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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kamera und ein Verfahren zur Herstellung einer Kamera gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
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Stand der Technik
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Bei der Montage von Kameras kann das Objektiv zu einem Referenzpunkt ausgerichtet und damit ein projiziertes Bild auf einem Bildsensor scharf eingestellt werden. Um diese Position zu fixieren und auf Dauer zu halten, kann Klebstoff genutzt werden. Die
DE 10 2020 203 578 A1 offenbart ein Kameramodul für Kraftfahrzeuge bei dem ein Objektiv in einer ausgerichteten Stellung zu einem Bildsensor mittels einer Klebestelle am Objektivhalter befestigt ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung geht aus von einer Kamera für ein Kraftahrzeug. Die Kamera umfasst einen auf einem Trägerelement angeordneten Bildsensor; ein Kameraobjektiv mit einem Objektivtubus und wenigstens einer optischen Linse; einen an dem Trägerelement befestigten Objektivhalter, welcher dazu ausgebildet ist, das Kameraobjektiv zu halten. Hierbei sind das Kameraobjektiv und der Objektivhalter derart zueinander angeordnet, dass sie in einem Überlappbereich überlappen und im Überlappbereich ein Spalt zwischen dem Kameraobjektiv und dem Objektivhalter ausgebildet ist. Das Kameraobjektiv und der Objektivhalter sind mittels einer in einem Lötbereich des Spalts angeordneten Lötverbindung miteinander verbunden.
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Die hier beschriebene Kamera kann insbesondere zur Erfassung eines Umfeldes eines Fahrzeugs verwendet werden. Das Trägerelement ist insbesondere als eine Leiterplatte ausgebildet. Das Kameraobjektiv kann eine oder mehrere optische Linsen aufweisen, welche in einem inneren des Objektivtubus angeordnet sind. Der Objektivhalter kann zum Beispiel mittels einer Schraub-, Niet- oder Schweißverbindung an dem Trägerelement befestigt sein. Das Kameraobjektiv ist insbesondere in einer ausgerichteten Stellung zum Bildsensor angeordnet.
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Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das der Einsatz von Klebstoff bei der Herstellung der Kamera, insbesondere bei der Ausrichtung des Kameraobjektivs zum Bildsensor, vermieden werden kann. Es werden Veränderungen der optischen Eigenschaften der Kamera, zum Beispiel durch Temperaturänderungen, Feuchtigkeit oder über die Lebensdauer der Kamera, vermieden, wie sie bei bekannten, Klebstoffverbindungen aufweisenden Kameras erfahrungsgemäß auftreten. Zudem wird ein Trocknen der Klebstoffverbindungen bei hohen Temperaturen vermieden. Hierdurch kann das Herstellungsverfahren beschleunigt werden. Auch thermische Verformungen der mechanischen Komponenten der Kamera während des Trocknens treten bei der Ausbildung der Lötverbindung der hier beschriebenen Kamera nicht auf. Mittels der Lötverbindung ist es außerdem möglich, eine Kamera zur Verfügung zu stellen, bei der Kameraobjektiv und Objektivhalter aus unterschiedlichen Werkstoffen ausgebildet sind. Beispielsweise kann das Kameraobjektiv aus Aluminium und der Objektivhalter aus Stahl sein, oder andersherum. Hierdurch weist die beschriebene Kamera einen Vorteil auch gegenüber Kameras auf, deren Komponenten zum Beispiel mittels einer Schweißverbindung miteinander verbunden sind.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Spalt eine erste Öffnung zu einem Außenraum der Kamera und eine zweite Öffnung in einen Kamerainnenraum aufweist. Hierbei ist der Objektivhalter derart ausgebildet ist, dass er angrenzend zu der ersten Öffnung eine erste Wandung mit einer ersten Ausdehnung und in Richtung Kamerainnenraum angrenzend an die erste Wandung eine zweite Wandung mit einer zweiten Ausdehnung aufweist und wobei die zweite Ausdehnung größer als die erste Ausdehnung ist. Der Lötbereich ist insbesondere der Bereich des Spaltes, zwischen der ersten Wandung und dem Kameraobjektiv und zwischen der zweiten Wandung und dem Kameraobjektiv. Der Lötbereich ist somit bevorzugt aus zwei Teilbereichen ausgebildet. Hierbei kann der Teilbereich zwischen der ersten Wandung und dem Kameraobjektiv als oberer Lötbereich und der Teilbereich zwischen der zweiten Wandung und dem Kameraobjektiv als unterer Lötbereich bezeichnet werden.
