DE102019213798A1

DE102019213798A1 - Verfahren zum Fügen eines Kameraobjektivs an einem Objektivhalter

Info

Publication number: DE102019213798A1
Application number: DE102019213798.9A
Authority: DE
Inventors: Ahmad Faridian; Andreas Moehrle; Moritz Winkler; Reiner Ramsayer; Nikolai Bauer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-09-11
Filing date: 2019-09-11
Publication date: 2021-03-11
Also published as: US11372315B2; CN112492133A; US20210072621A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen eines Kameraobjektivs (30) an einem Objektivhalter (14). Das Verfahren umfasst dabei die Schritte des Einführens (B) des Kameraobjektives (30) in ein Fügeelement (34) im Bereich des Objektivhalters (14), wobei das Fügeelement (34) mehrere Kontaktelemente (42) aufweist, die von einem Grundkörper (38) aufragen und elastisch an dem Kameraobjektiv (30) anliegen, des Ausrichtens (C) des Kameraobjektives (30) zu einem Bildsensor (22), und des Verschweißens (E) des Fügeelementes (34) mittels eines Lasers, so dass die Lage des Kameraobjektives (30) zum Objektivhalter (14) fixiert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen eines Kameraobjektivs an einem Objektivhalter und ein Fügelement zum Durchführen des Verfahrens. Zusätzlich betrifft die Erfindung eine Kameraobjektivanordnung, welche nach diesem Verfahren hergestellt wurde.
Stand der Technik
Kamerasysteme finden in vielen Bereichen Anwendung. Beispielsweise werden solche Kamerasysteme in Kraftfahrzeugen als optisches Kamerasystem zum Erfassen von Informationen eingesetzt. Dabei erfassen die Kamerasysteme beispielsweise das Fahrzeugumfeld und liefern Informationen für weitere Fahrzeugsysteme.
Bei der Montage von (automotive-) Kameras wird die Ausrichtung des Objektives zum Gehäuse beim active-alignment durchgeführt. Hierbei wird das Objektiv zu einem Referenzpunkt ausgerichtet und damit das projizierte Bild auf dem Bildsensor scharf eingestellt. Um diese Position zu fixieren und auf Dauer zu halten wird in der Regel ein dual-aushärtender Klebstoff genutzt. Dieser wird vor dem active-alignment auf die Klebefläche des Objektivhalters aufgebracht und nach dem Ausrichten mit UV-Licht angeblitzt um eine initiale, partielle Aushärtung zu erfahren und damit die eingestellte Position temporär zu halten. Anschließend wird der Klebstoff mit dem Kameramodul im Ofen ausgehärtet um seine Endfestigkeit zu erhalten.
In der DE 10 2012 223 509 A1 ist ein Imagermodul mit einem Objektiv und einem Sensorträger offenbart, wobei zwischen dem Objektiv und dem Sensorträger eine elastisch verformbare Spanneinrichtung verspannt ist. Die Verspannung ermöglicht eine Fokussierung, eine Zentrierung sowie eine Ausrichtung der Längsachse des Objektivs. Ferner kann das Objektiv mittels der Spanneinrichtung fixiert werden.
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Fügen eines Kameraobjektives an einem Objektivhalter anzugeben, mit welchem beide nach einem Ausrichten einfacher miteinander verbunden werden können und mit welchem die optische Qualität verbessert wird. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Offenbarung der Erfindung
Im Rahmen der Erfindung wurde ein Verfahren zum Fügen eines Kameraobjektes an einem Objektivhalter. Das Verfahren umfasst dabei die Schritte des Einführens des Kameraobjektives in ein Fügeelement im Bereich des Objektivhalters, wobei das Fügeelement mehrere Kontaktelemente aufweist, die von einem Grundkörper aufragen und elastisch an dem Kameraobjektiv anliegen, des Ausrichtens des Kameraobjektives zu einem Bildsensor, und des Verschweißens des Fügeelementes mittels eines Lasers, so dass die Lage des Kameraobjektives zum Objektivhalter fixiert ist.
Das Fügeelement ist dabei vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff z.B. Aluminium - alternativ aber auch Kunststoff ausgebildet, wobei mit diesem ein zum Ausrichten des Kameraobjektives zu dem Bildsensor notwendiger Spalt überbrückt werden kann, so dass auch während des Ausrichtens ein dauerhafter Kontakt zwischen Kontaktelementen des Fügeelementes und dem Kameraobjektiv vorhanden ist. Um dies zu gewährleisen weisen die Kontaktelemente eine flexible und sich anpassende Geometrie auf und sind dementsprechend elastisch angeordnet.
