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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kameramodul für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Fügen eines Kameramoduls gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
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Stand der Technik
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Kamerasysteme finden in vielen Bereichen Anwendung, zum Beispiel in Kraftfahrzeugen als optische Kamerasysteme zum Erfassen von Informationen. Bei der Montage von Kameras, insbesondere für den Einsatz im Automobilbereich, wird eine Ausrichtung eines Kameraobjektivs zu einem Bildsensor durchgeführt. Hierbei kann beispielsweise das Kameraobjektiv zu einem Referenzpunkt ausgerichtet und damit ein projiziertes Bild auf dem Bildsensor scharf eingestellt werden. Eine solche Ausrichtung, sprich Lage, des Kameraobjektivs kann anschließend fixiert werden. Die Fixierung kann beispielsweise mittels eines aushärtbarem Klebstoffs oder mittels Verschweißen unter Zuführung eines Zusatzwerkstoffes durchgeführt werden.
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Die
US 2019/0052782 A1 offenbart ein Kameramodul umfassend einen Objektivtubus, der ein Objektiv umfasst, einen Objektivhalter zum Aufnehmen des Objektivtubus, einen Bildsensor, der unter dem Objektivtubus angeordnet ist, eine Leiterplatte auf dem der Bildsensor montiert und mit dem Objektivtubus verbunden ist; und mindestens einen Schweißpunkt zum gegenseitigen Koppeln des Objektivtubus und des Linsenhalters, während eine optische Achse der Linse und eine optische Achse des Bildsensors ausgerichtet sind, wobei der Objektivtubus ein erstes Schweißteil umfasst, das aus einer äußeren Umfangsfläche des Objektivtubus herausragt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Kameramodul für ein Kraftfahrzeug umfassend einen Bildsensor; ein Objektiv mit einem Objektivtubus und wenigstens einer optischen Linse, wobei der Objektivtubus an einem zum Bildsensor hin ausgerichteten Ende eine ringförmige Verbreiterung aufweist; und einen Objektivhalter aufweisend wenigstens zwei, entlang einer vom Bildsensor zum Objektiv ausgebildeten Richtung aufragende Objektivhalter-Laschen. Hierbei sind das Objektiv und der Objektivhalter an wenigstens zwei Schweißstellen derart miteinander verbunden, dass eine Lage des Objektivs zum Objektivhalter fixiert ist.
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Erfindungsgemäß sind an der Verbreiterung wenigstens zwei radial nach außen stehende Objektiv-Laschen angeordnet. Hierbei ist eine Objektiv-Lasche mit jeweils einer Objektivhalter-Lasche in jeweils einem Überlappungsbereich überlappend angeordnet. Es sind die Schweißstellen in den Überlappungsbereichen angeordnet.
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Die vom Bildsensor zum Objektiv ausgebildete Richtung verläuft hierbei parallel zur optischen Achse des Kameramoduls. Die optische Achse des Kameramoduls wird im Weiteren auch z-Achse genannt. Die Schweißstellen können als Punktschweißungen oder als Segmentschweißungen ausgebildet sein. Die Schweißstellen können Schweißnähte sein.
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Die ringförmige Verbreiterung ist insbesondere kreisringförmig ausgebildet. Die ringförmige Verbreiterung mit den an der Verbreiterung wenigstens zwei radial nach außen stehenden Objektiv-Laschen ist insbesondere zahnradförmig ausgebildet. Hierbei können die ringförmige Verbreiterung als ein hohlzylindrisches Rad ausgebildet und die wenigstens zwei Objektiv-Laschen als wenigstens zwei Zähne ausgebildet aufgefasst werden. Anders ausgedrückt kann die ringförmige Verbreiterung als ein auf ihrem Umfang mit den Objektiv-Laschen verzahntes Zahnrad aufgefasst werden. In einer bevorzugten Ausführungsform weißt das Kameramodul drei radial nach außen stehende Objektiv-Laschen und drei Objektivhalter-Lasche auf. In diesem Fall sind das Objektiv und der Objektivhalter an drei Schweißstellen derart miteinander verbunden, dass eine Lage des Objektivs zum Objektivhalter fixiert ist. Drei solcher Schweißstellen führen zu einer besonders stabilen Fixierung der Lage des Objektivs zum Objektivhalter.
