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Die Erfindung betrifft ein Imagermodul für eine Kamera oder einen Sensor.
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Bevorzugter Einsatzbereich der Kamera bzw. des Sensors sind videobasierte Fahrerassistenzsysteme, industrielle und/oder sicherheitstechnische Kameraanwendungen sowie Konsumgüter, beispielsweise Smartphones und Tablets.
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Stand der Technik
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Ein Imagermodul für eine Kamera oder einen Sensor umfasst üblicherweise einen auf einem Sensorträger angeordneten Bildsensor sowie ein Objektiv mit mindestens einer optischen Linse auf. Da ein axialer Abstand zwischen Objektiv und Bildsensor überbrückt sowie das Objektiv in Bezug auf den Bildsensor ausgerichtet werden muss, kann zwischen dem Objektiv und dem Bildsensor eine Halteeinrichtung vorgesehen sein, die zur Fixierung der fokussierten Lage einerseits mit dem Objektiv, andererseits mit dem Sensorträger verklebt ist.
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Eine derartige Anordnung geht beispielhaft aus der
DE 10 2019 200 061 A1 hervor, die eine Bilderfassungsvorrichtung mit einer Objektivelementgruppe offenbart. Die Objektivelementgruppe weist einen Tubus mit mindestens einer hierin aufgenommenen Linse auf, wobei der Tubus in einer Halteeinrichtung der Bilderfassungsvorrichtung aufgenommen ist, die einen ersten Halteklebebereich zur Verklebung mit einem Sensorträger und einen zweiten Halteklebebereich zur Verklebung mit dem Tubus aufweist.
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Klebstoffverbindungen weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie unter Temperatur- und/oder Feuchteeinwirkung zum Quellen neigen, so dass die eingestellte Fokuslage gefährdet ist. Des Weiteren verändern Klebstoffe durch Alterung ihrer Eigenschaften. Dies kann ebenfalls eine Defokussierung aufgrund eines sich ändernden axialen Abstands zwischen dem Objektiv und dem Bildsensor zur Folge haben.
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Die vorliegende Erfindung ist daher mit der Aufgabe befasst, ein Imagermodul für eine Kamera oder einen Sensor anzugeben, das auch unter Temperatur- und/oder Feuchteeinwirkung eine möglichst stabile Fokuslage aufweist. Darüber hinaus soll das Imagermodul möglichst einfach und damit kostengünstig herstellbar sein.
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Zur Lösung der Aufgabe wird das Imagermodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das für eine Kamera oder einen Sensor vorgeschlagene Imagermodul umfasst ein vorzugsweise mehrteilig ausgeführtes Gehäuse, einen mit dem Gehäuse fest verbundenen Sensorträger, auf dem ein Bildsensor angeordnet ist, ein Objektiv sowie ein Halteelement. Über das Halteelement ist das Objektiv gehalten und in Bezug auf den Bildsensor ausgerichtet. Das Halteelement weist dabei einen exzentrisch in Bezug auf das Objektiv angeordneten plattenförmigen Abschnitt sowie einen winklig hierzu angeordneten kragenförmigen Abschnitt auf, der das Objektiv lediglich über einen Teilumfangsbereich umgibt und mit diesem, vorzugsweise punktuell, verschweißt ist.
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Bei dem vorgeschlagenen Imagermodul wird demnach die üblicherweise vorgesehene Klebeverbindung zwischen dem Objektiv und dem Objektivhalter bzw. dem Halteelement durch eine Schweißverbindung ersetzt. Im Unterschied zu Klebeverbindung kann mit Hilfe der Schweißverbindung eine stabile Fokuslage auch unter Temperatur- und/oder Feuchteeinwirkung erzielt werden.
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Mit Hilfe der Schweißverbindung wird demnach eine robuste Verbindung zwischen Objektiv und Halteelement erreicht.
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Die Schweißverbindung weist zudem Vorteile bei der Montage des Imagermoduls auf. Denn vor dem Verschweißen kann das Objektiv in Bezug auf den Bildsensor ausgerichtet und anschließend durch Setzen der Schweißnaht fixiert werden. Vorzugsweise werden lediglich punktuell Schweißnähte gesetzt, so dass der Wärmeeintrag beim Verschweißen minimal ist.
