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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kamera und ein Verfahren zur Herstellung einer Kamera nach den Ansprüchen 1 und 5.
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Kameras werden in den verschiedensten technischen Anwendungen zur optischen Erfassung von Gegenständen eingesetzt. Beispielsweise bei einer Verwendung von Bildverarbeitungssoftware können Kameras technische Prozesse überwachen, d. h. den Aufdruck auf Etiketten erkennen oder Mängel bei der Herstellung von Flaschen optisch erfassen. Die Kameras umfassen ein Gehäuse sowie eine Leiterplatte mit einem Bildsensor. Wenigstens eine Linse an der Kamera bildet ein Objektiv als eine optische Einrichtung und dient dazu, das Auftreffen des Lichts auf den Bildsensor zu richten.
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Damit die optische Einrichtung das Licht gezielt auf den Bildsensor entsprechend ausrichten kann, ist es notwendig, dass der Bildsensor geometrisch zu dem Objektiv bei der Herstellung der Kamera ausgerichtet wird. Die optische Einrichtung ist an einer Öffnung des Gehäuses in einer vorgegebenen Position fixiert. Aus diesem Grund ist es notwendig, zu dieser feststehenden und nicht veränderlichen Position der optischen Einrichtung an dem Gehäuse den Bildsensor mit einer ausreichenden Genauigkeit bei der Herstellung der Kamera auszurichten. Für die Ausrichtung des Bildsensors zu der optischen Einrichtung werden Positionierungselemente eingesetzt. Die Positionierungselemente sind aus Metall aufgrund der notwendigen Steifigkeit und Wärmeleitfähigkeit. An den Seitenwandungen des Bildsensors sind elektrische Kontaktelemente für Testzwecke vorhanden. Ein elektrischer Kontakt zwischen dem Positionierungselement aus elektrisch leitenden Metall und den elektrischen Kontaktelementen an den Seitenwandungen verursacht einen Elektronikausfall des Bildsensors.
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Die
JP 2015 45 711 A offenbart ein Verfahren zur Erzielung einer verbesserten Genauigkeit beim Zusammenbau einer Kamera, bei der ein Bildsensor an einer Platine befestigt ist. Diese Platine weist Aufnahmeöffnungen mit deutlicher Übergröße für darin mit entsprechendem Spiel aufzunehmende, mit einem Flansch versehene, hülsenförmige Positionierungselemente auf. Der Hülseninnendurchmesser der Positionierungselemente ist exakt auf den Außendurchmesser von an der Kamera zur Aufnahme der Platine angeordneten Positionierstiften abgestimmt.
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Die
DE 10 2005 006 753 A1 betrifft ein Verfahren zum Verkleben von mindestens zwei Werkstücken, bei welchem zunächst ein Fixierkleber auf die zu verbindenden Werkstücke aufgetragen wird, dann die zu verbindenden Werkstücke zueinander justiert werden und nach dem Justieren Verbindungsteile an den mit Fixierkleber benetzten Flächen platziert werden, so dass die Verbindungsteile mit mindestens zwei zu verbindenden Werkstücken in Kontakt stehen. Nach dem Aushaerten des Fixierklebers werden die Werkstücke mit einem Klebstoff verklebt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Kamera und ein Verfahren zur Herstellung einer Kamera zur Verfügung zu stellen, bei der der Bildsensor zuverlässig bei einer ausreichenden Genauigkeit und mit geringen Herstellungskosten zu der optischen Einrichtung positioniert bzw. ausgerichtet werden kann, ohne dass die elektrischen Kontaktelemente an den Seitenwandungen des Bildsensors einen elektrischen Kontakt zu dem Positionierungselement aufweisen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 5. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und zweckmässige Weiterbildung angegeben.
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Demnach betrifft die Erfindung eine Kamera, umfassend ein Gehäuse, eine Leiterplatte, einen an der Leiterplatte befestigten Bildsensor, eine optische Einrichtung, ein Positionierungselement zur Ausrichtung des Bildsensors zu der optischen Einrichtung indem der Bildsensor in einer vorgegebenen Position zu dem Positionierungselement ausgerichtet ist, wobei zwischen dem Bildsensor und dem Positionierungselement ein Zwischenraum ausgebildet ist und der Bildsensor mittels Kugeln in dem Zwischenraum aufgrund des Durchmessers der Kugeln in der vorgegebenen Position zu dem Positionierungselement ausgerichtet ist, indem die Kugeln zwischen dem Bildsensor und dem Positionierungselement in dem Zwischenraum angeordnet sind.
