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Die vorliegende Anmeldung betrifft Kameramodule.
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Allgemeiner Stand
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Kameramodule umfassen typischerweise einen an eine Linse gekoppelten Bildsensor. Ein Kameramodul kann auch die Elektronik umfassen, um Strom an den Bildsensor zu liefern und um Kommunikation von Befehlsparametern und erfassten Daten zu und von dem Bildsensor zu gestatten.
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Die Linse lenkt ein optisches Signal auf den Bildsensor, und der korrekte Ort der Linse relativ zu dem Bildsensor bei der Montage oder dem Herstellen eines Kameramoduls ist für das Funktionieren des Kameramoduls entscheidend.
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Bei einigen Kameramodulen wird eine Linse an den Bildsensor gekoppelt, indem die Linse in einem Linsenhalter befestigt und der Linsenhalter an den Bildsensor gekoppelt wird. Bei der Montage eines derartigen Kameramoduls wird der Bildsensor auf die optische Achse der Linse in dem Linsenhalter ausgerichtet, und nach der Ausrichtung wird der Bildsensor an dem Linsenhalter fixiert.
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Ein Beispiel für eine derartige Kameramodulausbildung ist schematisch in 1 gezeigt. Hier sind drei Lichtstrahlen 1a, 1b und 1c gezeigt, die durch einen Kanal in einer Linsenhalterung 4 hindurchtreten und auf eine Linse 2 auftreffen. Die Linse 2 ist durch Klebstoff 5 an die Linsenhalterung 4 gekoppelt. Die Linse 2 fokussiert die Lichtstrahlen 1a, 1b, 1c auf den lichtempfindlichen Bildsensor 3, der ein Signal von den einfallenden Lichtstrahlen aufzeichnet. Die Lichtstrahlen 1a und 1b werden durch den lichtempfindlichen Bildsensor 3 an den erwarteten Orten 1a', 1b' aufgenommen. Im Gegensatz dazu wird Lichtstrahl 1c von der Oberfläche des lichtempfindlichen Bildsensors 3 mindestens teilweise reflektiert. Der teilweise reflektierte Lichtstrahl 1c wird von der Oberfläche des Klebstoffs 5 reflektiert und trifft an einem unerwarteten Ort 1c' auf den lichtempfindlichen Bildsensor. Das durch den lichtempfindlichen Bildsensor 3 von diesen drei Lichtstrahlen 1a, 1b, 1c aufgezeichnete Signal wird ein Linsenstreulichtartefakt umfassen. 1 ist natürlich nur veranschaulichend, und in der Praxis gibt es zahlreiche Pfade, die Lichtstrahlen aufgrund von Streureflexionen nehmen können.
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DE102017209286B3 lehrt ein Kameramodul zum Montieren hinter einer Windschutzscheibe mit einem großen lichtabsorbierenden Merkmal um eine vordere Eintrittsöffnung herum. Das lichtabsorbierende Material minimiert Reflexionen von dem Kameramodul und führt zu weniger Streureflexionen zwischen dem Kameramodul und der Windschutzscheibe.
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Mei Chao et al. „A New Method of Baffle Design", Procedia Engineering 15 (2011) S. 4516 - 4520 offenbart eine Streulichtblende, die besonders geformt ist, um eine gute Absorption von Streureflexionen bereitzustellen.
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Kurze Darstellung
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Die vorliegende Erfindung wird durch den unabhängigen Anspruch definiert.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können Kameramodule bereitstellen, die zuverlässig sind, artefaktfreie Bilder erzeugen und sich leicht herstellen lassen.
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Die abhängigen Ansprüche liefern weitere optionale Merkmale.
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Figurenliste
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Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 ein Beispiel eines bekannten Kameramoduls;
- 2 einen Querschnitt durch ein Kameramodul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 3a einen Querschnitt durch das Kameramodul von 2, bevor es ausgerichtet und geklebt wird;
- 3b einen Querschnitt durch das Kameramodul von 2, nachdem es ausgerichtet und geklebt ist;
- 4 eine Perspektivansicht einer Bildsensorhalterungskomponente des Kameramoduls von 2; und
- 5 eine Draufsicht auf die Bildsensorhalterung von 4.
