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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kameramodul für ein Kraftfahrzeug umfassend eine Linse, ein Objektivbarrel über welches die Linse gehalten ist und ein Heizelement, welches an der Linse anliegt, und über welches die Linse erwärmbar ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Kameraanordnung, welche ein solches Kameramodul umfasst.
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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.
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Um die Informationen des Fahrzeugumfelds zu erfassen, muss die Linse der Kamera den Umgebungseinflüssen ausgesetzt werden. Dadurch kann bei nassem Wetter die Linse ebenfalls nass werden. Im Winter ist es ebenso möglich, dass die Linse aufgrund der niedrigen Temperaturen eine Eisschicht aufweist. Wenn die Linse nass ist oder eine Eisschicht aufweist, kann ein Bildsensor keine oder lediglich schlechte Signale erhalten. Um die Feuchtigkeit oder die Eisschicht von der Linse zu entfernen ist oftmals eine Linsenheizung vorgesehen, mit welcher die Linse aufgeheizt werden kann. Dadurch kann die Feuchtigkeit auf der Linse verdunstet und die Eisschicht entfernt werden. Der Bildsensor kann somit auch bei einem solchen Wetter auswertbare Signale erhalten.
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Stand der Technik
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Die
WO 2019/095488 A1 offenbart ein Kameramodul mit einer Heizfunktion. Das Kameramodul umfasst ein Objektivbarrel, ein erstes Objektiv an einem vorderen Ende des Objektivbarrels und ein Heizmittel, das das erste Objektiv erwärmen kann. Durch die Bereitstellung der Heizmittel kann die freiliegende erste Linse erwärmt werden, so dass bei Kälte, Feuchtigkeit und anderen Wetterbedingungen das Kameramodul einsatzbereit bleibt.
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Aus dem nachveröffentlichten Stand der Technik
DE 10 2019 207 691 A1 ist eine Dichtungsanordnung zur statischen Abdichtung einer vereisungsgefährdeten optischen Bauteilkomponente bekannt. Die Dichtungsanordnung wird dabei selbst als Wärmequelle genutzt, um die vereisungsgefährdete optische Bauteilkomponente, wie beispielsweise eine Linse, aufzuheizen.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe liegt darin, ein Kameramodul anzugeben, welches sich unter den Einsatzbedingungen des Kameramoduls durch eine bessere Bildqualität auszeichnet.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe wird durch ein Kameramodul für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. In Anspruch 10 ist eine Kameraanordnung mit einem erfindungsgemäßen Kameramodul angegeben.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das Objektivbarrel aus einem Metallmaterial ausgebildet ist und zwischen dem Heizelement und dem Objektivbarrel ein Isolationsmittel angeordnet ist, über welches das Heizelement zu dem Objektivbarrel isoliert ist.
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Das aus Metall ausgebildete Objektivbarrel hat dabei den Vorteil, dass dieses präziser als ein Spritzgussmaterial gefertigt werden kann. Dadurch können die Fertigungstoleranzen eines solchen Objektivbarrels verkleinert werden. Bei einer anschließenden Ausrichtung der Linse zu dem Bildsensor kann somit ein besseres Bild erzielt werden. Dadurch ist auch die Herstellung vereinfacht und das Kameramodul kann somit wirtschaftlicher hergestellt werden.
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Im Vergleich zu einem Kunststoffmaterial sind bei einem Metallmaterial die thermischen Ausdehnungen geringer, so dass der kalibrierte Abstand der Linse zu dem Bildsensor über den Einsatztemperaturbereich im Wesentlichen gleich bleibt. Auch dadurch kann dauerhaft eine bessere Bildqualität erreicht werden.
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Zusätzlich zu den vorgenannten Eigenschaften weist das Kameramodul ebenfalls ein Heizelement auf, so dass auch bei unterschiedlichen Witterungsbedingungen ein gutes Bild erzeugt werden kann. Durch das Isolationsmittel kann das Heizelement sowohl elektrisch als auch thermisch gegen das aus Metall ausgebildete Objektivbarrel isoliert werden. Dadurch treten trotz der Verwendung eines Heizelementes mit einem aus Metall ausgebildeten Objektivbarrels, keine thermischen oder elektrischen Probleme auf. Zusätzlich zu den elektrisch und thermisch isolierenden Eigenschaften, weist das Isolationsmittel auch noch eine Dichtwirkung auf, so dass ein Innenraum gegen Wasser oder Salz geschützt ist, wodurch die Bildqualität auch über die Lebensdauer erhalten bleibt.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Isolationsmittel durch die Linse gebildet, welche einen Bereich aufweist, der zwischen dem Objektivbarrel und dem Heizelement angeordnet ist. Die Linse ist dementsprechend zwischen dem Objektivbarrel und dem Heizelement angeordnet. Es wird somit zuerst die Linse aufgeheizt. Die Linse weist dadurch die elektrische und thermische Isolationswirkung auf. Dies hat den Vorteil, dass kein weiteres Material zu Isolation vorgesehen werden muss.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung weist das Isolationsmittel eine Folie, einen Kleber, ein Klebeband oder einen Lack auf und ist zwischen Objektivbarrel und Heizelement angeordnet. Dies Mittel sind einfach und zielgenau aufbringbar. Dadurch können die gewünschten Bereiche isoliert werden. Das Isolationsmittel kann dabei sowohl selber auf das Heizelement, als auch auf entsprechend Bereiche an dem Objektivbarrel oder auf beide aufgebracht werden.