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Erfindungsgemäss ist in dem Zwischenraum in Ergänzung zu den Kugeln ein Klebstoff, angeordnet. Ferner sind die Kugeln und der Klebstoff elektrisch isolierend ausgebildet, so dass die elektrischen Kontaktelemente an der wenigstens einen Referenzfläche des Bildsensors elektrisch bezüglich des Positionierungselementes isoliert sind.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist an dem Positionierungselement wenigstens eine Positionierungsfläche ausgebildet zur mittelbaren Auflage des Bildsensors und wenigstens eine Referenzfläche des Bildsensors auf der wenigstens einen Positionierungsfläche mittelbar aufliegt indem die Kugeln auf der wenigstens einen Positionierungsfläche und der wenigstens einen Referenzfläche aufliegen, so dass der Bildsensor in der vorgegebenen Position zu dem Positionierungselement ausgerichtet ist und zwischen der wenigstens einen Positionierungsfläche und der wenigstens einen Referenzfläche der Zwischenraum ausgebildet ist.
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In einer ergänzenden Variante sind an dem Positionierungselement zwei Positionierungsflächen ausgebildet und an dem Bildsensor sind zwei Referenzflächen ausgebildet und zwischen den zwei Positionierungsflächen und zwei Referenzflächen ist der Zwischenraum mit den Kugeln in dem Zwischenraum ausgebildet ist.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform umfasst der Bildsensor ein Sensorgehäuse mit Seitenwandungen und einer Bodenwandung, ein lichtdurchlässiges Bauteil, insbesondere eine Glasscheibe, und ein lichtempfindliches Halbleiterbauteil. Das lichtempfindliche Halbleiterbauteil dient zur elektronischen Erfassung des Lichtes.
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In einer weiteren Variante ist die wenigstens einen Referenzfläche an dem Sensorgehäuse ausgebildet.
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Zweckmäßig ist an der wenigstens einen Referenzfläche wenigstens ein elektrisches Kontaktelement ausgebildet. Das wenigstens eine elektrische Kontaktelement dient für Testzwecke.
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In einer weiteren Variante ist das Positionierungselement als ein Positionierungsrahmen mit wenigstens einer Positionierungsfläche ausgebildet. Alternativ hierzu kann das Positionierungselement von einem Teil des Gehäuses der Kamera mit an dem Teil des Gehäuses ausgebildeter wenigstens einer Positionierungsfläche gebildet sein. Das Positionierungselement kann somit von einer beliebigen Komponente der Kamera gebildet sein, beispielsweise dem Positionierungsrahmen oder dem Teil des Gehäuses.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Kamera, insbesondere einer in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Kamera umfasst die folgenden Schritte:
- - zur Verfügung stellen wenigstens eines Gehäuses, einer Leiterplatte, eines Bildsensors, und einer optischen Einrichtung,
- - mechanisches und elektrisches Verbinden des Bildsensors mit der Leiterplatte,
- - Befestigen der optischen Einrichtung an einer Öffnung in dem Gehäuse für die optische Einrichtung,
- - zur Verfügung stellen von einem Positionierungselement zur Ausrichtung des Bildsensors zu der optischen Einrichtung und
- - Ausrichten des Bildsensors zu der optischen Einrichtung indem der Bildsensor in einer vorgegebenen Position zu dem Positionierungselement ausgerichtet wird,
- - Montieren des Gehäuses, der Leiterplatte, des Bildsensors, des Positionierungselementes und der optischen Einrichtung zu der Kamera, wobei der Bildsensor in einer vorgegebenen Position zu dem Positionierungselement ausgerichtet wird indem in einem Zwischenraum zwischen dem Bildsensor und dem Positionierungselement Kugeln mit einem im Wesentlichen identischen Durchmesser angeordnet werden, so dass der Abstand zwischen dem Bildsensor und dem Positionierungselement im Wesentlichen dem Durchmesser der Kugeln entspricht.
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In einer zusätzlichen Variante werden die Kugeln zwischen dem Bildsensor und dem Positionierungselement angeordnet indem eine Mischung aus dem Stoff und den Kugeln auf den Bildsensor und/oder das Positionierungselement aufgebracht wird und anschließend der Abstand zwischen dem Bildsensor und dem Positionierungselement verringert wird bis die Kugeln auf dem Bildsensor und dem Positionierungselement aufliegen.
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Erfindungsgemäss ist der Stoff ein Klebstoff, welcher nach dem Aufliegen der Kugeln auf dem Bildsensor und dem Positionierungselement in dem Zwischenraum erhärtet, so dass der Bildsensor mit dem Positionierungselement stoffschlüssig verbunden wird.
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Ferner wird die Mischung aus dem Stoff und den Kugeln auf der wenigstens einen Referenzfläche des Bildsensors und/oder wenigstens einen Positionierungsfläche des Positionierungselementes aufgebracht, so dass nach dem Ausrichten des Bildsensors zu dem Positionierungselement die Kugeln auf der wenigstens einen Positionierungsfläche des Positionierungselements und auf der wenigstens einen Referenzfläche des Bildsensors aufliegen.
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In einer ergänzenden Ausgestaltung liegen die Kugeln und vorzugsweise die Mischung aus dem Stoff und den Kugeln auf elektrischen Kontaktelementen des Bildsensors auf und aufgrund der elektrisch isolierenden Kugeln und vorzugsweise des elektrisch isolierenden Stoffes werden die elektrischen Kontaktelemente des Bildsensors bezüglich des Positionierungselementes elektrisch isoliert.
