DE102013108677A1 - Kameramodul mit optimierter Wärmeabfuhr - Google Patents

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Abstract

Kameramodul für ein Fahrzeugkamerasystem, insbesondere für ein Surround View-, Rear View- oder Außenspiegelersatz-Fahrerassistenzsystem, umfassend einen metallischen Täger (5), auf dem zum Wärmeaustausch mindestens eine erste Leiterplatte (1b) mit mindestens einem ersten elektronischen Bauelement (2a) angeordnet ist, mindestens eine zweite Leiterplatte (1a), wobei auf der zweiten Leiterplatte (1a) ein Bildsensor (3) angeordnet ist und ein Gehäuse (8) mit mindestens einer Außenfläche, wobei mindestens ein erstes wärmeleitfähiges Element (4a) derart zwischen dem mindestens einen ersten elektronischen Bauelement (2a) und dem Gehäuse (8) angeordnet ist, dass Wärme über die Außenfläche des Gehäuses an die Umgebung abgegeben wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kameramoduls, welches insbesondere in einem Fahrzeug für Surround View, Rear View- oder Außenspiegelersatz-Fahrerassistenzlösungen eingesetzt werden kann.
  • Kleine Kameramodule für die Linienmontage sind ein wachsender Geschäftsbereich in der Automobilindustrie. Eine kleine Kameramodulgröße, hohe Bildqualität sowie zusätzlich integrierte Funktionen sind wesentliche Wettbewerbsvorteile. Dabei führen jedoch die kleinere Modulabmessungen als auch die zusätzlichen Funktionen und damit verbundene höhere Verlustleistung zu einer höheren thermischen Belastung des Bildaufnahmesensors, was die Bildqualität verschlechtert.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kameramodul mit optimiertem Konzept zur Wärmeabfuhr anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner vorteilhafter Merkmale miteinander denkbar sind.
  • Ausgangspunkt der Erfindung sind die folgenden Überlegungen: Aufgrund der notwendigen Anordnung des Bildsensors senkrecht zur optischen Achse, bestehen bisherige Kameramodule meist aus einer Anzahl von ebenfalls senkrecht zur optischen Achse übereinandergestackten PCB Leiterplatten. Die Kameramodul Vorder- und Rückflächen (senkrecht zur optischen Achse) stehen für eine direkte thermische Anbindung nicht zur Verfügung aufgrund der Durchbrüche für die Linse (vorne) oder Stecker (hinten). Dies erschwert die direkte Wärmeabfuhr von z.B. Prozessor-ICs an die Modulaußenflächen, da die Leiterplatten und ICs nicht parallel zu den seitlichen Kameraaußenflächen liegen. Dies bewirkt einen Wärmestau im Kameragehäuse und damit eine Aufheizung des Bildsensors, was zu erhöhtem Bildrauschen und damit einer Abnahme der Bildqualität führt.
  • Ein für die Erfindung grundlegendes Konzept zur Wärmeabfuhr aus dem Kameragehäuse besteht insbesondere in einer direkte thermische Anbindung der Wärmequellen an die seitlichen Kameraaußenflächen, wodurch die Wärme auf direktem Weg aus dem Gehäuse abgeleitet.
  • Dazu werden in einem Ausführungsbeispiel die Leiterplatten (1a, 1b, 1c) in U-Form bzw. in H-Form angeordnet (1) und auf einen metallischen Träger (5) montiert. Der Träger (5) dient zur Wärmeverteilung im Inneren des Kameramoduls und auch zur Ableitung der Wärme im Kameramodul entlang des metallischen Trägers (5) an die Außenflächen. Die direkte Anbindung der Haupt-Hitzequellen (z.B. Prozessor-ICs) (2a, 2b) an das Gehäuse (8) und damit an die Außenflächen erfolgt über mindestens ein wärmeleitfähiges Element (4a, 4b) wie Wärmepaste oder thermisch leitfähige Pads. Dies verhindert, dass der Großteil der Wärme überhaupt in das Kamerainnere und damit zum Bildsensor (3) gelangt.
  • Das bietet die folgenden Vorteile:
    • – Der innere metallische Träger (5) erlaubt ein einfaches Montieren der Leiterplatten (1a, 1b, 1c) um den Träger herum
    • – Der innere metallische Träger (5) dient der zusätzlichen Wärmeverteilung und Wärmeabfuhr aus dem Inneren des Kameramoduls an die Außenflächen, insbesondere des Gehäuses (8)
    • – Die direkte Anbindung der Haupt-Hitzequellen (2a, 2b) an die Außenflächen verringert die thermische Belastung des Bildsensors (3)
    • – Der metallische Träger (5) dient gleichzeitig als Aufnahme für den Linsenhalter (10) des Kameramoduls, was eine geringe Toleranzkette (Toleranzen zwischen Linse und aktiver Fläche des Bildsensors (3)) ermöglicht.