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Vorzugsweise ist das Objektivbarrel aus einem Aluminiummaterial ausgebildet. Aluminiummaterial hat den Vorteil, dass es im Vergleich zu anderen Metallen leicht ist und trotzdem eine ausreichende Festigkeit aufweist. Dadurch kann das Gewicht des Kameramoduls, trotz des Einsatzes eines Metallmaterials, niedrig gehalten werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Isolationsmittel eine Eloxalschicht auf, welche wenigstens im Bereich zwischen Objektivbarrel und dem Heizelement, auf dem Objektivbarrel ausgebildet ist. Durch die Ausbildung des Objektivbarrels aus Aluminium kann durch ein Eloxalverfahren eine Eloxalschicht auf das Aluminium aufgebracht werden. Diese Eloxalschicht ist elektrisch nicht leitend, so dass das Heizelement elektrisch gegen das Objektivbarrel isoliert ist. Durch das Eloxieren wird mit einfachen wirtschaftlichen Mitteln eine isolierende Schicht aufgebracht.
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Das Eloxieren hat zusätzlich den Vorteil, dass keine weiteren Bauteile benötigt werden, um eine elektrische Isolierung herzustellen, so dass die Anzahl an benötigten Bauteilen reduziert werden kann.
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Vorteilhafterweise weist das Isolationsmittel ein Spritzgussteil auf, welches an das Heizelement angespritzt ist. Das Spritzgussteil hat den Vorteil, dass dieses einfach in einer beliebigen Form ausgebildet werden kann. Zudem sind Kunststoff günstig und können wirtschaftlich verarbeitet werden. Ein Kunststoffmaterial hat auch ein geringes Gewicht, so dass das Gesamtgewicht eines solchen Kameramoduls nicht wesentlich erhöht wird. Bei Kunststoffen gibt es zudem eine große Auswahl, so dass ein Kunststoff gewählt werden kann, welcher gute Isolationseigenschaften aufweist.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung weist das angespritzte Isolationsmittel wenigstens eine Dichtlippe auf, mit welcher ein Innenraum des Objektivbarrels zu einer Außenseite des Kameramoduls abgedichtet ist. Die Dichtlippe ist dabei bevorzugt als Wulst ausgebildet. Dadurch kann, zusätzlich zu der Isolationswirkung, eine Dichtwirkung erzielt werden, so dass ein notwendige Dichtung, wie beispielsweise ein O-Ring, entfallen kann. Dadurch wird die notwendige Anzahl an Bauteilen reduziert. Zudem ist eine solche Dichtlippe einfach im Wege des Spritzgießens ausbildbar.
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Bevorzugt ist die wenigstens eine Dichtlippe radial und/oder axial an dem Heizelement angeordnet. Die Radialrichtung und die Axialrichtung ist dabei bezogen auf eine optische Achse des Kameramoduls. Durch die in radialer Richtung ausgerichtete Dichtlippe wird ein Innenraum vor einem Eindringen von Feuchtigkeit, Schmutz oder Salz geschützt. Die in axialer Richtung ausgerichtete Dichtlippe hat den Vorteil, dass die Dichtlippe bei der axialen Montage der Linse zusammengepresst werden kann. Dadurch wird Montagespielraum geschaffen, so dass Fertigungstoleranzen besser ausgeglichen werden können und die Schärfe des Kameramoduls einfacher einstellbar ist. Durch eine solche Dichtlippe, welche ebenfalls gegen Feuchtigkeit und Schmutz schützt, kann die Bildqualität des Kameramoduls verbessert werden.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung sind das Heizelement, welches einen leitfähigen Kunststoff umfasst, und das Isolationsmittel als ein zwei Komponenten Spritzgussbauteil ausgebildet. Dementsprechend ist sowohl das Heizelement als auch das Isolationsmittel aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet, welches zusammen in einem zwei Komponenten Spritzgussverfahren ausgebildet werden. In dem zwei Komponenten Spritzgussverfahren wird dabei zuerst ein erstes Bauteil gebildet welches ein erstes Material umfasst. Anschließend daran wird mit einem zweiten Material das zweite Bauteil ausgebildet.