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In einer weiteren Ausführungsform wird der Abstand zwischen dem Bildsensor und dem Positionierungselement verringert indem auf den Bildsensor und/oder das Positionierungselement eine Kraft aufgebracht wird, so dass die auf den Bildsensor und/oder das Positionierungselement aufgebrachte Mischung aus dem Stoff und den Kugeln aus dem Zwischenraum heraus gedrückt wird und der Bildsensor und das Positionierungselement mit einer Druckkraft auf den Kugeln aufliegen.
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In einer weiteren Ausgestaltung weisen die Kugeln, insbesondere sämtliche Kugeln oder wenigstens 50%, 70% oder 90% der Kugeln, einen im Wesentlichen identischen Durchmesser auf. Vorzugsweise bedeutet ein im Wesentlichen identischer Durchmesser, dass sich der Durchmesser der Kugeln um weniger als 40%, 30%, 20%, 10%, 5% oder 2% unterscheidet.
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In einer ergänzenden Ausführungsform liegt der Durchmesser der Kugeln zwischen 3 µm und 200 µm, vorzugsweise zwischen 5 µm und 120 µm, insbesondere zwischen 10 µm und 70 µm.
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Vorzugsweise ist das Sensorgehäuse wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus Keramik ausgebildet.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist der Stoff ein Gel und/oder eine plastisch verformbare Masse und vorzugsweise ist der Stoff erhärtbar.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist der Zwischenraum von dem Stoff und den Kugeln vollständig befüllt.
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In einer weiteren Variante umfasst die Isolierschicht und/oder die Mischung aus dem Stoff, insbesondere Klebstoff, und den Kugeln wenigstens 20 Vol-%, 30 Vol.-%, 40 Vol.-% oder 50 Vol.-% Kunststoff und wenigstens 5 Vol-%, 10 Vol.-%, 20 Vol.-% oder 30 Vol.-% Kugeln.
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In einer weiteren Variante umfasst die Isolierschicht und/oder die Mischung aus dem Stoff, insbesondere Klebstoff, und den Kugeln weniger als 90 Vol-%, 80 Vol.-%, 70 Vol.-% oder 60 Vol.-% Kunststoff und weniger als 50 Vol-%, 40 Vol.-%, 30 Vol.-% oder 20 Vol.-% Kugeln.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung sind die Kugeln aus elektrisch isolierendem Glas. Alternativ können die Kugeln aus elektrisch isolierendem Kunststoff ausgebildet sein. Zweckmäßig sind die Kugeln als Glasperlen ausgebildet.
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Vorzugsweise umfasst die Kamera zwei Positionierungsstifte zur Ausrichtung des Bildsensors zu der optischen Einrichtung indem die zwei Positionierungsstifte in einer vorgegebenen Position zu dem Gehäuse ausgerichtet sind, wobei das Positionierungselement in einer vorgegebenen Position zu den zwei Positionierungsstiften ausgerichtet ist und der Bildsensor in der vorgegebenen Position zu dem Positionierungselement ausgerichtet ist.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung liegt das Positionierungselement auf der Leiterplatte, insbesondere einer Vorderseite der Leiterplatte, mittelbar oder unmittelbar auf, insbesondere ist das Positionierungselement mit der Vorderseite der Leiterplatte stoffschlüssig verbunden. Zweckmäßig ist das Positionierungselement mittels Klebstoff mit der Leiterplatte verbunden.
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Zweckmäßig ist die wenigstens eine Referenzfläche als ein Rand des Bildsensors ausgebildet. Vorzugsweise weist der Bildsensor zwei aufeinander senkrecht stehende Referenzflächen auf. In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist die wenigstens eine Referenzfläche als eine ebene Fläche ausgebildet. Vorzugsweise ist die wenigstens eine Referenzfläche des Bildsensors komplementär zu der wenigstens einen Positionierungsfläche an dem Positionierungselement ausgebildet, insbesondere ist die wenigstens eine Referenzfläche eben ausgebildet.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung umfasst das Positionierungselement zwei, vorzugsweise senkrecht aufeinander stehende, ebene Positionierungsflächen.
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In einer ergänzenden Variante ist das Positionierungselement als ein Positionierungsrahmen mit einer Öffnung ausgebildet und die wenigstens eine Positionierungsfläche begrenzt die Öffnung. Zweckmäßig ist der Positionierungsrahmen im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet.
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In einer ergänzenden Ausgestaltung sind die zwei Positionierungsstifte in je einer Positionierungsaussparung, insbesondere Positionierungsbohrung, an dem Positionierungselement angeordnet, so dass das Positionierungselement in einer vorgegebenen Position zu den zwei Positionierungsstiften ausgerichtet ist. Da der Bildsensor in der vorgegebenen Position zu dem Positionierungselement ausgerichtet ist aufgrund des mittelbaren Aufliegens von wenigstens einer Positionierungsfläche mittels der Kugeln auf wenigstens einer Referenzfläche ist damit auch der Bildsensor zu der optischen Einrichtung ausgerichtet, da die Positionierungsstifte entsprechend zu der optischen Einrichtung an dem Gehäuse angeordnet sind.