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Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein Kameramodul mit einem verzugsoptimierten Design bereitgestellt wird. Im Vergleich zu einem Kameramodul, bei dem mittels eines aushärtbarem Klebstoff die Lage des Kameraobjektivs zum Bildsensor fixiert ist und bei dem sich eine Klebestelle durch Temperatur, Feuchtigkeit oder Alterung über die Zeit verändern kann, können beim vorliegenden Kameramodul Veränderungen der Fixierung über die Zeit vermieden werden. Hierdurch ist es möglich, die optischen Eigenschaften der Kamera über einen langen Zeitraum konstant zu halten. Die optischen Eigenschaften des Kameramoduls können verbessert werden. Weiterhin kann vermieden werden, die mechanischen und optischen Komponenten beim Fügeverfahren hohen Temperaturen (>100 °C) auszusetzen, wie es bei Klebeverfahren durch ein Aushärten von Klebstoff im Ofen oftmals notwendig ist. Hierdurch kann beispielsweise die Qualität von Beschichtungen von Linsenelementen des Kameraobjektivs besser sichergestellt werden.
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Im Vergleich zu Kameramodulen, bei denen die Lage des Objektivs zum Objektivhalter ebenfalls mittels Schweißstellen fixiert ist, bei denen die Schweißstellen jedoch anders angeordnet sind, kann ein Schweißverzug beim bzw. nach dem Abkühlen der Schweißstellen vermindert bzw. optimiert werden. Beim bzw. nach dem Abkühlen der Schweißstellen kann bei anderen Kameramodul in ein Schrumpfen der beteiligten Materialien auftreten, welches zu Eigenspannungen und Verzug führen kann. Durch die geschickte Anordnung der Schweißstellen des hier beschriebenen Kameramoduls kann dieser wärmeinduzierte Schweißverzug derart optimiert werden, dass ein geringerer Einfluss auf die Lage des Objektivs, bzw. anders gesagt auf die Fokussierung des Objektivs, resultiert. Durch die geschickte Anordnung der Schweißstellen kann insbesondere eine Veränderung der Lage des Objektivs entlang einer Achse, welche parallel zur optischen Achse des Kameramoduls ausgerichtet ist, geringgehalten werden. Somit kann die Lage des Objektivs zum Objektivhalter wesentlich stabiler fixiert werden. Entsprechend kann auch die Lage des Objektivs zum Bildsensor wesentlich stabiler fixiert werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Objektiv-Laschen derart ausgebildet sind, dass sie als Segmente eines ersten Rings um die ringförmige Verbreiterung herum angeordnet sind. Hierbei können die radial nach außen stehenden Objektiv-Laschen derart verstanden werden, dass ein Radius eines Außenrings der ringförmigen Verbreiterung kleiner als ein Radius eines Außenrings der Segmente des ersten Rings ist. Der erste Ring und die ringförmige Verbreiterung sind hierbei insbesondere konzentrisch zueinander angeordnet. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass, wie bereits oben geschrieben, ein Schweißverzug beim bzw. nach dem Abkühlen der Schweißstellen vermindert bzw. optimiert werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Objektivhalter ein ringförmiges Bauteil aufweist; und wobei die Objektivhalter-Laschen derart ausgebildet sind, dass sie als Segmente eines zweiten Rings an dem ringförmigen Bauteil des Objektivhalters entlang der vom Bildsensor zum Objektiv ausgebildeten Richtung aufragend angeordnet sind. Somit ist im Objektivhalter entlang der vom Bildsensor zum Objektiv ausgebildeten Richtung zunächst das ringförmige Bauteil angeordnet und darauf folgend sind auf dem ringförmigen Bauteil die Objektivhalter-Laschen angeordnet. Insbesondere sind ein Radius eines Außenrings des ringförmigen Bauteils und ein Radius eines Außenrings der Segmente des zweiten Rings gleich. Das ringförmige Bauteil des Objektivhalters ist insbesondere dazu ausgebildet, das Objektiv zu halten. Das Objektiv ist insbesondere an dem ringförmigen Bauteil des Objektivhalters angeordnet. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass, wie bereits oben geschrieben, ein Schweißverzug beim bzw. nach dem Abkühlen der Schweißstellen vermindert bzw. optimiert werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass jeweils eine Seitenfläche einer Objektivhalter-Lasche jeweils mit einer Seitenfläche einer Objektiv-Lasche überlappend angeordnet ist. Insbesondere sind ein Radius eines Außenrings der Segmente des ersten Rings und ein Radius des Außenrings der Segmente des zweiten Rings gleich. Hierdurch ist insbesondere eine Seitenfläche einer Objektivhalter-Laschen vollständig von einer Seitenfläche einer Objektiv-Lasche überlappt. Als eine Seitenfläche einer Objektivhalter-Lasche kann hierbei eine Fläche einer Objektivhalter-Lasche verstanden werden, die einer Seitenfläche einer, insbesondere angrenzend angeordneten, Objektiv-Lasche gegenüberliegend angeordnet ist. Eine Objektivhalter-Lasche kann weiterhin eine an das Objektiv, insbesondere an die ringförmige Verbreiterung, angrenzend angeordnete Innenfläche und eine radial außen angeordnete Außenfläche aufweisen. Als eine Seitenfläche einer Objektiv-Lasche kann hierbei eine Fläche einer Objektiv-Lasche verstanden werden, die einer Seitenfläche einer, insbesondere angrenzend angeordneten, Objektivhalter-Lasche gegenüberliegend angeordnet ist. Eine Objektivhalter-Lasche kann weiterhin eine radial außen angeordnete Außenfläche aufweisen.