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Beide Bauteile können somit gemeinsam in einem Spritzgussverfahren hergestellt werden. Dadurch können das Heizelement und das Isolationsmittel auf einfache und wirtschaftliche Weise ausgebildet werden. Zudem wird durch das Spritzgussverfahren die Verbindung zwischen Heizelement und Isolationsmittel verbessert.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 Schnittansicht eines Kameramoduls nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2a Ansicht eines Heizelements mit einem Isolationsmittel,
- 2b Ansicht eines Heizelements mit einem weiteren Ausführungsbeispiel des Isolationsmittels, und
- 3 Schnittansicht eines Ausführungsbeispiel einer Linse mit einem Heizelement.
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In 1 ist eine Schnittansicht eines Kameramoduls nach einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Das Kameramodul umfasst dabei eine Linse 14, welche äußeren Umgebungseinflüssen des Kameramoduls ausgesetzt ist. Die Linse 14 ist in einem Objektivbarrel 18 gehalten. Das Objektivbarrel 18 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Aluminiummaterial ausgebildet. Zur axialen Befestigung der Linse 14 ist eine randseitig eine Überwurfmutter 22 angeordnet, welche an der Linse 14 anliegt. Die Überwurfmutter 22 ist über ein Gewinde (nicht gezeigt) mit einem radialen Bereich des Objektivbarrels 18 verbunden.
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Das Objektivbarrel 18 bildet im Befestigungsbereich der Linse 14 eine radiale Erweiterung auf, so dass ein Absatz 26 ausgebildet wird. Zwischen dem Absatz 26 und der Linse 14 ist ein Heizelement 30 angeordnet. Das Heizelement 30 ist in diesem Ausführungsbeispiel ringförmig ausgebildet. Über das Heizelement 30, welches direkt in Kontakt mit der Linse 14 ist, wird die Linse 14 erwärmt, so dass Feuchtigkeit oder Eis auf der Linse 14 entfernt werden kann. Das Heizelement 30 ist dabei aus einem leitfähigen Kunststoff ausgebildet. Um das Heizelement 30 gegen das aus Aluminium ausgebildete Objektivbarrel 18 elektrisch aber auch thermisch zu isolieren, ist zwischen dem Objektivbarrel 18 und dem Heizelement 30 ein Isolationsmittel 34 angeordnet. Das Isolationsmittel 34 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Folie ausgebildet.
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Oberhalb des Heizelementes 30 ist ein O-Ring 38 angeordnet, über welchen ein Innenraum 42 zusätzlich zu dem Isolationsmittel 34 gegen äußere Einflüsse, wie beispielsweise Wasser, Salz etc. abgedichtet ist. Der O-Ring 38 ist dabei zwischen der Linse 14 und dem Objektivbarrel 18 angeordnet.
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2a zeigt eine Ansicht eines Heizelements 30 mit einem Isolationsmittel 34. Dieses Isolationsmittel 34 unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten Isolationsmittel 34 dadurch, dass Isolationsmittel 34 aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet ist, welches an das Heizelement 30 angespritzt wird. Das Heizelement 30 und das Isolationsmittel 34 sind dabei als zwei Komponenten Spritzgussbauteil ausgebildet. Zusätzlich weist das Isolationsmittel 34 oberhalb des Heizelementes 30 eine radial wirkende Dichtlippe 46 auf. In einem eingebauten Zustand ist die Dichtlippe 46 dabei zwischen dem Objektivbarrel 18 und der Linse 14 angeordnet. Dadurch übernimmt die Dichtlippe 46 die gleiche Funktion, wie der in 1 gezeigte O-Ring 38. Dementsprechend kann ein solcher O-Ring 38 entfallen.
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In 2b ist eine Ansicht eines Heizelements 30 mit einem weiteren Ausführungsbeispiel des Isolationsmittels 34 gezeigt. Dieses Isolationsmittel 34 unterscheidet sich von dem in 2a gezeigten Isolationsmittel 34 dadurch, dass eine axial wirkende Dichtlippe 46 unterhalb des Heizelementes 30 angeordnet ist. Diese Dichtlippe 46 liegt dabei gegen in axialer Richtung gegen das Objektivbarrel 18 an. Zusätzlich zu der Dichtfunktion kann über diese Dichtlippe 46, aufgrund der Kompressibilität, eine axiale Montagetoleranz ausgeglichen werden.
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3 zeigt eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiel einer Linse 14 mit einem Heizelement 30. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch, dass das Heizelement 30 nicht direkt an dem Objektivbarrel 18 anliegt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Linse 14 gebildet aus einer Außenlinse 14a und einer Innenlinse 14b, die an einer planen Seite aneinander anliegen. Außenlinse 14a und Innenlinse 14b bilden zusammen eine Aussparung 50 aus, in welcher das Heizelement 30 aufgenommen ist. Das Heizelement 30 muss somit nicht an dem Objektivbarrel 18 anliegen. Das Isolationsmittel 34 wird dementsprechend durch die Linse 14 gebildet. Es ist somit kein weiteres Isolationsmittel 34 notwendig.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2019/095488 A1 [0004]
- DE 102019207691 A1 [0005]