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In einer ergänzenden Ausgestaltung liegt die Rückseite der Leiterplatte auf je einem Steg auf und die Positionierungsaussparungen sind an dem Positionierungselement, insbesondere im Wesentlichen mittig, zwischen den zwei Stegen ausgebildet. Im Wesentlichen mittig bedeutet vorzugsweise, dass die Positionierungsaussparungen mit einer Abweichung von weniger als 30 %, 20 %, 10 % oder 5 % mittig zwischen den zwei Stegen ausgebildet sind.
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Zweckmäßig ist die Rückseite der Leiterplatte mit wenigstens einem stabförmigen Fixierungselement auf die Stege gedrückt.
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In einer ergänzenden Ausgestaltung fungiert das wenigstens eine stabförmige Fixierungselement zusätzlich als je ein Positionierungsstift. Das wenigstens eine stabförmige Fixierungselement bringt auf das Positionierungselement eine Druckkraft auf und diese Druckkraft wird von dem Positionierungselement auf die Leiterplatte übertragen, sodass dadurch die Rückseite der Leiterplatte auf zwei Stege an dem Gehäuse gedrückt und damit die Rückseite der Leiterplatte kraftschlüssig an den zwei Stegen des Gehäuses befestigt ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung werden zwei Positionierungsstifte zur Ausrichtung des Bildsensors zu der optischen Einrichtung zur Verfügung gestellt und es wird ein Ausrichten des Bildsensors zu der optischen Einrichtung ausgeführt indem die zwei Positionierungsstifte in einer vorgegebenen Position zu dem Gehäuse ausgerichtet werden.
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Zweckmäßig wird das Positionierungselement in einer vorgegebenen Position zu den zwei Positionierungsstiften ausgerichtet.
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In einer ergänzenden Variante wird das Positionierungselement auf der Leiterplatte, insbesondere einer Vorderseite der Leiterplatte, mittelbar oder unmittelbar aufgelegt, insbesondere wird das Positionierungselement mit der Vorderseite der Leiterplatte stoffschlüssig verbunden. Das Positionierungselement, insbesondere der Positionierungsrahmen, ist stoffschlüssig mittels einer Klebeverbindung mit der Vorderseite der Leiterplatte verbunden. Vorzugsweise fungiert der Klebstoff zusätzlich als ein elektrischer Isolator. Während der Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Positionierungselement und der Leiterplatte liegt wenigstens eine Referenzfläche an dem Bildsensor auf wenigstens einer Positionierungsfläche des Positionierungselements mittelbar mittels der Kugeln auf.
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Vorzugsweise wird zuerst der Bildsensor mit der Vorderseite der Leiterplatte elektrisch und mechanisch verbunden und anschließend wird der Bildsensor in der vorgegebenen Position zu dem Positionierungselement ausgerichtet. Die Ausrichtung des Bildsensors zu der optischen Einrichtung erfolgt durch die Ausrichtung des Bildsensors zu dem Positionierungselement.
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In einer ergänzenden Ausgestaltung werden die zwei Positionierungsstifte in je einer Positionierungsaussparung, insbesondere Positionierungsbohrung, an dem Positionierungselement angeordnet, so dass das Positionierungselement in einer vorgegebenen Position zu den zwei Positionierungsstiften ausgerichtet wird.
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In einer zusätzlichen Variante werden die zwei Positionierungsstifte in der vorgegebenen Position zu dem Gehäuse ausgerichtet, indem die zwei Positionierungsstifte in Bohrungen, insbesondere Gewindebohrungen, an dem Gehäuse eingeführt, insbesondere eingeschraubt, werden. Die Geometrie der Bohrungen an dem Gehäuse, der Positionierungsaussparung an dem Positionierungselement und die Geometrie des Positionierungselements mit der wenigstens einen Positionierungsfläche sowie die Geometrie der wenigstens einen Referenzfläche an dem Bildsensor unter Berücksichtigung des Durchmessers der Kugeln sind insgesamt geometrisch so zueinander ausgerichtet, dass nach der Montage der Kamera der Bildsensor in der vorgegebenen Position zu der optischen Einrichtung ausgerichtet ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung sind die Positionierungsaussparungen an dem Positionierungselement als Passbohrungen für die Positionierungsstifte ausgebildet. Die Positionierungsstifte sind damit ohne Spiel in den Passbohrungen angeordnet.
