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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kameramodul für Kraftfahrzeuge und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Kameramoduls. Ein solches Kameramodul umfasst dabei ein Objektiv mit wenigstens einer Linse, einen Objektivhalter, über welchen das Objektiv gehalten ist, eine Leiterplatte, welche mit dem Objektivhalter befestigt ist und auf der ein zur Linse korrespondierender Bildsensor angeordnet ist, und einen elektrischen Strompfad, welcher einen elektrischen Verbraucher des Objektivs mit der Leiterplatte elektrisch verbindet, wobei der Strompfad eine Kontaktstelle aufweist, die durch einen mit dem Objektiv verbundenen Objektivkontakt und einen mit der Leiterplatte verbundenen Leiterplattenkontakt gebildet ist.
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Stand der Technik
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In Fahrzeugen werden zunehmend Kameras vor allem für Fahrerassistenzsysteme eingebaut. Solche Kameras werden beispielsweise zur Umfelderfassung eines Fahrzeugs eingesetzt, um Fahrerassistenzfunktionen wie eine Fahrspurerkennung, Objektdetektion, Abstandsermittlung und dergleichen Kamera-basierte Funktionen zu realisieren. Kameras, insbesondere solche für den Einsatz in Fahrerassistenzsystemen bestehen typischerweise aus einem Objektivhalter, an welchem ein Objektiv gehalten ist, dass wenigstens eine Linse aufweist. Zusätzlich weist eine solche Kamera eine Leiterplatte mit einem Bildsensor auf, welche dem Objektiv gegenüberliegt. In der Regel muss das Objektiv bei dem Zusammenbau zu dem Bildsensor fokussiert werden, um ein optimales Bild zu erhalten. In der ausgerichteten Stellung wird das Objektiv an dem Objektivhalter befestigt.
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Vielfach weisen die Kameras im Bereich des Objektives zusätzliche Funktionen auf, wie beispielsweise eine Linsen- oder Objektivheizung, eine Autofokusfunktion, aktive Bildstabilisierung oder variable Blenden. Solche Funktionen benötigen Strom und werden meist mittels einer elektrischen Verbindung zwischen Leiterplatte und Objektiv elektrisch verbunden. Diese elektrisch Verbindung muss dabei eine beim Zusammenbau zwischen Objektiv und Objektivhalterung notwendige Fokussierung zulassen.
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Die
US 2019/0033690 A1 offenbart eine Kameraanordnung, bei welcher eine Linsenheizung bestrombar ist. Dazu ist unter der Linse ein Kontaktelement aus einem dünnwandigen Metallmaterial angeordnet. Dieses Kontaktelement ist derart gebogen, dass sich dieses seitlich am Objektivbarrel zu einer entgegengesetzten Seite der Linse erstreckt von der das Kontaktelement elektrisch kontaktiert ist.
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Das Handling von Steckverbindungen zwischen Objektiv und Leiterplatte ist innerhalb einer Großserienfertigung nicht zielführend zu gestalten, da das Verbinden meist in einem sehr beengten Bauraum nicht (voll-) automatisierbar darstellbar ist. Ebenso ist eine externe Spannungsversorgung per Steckverbinder nicht optimal, da hier ein angepasster Bauraum der Kamera im Fahrzeug vorhanden sein muss. Zusätzlich ist die Kontaktierung eines zusätzlichen Steckverbinders während der Kameramontage im Fahrzeug erforderlich und daher von Nachteil.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es ein Kameramodul anzugeben, bei welchem eine elektrische Verbindung zwischen Leiterplatte und Objektiv angeordnet ist, die ein kraftfreies Ausrichten des Objektives zum Bildsensor gewährleistet und die in einer Serienfertigung automatisiert einsetzbar ist. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Kameramoduls anzugeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe wird ausgehend von einem Kameramodul gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen, sowie einen Verfahren zum Herstellen nach Anspruch 9, gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Strompfad zu der Kontaktstelle wenigstens eine flexible elektrische Verbindung aufweist und der Objektivkontakt und der Leiterplattenkontakt über eine magnetische Verbindung miteinander elektrisch kontaktiert sind.