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Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass jeweils ein Überlappungsbereich zwischen einer Objektivhalter-Lasche und einer Objektiv-Lasche, welche einander gegenüberliegend, radial angeordnet sind, angeordnet ist. Findet beim bzw. nach dem Abkühlen der Schweißstellen, welche in den jeweiligen Überlappungsbereichen angeordnet sind, ein Schweißverzug statt, wirkt dieser größtenteils in radialer Richtung, sprich in einer senkrecht zur z-Achse stehenden x-y-Ebene. Es kann somit gegebenenfalls eine relative Drehbewegung des Objektivs gegenüber dem Objektivhalter in der x-y-Ebene stattfinden. Eine relative Bewegung des Objektivs gegenüber dem Objektivhalter entlang der z-Achse hingegen wird reduziert oder sogar verhindert. Eine besonders stabile Fixierung der Lage des Objektivs zum Objektivhalter wird ermöglicht. Weiterhin wirkt ein eventuell auftretender Schweißverzug rund um das Objektiv in dieselbe Richtung. Hierdurch können auch eigene Spannungen innerhalb der Bauteile des Kameramoduls reduziert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Oberfläche der Objektivhalter-Laschen und/oder eine Oberfläche der Objektiv-Laschen jeweils strukturiert oder geschwärzt ausgebildet ist. Insbesondere ist die Oberfläche der Objektiv-Laschen in räumlicher Nähe zur Seitenfläche und/oder an den Seitenflächen der Objektiv-Laschen strukturiert oder geschwärzt ausgebildet. Insbesondere ist die Oberfläche der Objektivhalter-Laschen in räumlicher Nähe zur Seitenfläche und/oder an den Seitenflächen der Objektivhalter-Laschen strukturiert oder geschwärzt ausgebildet. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass bei einem Schweißvorgang zum Beispiel mittels Laserschweißens eine bessere Einkopplung eines Laserstrahls in die Objektiv-Laschen bzw. Objektivhalter-Laschen gewährleistet werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Objektivhalter-Laschen und/oder die Objektiv-Laschen aus Edelstahl, unlegiertem Stahl, niedriglegiertem Stahl oder Aluminium ausgebildet sind. Als Edelstahl können beispielsweise Chrom-Nickel-Legierungen verwendet werden. Unlegierter Stahl oder niedrig legierter Stahl kann beispielsweise Baustahl sein. Verwendetes Aluminium sollte möglichst einen niedrigen Magnesiumgehalt aufweisen. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass auf eine einfache Art und Weise eine beständige Schweißstelle ausgebildet werden kann. Zusätzlich ergibt sich der Vorteil die Eigenschaften des Kameramoduls (z.B. eine Schärfe von aufgenommenen Bildern), insbesondere unter Einfluss wechselnder Umgebungsbedingungen (z.B. der Temperatur), durch geschickte Materialkombination einzustellen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass entweder die Überlappungsbereiche jeweils als ein Spalt ausgebildet sind. Hierbei sind die Schweißstellen jeweils in den Spalten angeordnet. Oder es ist vorgesehen, dass die Objektivhalter-Laschen und die Objektiv-Laschen im jeweiligen Überlappungsbereich direkt aneinander angrenzen angeordnet sind. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die wenigstens eine optische Linse des Objektivs nur eine geringe Beeinflussung durch die Schweißnähte erfährt. Dies resultiert daraus, dass beim Aufbau des Kameramoduls mittels Laserschweißens durch die primäre Einbringung der Laserenergie in die jeweiligen Überlappungsbereiche ein Wärmeeintrag in das Objektiv reduziert werden kann.