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In einer weiteren Variante wird das Gehäuse mit zwei Ausnehmungen für die zwei Positionierungsstifte zur Verfügung gestellt. Nach der Fixierung der zwei Positionierungsstifte an dem Gehäuse, insbesondere in Gewindebohrungen, in einer vorgegebenen Position relativ zu der optischen Einrichtung werden die zwei Positionierungsstifte in die zwei Positionierungsaussparungen an dem Positionierungselement eingeführt.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung wird, insbesondere nach dem Einführen der Positionierungsstifte in die Positionierungsaussparungen an dem Positionierungselement, die Leiterplatte zusätzlich mit wenigstens einem stabförmigen Fixierungselement, insbesondere einer Halteschraube, kraftschlüssig und/oder formschlüssig zusätzlich an dem Gehäuse fixiert.
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Vorzugsweise sind die zwei Positionierungsstifte formschlüssig und/oder kraftschlüssig in je einer Positionierungsaussparung befestigt und damit zu dem Positionierungselement in der vorgegebenen Position ausgerichtet.
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In einer weiteren Variante ist der wenigstens eine Positionierungsstift in einem mittelbaren mechanischen Kontakt zu dem Gehäuse angeordnet, indem zwischen dem wenigstens einen Positionierungsstift und dem Gehäuse ein Zwischenbauteil angeordnet ist.
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Vorzugsweise ist der Bildsensor ein SMD-Bauteil (surface-mount device) auf der Leiterplatte und dabei mittels SMT (surface-mouting technology) mit der Leiterplatte mechanisch und elektrisch verbunden.
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In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist der Bildsensor an einer Vorderseite der Leiterplatte elektrisch und mechanisch befestigt und vorzugsweise ist das wenigstens eine elektronische Bauteil an einer Rückseite der Leiterplatte elektrisch und mechanisch befestigt.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist das Gehäuse mehrteilig.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die optische Einrichtung mittelbar oder unmittelbar an dem Gehäuse befestigt.
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Vorzugsweise ist das Positionierungselement ein zusätzliches Bauteil in Ergänzung zu der Leiterplatte. Das Positionierungselement und die Leiterplatte sind somit zwei unterschiedliche Bauteile.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die Leiterplatte mit wenigstens einem stabförmigen Fixierungselement, vorzugsweise mehreren stabförmigen Fixierungselementen, an dem Gehäuse, insbesondere kraftschlüssig und/oder formschlüssig, fixiert. Das wenigstens eine stabförmige Fixierungselement drückt die Leiterplatte mittelbar auf das Gehäuse, weil zwischen dem stabförmigen Fixierungselement und der Leiterplatte das Positionierungselement angeordnet ist, insbesondere auf ebene Auflageflächen an zwei Stegen des Gehäuses, auf, so dass die Leiterplatte mit einer Druckkraft auf dem Gehäuse aufliegt zur kraftschlüssigen Befestigung der Leiterplatte an dem Gehäuse.
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In einer weiteren Ausgestaltung entspricht die Breite des Bildsensors im Wesentlichen der Breite der Leiterplatte. Im Wesentlichen bedeutet vorzugsweise, dass die Breite des Bildsensors der Breite der Leiterplatte mit einer Abweichung von weniger als 30%, 20%, 10% oder 5% entspricht.
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Vorzugsweise ist die Breite des Bildsensors kleiner als die Breite der Leiterplatte.
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In einer ergänzenden Ausgestaltung umfasst die Kamera eine optische Einrichtung, insbesondere wenigstens eine Linse und/oder ein Prisma. Mittels der optischen Einrichtung wird das Licht zum Bildsensor gerichtet bzw. ein Bild auf dem Bildsensor abgebildet.
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Vorzugsweise ist die optische Einrichtung mit einer Befestigungseinrichtung an dem Gehäuse befestigt bzw. fixiert.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform ist das lichtempfindliche Halbleiterbauteil ein CMOS-Sensor oder ein CCD-Chip.
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Zweckmäßig bildet die optische Einrichtung ein Objektiv, vorzugsweise umfasst das Objektiv mehrere Linsen.
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In einer weiteren Variante wird als ein stabförmiges Fixierungselement eine Halteschraube, insbesondere ein Gewindestift, betrachtet, welches in einer Richtung in Längsrichtung des stabförmigen Fixierungselementes bewegbar und in unterschiedlichen Längspositionen festsetzbar bzw. fixierbar ist. Das Fixierungselement kann auch einer Rastverbindung in unterschiedlichen Längspositionen festsetzbar sein.
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In einer ergänzenden Ausgestaltung ist an dem Gehäuse wenigstens eine Bohrung, insbesondere eine Gewindebohrung, für das stabförmige Fixierungselement ausgebildet.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Kamera wenigstens eine Zusatzleiterplatte mit elektronischen Bauelementen, vorzugsweise wenigstens zwei Zusatzleiterplatten je mit elektronischen Bauelementen. Die wenigstens eine Zusatzleiterplatte ist vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu der Leiterplatte ausgerichtet. Die wenigstens eine Zusatzleiterplatte ist in Ergänzung zu der Leiterplatte ausgebildet.