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Beschreibung
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Es wird nun auf
2 Bezug genommen, die ein Kameramodul
10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Kameramodul enthält ein Linsensystem
140, das ein Linsenhalterungsgehäuse
141 und eine Linsenhalterung
142 umfasst. Die Linsenhalterung
142 trägt eine Linse
120, die eine optische Achse
100 definiert. Die Linse
120 ist als ein einzelnes Teil dargestellt, es können aber bei anderen Ausführungsformen auch mehrere Teile sein und sie kann eine beliebige Anzahl von optischen Elementen und tragenden Elementen (Blenden, Filter, Polarisierer, Spiegel usw.) umfassen. Das Koppeln und Ausrichten der Linsenhalterung
142 und der Linse
120 sind nicht dargestellt, können aber auf Weisen erzielt werden, die dem Fachmann wohlbekannt sind. Als ein nichtbeschränkendes Beispiel sei ein Stapel von optischen Komponenten betrachtet, die durch ringförmige Abstandshalter getrennt sind, die zwischen Gewinderingen in einer engen Passage in der Linsenhalterung unter Druck gehalten werden, wie etwa die in
WO2017/216385A1 (Ref: SIE
401) beschriebenen Ausbildung. In einigen Fällen können das Linsenhalterungsgehäuse
141 und die Linsenhalterung
142 Teil der gleichen Komponente sein. Alternativ kann es sich, wie in der dargestellten Ausführungsform gezeigt, bei dem Linsenhalterungsgehäuse
141 und der Linsenhalterung
142 um zwei getrennte Teile handeln, die aneinander gekoppelt sind. Die Kopplung braucht nicht permanent zu sein, sie sollte aber ausreichen, dass eine Bewegung des Linsenhalterungsgehäuses
141 eine entsprechende Bewegung der optischen Achse
100 verursacht. Somit ist das Linsensystem
140 nach Montage ein einzelnes Teil und eine Bewegung des Linsenhalterungsgehäuses
141 ist äquivalent zu einer Bewegung der optischen Achse
100.
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Unter Bezugnahme auf 3a stellt das Linsenhalterungsgehäuse 141 einen entsprechenden ringförmigen Rand 143 bereit, der eine entsprechende Ebene definiert. Der entsprechende ringförmige Rand 143 ist ausgebildet zur Ineingriffnahme mit einem entsprechenden ringförmigen Rand 163 an einer Bildsensorhalterung 160, wie unten erläutert. Der entsprechende ringförmige Rand 143 verläuft senkrecht zur optischen Achse 100.
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2 zeigt ebenfalls einen Bildsensor 131 mit einer lichtempfindlichen Oberfläche 132, der in einer Öffnung 167 des Bildsensorhalters 160 angeordnet ist. Die Empfindlichkeit der in der vorliegenden Erfindung verwendeten Kameras ist nicht auf irgendeinen bestimmten Bereich von Wellenlängen beschränkt. Am häufigsten wird er mit Kameras mit Bildsensoren verwendet, die gegenüber sichtbarem Licht empfindlich sind, und mit Linsenbaugruppen, die für sichtbares Licht ausgebildet sind, doch können Ausführungsformen auch Bildsensoren umfassen, die beispielsweise für Infrarotlicht empfindlich sind, wobei die Linsenbaugruppen entsprechend angepasst sind. Ein CCD- oder ein CMOS-Sensor können verwendet werden, aber die Art und die Leistung des verwendeten Sensors ist nicht beschränkt. Der Bildsensor 131 erstreckt sich durch die Bildsensorhalterung 160 und ist durch einen Koppler 170 an die Bildsensorhalterung gekoppelt. Bei einigen Ausführungsformen handelt es sich bei dem Koppler 170 um Befestigungselemente wie etwa Schrauben, die an dem Bildsensor befestigen. Bei anderen Ausführungsformen werden Befestigungselemente Hilfshalterahmen befestigen, die den Bildsensor an einer Position sichern. Dennoch versteht sich, dass alles, was den Bildsensor 131 an der Bildhalterung 160 sichert, als ein geeigneter Koppler 170 verwendet werden kann.
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Unter Bezugnahme auf 4 und 5 umfasst die Bildsensorhalterung 160 einen zylindrischen Außenkörper. Die Bildsensorhalterung 160 umfasst eine Innenzone und zwei benachbarte, aber nicht überlappende ringförmige Zonen. Alle drei Zonen erstrecken sich hinunter zur Basis der Bildsensorhalterung 160 und definieren somit alle eine gemeinsame Basisebene. Die gemeinsame Basisebene verläuft senkrecht zu der Symmetrieachse des zylindrischen Außenkörpers. Die Symmetrieachse des zylindrischen Außenkörpers verläuft parallel und kolinear mit der optischen Achse 100.
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Die erste ringförmige Zone wird durch einen ringförmigen Rand 163 definiert, der auch eine äußere Ebene definiert. Die äußere Ebene verläuft senkrecht zu der Symmetrieachse des zylindrischen Außenkörpers. Der ringförmige Rand 163 erstreckt sich radial von der Kante des Bildsensorhalters 165 bis zum Beginn der zweiten ringförmigen Zone.