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Unter einem Strompfad im Sinne der Erfindung ist der gesamte elektrische Verbindungsweg zwischen der Leiterplatte und dem Objektiv zu verstehen. Der Strompfad schließt somit alle Bauteile ein, die die elektrische Verbindung zwischen Objektiv und Leiterplatte herstellen. Dementsprechend ist die Kontaktstelle ein Teil des Strompfades. Die Kontaktstelle ist dabei mit wenigstens einer flexiblen elektrischen Verbindung verbunden. Als flexible Verbindung werden dabei elektrisch leitende Bauteile verstanden, welche nicht starr sind, sondern eine Biegsamkeit und oder Beweglichkeit aufweisen.
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Vorzugsweise wird eine solche flexible Verbindung durch ein Kabel ausgebildet. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung kann die flexible Verbindung durch eine FPC (Flexible Printer Circuit) Element gebildet sein. Durch die flexible Verbindung zur Kontaktstelle wird durch diese Verbindung keine Kraft auf das Objektiv aufgebracht. Das Objektiv kann dadurch ohne Krafteinflüsse der flexiblen Steckverbindung ausgerichtet und fixiert werden. Dadurch wird die ausgerichtete Stellung während der Montage nicht nachträglich verstellt, so dass die Bildqualität verbessert wird.
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Durch die magnetische Verbindung zwischen Objektivkontakt und Leiterplattenkontakt ist es lediglich notwendig, beide Kontakte in eine Nähe zueinander zu bringen. Durch die magnetischen Kräfte ziehen sich die Kontakte gegenseitig an, so dass diese sich automatisch miteinander verbinden. Dadurch entfällt ein in dem beengten Bauraum des Kameramoduls notwendiges manuelles Verbinden der Kontakte. Dementsprechend kann ein solches Verbinden der Kontakte automatisiert in der Serienfertigung hergestellt werden, so dass ein entsprechendes Kameramodul wirtschaftlicher herstellbar ist.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Leiterplattenkontakt auf der Leiterplatte angeordnet und der Objektivkontakt weist eine flexible elektrische Verbindung auf, die mit dem Objektiv elektrisch verbunden ist. Bevorzugt ist der Leiterplattenkontakt fest auf der Leiterplatte angeordnet. Der Leiterplattenkontakt wird dementsprechend ebenso wie die anderen elektronischen Bauteile auf die Leiterplatte aufgebracht. Dadurch kann ein solcher Leiterplattenkontakt einfach angeordnet werden. Zudem wird der Objektivkontakt beim Einführen in den Objektivhalter durch die Schwerkraft ausgerichtet. Zusätzlich ist der Objektivkontakt einfach und automatisch in den Objektivhalter einführ- und positionierbar.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Objektivkontakt an dem Objektiv angeordnet und der Leiterplattenkontakt weist eine flexible elektrische Verbindung auf, die mit der Leiterplatte elektrisch verbunden ist. Bevorzugt ist der Objektivkontakt fest an dem Objektiv angeordnet. Der Objektivkontakt kann dadurch einfach an dem Objektiv angeordnet werden. Zudem ist der Leiterplattenkontakt derart positionierbar, dass beim Einführen des Objektivs in den Objektivhalter, automatisch ein Kontakt, beim Heranführen an den Leiterplattenkontakt, hergestellt wird.
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Vorzugsweise sind für den elektrischen Plus und den Minuspol jeweils ein separates Leiterplattenkontaktelement des Leiterplattenkontakts vorgesehen, welche symmetrisch an dem Objektiv angeordnet sind. Dadurch kann ein Kippmoment an dem Objektiv durch die Anordnung der Leiterplattenkontaktelemente ausgeglichen werden.