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Die Erfindung geht weiterhin aus von einem Verfahren zum Fügen eines Kameramoduls, wie es oben beschrieben wurde. Das Verfahren umfasst die Schritte des Einführens des Objektivs in den Objektivhalter, derart, dass jeweils eine Objektiv-Lasche mit jeweils einer Objektivhalter-Lasche in jeweils einem Überlappungsbereich überlappt; des Ausrichtens des Objektivs zum Bildsensor; und des Verschweißens des Objektivs und des Objektivhalters an wenigstens zwei Schweißstellen, so das eine Lage des Objektivs zum Objektivhalter fixiert ist. Das Verschweißen kann beispielsweise mittels Laserschweißens durchgeführt werden. Hierbei kann eine Laserenergie in den jeweiligen Überlappungsbereich eingebracht werden.
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Die Erfindung geht weiterhin aus von einem Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, alle Schritte des beschriebenen Verfahrens auszuführen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente. Es zeigen:
- 1: schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Kameramoduls;
- 2: schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Kameramoduls;
- 3: Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Fügen eines Kameramoduls.
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1 zeigt beispielhaft eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Kameramoduls 100. Das Kameramodul 100 weist einen hier nicht gezeigten Bildsensor, ein Objektiv mit einem Objektivtubus 101 und wenigstens einer optischen Linse 104 auf. Der Objektivtubus 101 weist an einem zum Bildsensor hin ausgerichteten Ende die ringförmige Verbreiterung 102 auf. An der Verbreiterung 102 sind im hier gezeigten Beispiel drei radial nach außen stehende Objektiv-Laschen 103-1, 103-2, und 103-3 angeordnet. Das Kameramodul 100 weist weiterhin den Objektivhalter 106 auf. Der Objektivhalter 106 weist im hier gezeigten Beispiel drei, entlang einer vom Bildsensor zum Objektiv ausgebildeten Richtung aufragende Objektivhalter-Laschen 107-1, 107-2 und 107-3 auf. Die vom Bildsensor zum Objektiv ausgebildete Richtung verläuft hierbei parallel zur optischen Achse 105 des Kameramoduls 100. Die optische Achse 105 verläuft parallel zur eingezeichneten z-Achse. Das Objektiv und der Objektivhalter 106 sind an drei Schweißstellen derart miteinander verbunden, dass eine Lage des Objektivs zum Objektivhalter fixiert ist. Wie im Ausführungsbeispiel gezeigt, ist jeweils eine Objektiv-Lasche 103-1, 103-2 und 103-3 mit jeweils einer Objektivhalter-Lasche 107-1, 107-2 und 107-3 in jeweils einem Überlappungsbereich 114-1, 114-2 und 114-3 überlappend angeordnet. Hierbei sind im Beispiel um das Objektiv herum jeweils abwechselnd eine Objektiv-Lasche und eine Objektivhalter-Lasche angeordnet. So folgt im Beispiel im Uhrzeigersinn auf die erste Objektivhalter-Lasche 107-1 die erste Objektiv-Lasche 103-1, darauf folgend zweite Objektivhalter-Lasche 107-2, gefolgt von der zweiten Objektiv-Lasche 103-2 und darauf folgend die dritte Objektivhalter-Lasche 107-3, gefolgt von der dritten Objektiv-Lasche 103-3. Die Schweißstellen sind wiederum in den Überlappungsbereichen 114-1, 114-2 und 114-3 angeordnet. Im vorliegenden Beispiel ist nur die Schweißstelle 112-2 zu sehen.
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Im vorliegenden Beispiel sind die Objektiv-Laschen 103-1, 103-2 und 103-3 derart ausgebildet, dass sie als Segmente eines ersten Rings um die ringförmige Verbreiterung 102 herum angeordnet sind. Weiterhin weist im Beispiel der Objektivhalter 106 ein ringförmiges Bauteil 113 auf. Die Objektivhalter-Laschen 107-1, 107-2 und 107-3 sind hierbei derart ausgebildet, dass sie als Segmente eines zweiten Rings an dem ringförmigen Bauteil 113 des Objektivhalters 106 entlang der vom Bildsensor zum Objektiv ausgebildeten Richtung aufragende angeordnet sind. Somit ist, wie im Beispiel zu sehen, im Objektivhalter entlang der z-Richtung zunächst das ringförmige Bauteil 113 angeordnet und darauf folgend sind auf dem ringförmigen Bauteil 113 die Objektivhalter-Laschen 107-1, 107-2 und 107-3 angeordnet. Das Objektiv ist im gezeigten Beispiel an dem ringförmigen Bauteil 113 angeordnet.