Bei dem Laserschweißen wird das Kameraobjektiv ohne Zusatzwerkstoff, d.h. Zusatzwerkstofffrei, mit dem Objektivhalter verbunden. Bevorzugt sind dabei die zu verschweißenden Bauelemente aus dem gleichen Material ausgebildet. Das Laserschweißen ist dabei einfach und wirtschaftlich durchführbar. Zusätzlich ist im Vergleich zu einem Klebeverfahren kein Zusatzwerkstoff notwendig, so dass die durch den Zusatzwerkstoff vorhandenen Nachteile aufgrund des Temperatur- und Feuchtigkeitseinfluss unterbleiben. Folglich werden auch die davon abhängigen optischen Eigenschaften verbessert.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird vor dem Ausrichten des Kameraobjektives in einem Bereich zwischen Grundkörper und Kontaktelementen Material abgetragen. Das Abtragen wird dabei vorzugsweise mittels eines Lasers durchgeführt. Dabei wird mit dem Laser in diesem Bereich vorzugsweise ein Schlitz eingebracht. Dieser Schlitz ist bevorzugt maximal 50µm tief und breit. Der Bereich zwischen dem Grundkörper und den Kontaktelementen bildet dabei einen Drehpunkt der Kontaktelemente zu dem Grundkörper. Dementsprechend wird dadurch die Elastizität verbessert oder überhaupt erst hergestellt. Dadurch sind die Kontaktelemente während des Ausrichtens beweglich, so dass ein dauerhafter Kontakt zwischen Kontaktelementen und Kameraobjektiv gewährleistet wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung wird das Fügeelement als ein separates Teil vor dem Einführen des Kameraobjektives in den Objektivhalter eingesetzt. Dies hat den Vorteil, dass der Objektivhalter einfacher und unabhängig von dem Fügeelement zu fertigen ist. Ebenso kann eine Objektivhalterung für verschiedene Kameraobjektive verwendet werden. Entsprechend muss lediglich ein dazu passendes Fügeelement verwendet werden. Dadurch wird die Wirtschaftlichkeit eines solchen Fügeverfahrens verbessert.
Vorzugsweise wird der Grundkörper mit dem Objektivhalter verschweißt. Eine Befestigung des Fügeelementes an dem Objektivhalter wird dadurch vereinfacht, so dass das Fügeelement auch wirtschaftlich befestigbar ist. Das Fügeelement kann dabei über 3 Schweißpunkte oder Schweißsegmente aber ebenso auch über eine umlaufende Schweißnaht befestigt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung werden die Kontaktelemente nach dem Ausrichten mit dem Kameraobjektiv in einem Kontaktbereich verschweißt. Dadurch wird das Kameraobjektiv in der ausgerichteten Position an dem Fügeelement befestigt. Ebenso ist gerade in diesem Bereich kein Zusatzmaterial notwendig, um das Kameraobjektiv zu befestigen. Eine solche Befestigung ist dabei einfach und wirtschaftlich herstellbar.
Vorteilhafterweise wird nach dem Ausrichten des Kameraobjektives eine Position der Kontaktelemente zum Grundkörper fixiert. Dadurch wird die Bewegungsmöglichkeit mit welcher die Kontaktelemente an dem Kameraobjektiv anliegen und mit welcher diese dem Kameraobjektiv während des Ausrichtens folgen, in der ausgerichteten Stellung blockiert. Es wird dementsprechend eine Bewegungsmöglichkeit während des Ausrichtens gegeben und anschließend eine ausreichende Steifigkeit gewährleistet, um die geforderte optische Qualität sicherzustellen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird zum Fixieren der Kontaktelemente zu dem Grundkörpers ein Bereich zwischen Kontaktelementen und Grundkörper mit einem Laser aufgeschmolzen. Dazu wird vorzugsweise mit dem Laser eine Schweißtiefe zwischen 10% und 100% der Bauteildicke an der Schweißstelle gewählt. Das Fixieren mittels des Lasers hat zusätzlich den Vorteil, dass dieses einfach durchführbar ist. Darüber hinaus ist dies vorzugsweise in einem selben Arbeitsschritt durchführbar mit welchem die übrigen Laserschweißungen vorgesehen werden. Dadurch ist das Fügeverfahren schnell und damit wirtschaftlich durchführbar.