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Vorzugsweise weisen der Leiterplattenkontakt und der Objektivkontakt jeweils wenigstens ein magnetisches Element und ein elektrisches Kontaktelement auf. Es sind somit wenigstens zwei Elemente vorhanden. Die magnetischen Eigenschaften und die elektrischen Eigenschaften von den Kontakten können wenn nötig somit durch separate Bauteilelemente abgebildet werden. Dadurch können die Bauteilelemente hinsichtlich der magnetischen Eigenschaften und der elektrischen Eigenschaften unabhängig voneinander ausgewählt werden. Auch können die Bauteilelemente unabhängig voneinander an dem Leiterplattenkontakt, beziehungsweise dem Objektivkontakt angeordnet werden, so dass vielfältige Gestaltungen der Kontaktstelle möglich sind.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung sind der Leiterplattenkontakt und der Objektivkontakt jeweils durch ein elektrische Kontaktelement gebildet, welches zusätzlich magnetische Eigenschaften aufweist. Das elektrische Kontaktelement weist somit elektrische als auch magnetische Eigenschaften auf. Es ist somit lediglich ein einziges Bauteilelement notwendig. Dadurch entfällt ein separates magnetisches Bauteilelement, so dass der entsprechende Platz an der Kontaktstelle reduziert werden kann.
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Vorteilhafterweise ist die Kontaktstelle innerhalb des durch den Objektivhalter, das Objektiv und die Leiterplatte ausgebildeten Raumes angeordnet. Nach einem Zusammenbau ist die Kontaktstelle somit nicht von außen erreichbar. Dadurch ist die Kontaktstelle vor äußeren Einflüssen, wie beispielsweise Feuchtigkeit, geschützt, so dass die Lebensdauer einer solchen Kontaktstelle erhöht wird. Zusätzlich muss auch kein separater Platz für die Kontaktstelle in dem Fahrzeug vorgesehen werden, so dass das Kameramodul platzsparender und einfacher integrierbar ist.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung weisen der Objektivkontakt und der Leiterplattenkontakt jeweils zwei verschiedene magnetische Pole auf, über die der Objektivkontakt und der Leiterplattenkontakt zueinander ausrichtbar sind. Mit anderen Worten weist jeder Kontakt einen magnetischen Nord- und einen magnetischen Südpol auf. Durch diese unterschiedliche Polung werden die Kontakte derart zueinander ausgerichtet, so dass auch die elektrisch Polung übereinstimmt. Dadurch kann auch sichergestellt werden, dass der elektrische Verbraucher mit der korrekten elektrischen Polung betrieben wird.
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Die Aufgabe der Erfindung wird zusätzlich durch ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Kameramoduls gelöst. Das Verfahren umfasst dabei die Schritte des Aufbringens einer Klebestelle zwischen Objektiv und Objektivhalter, des Einführens des Objektivs in den Objektivhalter derart, dass der Leiterplattenkontakt und der Objektivkontakt magnetisch in Kontakt kommen, und des Ausrichtens des Objektivs zum Bildsensor, und des Verfestigens der Klebestelle.
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Durch dieses Verfahren werden der Leiterplattenkontakt und der Objektivkontakt mit dem Einführen des Objektivs automatisch verbunden. Dadurch entfällt ein umständliches und kostenintensives manuelles Verbinden der Kontakte. Das Verfahren kann damit automatisiert durchgeführt werden. Das Verfahren ist damit einfacher und wirtschaftlicher durchführbar.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung wird der Leiterplattenkontakt vor dem Einführen des Objektivs in einem Einführbereich des Objektivhalters angeordnet. Der Leiterplattenkontakt kann dadurch beim Einführen direkt mit dem Objektivkontakt am Objektiv verbunden werden.
