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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Kameragehäuse, ein Kameramodul und eine Kamera.
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Aus dem Stand der Technik sind unterschiedlichste Kameragehäuse mit unterschiedlichen Geometrien und Eigenschaften bekannt.
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In der
DE 10 2014 217 295 A1 wird beispielsweise ein Imagermodul für eine Fahrzeug-Kamera beschrieben, wobei das Modul einen Linsenhalter, ein Objektiv und eine flexible Leitereinrichtung aufweist. Der Linsenhalter ist hierbei insbesondere als Spritzgussteil ausgebildet.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung beschreibt ein Kameragehäuse, umfassend eine zylindrische Ausformung zur Aufnahme einer Optik, und einen Innenraum, in welchem eine Positionierung eines Bildsensors vorgesehen ist. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass sich die Ausformung zum Innenraum des Kameragehäuses hin öffnet und das Kameragehäuse eine weitere, örtlich von der Ausformung getrennte Ausgleichsgeometrie aufweist. Diese Ausgleichsgeometrie ist derart ausgebildet, dass sie bei einer Temperaturänderung des Kameragehäuses zweite Spannungen im Kameragehäuse verursacht, die sich mit ersten Spannungen, welche aufgrund der zylindrischen Ausformung bei einer Temperaturänderung des Kameragehäuses im Kameragehäuse verursacht werden, überlagern. Die genannten Spannungen entstehen hierbei insbesondere dann, wenn in der Ausformung eine Optik aufgenommen ist.
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Die zylindrische Ausformung kann beispielsweise rund, oval oder eckig ausgestaltet sein. Die Ausformung kann insbesondere als Tubus ausgeformt sein. Die Höhe der Ausformung ist bevorzugt größer als die Dicke des direkt an die Ausformung angrenzenden Bereichs des Kameragehäuses. Bevorzugt bilden die zylindrische Ausformung und der angrenzende Bereich des Kameragehäuses einen Winkel von etwa 90°, wobei Abweichungen von +- 10° möglich sind. Die zylindrische Ausformung öffnet sich zum Innenraum des Kameragehäuses. Das bedeutet, dass sich die zylindrische Ausformung ausgehend vom direkt angrenzenden Bereich des Kameragehäuses in Richtung des Innenraums des Kameragehäuses erstreckt und eine Grundfläche der zylindrischen Ausformung folglich in diese Richtung extrudiert ist.
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Die örtlich getrennt von der zylindrischen Ausformung angeordnete Ausgleichsgeometrie dient zum Ausgleich von in dem Kameragehäuse entstehenden Spannungen aufgrund von Temperaturveränderungen des Materials. Die Ausgleichsgeometrie kann insbesondere als eine zur zylindrischen Ausformung ähnliche Geometrie ausgebildet sein. Ähnlich bedeutet in diesem Fall, dass Winkel und Materialdicken entsprechend gewählt werden können. Die Ausgleichsgeometrie ist hierbei insbesondere gedreht oder gespiegelt zur zylindrischen Ausformung ausgebildet, sodass bei einer Temperaturänderung entstehende Spannungen nicht in die gleiche Richtung wirken und sich folglich aufaddieren könnten.
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Die genannten Spannungen entstehen insbesondere dann im Kameragehäuse, wenn eine Optik in der zylindrischen Ausformung aufgenommen ist. Die Spannungsbildung kann zudem dadurch vergrößert werden, in dem das Kameragehäuse fixiert wird, beispielsweise durch Anbringung an einer Leiterplatte. Dass die Spannungen durch das Aufnehmen der Optik vergrößert werden oder ggf. erst in diesem Fall entstehen, liegt daran, dass sich die zylindrische Ausformung ohne aufgenommene Optik einfacher verformen kann und folglich auftretende Spannungen und/oder Kräfte auf diese Weise reduziert oder vollständig abgebaut werden. Befindet sich hingegen eine Optik in der Aufnahme, verursacht diese eine Gegenkraft auf die Ausformung, durch welche wiederum Spannungen in dem Kameragehäuse entstehen. Je nach Geometrie des Kameragehäuses werden die Spannungen durch eine Fixierung des Kameragehäuses ebenfalls beeinflusst.