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In einer ergänzenden Variante ist das Positionierungselement aus einem elektrisch leitenden Material, vorzugsweise Metall, insbesondere Stahl und/oder Aluminium, ausgebildet.
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Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Kamera in einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 2 einen perspektivische Ansicht von Komponenten der Kamera gemäß 1 ohne Gehäuse;
- 3 eine vergrößerte Teilansicht aus 2;
- 4 eine Explosionsdarstellung der Kamera gemäß 1 ohne einem zweiten Gehäuseteil;
- 5 einen Schnitt eines Bildsensors der Kamera gemäß 1;
- 6 eine perspektivische Ansicht des Bildsensors gemäß 5 und
- 7 eine perspektivische Ansicht eines Teiles des Gehäuses einer Kamera in einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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In der 1 ist perspektivisch eine Kamera 1 mit einem zweiteiligen Gehäuse 2 dargestellt. Die Kamera 1 umfasst einen ersten Gehäuseteil 3 und einen zweiten Gehäuseteil 4. Das erste Gehäuseteil 3 weist eine Öffnung 5 auf. In der Öffnung 5 ist eine optische Einrichtung 7 gebildet von Linsen 8 fixiert, so dass die optische Einrichtung 7 in einer vorgegebenen Position zu dem Gehäuse 2 ausgerichtet ist.
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An einer Vorderseite 14 einer Leiterplatte 13 ist ein Bildsensor 21 als ein SMD-Bauteil vorgesehen. Der Bildsensor 21 ist mechanisch und elektrisch an der Vorderseite 14 der Leiterplatte 13 befestigt. An der Rückseite der Leiterplatte 13 sind eine Anzahl elektronischer Bauelemente 23 als SMD-Bauteile mechanisch und elektrisch befestigt (2).
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Der Bildsensor 21 umfasst ein Sensorgehäuse 32 aus Keramik, ein lichtdurchlässiges Bauteil 35 als eine Glasscheibe 36 und ein lichtempfindliches Halbleiterbauteil 37 (5). Das Sensorgehäuse 32 umfasst eine im Wesentlichen rechteckförmige, ebene, plattenförmige Bodenwandung 34 und vier Seitenwandungen 33. In das Sensorgehäuse 32 ist eine Verdrahtung 39 als Leiterbahnen 39 integriert, so dass die Verdrahtung 39 an der Außenseite der Bodenwandung 34 elektrische Kontaktelemente 40 bildet. Die an den Außenseiten der Seitenwandungen 33 endenden Verdrahtungen 39 bilden elektrische Kontaktelemente 38. Die elektrischen Kontaktelemente 40 an der Bodenwandung 34 sind in gezielten mechanischen und elektrischen Kontakt mit den Leiterbahnen der Leiterplatte 13 zur elektrischen Verbindung des lichtempfindlichen Halbleiterbauteiles 37 mit den Leiterbahnen der Leiterplatte 13. Die elektrischen Kontaktelemente 38 an den Seitenwandungen 33 dienen zu Testzwecken, insbesondere während der Produktion des Bildsensors 21.
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Die Kamera 1 umfasst außerdem als ein Positionierungselement 9 einen im Wesentlichen rechteckförmigen Positionierungsrahmen 10 (2). Der Positionierungsrahmen 10 weist eine im Wesentlichen rechteckförmige Öffnung 26 zur Einführung des Bildsensors 21 in die Öffnung 26 auf. Die Öffnung 26 ist von vier inneren Rändern des im Wesentlichen rechteckförmigen Positionierungsrahmens 10 begrenzt, wobei zwei dieser inneren Ränder Positionierungsflächen 15 bilden, nämlich eine erste Positionierungsfläche 16 und eine zweite Positionierungsfläche 17. Die beiden Positionierungsflächen 16, 17 stehen senkrecht aufeinander. Gegenüberliegend zu der Ecke, an der die beiden Positionierungsflächen 16, 17 aufeinandertreffen, weist der Positionierungsrahmen 10 eine Orientierungsbohrung 18 (3) auf. Die Orientierungsbohrung 18 dient bei der Montage dazu, dass diese Orientierungsbohrung 18 das obere rechte Ende an der Öffnung 26 markiert.
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Der Bildsensor 21 weist zwei senkrecht aufeinander stehende Referenzflächen 19 an den Außenseiten der Seitenwandungen 33 des Sensorgehäuses 32 auf, jeweils gebildet von einem Rand 20 des im Wesentlichen rechteckförmigen Bildsensors 21. An der Ecke der beiden aufeinandertreffenden Referenzflächen 19 des Bildsensors 21 weist der Bildsensor 21 eine Phase auf, sodass dadurch die beiden Referenzflächen 19 des Bildsensors 21 auf die beiden Positionierungsflächen 16, 17 des Positionierungsrahmens 10 aufgelegt werden können. Die Auflage erfolgt mittelbar mittels einem Gemisch aus Kugeln 28 und einem gelförmigen Stoff 29, der zwischen den Referenzflächen 19 des Bildsensors 21 und den Positionierungsflächen 16, 17 des Positionierungsrahmens 10 vorgesehen ist.