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Die Schweißverbindung wird vorzugsweise mit Hilfe eines Lasers hergestellt, so dass es sich hierbei um eine Laserschweißverbindung handelt. Mit Hilfe des Lasers können gezielt einzelne Schweißpunkte gesetzt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der plattenförmige Abschnitt des Halteelements mit dem Gehäuse und/oder mit dem Sensorträger, vorzugsweise punktuell, verschweißt. Die Fokuslage des Objektivs ist somit doppelt fixiert und damit besonders stabil. Dies gilt insbesondere, da auf eine Klebeverbindung in Gänze verzichtet wird, so dass Änderungen hinsichtlich der Temperatur und/oder der Feuchte keine Auswirkungen auf die Fokuslage des Objektivs haben. Die Schweißverbindung kann auch hier mittels eines Lasers hergestellt werden. Vorzugsweise werden lediglich punktuell Schweißnähte bzw. Schweißpunkte gesetzt, um den Wärmeeintrag zu minimieren.
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Bevorzugt ist das Halteelement aus Metall gefertigt. Dadurch ist die Verschweißbarkeit des Halteelements gewährleistet. Ferner bevorzugt ist das Halteelement aus einem metallischen Blech gefertigt, da dies eine besonders kostengünstige Herstellung des Halteelements als Stanz-/Biegeteil ermöglicht.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Objektiv zumindest im Bereich des kragenförmigen Abschnitts des Halteelements eine metallische Kontur zur Verschweißung mit dem Halteelement aufweist. Das heißt, dass das Objektiv zumindest in einem Teilumfangsbereich aus Metall gefertigt ist. Hierbei handelt es sich um den Teilumfangsbereich, der von dem kragenförmigen Abschnitt des Halteelements umgeben ist. Abhängig von der Gestaltung des Halteelements, insbesondere des kragenförmigen Abschnitts, kann sich der Teilumfangsbereich über mehr oder weniger als 180° erstrecken. Sofern lediglich ein kragenförmiger Abschnitt vorgesehen ist, erstreckt sich diese bevorzugt über einen Teilumfangsbereich des Objektivs von mindestens 180°, so dass durch Setzen von mindestens drei Schweißpunkten eine robuste Verbindung zwischen dem Objektiv dem Halteelement gewährleistet ist. Anstelle eines durchgehenden kragenförmigen Abschnitts können auch mehrere kurze kragenförmige Abschnitte vorgesehen sein, die dann mit dem Objektiv verschweißt werden. Beispielsweise können drei kurze kragenförmige Abschnitte, von denen zwei sich am Objektiv gegenüberliegen, vorgesehen sein.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse zumindest teilweise aus Metall gefertigt ist. Dies ermöglicht eine Schweißverbindung zwischen dem Halteelement und dem Gehäuse. Ferner weist ein metallisches Gehäuse eine besonders hohe Robustheit auf, so dass die hierin aufgenommenen Komponenten besonders gut vor äußeren Einwirkungen geschützt sind.
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Der Sensorträger, auf dem der Bildsensor angeordnet ist, kann insbesondere einer Leiterplatte sein. Über auf der Leiterplatte angeordnete Leiterbahnen kann dann der Bildsensor elektrisch kontaktiert werden.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Sensorträger formschlüssig mit dem Gehäuse verbunden ist. Über den Formschluss kann die Lage des Sensorträgers und damit des hierauf angeordneten Bildsensors in Bezug auf das Gehäuse fixiert werden. Der Formschluss kann beispielsweise mit Hilfe mindestens einer gehäuseseitigen Geometrie hergestellt werden, die in eine Ausnehmung des Sensorträgers eingreift. Vorzugsweise sind mindestens zwei, beispielsweise drei oder vier solcher Geometrien vorgesehen, die weiterhin vorzugsweise räumlich verteilt angeordnet sind. In diesem Fall können die Geometrien zugleich zur Verbindung des Gehäuses mit dem Halteelement genutzt werden. Beispielsweise können die Geometrien Sockel zum Aufsetzen des Halteelements ausbilden. Im Bereich der Geometrien kann dann das Halteelement mit dem Gehäuse verschweißt werden.
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Vorteilhafterweise umfasst das Gehäuse mindestens ein erstes Gehäuseteil zur Verbindung mit dem Sensorträger sowie ein als Deckel ausgeführtes zweites Gehäuseteil. Die mehrteilige Ausführung des Gehäuses erleichtert die Montage des Imagermoduls. Denn zunächst kann der Sensorträger einschließlich des Bildsensors in das Gehäuse eingesetzt und mit diesem verbunden werden. Anschließend erfolgt die Montage des Halteelements und des Objektivs, wobei das Objektiv in Bezug auf den Bildsensor ausgerichtet wird. Nach der Fixierung der Fokuslage kann das als Deckel ausgeführte zweite Gehäuseteil montiert werden, so dass das Gehäuse geschlossen wird und die hierin aufgenommenen Komponenten optimal geschützt sind.