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Der Aufbau des Kameramoduls 100 kann beispielsweise mittels Laserschweißen erfolgen. Beispielhaft ist hierfür in 1 der Laserstrahl 111 gezeigt. Dieser kann zur Ausbildung der Schweißstellen, hier der Schweißstelle 112-2, ausgebildet sein. Findet beim bzw. nach dem Abkühlen der Schweißstellen, welche in den jeweiligen Überlappungsbereichen 114-1, 114-2 und 114-3 angeordnet sind, ein Schweißverzug statt, wirkt dieser größtenteils in einer radialen Richtung 110, sprich in der senkrecht zur z-Achse stehenden x-y-Ebene.
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Bevorzugt ist eine Oberfläche der Objektivhalter-Laschen 107-1, 107-2 und 107-3 und/oder eine Oberfläche der Bär 103-1, 103-2 und 103-3 jeweils strukturiert oder geschwärzt ausgebildet. Die Objektivhalter-Laschen 107-1, 107-2 und 107-3 und/oder die Objektiv-Laschen 103-1, 103-2 und 103-3 können aus Edelstahl, unlegiertem Stahl, niedrig legiertem Stahl oder Aluminium ausgebildet sein.
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2 zeigt das Ausführungsbeispiel des Kameramoduls aus 1 in einer Draufsicht. Es ist deutlich erkennbar, dass jeweils eine Seitenfläche einer Objektivhalter-Lasche 107-1, 107-2 und 107-3 jeweils mit einer Seitenfläche einer Objektiv-Lasche 103-1, 103-2 und 103-3 überlappend angeordnet ist. Beispielhaft sind die Seitenfläche 203-3 der Objektivhalter-Laschen 107-3 und die Seitenfläche 202-3 der Objektiv-Laschen 103-3 in 2 gekennzeichnet. Hierbei sind die Überlappungsbereiche jeweils als ein Spalt ausgebildet. Auch dies ist beispielhaft für den Spalt 201-3 gezeigt. Alternativ können die Objektivhalter-Laschen 107-1, 107-2 und 107-3 und die Objektiv-Laschen 103-1, 103-2 und 103-3 im jeweiligen Überlappungsbereich direkt aneinander angrenzend angeordnet sein.
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Weiterhin ist in 2 erkennbar, dass ein Radius 206 eines Außenrings der ringförmigen Verbreiterung 102 kleiner als ein Radius 207 eines Außenrings der Segmente des ersten Rings, sprich Objektiv-Laschen 103-1, 103-2 und 103-3, ist. Der erste Ring und die ringförmige Verbreiterung 102 sind im Beispiel konzentrisch zueinander angeordnet. Außerdem ist erkennbar, dass ein Radius 209 eines Außenrings des ringförmigen Bauteils 113 und ein Radius 208 eines Außenrings der Segmente des zweiten Rings, sprich der Objektivhalter-Laschen 107-1,107-2 und 107-3, gleich sind. Im gezeigten Beispiel sind außerdem der Radius 207 eines Außenrings der Segmente des ersten Rings und ein Radius 208 des Außenrings der Segmente des zweiten Rings gleich. Dadurch ist jeweils eine Seitenfläche einer Objektivhalter-Lasche vollständig von einer Seitenfläche einer Objektiv-Lasche überlappt.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 300 zum Fügen eines Kameramoduls. Hierbei kann es sich um ein Kameramodul 100 gemäß eines Ausführungsbeispiels aus 1 und 2 handeln. Das Verfahren 300 startet im Schritt 301. Im Schritt 302 wird das Objektiv in den Objektivhalter 106 derart eingeführt, dass jeweils eine Objektiv-Lasche 103-1,103-2,103-3 mit jeweils einer Objektivhalter-Lasche 107-1, 107-2, 107-3 in jemals einem Überlappungsbereich 114-1, 114-2, 114-3 überlappt. Im Schritt 303 kommt es zum Ausrichten des Objektivs zum Bildsensor. Im Schritt 304 werden das Objektiv und der Objektivhalter 106 an wenigstens zwei Schweißstellen 112-1, 112-2 miteinander verschweißt, so das eine Lage des Objektivs zum Objektivhalter 106 fixiert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2019/0052782 A1 [0003]