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Die Erfindung gibt zusätzlich eine Kameraanordnung an, welche ein solches Kameramodul umfasst. Mit einer solchen Kameraanordnung können die zuvor genannten Vorteile erzielt werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kameramoduls vor dem elektrischen Verbinden,
- 2 Schnittansicht des Ausführungsbeispiels nach 1 nach dem elektrischen Verbinden,
- 3 Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kameramoduls vor dem elektrischen Verbinden,
- 4 Querschnittansicht des Ausführungsbeispiels nach 3 im Bereich der Kontaktstelle,
- 5 Schnittansicht des Ausführungsbeispiels nach 3 nach dem elektrischen Verbinden,
- 6 Querschnittansicht des Ausführungsbeispiels nach 5 im Bereich der Kontaktstelle, und
- 7 Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen eines Kameramoduls.
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In 1 ist eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kameramoduls 10 vor dem elektrischen Verbinden gezeigt. Das Kameramodul 10 weist ein Objektiv 14 auf, welches wenigstens eine Linse 18 aufnimmt. Das Objektiv 14 ist in einem zusammengesetzten Stellung über einen Objektivhalter 22 gehalten. An einer zum Objektivhalter 22 entgegengesetzten Seite ist eine Leiterplatte 26 angeordnet, die über Schrauben 30 an dem Objektivhalter 22 befestigt ist. Auf dieser Leiterplatte 26 ist mittig ein Bildsensor 34 positioniert, der die über das Objektiv 14 fokussierten Bildinformationen detektiert.
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Zwischen dem Objektiv 14 und dem Objektivhalter 22 ist eine Klebestelle 38 angeordnet, über welche das Objektiv 14 in einer ausgerichteten Stellung zu dem Bildsensor 34 am Objektivhalter 22 befestigt ist. Zwischen Objektiv 14 und der Leiterplatte 26 ist ein Strompfad 42 angeordnet, über welchen ein Verbraucher, wie beispielsweise eine Linsenheizung, bestrombar ist. Der Strompfad 42 weist dabei eine Kontaktstelle 50 auf, welche über einen mit der Leiterplatte 26 elektrisch verbundenen Leiterplattenkontakt 54 und einen mit dem Objektiv 14 elektrisch verbundenen Objektivkontakt 58 gebildet ist.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist der Leiterplattenkontakt 54 direkt auf der Leiterplatte 26 angeordnet. Dementsprechend ist der Objektivkontakt 58 über eine flexible elektrische Verbindung 62 in Form eines flexiblen Kabels, mit dem Objektiv 14 verbunden. Beim Einführen des Objektivs 14 in den Objektivhalter 22 wird der Objektivkontakt 58 in einen durch das Objektiv 14, den Objektivhalter 22 und die Leiterplatte 26 begrenzten Raum 66 eingeführt.
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2 zeigt eine Schnittansicht des Ausführungsbeispiels nach 1 nach dem elektrischen Verbinden. In dieser Figur ist das Objektiv 14 bereits ausgerichtet und über die Klebestelle 38 mit dem Objektivhalter 22 verbunden. Zusätzlich ist der Objektivkontakt 58 mit dem Leiterplattenkontakt 54 elektrisch verbunden. Der Leiterplattenkontakt 54 und der Objektivkontakt 58 sind dazu magnetisch ausgebildet, so dass sich beide Kontakte 54, 58 mit dem Einführen des Objektives 14 automatisch miteinander verbinden. Ein manuelles Verbinden, welches aufgrund des engen Bauraums innerhalb des Objektivhalters 22 schwierig durchführbar ist, entfällt dadurch.
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Durch die flexible elektrische Verbindung 62 zum Objektiv 14, kann das Objektiv 14 zum Bildsensor 34 ausgerichtet werden, ohne das eine Kraft durch die elektrische Verbindung 62 auf das Objektiv 14 ausgeübt wird. Dadurch kann das Objektiv genauer ausgerichtet werden, so dass eine verbesserte Bildqualität erzielt wird.