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Die von der zylindrischen Ausformung verursachten Spannungen entstehen hierbei primär durch eine Veränderung der Geometrie der Ausformung bei einer Temperaturveränderung. Die durch Ausgleichsgeometrie verursachten Spannungen entstehen entsprechend durch eine Veränderung der Ausgleichsgeometrie bei einer Temperaturveränderung. Die Formänderungen der Ausformung und der Ausgleichsgeometrie in Abhängigkeit der Temperatur sind hierbei durch Inhomogenitäten in dem für das Kameragehäuse verwendeten Material bedingt.
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Diese Erfindung bietet den Vorteil, dass Spannungen im Gehäuse reduziert und Veränderungen der Geometrie des Kameragehäuses aufgrund von Temperaturveränderungen kontrolliert werden können. Mittels der Ausgleichsgeometrie ist es folglich möglich, eine Veränderung eines Abstands zwischen aufgenommener Optik und einem an dem Kameragehäuse befestigten Bildsensor aufgrund einer Temperaturveränderung zu kontrollieren / beeinflussen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Ausgleichsgeometrie derart ausgebildet, dass die zweiten Spannungen in einem zwischen der zylindrischen Ausformung und der Ausgleichgeometrie befindlichen Zwischenbereich des Kameragehäuses verursacht werden. Insbesondere findet eine Überlagerung der Spannungen in diesem Zwischenbereich statt.
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Diese Ausführungsform der Erfindung bietet den Vorteil, dass gezielt der Bereich zwischen Ausformung und Ausgleichsgeometrie zur Beeinflussung des Temperaturverhaltens des Kameragehäuses genutzt werden kann. Durch eine Einschränkung auf diesen Bereich kann eine kontrollierte Beeinflussung des temperaturabhängigen Verhaltens erfolgen. Falls die Spannungen primär oder nahezu ausschließlich in dem Zwischenbereich verursacht werden sollen, ist eine formstabile Verbindung zwischen Ausgleichsgeometrie und dem restlichen Kameragehäuse, welches nicht zwischen Ausformung und Ausgleichsgeometrie liegt, notwendig. Zur Erreichung dieser stabilen Verbindung können beispielsweise die Materialdicken an dem Übergang zwischen Ausgleichsgeometrie und dem restlichen Kameragehäuse entsprechend angepasst werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verformt sich das Kameragehäuse, insbesondere in einem montierten Zustand, bei einer Temperaturerhöhung des Kameragehäuses und bei einer in der Ausformung aufgenommenen Optik aufgrund der verursachten, insbesondere der überlagerten, Spannungen derart, dass sich die Position der Optik in Richtung des Innenraums verschiebt, insbesondere entlang einer optischen Achse der Optik.
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Diese Ausführungsform der Erfindung bietet den Vorteil, dass eine aufgrund von Temperatur- und Umgebungsbedingungen auftretende Verschiebung der Position der Optik ausgeglichen werden kann. Die aufgrund der dieser Bedingungen auftretende Verschiebung erfolgt hierbei meist in entgegengesetzter Richtung, also nicht in Richtung des Innenraums. Mögliche Ursachen für diese Verschiebungen sind beispielsweise eine Temperaturausdehnung des Kameragehäuses insgesamt. Auch die Feuchteaufnahme des Linsenhalters kann zu einer Verschiebung führen. Auch die Optik, welche beispielsweise durch ein Objektiv gebildet wird, kann sich temperaturabhängig oder in Abhängigkeit der Luftfeuchtigkeit verformen. Sind einzelne Teile einer Kamera miteinander verklebt, können auch die entsprechenden Klebestellen Verformungen in Abhängigkeit von Temperatur und Luftfeuchte verursachen.
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In einem montierten Zustand bedeutet hierbei, dass das Kameragehäuse fixiert ist und/oder verbaut ist, beispielsweise in einer Kamera. Die Verformung kann auch im nicht montierten Zustand erfolgen, je nach Konstruktion des Gehäuses.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Ausgleichsgeometrie derart ausgebildet, dass sich die ersten und zweiten Spannungen in einem zwischen der zylindrischen Ausformung und der Ausgleichgeometrie befindlichen Zwischenbereich des Kameragehäuses nach der Verformung nahezu ausgleichen.