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An der Vorderseite des Positionierungsrahmens 10 sind zwei Positionierungsaussparungen 11 als Positionierungsbohrungen 12 ausgebildet. Die Positionierungsaussparungen 11 dienen zur Ausrichtung und Einführung eines Endes von zwei Positionierungsstiften 6 (4). Die Positionierungsstifte 6 fungieren zusätzlich als stabförmige Fixierungselemente 27.
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Bei der Herstellung der Kamera 1 wird zunächst der Bildsensor 21 mit der Leiterplatte 13 elektrisch und mechanisch an der Leiterplatte 13 befestigt. Drauffolgend wird auf die erste und zweite Referenzfläche 19 des Bildsensors 21, d. h. auf die Außenseiten von zwei Seitenwandungen 33, der gelförmige Stoff 29 als ein Klebstoff 30 mit Kugeln 28 aufgetragen. Die Kugeln 28 sind aus Glas ausgebildet und damit elektrisch isolierend und weisen einen Durchmesser von im Wesentlichen 30 Mikrometer auf. Der Klebstoff 30 ist ein Epoxidharz.
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Anschließend werden die beiden Referenzflächen 19 als Ränder 20 des Bildsensors 21 auf die beiden Positionierungsflächen 16, 17 des Positionierungsrahmens 10 mittelbar aufgelegt.
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Zwischen den zwei Referenzflächen 19 des Bildsensors 21 und den beiden Positionierungsflächen 16, 17 des Positionierungsrahmens 10 bildet sich damit ein Zwischenraum 24 aus, weil die Kugeln 28 auf den beiden Referenzflächen 19 und den beiden Positionierungsflächen 16, 17 aufliegen. Der Klebstoff 30 mit den Kugeln 28 füllt den Zwischenraum 24 vollständig aus. Der Klebstoff 30 mit den Kugeln 28 bildet damit eine elektrische Isolierschicht 31. Der Abstand zwischen den beiden Referenzflächen 19 und den beiden Positionierungsflächen 16, 17, d. h. die Breite des Zwischenraumes 24, entspricht dem Durchmesser der Kugeln 28, nämlich 30 Mikrometer. Der Bildsensor 21 wird somit in einer vorgegebenen Position zu dem Positionierungsrahmen 10 ausgerichtet.
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Vorzugsweise erfolgt mit einer Mischung aus dem Klebstoff 30 mit den Kugeln 28 ein stoffschlüssiges Verbinden der Rückseite des Positionierungsrahmens 10 mit der Vorderseite 14 der Leiterplatte 13. Der Positionierungsrahmen 10 ist, insbesondere vollständig, aus einem elektrisch leitenden Material, nämlich Metall, insbesondere Aluminium oder Stahl, ausgebildet und der Klebstoff 30 mit den Kugeln 28 zur stoffschlüssigen Verbindung des Positionierungsrahmens 10 mit der Vorderseite 14 der Leiterplatte 13 hat zusätzlich eine elektrisch isolierende Funktion.
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Dadurch wird die Funktion der Leiterplatte 13, das heißt von Leiterbahnen (nicht dargestellt) auf der Vorderseite 14 der Leiterplatte 13, von dem Positionierungsrahmen 10 auf der Vorderseite 14 nicht beeinträchtigt.
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Der Klebstoff 30 in dem Zwischenraum 24 ist elektrisch isolierend wie die Kugeln 28, so dass die elektrischen Kontaktelemente 38 an den Seitenwandungen 33 des Sensorgehäuses 32 elektrisch von dem Positionierungsrahmen 10 isoliert sind. Der Klebstoff 30 erhärtet, so dass der Bildsensor 21, d.h. die Seitenwandungen 33, stoffschlüssig mit dem Positionierungsrahmen 10 verbunden wird.