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Die zweite ringförmige Zone wird durch eine Streulichtblende 165 definiert. In einigen Fällen kann es sich bei der Streulichtblende um eine Wand oder einen oder mehrere Vorsprünge handeln. Die Streulichtblende erstreckt sich um eine Streulichtblendenhöhe über den ringförmigen Rand 163. Die obere Oberfläche der Streulichtblende definiert eine Streulichtblendenebene. Die Streulichtblendenebene verläuft senkrecht zur Symmetrieachse des zylindrischen Außenkörpers. Bei einigen Ausführungsformen ist die Streulichtblende 165 ein Teil, das die gleiche Streulichtblendenhöhe H um die ganze Bildsensorhalterung 160 herum besitzt. Bei anderen Ausführungsformen jedoch umfasst die Streulichtblende 165 mehrere diskrete Teile, die bevorzugt in einem symmetrischen Muster um die Bildsensorhalterung 160 herum angeordnet sind. Die zweite ringförmige Zone kann auch radial bezüglich Breite und Position variieren. Mit anderen Worten können die radiale Position der zweiten ringförmigen Zone und/oder die radiale Breite der Streulichtblende 165 um die Bildsensorhalterung 160 herum variieren. In der dargestellten Bildsensorhalterung 160 ist die Streulichtblende ein integraler Bestandteil der Bildsensorhalterung. Bei anderen Ausführungsformen kann es sich bei der Streulichtblende 165 um ein separates diskretes Teil handeln.
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Die innere Zone 161 ist als das Innere der zweiten ringförmigen Zone definiert. Die innere Zone 161 definiert eine innere Ebene. Die innere Ebene verläuft senkrecht zur Symmetrieachse des zylindrischen Außenkörpers. Die innere Ebene liegt näher an der Basisebene als die äußere Ebene. Infolgedessen ist die Bildsensorhalterung an der Streulichtblende 165 am dicksten und an der inneren Zone 161 am dünnsten. Die innere Zone 161 besitzt eine Öffnung 167 zum Aufnehmen des Bildsensors 131. Der Bildsensor erstreckt sich durch die Bildsensorhalterung 160, was den Vorteil hat, Zugang zur Basis des Bildsensors 131 zu gestatten. Die Öffnung 167 ist entsprechend dem Bildsensor 131 dimensioniert und geformt. Wie in 5 zu sehen ist, ist die Öffnung ein Rechteck entsprechend einem rechteckigen Bildsensor. Andere Ausführungsformen können einen Hohlraum besitzen, der nur einen Teil des Bildsensors aufnimmt.
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Bei einigen Ausführungsformen kann der Außenkörper der Bildsensorhalterung ein anderes Außenprofil besitzen. In solchen Fällen kann sich die erste ringförmige Zone hinaus zur Kante des anderen Außenprofils erstrecken.
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Der ringförmige Rand 163 der Bildsensorhalterung ist ausgebildet zum Aufnehmen von Klebstoff 150, 2. Der Klebstoff kann entweder eine kontinuierliche Perle um die Bildsensorhalterung herum unter Ausbildung eines Toroids umfassen, d.h. einer „O“-Form; oder er kann eine unvollständige Toroidform umfassen, z.B. eine „C“-Form. Er kann auch als mehrere diskrete Teile, bevorzugt in einem symmetrischen Muster, um den ringförmigen Rand 163 herum ausgebildet sein. Der Klebstoff dient ungeachtet seiner Form dazu, den ringförmigen Rand 163 der Bildsensorhalterung 160 an den entsprechenden ringförmigen Rand 143 des Linsensystems 140 zu koppeln.
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Zur Herstellung oder Installierung eines Kameramoduls sollte die optische Achse 100 korrekt auf den Bildsensor 131 ausgerichtet sein. Da der entsprechende ringförmige Rand 143 und der ringförmige Rand 163 flache, parallele Oberflächen definieren, können die Ränder übereinander gleiten, während sie in Kontakt bleiben. Wenn Klebstoff 150 auf den entsprechenden ringförmigen Rand 143 und/oder den ringförmigen Rand 163 aufgebracht wird und die Rändern gekoppelt werden, kann die relative Positionierung der Ränder verstellt werden, bis der Klebstoff härtet.
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Wie oben beschrieben, ist der Bildsensor 131 relativ zu der Bildsensorhalterung 160 fixiert, und die optische Achse 100 ist relativ zu dem Linsensystem 140 fixiert. Deshalb kann die relative Positionierung des entsprechenden ringförmigen Rands 143 und des ringförmigen Rands 163 auch verwendet werden, um die optische Achse 100' in der Mitte des Bildsensors 131 auszurichten. Effektiv kann auf den entsprechenden ringförmigen Rand 143 und/oder den ringförmigen Rand 163 aufgetragener Klebstoff verwendet werden, um die Ausrichtung des entsprechenden ringförmigen Rands 143 und des ringförmigen Rands 163 festzulegen. Infolgedessen ist es leichter, ausgerichtete Kameramodule herzustellen und bereitzustellen.