    • – Der Träger kann im Innenteil als Aufnahme für eine Steckerlösung (6) zur Anbindung eines Datenübertragungskabels (7) dienen
  • Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet eine rechtwinklig (90 Grad) abgewinkelte Leiterplatte (L-shape). Die übrigen Merkmale des Konzepts bleiben unverändert.
  • 1a zeigt eine erste Leiterplatte (1b), die über einen Flexverbinder (1d) mit einer zweiten Leiterplatte (1a) und über einen weiteren Flexverbinder (1e) mit einer dritten Leiterplatte (1c) verbunden ist. 1b zeigt eine perspektivische Ansicht einer Leiterplattenanordnung (1) der in 1a gezeigten Leiterplatten. Die erste (1b) und dritte (1c) Leiterplatte sind hierbei parallel zueinander angeordnet und durch die senkrecht zu beiden angeordnete zweite Leiterplatte (1a) beabstandet. Diese Leiterplattenanordnung (1) kann als U- bzw. H-förmig bezeichnet werden.
  • In 2 ist die Leiterplattenanordnung (1) aus 1b gedreht dargestellt, wobei auf der Unterseite der zweiten Leiterplatte (1a) ein Bildsensor (3), z.B. ein CMOS- oder CCD-Sensor mit einer nach unten gerichteten aktiven Bildaufnahmefläche zur ortsaufgelösten Detektion eintretender elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren und möglicherweise im daran angrenzenden Wellenlängenbereich. Auf der Außenseite der ersten Leiterplatte (1b) ist ein erstes elektronisches Bauelement (2a), z.B. ein Prozessor und auf der Außenseite der dritten Leiterplatte (1c) ist ein zweites elektronisches Bauelement (2b), z.B. ein Speicherelement angeordnet. Ein Flexverbinder (1d) verläuft über die Innenseite der ersten Leiterplatte (1b) zur zweiten Leiterplatte. Ein weiterer Flexverbinder (1e) verläuft frei zwischen erster und dritter Leiterplatte (1b und 1c).
  • 3 zeigt eine Explosivdarstellung eines Kameramoduls mit einem über einen Steckverbinder angeschlossenen Ende eines Datenübertragungskabels (7), welches insbesondere ein LVDS-Kabel (Low Voltage Differential Signaling-Kabel) sein kann. Die mittleren Elemente sind die in 2 dargestellten. Daneben sind in 3 oberhalb zwei wärmeleitfähige Elemente (4a und 4b), z.B. zwei thermisch leitfähige Pads, ein metallischer Träger (5) mit darin angeschlossenem Steckverbinder (6) eines Datenübertragungskabels (7) sowie unterhalb ein Gehäuse (8), eine Dichtung (9) und ein Linsenhalter (10) mit mindestens einer Linse sowie eine Handvoll nicht näher bezeichneter Schrauben als Befestigungsmittel dargestellt.
  • 4 zeigt den Aufbau des Kameramoduls innerhalb des Gehäuses (8), der sich durch Zusammenfügen der entsprechenden in 3 dargestellten Bestandteile ergibt. Die erste und dritte Leiterplatte (1b und 1c) sind auf den metallischen Träger (5) montiert, so dass der metallische Träger Wärme von diesen Leiterplatten aufnehmen und zu seiner Ober- bzw. Außenseite (dort wird auch das Datenübertragungskabel (7) angeschlossen) ableiten kann. Die hitzeproduzierenden elektronischen Bauelemente (2a, 2b) sind über zwei wärmeleitfähige Elemente (4a, 4b), wie Wärmepaste oder thermisch leitfähige Pads, thermisch direkt an das Gehäuse (8) und damit an die seitlichen Außenflächen des Kameramoduls angebunden.
  • 5 zeigt im Wesentlichen eine gedrehte Darstellung der in 4 dargestellten Bestandteile, wobei hier die inneren Bestandteile (1–5) des Kameramoduls weiter in das Gehäuse (8) eingeschoben sind und zusätzlich der Linsenhalter (10) mit Dichtung (9) dargestellt ist. Der Linsenhalter wird beim Zusammenbau des Kameramoduls durch eine Öffnung im Gehäuse (8) in einen Aufnahmebereich des metallischen Trägers (5) vor dem Bildsensor (3) geschoben und befestigt.