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Das erste und das zweite Gehäuseteil sind vorzugsweise stoff- und/oder formschlüssig verbunden. Beispielsweise kann der Kontaktbereich einen Stufenfalz weisen, über die die beiden Gehäuseteil ineinandergreifen. Alternativ oder ergänzend können die beiden Gehäuseteil miteinander verklebt sein. Beide Maßnahmen - jeweils allein und in Kombination - verhindern, dass Schmutz in das Gehäuse gelangt. Die stoffschlüssige Verbindung mittels der Verklebung bewirkt zugleich eine Abdichtung des Gehäuses im Verbindungsbereich.
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Das als Deckel ausgeführte zweite Gehäuseteil weist vorzugsweise eine Ausnehmung auf, durch welche das Objektiv hindurchgeführt ist. Dadurch ist sichergestellt, dass die im Objektiv aufgenommener Optik durch das zweite Gehäuseteil nicht abgedeckt wird. Vorteilhafterweise ist zur Abdichtung des Gehäuses in einem Ringspalt zwischen dem Gehäuseteil und dem Objektiv eine Dichtung eingesetzt. Die Dichtung kann in einer umlaufenden Ringnut des Objektivs aufgenommen sein, so dass sie zusammen mit dem Objektiv montiert wird. Die Aufnahme der Dichtung in der Ringnut verhindert bei der Montage des als Deckel ausgeführten zweiten Gehäuseteils, dass die Dichtung verschoben wird. Des Weiteren bevorzugt ist die Ausnehmung des zweiten Gehäuseteils von einem Kragen eingefasst, der bei der Montage des zweiten Gehäuseteils zur Anlage an der Dichtung gelangt. Auf diese Weise kann die Abdichtung des Gehäuses weiter optimiert werden.
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Das Objektiv weist bevorzugt mindestens eine optische Linse auf, welche die Optik ausbildet. Mehrere optische Linsen können beispielsweise in Form eines Linsenpakets zusammengefasst sein. Dieses kann vormontiert und als Einheit in das Objektiv eingesetzt werden, so dass die Montage weiter vereinfacht wird.
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Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass in das Objektiv ein elektrischer Verbraucher, beispielsweise eine Heizeinrichtung, integriert ist und die elektrische Kontaktierung in einem Außenumfangsbereich des Objektivs realisiert ist, der durch das exzentrisch angeordnete Halteelement freigegeben ist. Die vorgeschlagene exzentrische Anordnung des Halteelements weist demnach gleich mehrere Vorteile auf. Ein erster Vorteil besteht darin, das Material und Kosten eingespart werden können. Zudem lässt das Halteelement Freiräume, welche die notwendige elektrische Kontaktierung erleichtern. Diese kann mit Hilfe von Leiterbahnen, Kabeln und/oder Pins hergestellt werden. Raum zur Aufnahme dieser Elemente ist durch die exzentrische Anordnung des Halteelements ausreichend vorhanden.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen:
- 1 eine angeschnittene perspektivische Darstellung eines Imagermoduls gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
- 2 einen Längsschnitt durch das Imagermodul der 1.
- 3 einen weiteren Längsschnitt durch das Imagermodul der 1, jedoch um 90° gedreht,
- 4 eine Draufsicht auf das Objektiv und die Haltevorrichtung des Imagermoduls der 1, a) vor der Montage und b) nach der Montage,
- 5 eine perspektivische Darstellung des Gehäuses des Imagermoduls der 1 mit eingesetztem Sensorträger und Bildsensor,
- 6 eine perspektivische Darstellung des Gehäuses der 5 nach dem Einsetzen des Halteelements und des Objektivs,
- 7 das Gehäuse der 6, jedoch um 45° gedreht und mit Angabe der Schweißpunkte,
- 8 das Gehäuse der 7, jedoch nochmals um 180° gedreht,
- 9 eine perspektivische Darstellung eines Imagermoduls gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung (ohne Deckelteil) und
- 10 einen Längsschnitt durch das Imagermodul der 9, jedoch mit Deckelteil.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Imagermoduls 1. Dieses umfasst ein Gehäuse 2 mit einem ersten Gehäuseteil 2.1 und einem zweiten Gehäuseteil 2.2. In das erste Gehäuseteil 2.1 ist ein Sensorträger 3 mit einem hierauf angeordneten Bildsensor 4 eingesetzt. Oberhalb des Bildsensors 4 ist ein Objektiv 5 mit mindestens einer Linse 10, vorzugsweise in Form eines Linsenpakets, angeordnet und in Bezug auf den Bildsensor 4 ausgerichtet. Das Objektiv 5 ist durch ein Halteelement 6 gehalten und fixiert. Oberhalb des Halteelements 6 ist das zweite Gehäuseteil 2.2 angeordnet, wobei das Objektiv 5 durch eine Ausnehmung 7 des Gehäuseteils 2.2 geführt ist.