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Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass beim Ausbilden der Lötverbindung eine Kapillarwirkung des Lots genutzt werden kann, um die Lage der Lötverbindung vorzugeben. Die Wärmekapazität der Bauteile wird vorteilhaft ausgenutzt. Der obere Lötbereich wird schneller erwärmt als der untere Lötbereich. Bedingt durch die kapillare Wirkung wird ein Lotfluss im unteren Lötbereich frühzeitig gestoppt wird. Hierdurch wird eine Erstarrung im unteren Lötbereich erzwungen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Spalt im Lötbereich parallel oder orthogonal zu einer optischen Achse der Kamera angeordnet ist.
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Der Vorteil der parallelen Anordnung besteht darin, dass die Kapillarwirkung des Lots noch besser genutzt werden kann. Der Vorteil der orthogonalen Anordnung besteht darin, dass bei der Ausbildung der Lötverbindung die Gefahr geringer ist, dass Lot in einen Kamerainnenraum gelangen kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lötverbindung das Kameraobjektiv umlaufend ausgebildet ist oder wobei die Lötverbindung aus wenigstens zwei Lot-Segmenten ausgebildet ist. Umlaufend ausgebildet kann hierbei bedeuten, dass die Lötverbindung zwischen den Kameraobjektiv und dem Objektivhalter ringsum geschlossen ist. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine Dichtwirkung erzielt. Der Kamerainnenraum kann zusätzlich abgedichtet sein. In der Variante mit dem wenigstens zwei Lot-Segmenten wird vorteilhafter Weise weniger Lot-Material verbraucht. Die Gefahr einer Verschmutzung des Kamerainnenraums ist zudem geringer. Insbesondere ist die Lötverbindung aus drei Lot-Segmenten ausgebildet. Die drei Lot-Segmente können beispielsweise versetzt um 120° um das Kameraobjektiv herum angeordnet sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kameraobjektiv einen Objektivkragen aufweist und der Objektivhalter eine Aussparung aufweist, in der der Objektivkragen angeordnet ist und wobei die Lötverbindung zwischen dem Objektivkragen und dem Objektivhalter ausgebildet ist. Der Objektivkragen ist insbesondere zylindrisch ausgebildet. Der Spalt ist in dieser Ausführungsform insbesondere Z-förmig ausgebildet. Der Z-förmige Spalt kann drei Schenkel aufweisen. Ein erster Schenkel kann von der ersten Öffnung parallel zu einer optischen Achse des Objektivs entlang des Objektivkragens ausgebildet sein. Ein zweiter Schenkel kann angrenzend an den ersten Schenkel orthogonal zur optischen Achse des Objektivs entlang des Objektivkragens ausgebildet sein. Ein dritter Schenkel kann angrenzend an den zweiten Schenkel parallel zur optischen Achse des Objektivs entlang des Objektivhalters zur zweiten Öffnung hin angeordnet sein. Die Lötverbindung ist insbesondere in dem ersten Schenkel angeordnet. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass der Lötbereich vom Kamerainnenraum besser abgeschirmt angeordnet ist. Die Gefahr, dass beim Ausbilden der Lötverbindung Verschmutzungen in den Kamerainnenraum gelangen, ist hierdurch merklich verringert.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Spalt zwischen dem Lötbereich und dem Kamerainnenraum eine Dichtung angeordnet ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass der Kamerainnenraum bei der Ausbildung des Lötbereichs noch besser vor Verschmutzungen geschützt sein kann.
