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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 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 ist dabei außerhalb des Gehäuses angeordnet und überbrückt einen Radialspalt zwischen dem Objektiv und dem Gehäuse. Ferner ist das Halteelement mit dem Objektiv und/oder mit dem Gehäuse, vorzugsweise punktuell, verschweißt.
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Bei dem vorgeschlagenen Imagermodul wird demnach die üblicherweise vorgesehene Klebeverbindung zwischen dem Objektiv und dem Halteelement und/oder zwischen dem Halteelement und dem Gehäuse durch eine Schweißverbindung ersetzt. Im Unterschied zur Klebeverbindung kann mit Hilfe der Schweißverbindung eine stabile Fokuslage auch unter Temperatur- und/oder Feuchteeinwirkung erzielt werden. Die Schweißverbindung ist daher besonders robust. Entsprechend steigt die Robustheit des Imagermoduls und damit seine Lebenszeit.
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Aufgrund dieser Vorteile ist vorzugsweise das Halteelement sowohl mit dem Objektiv als auch mit dem Gehäuse verschweißt. Vor dem Verschweißen des Halteelements mit dem Objektiv oder dem Gehäuse kann - je nach Reihenfolge der Montage - das Objektiv in Bezug auf den Bildsensor ausgerichtet werden und anschließend durch Setzen der Schweißnaht fixiert werden. Vorzugsweise werden lediglich punktuell Schweißnähte bzw. Schweißpunkte gesetzt, so dass der Wärmeeintrag beim Verschweißen minimal ist.
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Die Schweißverbindung wird bevorzugt 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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Das Halteelement ist vorzugsweise 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 einfaches Stanzteil ermöglicht.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Objektiv zumindest in einem Abschnitt, der von dem Halteelement umgeben ist, eine metallische Außenkontur zur Verschweißung mit dem Halteelement aufweist. Durch die metallische Außenkontur ist nicht nur die Verschweißbarkeit des Objektivs gewährleistet, sondern zugleich die im Objektiv aufgenommene Optik - aufgrund der hohen Festigkeit von Metall - optimal vor äußeren Einwirkungen geschützt. Der von dem Halteelement umgebende Abschnitt des Objektivs kann insbesondere zylindrisch oder im Wesentlichen zylindrisch ausgeführt sein. Beispielsweise kann die zur Verschweißung mit dem Halteelement vorgesehene metallische Außenkontur mindestens eine Abflachung aufweisen, so dass hierüber eine bestimmte Winkellage des Objektivs in Bezug auf das Gehäuse vorgebbar ist. Beispielsweise können drei in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnete Abflachungen vorgesehen sein.
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Das Halteelement ist vorzugsweise als Ring oder Scheibe mit einer zentralen Ausnehmung zur Aufnahme des Objektivs ausgeführt. Das Halteelement kann demnach eine sehr einfache Geometrie aufweisen, die, beispielsweise durch Ausstanzen aus einem metallischen Blech, besonders einfach und kostengünstig herstellbar ist. Die Ausführung als Scheibe weist den Vorteil auf, dass auch größere Radialspalte zwischen dem Objektiv und dem Gehäuse mit Hilfe des Halteelements überbrückbar sind. Die Scheibe ermöglicht somit einen verbesserten Toleranzausgleich.
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Die zentrale Ausnehmung des Halteelements weist vorteilhafterweise eine an die Außenkontur des Objektivs angepasste Innenkontur auf. Dies gilt insbesondere, wenn die Außenkontur des Objektivs mit mindestens einer Abflachung versehen ist. Das Halteelement kann somit enganliegend mit dem Objektiv verbunden werden.
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Bei der Montage des Imagermoduls wird vorzugsweise das Halteelement zunächst mit dem Objektiv verschweißt und zusammen mit dem Objektiv in der Weise in das Gehäuse eingesetzt, dass das Halteelement außen am Gehäuse zu liegen kommt. Nach dem Ausrichten des Objektivs kann dann das Halteelement mit dem Gehäuse verschweißt werden, so dass die Fokuslage des Objektivs fixiert ist.
