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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kameramoduls mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kameramodul mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 6. Das Kameramodul ist vorzugsweise nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden.
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Stand der Technik
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Kameramodule der eingangs genannten Art werden in einer Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen eingesetzt. Beispielsweise können sie zur Umfeldüberwachung in stationären oder mobilen Sicherheitssystemen, beispielsweise in videobasierten Fahrerassistenzsystemen von Fahrzeugen, eingesetzt werden. Darüber hinaus können derartige Kameramodule in den unterschiedlichsten Konsumerprodukten zum Einsatz gelangen, beispielsweise in mobilen Endgeräten, wie beispielsweise Smartphones oder Tablets. Der Trend geht dabei zu möglichst einfach aufgebauten, kleinvolumigen Modulen.
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Wesentliche Bestandteile eines Kameramoduls der eingangs genannten Art sind ein Bildsensor und ein Objektiv mit mindestens einer Linse. Der Bildsensor ist in der Regel auf einem Träger angeordnet und zum Schutz vor äußeren Einwirkungen von einem Gehäuse umgeben. Bevor das Objektiv mit dem Träger oder Gehäuse verbunden werden kann, muss es in Bezug auf den Bildsensor aktiv ausgerichtet werden. Zur anschließenden Verbindung des Objektivs mit dem Träger oder Gehäuse werden in der Regel Klebe- oder Schweißverfahren eingesetzt, da hierüber zugleich die erforderliche Dichtheit herstellbar ist. Klebeverbindungen weisen jedoch mehrere Nachteile auf. Zu diesen gehört, dass die üblichen Klebstoffe durch Feuchtequellung und/oder Alterung ihre Materialeigenschaften ändern, so dass - je nach Umgebungsbedingung - eine über die Lebensdauer stabile Fokuslage des Objektivs kaum zu erreichen ist. Als nachteilig erweist sich zudem der üblicherweise hohe thermische Ausdehnungskoeffizient von Klebstoffen. Eine Schweißverbindung ist daher in der Regel einer Klebeverbindung vorzuziehen.
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Aus der
US 2019/005278 A2 ist beispielsweise ein Kameramodul mit einem Objektiv, einem Linsenhalter, einem Bildsensor und einer gedruckten Leiterplatte bekannt. Bei der Montage des Kameramoduls werden das Objektiv und der Linsenhalter zueinander ausgerichtet und anschließend mit Hilfe von Schweißpunkten dauerhaft fixiert. Die Schweißpunkte werden mit Hilfe eines Lasers ausgeführt. Ferner wird vorgeschlagen, dass zwischen dem Objektiv und dem Linsenhalter ein Dichtelement angeordnet wird.
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Die Herstellung einer Schweißverbindung setzt keine oder nur geringe Spaltmaße zwischen den Fügepartnern voraus. Bei einer mehrachsigen Ausrichtung des Objektivs in Bezug auf den Bildsensor sind geringe Spaltmaße jedoch nicht immer realisierbar.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine mehrachsige Ausrichtung des Objektivs eines Kameramoduls in Bezug auf einen Bildsensor und eine robuste Verbindung des Objektivs mit einem Träger des Bildsensors oder einem den Bildsensor aufnehmenden Gehäuse zu ermöglichen, so dass eine über die Lebensdauer stabile Fokuslage des Objektivs gewährleistet ist.
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Zur Lösung der Aufgabe werden das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie das Kameramodul mit den Merkmalen des Anspruchs 6 angegeben. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zur Herstellung eines Kameramoduls wird ein Objektiv in Bezug auf einen Bildsensor ausgerichtet und anschließend durch Verbinden mit einem den Bildsensor aufnehmenden Träger oder mit einem den Bildsensor umgebenden Gehäuse lagefixiert. Erfindungsgemäß wird das Objektiv mittelbar über mindestens zwei Zylinderstifte mit dem Träger oder mit dem Gehäuse verbunden. Die Zylinderstifte werden dabei jeweils seitlich an das Objektiv angelegt und einerseits mit dem Objektiv, andererseits mit dem Träger bzw. mit dem Gehäuse verschweißt.