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Die Erfindung geht weiterhin aus von einem Verfahren zur Herstellung einer Kamera umfassend die Schritte des Bereitstellens eines Trägerelements mit einem auf dem Trägerelement angeordneten Bildsensor; des Befestigens eines Objektivhalters an dem Trägerelement; des Einführens eines Kameraobjektivs in den Objektivhalter, derart, dass das Kameraobjektiv und der Objektivhalter in einem Überlappbereich überlappen und sich im Überlappbereich ein Spalt zwischen dem Kameraobjektiv und dem Objektivhalter ausbildet; des Ausrichtens des Kameraobjektivs zum Bildsensor; des Aufbringens von Lot auf eine Öffnung des Spalts und der Erwärmung des Lots zur Ausbildung einer Lötverbindung in einem Lötbereich des Spalts. Die mittels des Verfahrens hergestellte Kamera ist insbesondere eine oben beschriebene Kamera. Die Öffnung des Spalt, auf die das Lot aufgebracht wird, ist hierbei insbesondere eine dem Bildsensor abgewandte Öffnung. Das Lot wird insbesondere mittels eines Laserstrahls erwärmt.
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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 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer Kamera;
- 2 ein Ausführungsbeispiel einer Kamera in einer Schnittdarstellung;
- 3 ein Ausführungsbeispiel einer Kamera in der Draufsicht.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 100 zur Herstellung einer Kamera. Das Verfahren 100 beginnt im Schritt 101. Im Schritt 102 wird ein Trägerelement mit einem auf dem Trägerelement angeordneten Bildsensor bereitgestellt. Im Schritt 103 wird ein Objektivhalter an dem Trägerelement befestigt. Im Schritt 104 wird ein Kameraobjektiv in den Objektivhalter derart eingeführt, dass das Kameraobjektiv und der Objektivhalter in einem Überlappbereich überlappen und sich im Überlappbereich ein Spalt zwischen dem Kameraobjektiv und dem Objektivhalter ausbildet. Im Schritt 105 wird das Kameraobjektiv zum Bildsensor ausgerichtet. Im Schritt 106 wird Lot auf eine Öffnung des Spalts aufgebracht. Im Schritt 107 wird das Lot erwärmt zur Ausbildung einer Lötverbindung in einem Lötbereich des Spalts. Das Verfahren 100 endet im Schritt 108.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Kamera 200 in einer Schnittdarstellung. Die Kamera umfasst einen auf dem Trägerelement 210 angeordneten Bildsensor 211, ein Kameraobjektiv 201 mit einem Objektivtubus 203 und der optischen Linse 202. Das Kameraobjektiv 201 kann im Inneren des Objektivtubus 203 weitere optische Linsen aufweisen. Die Kamera umfasst weiterhin einen an dem Trägerelement 210 befestigten Objektivhalter 205. Der Objektivhalter 205 kann wie im hier gezeigten Beispiel mittels eines Verbindungselement 212 an dem Trägerelement 210 befestigt sein. Das Verbindungselement 212 kann beispielsweise eine Schraube, eine Niete oder auch eine Schweißverbindung sein. Der Objektivhalter 205 ist dazu ausgebildet, das Kameraobjektiv 201 zu halten. Das Kameraobjektiv 201 und der Objektivhalter 205 sind derart zueinander angeordnet, dass sie in dem Überlappbereich 222 überlappen. Hierbei ist im Überlappbereich 222 der Spalt 206 zwischen dem Kameraobjektiv 201 und dem Objektivhalter 205 ausgebildet. Der Spalt 206 kann eine vorgegebene Breite 207 aufweisen. Das Kameraobjektiv 201 und der Objektivhalter 205 sind mittels einer in einem Lötbereich 213, 214 des Spalt 206 angeordneten Lötverbindung 220 miteinander verbunden.
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Der Spalt 206 weist eine erste Öffnung 223 zu einem Außenraum der Kamera 200 und eine zweite Öffnung 224 in einen Kamerainnenraum 225 auf. Der Objektivhalter 205 ist derart ausgebildet, dass er angrenzend zu der ersten Öffnung 223 eine erste Wandung mit einer ersten Ausdehnung 215 und in Richtung des Kamerainnenraums angrenzend an die erste Wandung eine zweite Wandung mit einer zweiten Ausdehnung 216 aufweist. Die zweite Ausdehnung 216 ist hierbei größer als die erste Ausdehnung 215. Im hier gezeigten Beispiel ist der Lötbereich 213, 214 der Bereich des Spalt, zwischen der ersten Wandung und dem Kameraobjektiv 203 und zwischen der zweiten man nun dem Kameraobjektiv 203. Der Lötbereich weist somit einen oberen Lötbereich 213 zwischen der ersten Wandung und dem Kameraobjektiv 203 und einen unteren Lötbereich 214 zwischen der zweiten Wandung und dem Kameraobjektiv 203 auf.