Die Erfindung gibt zusätzlich ein Fügeelement zum Durchführen des Verfahrens an. Das Fügeelement umfasst dabei einen Grundkörper, von welchem mehrere Kontaktelemente aufragen, wobei die Kontaktelemente einen Innendurchmesser einfassen, welcher kleiner ist als ein Außendurchmesser eines einzusetzenden Kameraobjektivs. Dieser Innendurchmesser ist dementsprechend der Durchmesser in einer entlasteten Position der Kontaktelemente, d.h. bevor das Kameraobjektiv eingesetzt ist. Mit einem solchen Fügeelement wird somit gewährleistet, dass ein zum Schweißen notwendiger Kontakt zwischen Fügeelement und Kameraobjektiv vorliegt. Dementsprechend kann mit einem solchen Fügeelement das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden, so dass die entsprechenden Vorteile erzielt werden.
Darüber hinaus gibt die Erfindung eine Kameraobjektivanordnung an, welche nach dem Verfahren hergestellt ist. Diese Kameraobjektivanordnung umfasst dabei einen Objektivhalter in welchen ein Kameraobjektiv eingeführt ist. Zwischen Kameraobjektiv und Objektivhalter ist ein Fügeelement angeordnet, welches mehrere Kontaktelemente aufweist, die von einem Grundkörper aufragen und an dem Kameraobjektiv anliegen, wobei das Fügeelement Schweißnähte aufweist, mit welchen eine Lage des Kameraobjektives zum Objektivhalter fixiert ist. Eine solche Kameraobjektivanordnung weist dementsprechend keine Zusatzwerkstoffe zum Fixieren des Kameraobjektives auf. Dadurch wird der Temperatur- und Feuchtigkeitseinfluss dieser Zusatzwerkstoffe eliminiert, so dass die optischen Eigenschaften während des Betriebes verbessert werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

1 Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 Objektivhalter vor Einführen des Kameraobjektives,
3 Ausrichten des Kameraobjektives,
4 Teilschnitt durch das Fügeelement und das Kameraobjektiv vor einem Fixieren des Fügeelements,
5 Verschweißtes Fügeelement, und
6 Teilschnitt durch das Fügeelement und das Kameraobjektiv nach einem Fixieren des Fügeelementes.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Der erste Verfahrensschritt A wird dabei in Verbindung mit der 2 erläutert. Die 2 zeigt dabei einen Objektivhalter 14 mit einer runden Aussparung 18 an deren Boden ein Bildsensor 22 platziert ist. In der Aussparung 18 ist ein Dichtring 26 angeordnet, über welchen eine dichtende Verbindung zu einem in die Aussparung anzuordnenden Kameraobjektiv 30 (siehe bspw. 3) herstellbar ist.
An einer Stirnseite des Objektivhalters 14 wurde in einem ersten Schritt A ein separates Fügeelement 34 eingebracht. Das Fügeelement 34 ist in diesem Ausführungsbeispiel gebildet aus einem ringscheibenförmigen Grundkörper 38, welcher drei Kontaktelemente 42 aufweist. Die Kontaktelemente 42 sind dabei stegartig ausgebildet, wobei die Kontaktelemente 42 sich in eine zum Bildsensor 22 entgegengesetzte axiale Richtung vom Grundkörper 38 erstrecken. Ein von den Kontaktelementen 42 umfasster Innendurchmesser d_i ist dabei vor einem Einführen des Kameraobjektives 30 kleiner, als ein Außendurchmesser d_a des Kameraobjektives 30.
Der zweite bis vierte Verfahrensschritt B, C, D wird dabei in Verbindung mit den 3 und 4 erläutert. In dem zweiten Verfahrensschritt B wird dabei das Kameraobjektiv 30 in die Aussparung 18 des Objektivhalters 14 eingebracht. Da der von den Kontaktelementen 42 umfasste Innendurchmesser d_i kleiner ist als der Außendurchmesser d_a des Kameraobjektives 30, liegen die Kontaktelemente 42 elastisch an dem Kameraobjektiv 30 an. Um diese Elastizität zu verbessern wird in einem dritten Verfahrensschritt C in einem Bereich zwischen Grundkörper 38 und Kontaktelementen 42 Material abgetragen, so dass ein Schlitz 46 gebildet wird (siehe 4). Dieser Schlitz 46 hat dabei eine maximale Spaltbreite von 50µm.