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Um die Verschweißbarkeit des Halteelements mit dem Gehäuse sicherzustellen, wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse zumindest teilweise aus Metall gefertigt ist. Die Maßnahme trägt ferner dazu bei, dass das Gehäuse besonders robust ist, so dass die hierin aufgenommenen Komponenten besonders gut vor äußeren Einwirkungen geschützt sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Gehäuse mindestens ein erstes Gehäuseteil zur Aufnahme des Sensorträgers und des Bildsensors 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 kann mit Hilfe des Deckels das Gehäuse geschlossen werden. Das Objektiv wird - vorzugsweise zusammen mit dem Halteelement - als letztes montiert, wobei das Objektiv in Bezug auf den Bildsensor ausgerichtet wird. Über das außenliegende Halteelement kann dann das Objektiv in Bezug auf das Gehäuse fixiert werden.
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Das erste und das zweite Gehäuseteil sind vorzugsweise stoff- und/oder formschlüssig verbunden. Zur stoffschlüssigen Verbindung können die beiden Gehäuseteile beispielsweise miteinander verklebt sein. Auf diese Weise wird zugleich eine Abdichtung des Kontaktbereichs beider Gehäuseteile erreicht. Zur formschlüssigen Verbindung kann der Kontaktbereich einen Stufenfalz aufweisen, über den die beiden Gehäuseteile ineinandergreifen.
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Um das Objektiv in das Gehäuse einsetzen zu können, weist vorzugsweise das als Deckel ausgeführte zweite Gehäuseteil eine Ausnehmung auf. Innerhalb dieser Ausnehmung liegt der durch das Halteelement zu überbrückende Radialspalt. Der Innendurchmesser der Ausnehmung ist daher kleiner als der Außendurchmesser des Halteelements.
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Bevorzugt weist das als Deckel ausgeführte zweite Gehäuseteil einen den Radialspalt begrenzenden Kragen auf. Der Kragen vergrößert die Abmessung des Radialspalt in axialer Richtung. Vorzugsweise erstreckt sich der Kragen in das Gehäuse hinein, so dass die Anlage des Halteelements außen am zweiten Gehäuseteil durch den Kragen nicht behindert wird.
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Vorteilhafterweise ist im Radialspalt eine Dichtung aufgenommen. Mit Hilfe der Dichtung wird eine Abdichtung des Gehäuses im Bereich des Radialspalts erzielt. Das den Radialspalt überbrückende Halteelement muss in diesem Fall keine Dichtfunktion aufweisen, so dass es lediglich punktuell mit dem Objektiv und/oder mit dem Gehäuse verschweißt werden kann.
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Zur Lagesicherung kann die Dichtung in einer umlaufenden Ringnut des Objektivs aufgenommen sein. Die Dichtung wird dann zusammen mit dem Objektiv montiert. Mit Einsetzen des Objektivs in die Ausnehmung des als Deckel ausgeführten zweiten Gehäuseteils wird die Dichtung dann vorzugsweise radial vorgespannt. Vorzugsweise gelangt dabei der Kragen des zweiten Gehäuseteils zur Anlage an der Dichtung. Der Kragen gleicht dann etwaige Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen aus.
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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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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 eine Explosionsdarstellung der vor der Montage des Objektivs zu verbindenden Teile des Imagermoduls der 1,
- 4 eine Explosionsdarstellung der vormontierten Teile der 3 mit weiteren zu verbindenden Teilen des Imagermoduls der 1,
- 5 eine perspektivische Darstellung des Imagermoduls der 1 mit Angabe der Schweißpunkte,
- 6a) eine Draufsicht auf ein Objektiv und ein Haltelement für ein erfindungsgemäßes Imagermodul,
- 6b) eine Draufsicht auf das Objektiv und das Haltelement der 6a) nach einer Verdrehung der Teile zueinander,
- 7a) eine perspektivische Darstellung eines Imagermoduls gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
- 7b) eine perspektivische Darstellung des Imagermoduls der 7b) jedoch nach einer Verdrehung der Teile zueinander.