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Mit Hilfe der seitlich anliegenden Zylinderstifte können selbst große Spalte zwischen dem Objektiv und dem Träger bzw. zwischen dem Objektiv und dem Gehäuse überbrückt werden. Somit kann unabhängig vom jeweiligen Spaltmaß eine Schweißverbindung zwischen dem Objektiv und dem Träger bzw. zwischen dem Objektiv und dem Gehäuse realisiert werden. Das Objektiv kann - ohne Rücksicht auf das verbleibende Spaltmaß - mehrachsig ausgerichtet werden. Ferner erhält man mit der Schweißverbindung eine im Vergleich zu einer Klebeverbindung dauerhaft robuste Verbindung, so dass eine über die Lebensdauer stabile Fokuslage des Objektivs sichergestellt ist.
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Soweit vorliegend von einem Kameramodul die Rede ist, umfasst dieser Begriff auch ein Imagermodul mit einem Linsenhalter. Der Linsenhalter stellt in diesem Fall das Gehäuse dar, mit dem es das Objektiv zu verbinden gilt. Unter einem Gehäuse wird daher auch ein Linsenhalter verstanden.
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Der Träger, auf dem der Bildsensor angeordnet ist, ist vorzugsweise fest mit dem Gehäuse bzw. dem Linsenhalter verbunden, beispielsweise verschraubt, verklebt, verlötet oder verschweißt. Bei dem Träger kann es sich insbesondere um eine Leiterplatte handeln.
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Vorteilhafterweise sind die jeweiligen Fügepartner (Objektiv/Träger oder Objektiv/Gehäuse) und die Zylinderstifte jeweils aus dem gleichen Material gefertigt. Dadurch ist sichergestellt, dass sie miteinander verschweißbar sind. Bei dem Material kann es sich insbesondere um ein metallisches Material, beispielsweise um Aluminium, handeln. Sofern ein metallisches Material verwendet wird, können auch Runddrahtstücke als Zylinderstifte eingesetzt werden.
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Bevorzugt werden die Zylinderstifte jeweils der Länge nach auf eine ebene Anlagefläche des Trägers oder des Gehäuses aufgelegt und im Bereich eines im Wesentlichen linienförmigen Kontaktbereichs mit dem Träger bzw. mit dem Gehäuse zumindest punktuell verschweißt. Die Zylinderstifte sind demnach parallel zur jeweiligen Anlagefläche des Trägers bzw. des Gehäuses ausgerichtet. Dadurch ergibt sich der linienförmige Kontaktbereich über die Länge eines Zylinderstifts mit der Anlagefläche. Bei der ebenen Anlagefläche kann es sich beispielsweise um die dem Objektiv zugewandte Oberfläche des Trägers oder des Gehäuses handeln. Ferner kann die Anlagefläche an einem Kragen oder Ansatz des Gehäuses ausgebildet sein. Der Kragen kann beispielsweise eine Öffnung umschließen, in die das Objektiv unter Ausbildung eines Radialspalts eingreift. Die Schweißverbindung kann punktuell oder zumindest bereichsweise entlang des linienförmigen Kontaktbereichs hergestellt werden. Ferner kann sie sich über den gesamten linienförmigen Kontaktbereich erstrecken. Die erforderliche Schweißnaht kann zwischen den Zylinderstiften und der jeweiligen Anlagefläche angeordnet werden. Alternativ kann die Schweißnaht in einem sich parallel zum linienförmigen Kontaktbereich erstreckenden Zwickelbereich zwischen den Zylinderstiften und der jeweiligen Anlagefläche angeordnet werden. Denkbar ist auch eine Schweißverbindung im Bereich der Stirnflächen der Zylinderstifte.
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Des Weiteren bevorzugt werden die Zylinderstifte jeweils an eine ebene Anlagefläche, beispielsweise an eine außenumfangseitige Abflachung, des Objektivs angelegt und im Bereich eines im Wesentlichen linienförmigen Kontaktbereichs mit dem Objektiv zumindest punktuell verschweißt. Die Zylinderstifte sind somit ebenfalls parallel zur jeweiligen Anlagefläche am Objektiv ausgerichtet. Dadurch ergibt sich auch hier ein linienförmiger Kontaktbereich. Da das Objektiv üblicherweise eine Zylinderform aufweist, kann eine ebene Anlagefläche durch eine außenumfangseitige Abflachung geschaffen werden. Die Anzahl der Abflachungen entspricht dabei bevorzugt der Anzahl der Zylinderstifte. Des Weiteren bevorzugt sind die Abflachungen im gleichen Winkelabstand zueinander angeordnet, so dass auch die Zylinderstifte über den Außenumfang des Objektivs gleichmäßig verteilt angeordnet werden können. Das Objektiv kann dann in gleichmäßigen Abständen am Träger bzw.am Gehäuse fixiert werden. Hinsichtlich der konkreten Ausbildung und Anordnung der Schweißverbindung der Zylinderstifte mit dem Objektiv gilt das im vorhergehenden Absatz Gesagte entsprechend, so dass hierauf verwiesen wird.