Bei dem vierten Verfahrensschritt D wird das Kameraobjektiv 30 in dem Objektivhalter 14 ausgerichtet, so dass eine geforderte Bildqualität erzielt wird. Dabei wird das Kameraobjektiv 30 translatorisch in einer X- und Y-Achse bewegt. Zusätzlich wird das Kameraobjektiv 30 rotatorisch um die X- und Y-Achse ausgerichtet und die Schärfe wird über eine anschließende translatorische Bewegung in Z-Achse eingestellt. Das derart ausgerichtete Kameraobjektiv 30 wird in dieser Position gehalten.
Das derart ausgerichtete Kameraobjektiv 30 wird in einem fünften und letzten Schritt E zum Objekthalter 14 fixiert. Dazu werden die Kontaktelemente 42 in einem Kontaktbereich 50 mit dem Kameraobjektiv 30 mittels eines Lasers verschweißt. Da die Kontaktelemente 42 an dem Kameraobjektiv 30 anliegen, ist dazu kein zusätzliches Schweißmaterial notwendig. Mit dem Laser wird lediglich die Oberfläche im Kontaktbereich 50 aufgeschmolzen, so dass das aufgeschmolzene Material beide Bauteile 42, 30 miteinander verbindet und eine Schweißnaht 54 bildet. Um die Kontaktelemente 42 zu dem Grundkörper 38 zu fixieren, so dass eine elastische Nachgiebigkeit der Kontaktelemente 42 blockiert ist, wird der Schlitz 46 zwischen den Kontaktelementen 42 und dem Grundkörper 38 mit einer weiteren Schweißnaht 54 verschlossen. Abschließend wird der Grundkörper 38 mit einer Schweißnaht 54 mit dem Objekthalter 14 verbunden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012223509 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Fügen eines Kameraobjektivs (30) an einem Objektivhalter (14), wobei das Verfahren die Schritte umfasst: - Einführen (B) des Kameraobjektives (30) in ein Fügeelement (34) im Bereich des Objektivhalters (14), wobei das Fügeelement (34) mehrere Kontaktelemente (42) aufweist, die von einem Grundkörper (38) aufragen und elastisch an dem Kameraobjektiv (30) anliegen, - Ausrichten (C) des Kameraobjektives (30) zu einem Bildsensor (22), und - Verschweißen (E) des Fügeelementes (34) mittels eines Lasers, so dass die Lage des Kameraobjektives (30) zum Objektivhalter (14) fixiert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Ausrichten des Kameraobjektives (14) in einem Bereich zwischen Grundkörper (38) und Kontaktelementen (42) Material abgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügeelement (34) als ein separates Teil vor dem Einführen (B) des Kameraobjektives (30) in den Objektivhalter (14) eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (38) mit dem Objektivhalter (14) verschweißt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (42) nach dem Ausrichten (C) mit dem Kameraobjektiv (30) in einem Kontaktbereich (50) verschweißt werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ausrichten (C) des Kameraobjektives (30) eine Position der Kontaktelemente (42) zum Grundkörper (38) fixiert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Fixieren (E) der Kontaktelemente (42) zu dem Grundkörpers (38) ein Bereich zwischen Kontaktelementen (42) und Grundkörper (38) mit einem Laser aufgeschmolzen wird.
Fügeelement (34) zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend einen Grundkörper (38) von welchem mehrere Kontaktelemente (42) aufragen, wobei die Kontaktelemente (42) einen Innendurchmesser (d_i) einfassen, welcher kleiner ist als ein Außendurchmesser (d_a) eines einzusetzenden Kameraobjektivs (30).
Kameraobjektivanordnung hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend einen Objektivhalter (14) in welchen ein Kameraobjektiv (30) eingeführt ist, wobei zwischen Kameraobjektiv (30) und Objektivhalter (14) ein Fügeelement (34) angeordnet ist, welches mehrere Kontaktelemente (42) aufweist, die von einem Grundkörper (38) aufragen und an dem Kameraobjektiv (30) anliegen, wobei das Fügeelement (34) Schweißnähte (54) aufweist, mit welchen eine Lage des Kameraobjektives (30) zum Objektivhalter (14) fixiert ist.