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Darauffolgend wird das in 2 dargestellte Bauteil, umfassend die Leiterplatte 13, den Bildsensor 21 und das Positionierungselement 9, in das erste Gehäuseteil 3 eingeschoben, sodass dadurch eine Rückseite der Leiterplatte 13 auf den zwei Stegen 22 des Gehäuses 2 mit einer geringen Kraft aufliegt. Anschließend werden die beiden Positionierungsstifte 6 als stabförmige Fixierungselemente 27, das heißt Halteschrauben 27, in Gewindebohrungen (nicht dargestellt) an dem Gehäuse 2 eingeschraubt, sodass dadurch ein Ende der zwei Positionierungsstifte 6 in den zwei Positionierungsbohrungen 12 an dem Positionierungsrahmen 10 formschlüssig befestigt wird und der Positionierungsrahmen 10 in einer vorgegebenen Position zu den Positionierungsstiften 6 ausgerichtet wird und ist. Hierzu ist das Bauteil, umfassend die Leiterplatte 13, den Bildsensor 21 und den Positionierungsrahmen 10, entsprechend in vertikaler und/oder horizontaler Richtung zu bewegen. Die Breite des Bauteils ist kleiner als die Breite des Innenraumes des Gehäuses 2 vor den zwei Stegen 22, so dass das auf den zwei Stegen 22 aufliegende Bauteil auch in horizontaler Richtung bzw. in Richtung der Breite der Leiterplatte 13 bewegt werden kann zur Einführung der Positionierungsstifte 6 in die Positionierungsaussparungen 11. Darauffolgend werden die Positionierungsstifte 6 weiter in das Gehäuse 2 eingeschraubt, sodass dadurch das Ende der Positionierungsstifte 6 in den Positionierungsbohrungen 12 eine größere Kraft aufbringt und die Leiterplatte 13 mit einer größeren Kraft mit der Rückseite auf die zwei Stege 22 aufgedrückt wird. Dadurch ist die Rückseite der Leiterplatte 13 kraftschlüssig an den beiden Stegen 22 des Gehäuses 2 unbewegbar bzw. feststehend fixiert. Die zwei Positionierungsstifte 6 fungieren damit zusätzlich als Halteschrauben und bilden damit stabförmige Fixierungselemente 27 zur kraftschlüssigen Befestigung der Rückseite der Leiterplatte 13 an den beiden Stegen 22 des Gehäuses 2.
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In 7 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Kamera 1 dargestellt. Ein Teil 41 des Gehäuses 2 weist eine im Wesentlichen rechteckförmige Aussparung 42 auf. An dieser Aussparung 42 sind die erste Positionierungsfläche 16 und die zweite Positionierungsfläche 17 ausgebildet. Der Klebstoff 30 mit den Kugeln 28 wird auf die beiden Positionierungsflächen 16, 17 aufgetragen und anschließend wird das Bauteil mit dem Bildsensor 21 und der Leiterplatte 13 in die Aussparung 42 eingeführt. Darauffolgend wird das in der Aussparung 42 befindliche Bauteil dahingehend bewegt, so dass die beiden Referenzflächen 19 an den Seitenwandungen 33 des Bildsensors 21 zu den beiden Positionierungsflächen 16, 17 bewegt werden. Der Abstand zwischen den beiden Referenzflächen 19 an den Seitenwandungen 33 des Bildsensors 21 zu den beiden Positionierungsflächen 16, 17 verringert sich damit und die Breite des Zwischenraumes 24 wird verkleinert bis die Breite des Zwischenraumes 24 und damit der Abstand zwischen den beiden Referenzflächen 19 an den Seitenwandungen 33 des Bildsensors 21 zu den beiden Positionierungsflächen 16, 17 dem Durchmesser der Kugeln 28 in dem Klebstoff 30 entspricht. Der überschüssige Klebstoff 30 wird während dieser Bewegung aus dem Zwischenraum 24 heraus gepresst. Damit ist der Bildsensor 21 zu dem Teil 41 des Gehäuses 2 der Kamera 1 ausgerichtet. Das Teil 41 bildet damit ein Positionierungselement 9 zur Ausrichtung des Bildsensors 21 zu der optischen Einrichtung 7. Das Teil 41 ist hierzu entsprechend an dem übrigen Gehäuse 2 (nicht in 7 dargestellt) ausgerichtet befestigt. Die Isolierschicht 31 aus dem erhärteten Klebstoff 30 mit den Kugeln 28 isoliert die elektrischen Kontaktelemente 38 an den Seitenwandungen 33 und damit den Referenzflächen 19 des Bildsensors 21 von dem Teil 41 des Gehäuses 2 aus elektrisch leitenden Metall.
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Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Kamera 1 und dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Kamera 1 wesentliche Vorteile verbunden. Die elektrischen Kontaktelemente 38 an den Seitenwandungen 33 des Bildsensors 21 dienen für Testzwecke. Für die Ausrichtung des Bildsensors 21 zu der optischen Einrichtung 7 ist es notwendig, die Referenzflächen 19 des Bildsensors 21 auf Positionierungsflächen 16, 17 eines Positionierungselementes 9 aufzulegen. Die Mischung aus dem Klebstoff 30 und den Kugeln 28 in dem Zwischenraum 24 zwischen dem Bildsensor 21 und Positionierungselement 9 ermöglicht einerseits eine genaue Ausrichtung des Bildsensors 21 zu dem Positionierungselement 9 und anderseits die elektrische Isolierung der elektrischen Kontaktelemente 38 zu dem Positionierungselement 9. Damit kann das Positionierungselement 9 aus elektrisch leitenden Material, beispielsweise Metall, ausgebildet werden ohne dass die Funktionsfähigkeit des Bildsensors 21 beschränkt oder gestört ist durch eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Positionierungselement 9 und den elektrischen Kontaktelementen 38. Positionierungselemente 9 aus Metall haben den Vorteil einer hohen Steifigkeit sowie Wärmeleitfähigkeit zur Ableitung von Wärme von dem Bildsensor 21 nach außen.