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Eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kameramoduls 10 vor dem elektrischen Verbinden ist in 3 gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vorherigen Ausführungsbeispiel dadurch, dass der Objektivkontakt 58 direkt an dem Objektiv 14 befestigt ist. Der Leiterplattenkontakt 54 ist dahingegen über die flexible elektrische Verbindung 62 mit der Leiterplatte 26 verbunden. Vor dem Einführen ist der Leiterplattenkontakt 54 in einem Einführbereich des Objektivhalters 22 angeordnet. Dazu ist an einem radial inneren Bereich des Objektivhalters 22 eine Aussparung 70 ausgebildet, in die der Leiterplattenkontakt 54 vor dem Einführen angeordnet ist.
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Eine Querschnittansicht des Ausführungsbeispiels nach 3 im Bereich der Kontaktstelle 50 ist in 4 gezeigt. In dieser Figur ist zu sehen, dass der Leiterplattenkontakt 54 durch zwei separate Leiterplattenkontaktelemente 54a, 54b gebildet ist. Die beiden separaten Leiterplattenkontaktelemente 54a, 54b bilden dabei den Plus- und den Minuspol der elektrischen Verbindung. Ebenso ist der Objektivkontakt 58 durch zwei separate, den Leiterplattenkontaktelementen 54a, 54b gegenüberliegenden, Objektivkontaktelemente 58a, 58b gebildet. Jedes Leiterplattenkontaktelementes 54a, 54b und jedes Objektivkontaktelement 58a, 58b ist dabei aus einem elektrischen Kontaktelement 74 und einem magnetischen Element 78 gebildet, an welchem das elektrische Kontaktelement 74 angeordnet ist. Die Leiterplattenkontaktelemente 54a, 54b und die Objektivkontaktelemente 58a, 58b sind in diesem Ausführungsbeispiel ringsegmentförmig ausgebildet.
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5 zeigt eine Schnittansicht des Ausführungsbeispiels nach 3 nach dem elektrischen Verbinden. In diesem Zustand sind liegen die Leiterplattenkontaktelemente 54a, 54b magnetisch an den Objektivkontaktelementen 58a, 58b an, so dass das Objektiv 14 bestrombar ist. Durch die flexible elektrische Verbindung 62 ist auch in diesem Ausführungsbeispiel eine Ausrichtung des Objektives 14 möglich, ohne dass eine Kraft auf das Objektiv 14 aufgebracht wird, so dass die Bildqualität eines solchen Kameramoduls verbessert ist.
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In 6 ist eine Querschnittansicht des Ausführungsbeispiels nach 5 im Bereich der Kontaktstelle 50 gezeigt. In dieser Figur ist zu sehen, dass die Leiterplattenkontaktelemente 54a, 54b und die Objektivkontaktelemente 58a, 58b lediglich an den elektrischen Kontaktelementen 74 aneinander anliegen, so dass eine elektrische Verbindung ermöglicht wird.
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7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen des Kameramoduls. Dieses Verfahren zeigt dabei die Herstellung des Kameramoduls 10 nach den 3 bis 6. Dazu wird in einem ersten Schritt A die Leiterplattenkontaktelemente 54a, 54b des Leiterplattenkontakts 54 in der Aussparung 70 am Einführbereich des Objektivhalters 22 positioniert. In einem zweiten Schritt B wird die Klebestelle 38 zwischen Objektivhalter 22 und Objektiv 14 ausgebildet. Anschließend daran wird das Objektiv 14 in einem dritten Schritt C in den Objektivhalter 22 eingeführt. Beim Einführen des Objektivs 14 werden die Leiterplattenkontaktelemente 54a, 54b automatisch durch die magnetische Kraft aus der Aussparung 70 heraus an die Objektivkontaktelemente 58a, 58b herangezogen. Dadurch entfällt ein manuelles Verbinden des Leiterplattenkontakts 54 und des Objektivkontakts 58.
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Anschließend wird in einem vierten Schritt D das Objektiv 14 zum Bildsensor 34 ausgerichtet. In einem darauffolgenden fünften Schritt E wird die Klebestelle 38 beispielsweise über UV-Licht vorverfestigt und anschließend daran in einem Ofen endverfestigt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2019/0033690 A1 [0004]