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Diese Ausführungsform der Erfindung bietet den Vorteil, dass die Materialbelastung minimiert wird und die Lebenszeit des Kameragehäuses erhöht wird. Zudem können auf diese Weise die Materialeigenschaften bestmöglich zur kontrollierten Verformung des Kameragehäuses ausgenutzt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Ausgleichsgeometrie in einem äußeren Randbereich des Kameragehäuses angeordnet.
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Unter dem äußeren Randbereich wird hierbei ein Bereich in der Nähe des äußersten Umfangs des Kameragehäuses und in etwa der Höhe der Aufnahme verstanden, wobei der Randbereich eine Breite von etwa 3 cm, insbesondere 2 cm aufweist. Der Randbereich entspricht folglich dem Bereich, der von der Aufnahme den größten Abstand aufweist.
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Eine derartige Anordnung der Ausgleichsgeometrie bietet den Vorteil, dass ein möglichst großer Bereich des Kameragehäuses zur kontrollierten Verformung des Kameragehäuses / zur gezielten Bewegung einer aufgenommenen Optik verwendet wird. Hierdurch lässt sich der mögliche Verformungsweg maximieren.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Ausgleichsgeometrie durch eine lokale Reduktion einer Wandstärke des Kameragehäuses ausgebildet.
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Durch eine lokale Reduktion einer Wandstärke lässt sich eine lokale Schwächung des Gehäuses erzeugen, welche als Ausgleichsgeometrie dient.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Ausgleichsgeometrie als Kerbe, Falte, Winkelelement oder Wellenstruktur ausgebildet ist.
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Diese Ausführungsform der Erfindung bietet den Vorteil, dass je nach Geometrie der zylindrischen Ausformung eine passende Ausgleichsgeometrie ausgebildet wird, die die gewünschten Verformungen des Kameragehäuses verursacht.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die aufnehmbare Optik eine optische Achse auf, wobei die Ausgleichsgeometrie in einer Schnittdarstellung in Form einer Materialdickenveränderung und/oder als Kerbe, Falte und/oder Wellenstruktur erkennbar ist, wobei die Schnittebene zur Schnittdarstellung derart gewählt ist, dass die optische Achse in der Schnittebene liegt.
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Diese Ausführungsform der Erfindung bietet den Vorteil, dass eine einfache Reproduktion und Herstellung des Kameragehäuses, beispielweise mittels eine Spritzgussverfahrens möglich ist.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Kameragehäuse einteilig gefertigt.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Kameragehäuse aus Kunststoff gefertigt. Das Kameragehäuse ist hierbei insbesondere mittels eines Spritzgussverfahrens gefertigt.
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Des Weiteren wird ein Kameramodul, umfassend ein Kameragehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche und eine in der zylindrischen Ausformung aufgenommene Optik, beansprucht.
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Bei der Optik kann es sich beispielweise um eine oder mehrere Linsen handeln und ggf. weitere typische optische Komponenten handeln. Es können beispielsweise mehrere Linsen mit Abstandshaltern und Filtern in einem Linsenhalter verbaut sein, sodass die Kombination ein Objektiv bildet. Ein derartiges Objektiv kann ebenfalls die Optik bilden.
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Darüber hinaus wird eine Kamera, insbesondere Fahrzeug-Kamera, beansprucht, umfassend ein dieser Erfindung zu Grunde liegendes Kameramodul und einen Sensorträger, auf welchem ein Bildsensor angeordnet ist.
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Der Sensorträger muss hierbei nicht direkt am Kameragehäuse angebracht sein, sondern kann auch indirekt über ein weiteres Gehäuseteil oder sonstige Befestigungsmittel angebracht sein.
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Figurenliste
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- 1 zeigt ein Kameragehäuse bei unterschiedlichen Temperaturen im Querschnitt.
- 2 zeigt eine Kamera im Querschnitt.
- 3 zeigt zwei Kunststoffteile bei unterschiedlichen Temperaturen.
- 4 zeigt ein weiteres Kameragehäuse.