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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 13, 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, das außerhalb des Gehäuses 2 angeordnet ist und einen Radialspalt 7 zwischen dem Objektiv 5 und dem Gehäuse 2 überbrückt.
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Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, wird der Radialspalt 7 gehäuseseitig durch einen Kragen 11 des als Deckel ausgeführten zweiten Gehäuseteils 2.2 begrenzt. An dem Kragen 11 liegt eine Dichtung 12 unter einer radialen Vorspannung an, die andernends am Objektiv 5 abgestützt ist, so dass der Radialspalt 7 abgedichtet ist.
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Bei der Herstellung des Imagermoduls 1 der 1 wird das Objektiv 5 zunächst mit dem Halteelement 6 und der Dichtung 12 verbunden (siehe 3). Zur Lagefixierung des Dichtrings 12 weist das Objektiv 5 eine die Dichtung 12 aufnehmende umlaufende Ringnut 16 auf, so dass die Dichtung 12 nicht nur kraftschlüssig, sondern zudem formschlüssig mit dem Objektiv 5 verbunden ist. Über den Dichtring 12 ist zudem das Halteelement 6 am Objektiv 5 gehalten. Eine starre Verbindung zwischen dem Halteelement 6 und dem Objektiv 5 wird vorzugsweise erst nach dem Einsetzen des Objektivs 5 in das Gehäuse 2 und dem Ausrichten des Objektivs 5 in Bezug auf den Bildsensor 4 hergestellt.
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Wie der 4 zu entnehmen ist, werden vor der Montage des Objektivs 5 der Sensorträger 3 und der Bildsensor 4 in das Gehäuse 2 eingesetzt, und zwar in das erste Gehäuseteil 2.1. Auf das erste Gehäuseteil 2.1 wird dann das als Deckel ausgeführte zweite Gehäuseteil 2.2 aufgesetzt und mit dem ersten Gehäuseteil 2.1 stoff- und/oder formschlüssig verbunden, insbesondere verklebt. Anschließend kann die vormontierte Einheit aus Objektiv 5, Halteelement 6 und Dichtung 12 in das als Deckel ausgeführte zweite Gehäuseteil 2.2 eingesetzt werden, das hierzu eine Ausnehmung 9 aufweist. Die Ausnehmung 9 wird durch den Kragen 11 begrenzt, an den die Dichtung 12 zur Anlage gelangt. Außenseitig wird der Radialspalt 7 zwischen dem Objektiv 5 und dem Gehäuse 2 durch das Halteelement 6 abgedeckt. Da das Halteelement 6 weder am Objektiv 5 noch am Gehäuse 2 fixiert ist, kann das Objektiv 5 bei der Montage mehrachsig in Bezug auf den Bildsensor 4 ausgerichtet werden. Erst wenn die Fokuslage des Objektivs 5 hergestellt ist, wird das Halteelement 6 am Objektiv 5 und am Gehäuse 2 dauerhaft fixiert. Die Fixierung kann insbesondere mit Hilfe von einzelnen Schweißpunkten 14 erzielt werden, die vorzugsweise über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet werden (siehe 5).
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Imagermoduls 1 ist den nachfolgenden Figuren zu entnehmen. Diese zeigen ein Objektiv 5, das im Bereich des Halteelements 6 eine Außenkontur 8 mit Abflachungen 15 aufweist. Das Halteelement 6 weist eine Innenkontur 10 auf, die an die Außenkontur 8 des Objektivs 5 angepasst ist (siehe 6a)). Zur Überbrückung größerer Spalte zwischen dem Halteelement 6 und dem Objektiv 5 kann das Halteelement 6 durch Verdrehen eine gegenüber dem Objektiv 5 veränderte Winkellage einnehmen, so dass ein besserer Toleranzausgleich geschaffen wird (siehe 6b)). Insbesondere werden auf diese Weise Kontaktpunkte geschaffen, im Bereich welcher dann die Schweißpunkte 14 gesetzt werden können (siehe 7a) und 7b)).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019200061 A1 [0004]