  • Das Kameramodul ist extrem kompakt, was u.a. durch den Leiterplattenaufbau (1), die Sterckverbinderlösung auf der der Linse gegenüberliegenden Seite des Kameramoduls erreicht wird, und erhitzt sich aufgrund des beschriebenen Wärmeableitungskonzepts trotzdem nicht übermäßig stark. Die Ausdehnung des Kameramoduls quer zur optischen Achse ist sehr gering, so lässt sich erreichen, dass die Linse mindestens 20% der Kameramodulausdehnung quer zur optischen Achse einnimmt. Das Kameramodul ist durch das Gehäuse (8), die Dichtung (9) und den Linsenhalter (10) mit Linse gut gegen Umwelteinflüsse abgedichtet und kann somit als Fahrzeugaußenkamera im Rahmen eines Surround View, Rear View oder Mirror Replacement Fahrerassistenzsystems eingesetzt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1a, 1b, 1c
    Leiterplatte (dunkelgrün)
    1d, 1e
    Flexverbinder (braun-rosa)
    1
    Leiterplattenanordnung (1a–1e)
    2a, 2b
    Bauelement, Chip, IC (gelb)
    3
    Bildsensor (gelb)
    4a, 4b
    wärmeleitfähige Elemente (hellgrün)
    5
    metallischer Träger (violett)
    6
    Steckverbinder (hellgrün)
    7
    Datenübertragungskabel (schwarz bzw. Einzelkabel hellblau + rot)
    8
    Gehäuse (hellblau bzw. transparentes blau)
    9
    Dichtung (türkis)
    10
    Linsenhalter (rot und blau)

Claims (10)

  1. Kameramodul für ein Fahrzeugkamerasystem, insbesondere für ein Surround View-, Rear View- oder Außenspiegelersatz-Fahrerassistenzsystem, umfassend einen metallischen Täger (5), auf dem zum Wärmeaustausch mindestens eine erste Leiterplatte (1b) mit mindestens einem ersten elektronischen Bauelement (2a) angeordnet ist, mindestens eine zweite Leiterplatte (1a), wobei auf der zweiten Leiterplatte (1a) ein Bildsensor (3) angeordnet ist und ein Gehäuse (8) mit mindestens einer Außenfläche, wobei mindestens ein erstes wärmeleitfähiges Element (4a) derart zwischen dem mindestens einen ersten elektronischen Bauelement (2a) und dem Gehäuse (8) angeordnet ist, dass Wärme über die Außenfläche des Gehäuses an die Umgebung abgegeben wird.
  2. Kameramodul nach Anspruch 1, wobei die erste (1b) und die zweite Leiterplatte (1a) rechtwinklig zueinander angeordnet sind.
  3. Kameramodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kameramodul eine dritte Leiterplatte (1c) mit mindestens einem zweiten elektronischen Bauelement (2b) umfasst, wobei mindestens ein zweites wärmeleitfähiges Element (4b) derart zwischen dem mindestens einen zweiten elektronischen Bauelement (2b) und dem Gehäuse (8) angeordnet ist, dass Wärme über die Außenfläche des Gehäuses an die Umgebung abgegeben wird.
  4. Kameramodul nach Anspruch 3, wobei erste (1b) und dritte (1c) Leiterplatte parallel zueinander und zweite Leiterplatte (1a) mit dem Bildsensor (3) senkrecht zu den beiden anderen Leiterplatten (1b, 1c) angeordnet ist.
  5. Kameramodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der metallische Träger (5) derart ausgebildet ist, dass ein Steckverbinder (6) im Inneren des metallischen Trägers, insbesondere in Richtung der optischen Achse des Kameramoduls, aufgenommen werden kann.
  6. Kameramodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der metallische Träger (5) derart ausgebildet ist, dass ein Linsenhalter (10) von dem metallischen Träger aufgenommen und gehalten wird.
  7. Kameramodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend einen Linsenhalter (10), wobei eine Möglichkeit zum Anschließen eines Datenübertragungskabels (7) auf der dem Linsenhalter (10) gegenüberliegenden Außenseite des Kameramoduls vorgesehen ist.
  8. Kameramodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend, wobei eine Möglichkeit zum Anschließen eines Datenübertragungskabels (7) vorgesehen ist, wobei die Kontaktierung zum Datenübertragungskabel (7) auf der ersten oder der dritten Leiterplatte erfolgt.
  9. Kameramodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend mindestens eine Linse, wobei die größte Linse mindestens 20% der Ausdehnung des Kameramoduls quer zur optischen Achse einnimmt.
  10. Fahrerassistenzsytem, insbesondere Surround View-, Rear View- oder Außenspiegelersatzsystem mit einem Kameramodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Fahrzeugaußenkamera.
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