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Vorteilhafterweise werden die Zylinderstifte die Zylinderstifte während des Verschweißens jeweils mit Hilfe einer von außen aufgebrachten Haltekraft in Richtung der Anlageflächen gedrückt. Dadurch ist die Anlage der Zylinderstifte am Objektiv sichergestellt, so dass es zur Ausbildung des linienförmigen Kontaktbereichs kommt. Bei zwei Zylinderstiften werden diese bevorzugt auf sich diametral gegenüberliegenden Seiten des Objektivs angeordnet, so dass die auf die Haltestifte aufgebrachte Haltekraft sich gegenseitig aufhebt. Bei mehr als zwei Zylinderstiften, sind diese bevorzugt in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet, so dass sich auch in diesem Fall die jeweils von außen aufgebrachten Haltekräfte gegenseitig aufheben. Dadurch ist sichergestellt, dass das Objektiv durch die Haltekraft nicht aus seiner Fokuslage gebracht wird.
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Ferner bevorzugt wird ein Dichtelement, vorzugsweise ein Dichtring, zwischen dem Objektiv und dem Träger oder zwischen dem Objektiv und dem Gehäuse angeordnet. Das Dichtelement verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit und/oder Schmutzpartikeln und schützt somit den im Gehäuse aufgenommenen Bildsensor.
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Das darüber hinaus zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe vorgeschlagene Kameramodul umfasst ein Objektiv und einen Bildsensor, der auf einem Träger angeordnet und von einem Gehäuse umgeben ist. Erfindungsgemäß ist das Objektiv mittelbar über mindestens zwei Zylinderstifte mit dem Träger oder mit dem Gehäuse verbunden, wobei jeder Zylinderstift einerseits mit dem Objektiv, andererseits mit dem Träger oder mit dem Gehäuse verschweißt ist.
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Mit Hilfe der Zylinderstifte können selbst große Spalte zwischen dem Objektiv und dem jeweiligen Fügepartner überbrückt werden, so dass unabhängig vom jeweiligen Spaltmaß eine Schweißverbindung zwischen den Fügepartnern herstellbar ist. Die Schweißverbindung besitzt den Vorteil, dass sie im Vergleich zu einer Klebeverbindung besonders robust ist. Sie quillt nicht unter Einwirkung von Feuchtigkeit und verändert über die Lebensdauer aufgrund Alterung auch nicht ihre Materialeigenschaften. Eine einmal eingestellte Fokuslage des Objektivs bleibt somit über die Lebensdauer des Kameramoduls erhalten.
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Bevorzugt liegen die Zylinderstifte jeweils auf einer ebenen Anlagefläche des Trägers oder des Gehäuses auf und sind im Bereich eines im Wesentlichen linienförmigen Kontaktbereichs mit dem Träger bzw. mit dem Gehäuse zumindest punktuell verschweißt. Der linienförmige Kontaktbereich eignet ganz besonders gut zur Ausbildung der Schweißverbindung, da in diesem Bereich kein Spalt vorhanden ist oder das Spaltmaß minimal ist.
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Des Weiteren bevorzugt liegen die Zylinderstifte jeweils an einer ebenen Anlagefläche, beispielsweise an einer außenumfangseitigen Abflachung, des Objektivs an und sind im Bereich eines im Wesentlichen linienförmigen Kontaktbereichs mit dem Objektiv zumindest punktuell verschweißt. Auch hier eignet sich der linienförmige Kontaktbereich zwischen den Zylinderstiften und dem Objektiv zur Ausbildung der Schweißverbindung, da das Spaltmaß - sofern überhaupt ein Spalt vorhanden ist - minimal ist.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass ein Dichtelement, vorzugsweise ein Dichtring, zwischen dem Objektiv und dem Träger oder zwischen dem Objektiv und dem Gehäuse angeordnet ist. Das Dichtelement schützt den im Gehäuse aufgenommenen Bildsensor vor Verschmutzungen.