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Ausführungsbeispiele
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In 1 ist ein Kameragehäuse 101 mit aufgenommener Optik 106 und einem Innenraum 104 bei unterschiedlichen Temperaturen abgebildet. Das Kameragehäuse 101 weist eine zylindrische Aufnahme 102 und eine Ausgleichsgeometrie 103 auf, wobei sich die zylindrische Aufnahme 102 in Richtung des Innenraums 104 des Kameragehäuses 101 hin öffnet. Die Optik 106 ist mittels eine Klebstoffverbindung 107 an der zylindrischen Aufnahme 102 befestigt. In diesem Ausführungsbeispiel sind Schnittabbildungen des Kameragehäuses dargestellt, in welchen erkennbar ist, dass die Geometrie der zylindrischen Aufnahme 102 nahezu der Ausgleichsgeometrie 103 entspricht, jedoch gedreht um 180°.
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Sowohl die Aufnahme 102 als auch die Ausgleichsgeometrie 103 weisen in Fig. la einen Winkel von etwa 90° zu den angrenzenden Gehäusebereichen auf. Dies entspricht der Ausrichtung bei Raumtemperatur. In 1b ist die Verformung des Kameragehäuses 101 bei einer Erhöhung der Temperatur über der Raumtemperatur dargestellt. Aufgrund der Materialwahl des Kameragehäuses 101 verändern sich die Winkel zwischen der zylindrischen Aufnahme 102 und dem angrenzenden Gehäusebereich. Zudem verändert sich der Winkel zwischen der Ausgleichsgeometrie 103 und dem an die Ausgleichsgeometrie angrenzenden Gehäusebereich (in Richtung der zylindrischen Aufnahme 102). Die in 1b eingezeichneten Pfeile symbolisieren hierbei die sich verändernden Winkel.
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In 3 ist beispielhaft dargestellt, wie die Veränderung der Winkel in Fig. 1b bei einer Temperaturveränderung zustande kommt. Die in 3 eingezeichneten Geometrien 301 sind, wie auch das Kameragehäuse, aus Kunststoff und mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt. Aufgrund des Fließwegverlaufs des Kunststoffs beim Spritzgießen kommt es zu einer inhomogenen Ausrichtung von Kunststoffmolekülen. Diese Inhomogenität im Material hat zur Folge, dass sie unterschiedliche Bereiche unterschiedliche stark bei Temperaturänderungen Verformen. Dies hat bei der in 3 dargestellten Geometrie 301 zur Folge, dass sich bei Raumtemperatur herrschende Winkel 302 (3a) bei einer Temperaturerhöhung, welche in 3b darstellt ist, vergrößern und sich folglich größere Winkel 303 in der Geometrie ausbilden.
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Der gleiche Effekt kann auch bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel beobachtet werden. Der an der zylindrischen Aufnahme 102 vorliegende Winkel bei Raumtemperatur (Fig. la) vergrößert sich bei steigender Temperatur ( 1b). Hierdurch entstehen Spannungen in einem Zwischenbereich 105 des Kameragehäuses 101 zwischen Ausgleichsgeometrie 103 und zylindrischer Ausformung 102. Durch die temperaturabhängige Verformung der Ausgleichsgeometrie 103, sprich der Winkelvergrößerung bei steigender Temperatur, werden ebenfalls Spannungen in dem Zwischenbereich 105 verursacht. Aufgrund der sehr ähnlichen aber gedrehten Geometrie der Ausgleichsgeometrie 103 weisen die verursachten Spannungen ein im Vergleich zu den von der Ausformung 102 verursachten Spannungen umgekehrtes Vorzeichen auf, sodass sich die Spannungen entgegenwirken. Je nach Ausbildung der Ausgleichsgeometrie 103 und der zylindrischen Ausformung 102 können sich die Spannungen auch nahezu kompensieren, sodass der Zwischenbereich auch bei einer Temperaturerhöhung nahezu spannungsfrei bleibt.
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Durch die Verformungen der zylindrischen Ausformung 102 und der Ausgleichsgeometrie 103 kommt es zu einer Veränderung der Position der aufgenommenen Optik 106. Diese bewegt sich bei steigender Temperatur in Richtung des Innenraums 104. Ist das Kameragehäuse 101 weitestgehend symmetrisch, erfolgt eine Verschiebung der Optik 106 entlang einer optischen Achse der Optik 106 und es ergeben sich keine in Bezug zur optischen Achse radialen Verschiebungen.