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Während jedoch der Klebstoff trocknet, können seine reflektierenden und absorbierenden Eigenschaften nicht gesteuert werden. Aus diesem Grund vermeiden Designer typischerweise, dass sich Klebstoff nahe lichtempfindlichen Sensoren befindet.
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Die vorliegende Erfindung vermeidet die mit Klebstoff assoziierten optischen Probleme durch Anordnen und Auslegen der Streulichtblende 165, um die Sichtbarkeit eines beliebigen Teils des Klebstoffs 150 für die lichtempfindliche Oberfläche 132 des Bildsensors 131 zu blockieren. Um die Wahrscheinlichkeit für Reflexionen zu minimieren, sollte die Streulichtblende 165 Licht absorbieren (d.h. im Wesentlichen alle Lichtwellenlängen absorbieren, für die der Bildsensor empfindlich ist). Bei einigen Ausführungsformen kann die Streulichtblende 165 ein dunkles und/oder raues Material umfassen. Bei einigen Ausführungsformen ist die Bildsensorhalterung 160 aus dem dunklen und/oder rauen Material geformt. Bei anderen Ausführungsformen ist ein Abschnitt der Bildsensorhalterung 160, einschließlich mindestens der Streulichtblende 165, aus dem dunklen und/oder rauen Material geformt. Bei anderen Ausführungsformen ist ein Abschnitt der Streulichtblende 165 aus dem dunklen und/oder rauen Material geformt, und dieser Abschnitt kann in einem separaten Prozess hinzugefügt werden. Beispielsweise kann die Streulichtblende 165 der Bildsensorhalterung 160 mit schwarzer Farbe bestrichen werden.
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Die Streulichtblende 165 verhindert deshalb das Reflektieren von Lichtstrahlen von der lichtempfindlichen Oberfläche 132 des Bildsensor 131 und das Reflektieren von dem Klebstoff 150 und somit, dass in dem durch den Bildsensor erzeugten Bild ein Artefakt verursacht wird.
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Unter Bezugnahme auf 3a und 3b ist in beiden Figuren zu einer vorausgegangenen Zeit das Linsensystem 140 an einer großen Tafel 300 gesichert worden. Folglich ist die optische Achse 100 relativ zu einer großen Tafel 300 fixiert.
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In 3a ist der Bildsensor 131 durch einen Koppler 170 an eine Bildsensorhalterung 160 gekoppelt worden, und die Bildsensorhalterung 160 ist mit Schrauben 201a, 201b an einer Leiterplatte 200 gesichert worden. Die Leiterplatte 200 ist ausgebildet, um Strom zum Ansteuern des Bildsensors 131 zu liefern und die durch den Bildsensor 131 erfassten Bilder an eine andere Komponente zu kommunizieren. Der Ausdruck Sensorsystem 130 wird verwendet, um sich auf das System zu beziehen, das den Bildsensor 131, den Koppler 170, die Bildsensorhalterung 160 und die Leiterplatte 200 umfasst. Aus 3a ist ersichtlich, dass die Linie normal zu der Mitte der lichtempfindlichen Oberfläche 132 des Bildsensors 131, die die optische Bildsensorachse 100' definiert, nicht auf die optische Achse 100 ausgerichtet ist.
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Klebstoff 150 wird dann auf den ringförmigen Rand 143 des Linsensystems 140 und/oder den entsprechenden ringförmigen Rand 163 des Bildsensorsystems 130 aufgetragen. Die optische Bildsensorachse 100' und die optische Achse 100 werden dann ausgerichtet, und der ringförmige Rand 143 und der entsprechende ringförmige Rand 163 werden mit dem Klebstoff 150 gekoppelt. Der Klebstoff 150 härtet dann, um das Linsensystem 140 relativ zu dem Bildsensorsystem 130 festzulegen, wodurch das Kameramodul 10 ausgebildet wird. Dieser ausgerichtete und gekoppelte Zustand des Kameramoduls 10 ist in 3b gezeigt.
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Das Kameramodul 10 wird nun in einer ausgerichteten Position in der großen Tafel 300 installiert. Da Klebstoff 150 verwendet wurde, bestand kein Risiko, dass das Linsensystem 140 und das Bildsensorsystem 130 aus der Ausrichtung heraus gerissen wurden, wenn die beiden Systeme gekoppelt wurden. Aufgrund der Streulichtblende 165 besteht auch kein Risiko, dass der Klebstoff 150 Artefakte generiert. Dem ist so, weil die Streulichtblende 165 dazu dient, eine etwaige Sichtlinie von der lichtempfindlichen Oberfläche 132 des Bildsensors 131 zu der Oberfläche des Klebstoffs 150 zu blockieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017209286 B3 [0006]
- WO 2017/216385 A1 [0012]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Mei Chao et al. „A New Method of Baffle Design“, Procedia Engineering 15 (2011) S. 4516 - 4520 [0007]
