konusförmigen Aufbaus des Kameramoduls ist, dass es beispielsweise dichter hinter einer schrägen Windschutzscheibe angeordnet werden kann und/oder dass die sichtbare Austrittsöffnung des Kameramoduls minimiert wird.
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In einer weiteren optionalen Ausgestaltung der Erfindung ist das Kameramodul keilförmig ausgebildet. Vorzugsweise ist dabei das Gehäuse der optischen Vorrichtung mit darin angeordneten Bildaufnahmeelement und Substrat keilförmig ausgebildet sein. Beispielsweise können hierzu die Linsen und/oder das Substrat, auf dem das Bildaufnahmeelement angeordnet ist, eine quadratische oder Rechteckige Form annehmen. Optional kann um die optische Vorrichtung, welches beispielsweise konusförmig und/oder zylindrisch ausgestaltet ist, ein weiteres Gehäuse angeordnet sein, das eine Keilform aufweist.
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Ein erfindungsgemäßes Kameramodul kann bei konischem bzw. keilförmigem Aufbau dichter bzw. direkt hinter eine schräge Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges angeordnet werden, als die derzeit in Kraftfahrzeugen eingesetzten Kameras. Hierzu kann die Form der optischen Vorrichtung so ausgestaltet sein, dass es weitgehend formschlüssig hinter einer Windschutzscheibe angeordnet werden kann. Unter weitgehend formschlüssig ist eine Anpassung des Konus- bzw. des Keilwinkels an den Winkel des Einbauraums, der zwischen Windschutzscheibe und oberer Armaturenbrettabdeckung und/oder zwischen Windschutzscheibe und optischer Achse des Kameramoduls entsteht, zu verstehen.
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In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann der Konus- bzw. der Keilwinkel des Kameramoduls an den Winkel des Einbauraums über Abstandshalter angepasst werden. Beispielsweise durch den Einsatz unterschiedlicher Abstandshalter mit variiertem Keilwinkel für unterschiedlich geneigte Scheiben (z. B. bei unterschiedlichen Fahrzeugtypen) kann das erfindungsgemäße Kameramodul bevorzugt stets in einem definierten Winkel zur Fahrzeuglängsachse ausgerichtet sein.
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Weitere Vorteile sowie optionale Ausgestaltungen gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigt
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1: Ein erfindungsgemäßes Kameramodul umfassend eine optische Vorrichtung und ein Bildaufnahmeelement.
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2: Ein erfindungemäßes Kameramodul das hinter einer Windschutzscheibe angeordnet ist.
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1 zeigt ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes Kameramodul 1. Das Kameramodul umfasst in diesem Fall eine optische Vorrichtung, wobei sich die optische Vorrichtung beispielhaft aus drei Linsen 2 und einem Gehäuse 3 zusammensetzt, sowie ein Bildaufnahmeelement 4, das auf einem Substrat 5 angeordnet ist und mit dem Substrat in das Gehäuse 3 der optischen Vorrichtung integriert ist, wobei es sich bei dem Substrat insbesondere um eine Leiterplatte handelt. Nicht dargestellt, aber im Sinne der Erfindung ist eine Kontaktierung des Bildaufnahmeelement 4 mit einer Leiterplatte, die entweder durch das Substrat 5 selbst dargestellt oder hinter diesem angeordnet sein kann. Das Gehäuse 3 der optischen Vorrichtung, welches gleichzeitig das Gehäuse 3 des Kameramoduls 1 bildet, ist in diesem Fall konusförmig ausgebildet, d. h. dass es sich entlang der optischen Achse vom Bildaufnahmeelement 4 zur Linse 2 die am weitesten vom Bildaufnahmeelement 4 entfernt angeordnet ist verjüngt. Optional kann das Gehäuse 3 des Kameramoduls 1 auch kegelförmig ausgebildet und/oder ein vom Gehäuse 3 der optischen Vorrichtung unabhängiges Gehäuse sein.
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Sowohl Kameramodul 1, optische Vorrichtung als auch Bildaufnahmeelement 4 mit Substrat 5 können erfindungsgemäß auch mehrteilig ausgebildet sein, bzw. eine andere Form als in 1 dargestellt aufweisen.
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2 zeigt ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes Kameramodul 1, das weitgehend formschlüssig hinter einer Windschutzscheibe 6 angeordnet ist, d. h. in diesem speziellen Fall ist der Konus- bzw. Keilwinkel des Gehäuses 3 entsprechend dem Winkel der Windschutzscheibe 6 zur optischen Achse des Kameramoduls 1 angepasst, wodurch das erfindungsgemäße Kameramodul 1 vorteilhaft weniger Einbauraum benötigt, als bislang verwendete Kameramodule. Das Kameramodul 1 ist dabei entsprechend des Kameramoduls 1 aus der Beschreibung zu 1 aufgebaut. 2 zeigt darüber hinaus einen weiteren Vorteil des erfindungsgemäßen Kameramoduls, der aufgrund des sich verjüngenden Gehäuses 3 darin besteht, dass nur eine sehr geringe Austrittsöffnung 7 hinter der Windschutzscheibe 6 entsteht.
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Sowohl Kameramodul 1, optische Vorrichtung als auch Bildaufnahmeelement 4 mit Substrat 5 können erfindungsgemäß auch mehrteilig ausgebildet sein, bzw. eine andere Form als in 2 dargestellt aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kameramodul
- 2
- Linse
- 3
- Gehäuse
- 4
- Bildaufnahmeelement
- 5
- Substrat
- 6
- Windschutzscheibe
- 7
- Austrittsöffnung