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In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, in welchem das in 1 dargestellte Kameragehäuse 101 zu einer Fahrzeug-Kamera verbaut wurde.
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Hierfür wurde das Kameragehäuse 101 mittels einer Klebstoffverbindung 207 auf einer Leiterplatte 202 befestigt, auf welcher wiederum ein Bildsensor 201 angebracht ist. Die Optik 106 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Weitwinkelobjektiv. Um den Anforderungen an die Bildqualität zu genügen, darf der Abstand zwischen Bildsensor 201 und Optik 106 nur minimal variieren. In diesem Ausführungsbeispiel maximal um +- 50 um.
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Da nahezu alle Komponenten der Kamera temperaturbedingte Formveränderungen aufweisen, die eine Abstandsvergrößerung zwischen Optik 106 und Bildsensor 201 bewirken, ist ein Ausgleich dieser ungewünschten Abstandsvergrößerung notwendig. Zur Abstandsvergrößerung tragen unter anderem eine Temperaturausdehnung des Kameragehäuses 101, eine Feuchteaufnahme des Kameragehäuses 101, eine Temperaturausdehnung und Feuchteaufnahme der Optik 106 und eine Temperaturausdehnung und Feuchteaufnahme der Klebstoffverbindungen 107, 207 bei.
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Um dieser Abstandsvergrößerung aktiv entgegenzuwirken kommen die im Kameragehäuse 101 integrierte zylindrische Aufnahme 102 und die Ausgleichsgeometrie 103 zum Einsatz, welche in Kombination eine Abstandsverkleinerung zwischen Optik 106 und Bildsensor 201 bei einer Temperaturerhöhung bewirken. Hierdurch können die ungewollten Abstandsvergrößerungen zumindest teilweise kompensiert werden.
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In diesem Ausführungsbeispiel weist die zylindrische Ausformung 102 eine runde Öffnung auf und ist zum Bildsensor 201 ausgerichtet und öffnet sich hin in Richtung des Bildsensors 201. Die Ausgleichsgeometrie 103 ist als eckige aber wellenförmige Geometrie umgesetzt und befindet sich einen äußeren Randbereich des Kameragehäuses 101. Durch diese Geometrie ist das Kameragehäuse 101 in diesem Bereich konstruktiv geschwächt. Die Verformung der zylindrischen Aufnahme 102 ist in diesem Ausführungsbeispiel der dominierende Effekt und sorgt bei Erwärmung für eine Bewegung der Optik 106 in Richtung des Bildsensors. Durch Variation der Ausformung 102 und der Ausgleichsgeometrie 103 kann der Betrag dieser Bewegung / Auslenkung gezielt beeinflusst werden.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Ausgleichsgeometrie durch eine abgerundete Wellenform realisiert.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Ausgleichsgeometrie durch eine Kerbe im Material des Kameragehäuses realisiert. Durch eine gezielte Materialschwächung lassen sich auf diese Weise ebenfalls Spannungen im Kameragehäuse beeinflussen.
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In 4 sind zwei weitere Ausführungsbeispiele von Kameragehäusen dargestellt. In beiden Kameragehäusen ist ein Objektiv 406 mittels einer Klebstoffverbindung 407 befestigt. An beiden Ausführungsbeispielen sind jeweils Ausgleichselemente 401, 403 angebracht, welche bei Temperaturänderungen Spannungen im Kameragehäuse verursachen.
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Im in 4b dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Ausgleichsgeometrie ein Winkelelement 401, welches bewirkt, dass bei einer Temperaturänderung eine Verformung des Kameragehäuses entlang der eingezeichneten Richtungen 405 erfolgt. Bei dem Winkelelement 401 handelt es sich um eine Winkelelement 401 aus Kunststoff, welches nachträglich eingeklebt wurde.
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In dem in 4a dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Winkelgeometrien 401, 402 verbaut, die gemeinschaftlich dazu führen, dass eine Verformung entlang der eingezeichneten Richtung 408 erfolgt. Bei den Winkelgeometrien 401, 402 handelt es sich um Geometrien aus Kunststoff, die beim Spritzgießen des Kameragehäuses erzeugt wurden und einen Teil des Kameragehäuses bilden.