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Im linken Teil der in 2 gezeigten Kamera 200 ist die Lötverbindung 220 bereits ausgebildet. Im rechten Teil der 2 ist beispielhaft das Erwärmen von Lot 217 zur Ausbildung einer solchen Lötverbindung 220 gezeigt. Dieser Teil der 2 kann somit beispielsweise den Schritt 107 des oben beschriebenen Verfahrens verdeutlichen. Das Lot 217 wurde zuvor auf die erste Öffnung 223 des Spalt 206 aufgebracht. Mittels eines Laserstrahls 218 wird nun das Lot 217 erwärmt. Der Laserstrahl trifft im Winkel 219 auf die erste Öffnung 223 auf. Aufgrund der Geometrie des Objektivhalters 205 kann nun beim Ausbilden der Lötverbindung 220 eine Kapillarwirkung des Lots 217 genutzt werden. Der obere Lötbereich 213 wird schneller erwärmt als der untere Lötbereich 214. Hierdurch kann eine Erstarrung im unteren Lötbereich 214 erzwungen werden. Es wird vermieden, dass es zu einer Verschmutzung des Kamera Innenraums 225 beispielsweise mit Spritzern des Lots 217 kommt.
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Die hier beispielhaft gezeigte Kamera ist darüber hinaus derart aufgebaut, dass das Kameraobjektiv 201 den Objektivkragen 204 aufweist. Der Objektivkragen 204 ist hier zylindrisch ausgebildet Außerdem weist der Objektivhalter 205 Aussparung 208 auf. In der Aussparung 208 ist der Objektivkragen 204 angeordnet. Hierdurch entsteht ein Spalt 206, der Z-förmig ausgebildet ist. Der Z-förmige Spalt 206 weist hier drei Schenkel auf. Der erste Schenkel ist von der ersten Öffnung 223 parallel zur optischen Achse 221 des Objektivs 201 entlang des Objektivkragens 204 ausgebildet Die Lötverbindung 220 ist hier zwischen dem Objektivkragen 204 und dem Objektivhalter 205 ausgebildet. Die Lötverbindung 220 ist somit in diesem ersten Schenkel angeordnet. Ein zweiter Schenkel ist angrenzend an den ersten Schenkel orthogonal zur optischen Achse 221 des Objektivs 201 entlang des Objektivkragens 204 ausgebildet. Ein dritter Schenkel ist hier angrenzend an den zweiten Schenkel parallel zur optischen Achse 221 des Objektivs 201 entlang des Objektivhalters 203 zur zweiten Öffnung 224 hin angeordnet. Aufgrund dieser Geometrie ist der Lötbereich 213, 214 sehr gut vom Kamerainnenraum 225 abgeschirmt.
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Unabhängig von der genauen Geometrie des Spalt 206 kann zwischen dem Lötbereich 213, 214 und dem Kamerainnenraum 225 eine Dichtung 209 angeordnet sein. Im hier gezeigten Beispiel ist die Dichtung 209 im dritten Schenkel angeordnet.
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Im hier gezeigten Beispiel ist außerdem der Spalt 206 zumindest im Lötbereich 213, 214 parallel zur optischen Achse 221 der Kamera 200 angeordnet. In einer anderen, hier nicht gezeigten Variante kann der Spalt 206 im Lötbereich 213, 214 auch orthogonal zur optischen Achse 221 angeordnet sein.
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In 2 ist eine Kamera 200 gezeigt, bei der die Lötverbindung aus wenigstens zwei Lot-Segmenten ausgebildet ist. Jeweils das erste Lot-Segment im linken Teil der 2 bereits als Lötverbindung 220 ausgebildet. Ein zweites Lot-Segment wird im rechten Teil der 2 gerade ausgebildet. 3 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Kamera 200 in der Draufsicht. Zu erkennen sind die optische Linse 202 des Kameraobjektivs 201, sowie der Objektivhalter 205. Bei dieser Ausführungsform ist die Lötverbindung 220 umlaufend ausgebildet. Die Lötverbindung 220 ist somit zwischen dem Kameraobjektiv 201 und dem Objektivhalter 205 ringsum geschlossen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102020203578 A1 [0002]