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Das vorgeschlagene erfindungsgemäße Kameramodul ist vorzugsweise nach dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden, da dieses eine einfache und damit kostengünstige Herstellung des Kameramoduls ermöglicht.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen Kameramoduls vor der endgültigen Lagefixierung des Objektivs,
- 2 eine perspektivische Darstellung des Kameramoduls der 1 im Verbindungsbereich des Objektivs mit dem Gehäuse,
- 3 eine weitere perspektivische Darstellung des Kameramoduls der 1 im Verbindungsbereich des Objektivs mit dem Gehäuse,
- 4 einen schematischen Längsschnitt durch das Kameramodul der 1 und
- 5 einen vergrößerten Ausschnitt des Längsschnitts der 4 im Verbindungsbereich des Objektivs mit dem Gehäuse.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Das in den 1 bis 5 dargestellte Kameramodul 1 umfasst ein Objektiv 2 und ein Gehäuse 5, wobei in dem Gehäuse 5 ein Bildsensor 3 aufgenommen ist (siehe 4). Der Bildsensor 3 ist auf einem Träger 4, beispielsweise auf einer Leiterplatte, angeordnet. Der Träger 4 ist am Gehäuse 5 befestigt (in der 4 nicht dargestellt), so dass die Lage des Bildsensors 3 in Bezug auf das Gehäuse 5 definiert ist.
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Wie ferner der 4 zu entnehmen ist, weist das Gehäuse 5 im Bereich des Bildsensors 3 eine Öffnung 12 auf, in die ein Endabschnitt des Objektivs 2 unter Ausbildung eines Radialspalts 13 eingreift. Im Radialspalt 13 ist ein elastisch verformbares Dichtelement 9 unter einer radialen Vorspannung eingebaut, so dass das Gehäuse 5 nach außen abgedichtet und vor dem Eintrag von Schmutzpartikeln geschützt ist. Zwischen einem umlaufenden Flansch 14 des Objektivs 2 und dem Gehäuse 5 ist zudem ein Axialspalt 15 ausgebildet, so dass das Objektiv 2 keinen direkten Kontakt zum Gehäuse 5 hat. Dies schafft Freiheitgrade, welche ein mehrachsiges Ausrichten des Objektivs 2 in Bezug auf den Bildsensor 3 ermöglichen. Um das Objektiv 2 nach dem Ausrichten in einer stabilen Fokuslage zu halten, wird anschließend das Objektiv 2 in Bezug auf das Gehäuse 5 lagefixiert. Die Lagefixierung wird mittelbar über Zylinderstifte 6 bewirkt, die den Axialspalt 15 überbrücken und einerseits mit dem Objektiv 2, andererseits mit dem Gehäuse 5 verschweißt sind.
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Der 1 ist zu entnehmen, dass das Objektiv 2 zur Anlage der Zylinderstifte 6 außenumfangsseitige Abflachungen im Bereich seines Flansches 14 aufweist. Die Abflachungen bilden ebene Anlageflächen 8 aus, über die ein linienförmiger Kontakt mit den anliegenden Zylinderstiften herstellbar ist. In diesem Bereich kann eine Schweißnaht 10 gesetzt werden (siehe 2). Eine entsprechende Schweißnaht 10 kann im Bereich eines ebenfalls linienförmigen Kontaktbereichs zwischen den Zylinderstiften 6 und einer ebenen Anlagefläche 7 des Gehäuses 5 angeordnet werden (siehe 3). Die Anlagefläche 7 ist an einem Ansatz 11 des Gehäuses 5 ausgebildet, welcher auch die Öffnung 12 ausbildet.
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Während des Setzens der Schweißnähte 10 werden die Zylinderstifte 6 mit einer von außen aufgebrachten Haltekraft FH in Richtung der Anlageflächen 7, 8 gedrückt (siehe 4 und 5). Die Kraftrichtung entspricht in etwa der Winkelhalbierenden des Winkels, der von den Anlageflächen 7, 8 umschlossen wird. Da die Haltekraft FH auf beide Zylinderstifte 6 aufgebracht wird, wird das Objektiv 2 nicht aus seiner Fokuslage gebracht.
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Wie beispielhaft in der 5 dargestellt, können die Schweißnähte 10 auch unmittelbar im jeweils linienförmigen Kontaktbereich der Zylinderstifte 6 mit dem Objektiv 2 und dem Gehäuse 5 gesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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