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Wie insbesondere den 2 und 3 zu entnehmen ist, ist in einem Ringspalt 8 zwischen dem Objektiv 5 und dem Gehäuseteil 2.2 in den Dichtung 9 eingesetzt, so dass das Gehäuse 2 nach außen hin abgedichtet ist.
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Aus den 2 und 3 ist ferner ersichtlich, dass das Halteelement 6 exzentrisch in Bezug auf das Objektiv 5 angeordnet ist, so dass das Halteelement 6 das Objektiv 5 lediglich teilweise bzw. über einen Teilumfangsbereich umgibt. Das Halteelement 6 weist zudem einen plattenförmigen Abschnitt 6.1 sowie einen kragenförmigen Abschnitt 6.2 auf, der winklig, vorliegend rechtwinklig in Bezug auf den plattenförmigen Abschnitt 6.1 angeordnet ist. Über den kragenförmigen Abschnitt 6.2 kann somit in einfacher Weise eine Verbindung des Halteelements 6 mit dem Objektiv 5 hergestellt werden.
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Die 4a) und 4b) zeigen, dass sich der kragenförmige Abschnitt 6.2 über einen Teilumfangsbereich erstreckt, der vorliegend einem Winkel α von 180° entspricht. Der Winkel α kann jedoch frei gewählt werden. Anstelle eines einzelnen kragenförmigen Abschnitts 6.2 können auch mehrere kürzere kragenförmige Abschnitte 6.2 vorgesehen sein analog der in den 9 und 10 dargestellten weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Imagermoduls 1.
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Insbesondere aus der 3 ist ersichtlich, dass das Halteelement 6 auf gehäuseseitigen Geometrien 13 in Form von Sockeln gelagert ist. Diese sind in Ausnehmungen 14 des Sensorträgers 3 eingesetzt und überragen den Sensorträger 3. Auf diese Weise wird ein Formschluss zwischen dem Sensorträger 3 und dem Gehäuse 2 erreicht. Wie beispielhaft in der 5 dargestellt, können insgesamt vier dieser Geometrien 13 vorgesehen sein, auf welche der Sensorträger 3 bei der Montage von oben aufgesteckt wird. Auf die Geometrien 13 kann dann das Halteelement 6 aufgesetzt werden. Anschließend kann das Objektiv 5 oberhalb des Bildsensors 4 platziert, in Bezug auf den Bildsensor 4 ausgerichtet und zu lange Fixierung mit dem Halteelement 6 verschweißt werden, so dass man die beispielhaft in der 6 dargestellte Anordnung erhält.
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Bevorzugt erfolgt die Verbindung des Halteelements 6 mit dem Objektiv 5 sowie mit dem Gehäuse 2 über einzelne Schweißpunkte 12 die gemäß den 7 und 8 gesetzt werden können. Zur Herstellung einer robusten Verbindung genügen jeweils drei Schweißpunkte 12, von denen jeweils zwei gegenüberliegend angeordnet werden.
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Der Freiraum, der durch die exzentrische Anordnung des Halteelements 6 gegeben ist, kann, wie beispielhaft in den 9 und 10 dargestellt, zur Realisierung der elektrischen Kontaktierung 11 eines elektrischen Verbrauchers (nicht dargestellt) genutzt werden, der in das Objektiv 5 integriert ist. Gleichwohl der plattenförmige Abschnitt 6.1 des in den 9 und 10 dargestellten Halteelements 6 deutlich größer ausgeführt ist als bei dem Halteelement 6 der 1 bis 8 bleibt ausreichend Freiraum für die Aufnahme von Kontaktmitteln.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019200061 A1 [0004]
