Kamera, insbesondere in einem Fahrzeug einsetzbar, sowie

ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Kamera

Die Erfindung betrifft eine Kamera, die insbesondere in einem Fahrzeug einsetzbar ist, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Kamera.

Stand der Technik

Derartige Kameras weisen im Allgemeinen ein Imagermodul auf, das einen Sensorträger, einen auf dem Sensorträger befestigten Bildsensor, weiterhin einen mit dem Sensorträger verbundenen Objektivhalter und ein in einen Tubusbereich des Objektivhalters in Längsrichtung eingesetztes Objektiv aufweisen. Die Fo- kussierung kann durch Längsverstellung des Objektivs in dem Objektivhalter, z. B. durch eine Gewindesteigung, mit nachfolgender Fixierung durch Klebstoff oder mechanische Mittel erfolgen.

Ein derartiges Imagermodul wird nachfolgend in einem Kameragehäuse aufgenommen, das als mechanischer Schutz dient und z. B. eine Schaltungsträgereinrichtung, z. B. eine Leiterplatte mit weiteren elektronischen Komponenten aufnimmt und eine Befestigung, z. B. im Innenraum eines Fahrzeugs ermöglicht.

Die relative Positionierung und Ausrichtung sowohl des Bildsensors gegenüber dem Objektiv, d. h. die Justierung des Imagermoduls, als auch die relative Stellung des Imagermoduls gegenüber dem Kameragehäuse, sind im Allgemeinen jedoch aufwändig und führen zu hohen Toleranzen.

Weiterhin ist eine Entwärmung des Bildsensors bzw. eine Kühlung des Bildsensors, um die guten optischen Eigenschaften des Bildsensors sicherzustellen, im Allgemeinen aufwändig. _Λ

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird das Imagermodul gegen ein vorderes Gehäuseteil gesetzt, um das Imagermodul relativ zu dem Gehäuseteil zu positionieren. Hierbei wird mindestens ein Fixiermittel eingesetzt, um das Imagermodul an dem vorderen Gehäuseteil zu halten; vorteilhafterweise wird das Imagermodul gegen das vordere Gehäuseteil gedrückt.

Hierbei kann insbesondere der Sensorträger oder der Objektivhalter (3) gegen Anlagebereiche des vorderen Gehäuseteils gedrückt werden.

Bereits hierdurch werden einige Vorteile erreicht:

Ein Vorteil liegt in der Verbesserung der Wärmeabfuhr vom Bildsensor:

So kann der Sensorträger z. B. als Metallplatte ausgebildet sein, und der Bildsensor kann direkt auf die Vorderseite des Sensorträgers montiert werden; auch das vordere Gehäuseteil kann ganz oder teilweise aus Metall gefertigt sein. Indem der Sensorträger direkt an dem vorderen Gehäuseteil anliegt, wird eine sehr gute Entwärmung des Bildsensors über seine Rückseite ermöglicht:

Über den Sensorträger und das vordere Gehäuseteil kann eine direkte Wärmeleitung über metallische Bereiche und somit eine sehr gute Wärmeabfuhr erreicht werden. Hierbei kann das vordere Gehäuseteil eine große Außenfläche aufweisen, wobei es vorteilhafterweise das Imagermodul in Umfangsrichtung nach außen weitgehend abdeckt.

Das Fixiermittel, z. B. ein Fixierblech, kann insbesondere gegen die Rückseite des Sensorträgers drücken, und vorteilhafterweise mittels Befestigungsmitteln wie z. B. Schrauben in dem vorderen Gehäuseteil befestigt sein. Hierdurch wird eine gute Entwärmung bzw. thermische Anbindung erreicht, da eine Wärmeleitung somit über die metallischen Befestigungsmittel in das vordere Gehäuseteil ermöglicht ist. Dies kann sowohl bei direkter Anlage des Sensorträgers als auch bei Anlage des Objektivhalters an dem vorderen Gehäuseteil erfolgen.

Weitere Vorteile liegen in der Verbesserung der Ausrichtung bzw. Justierung ei- nerseits des Imagermoduls selbst und weiterhin des Imagermoduls relativ zum

Kameragehäuse: Zu dem Vorteil der Verbesserung der Ausrichtung bzw. Justierung einerseits des Imagermoduls selbst:

Die Justierung des Imagermoduls selbst kann durch Führungsmittel in dem Tubusbereich des Objektivhalters erfolgen, z. B. sich in Axialrichtung bzw. Richtung der optischen Achse erstreckende Führungsrippen. Somit kann der Objektivhalter z. B. auf der Vorderseite des Sensorträgers durch eine Klebemittelschicht befestigt werden, wobei die laterale Position, d. h. Position senkrecht zur optischen Achse, durch Positionierung des Bildsensors relativ zu den Führungs- mittein erfolgen kann. Der Bildsensor wird somit an den ausgerichtet. Da die Führungsmittel zur Führung und eindeutigen Aufnahme des Objektivs vorgesehen sind, kann somit die Position des Bildsensors direkt zum Objektiv eingestellt werden. Somit wird eine direkte Ausrichtung des Objektivs relativ zum Bildsensor ermöglicht, ohne dass z. B. zunächst erst der Sensorträger gegenüber dem Bildsensor ausgerichtet wird, und nachfolgend das Objektiv mit Spiel relativ zum Sensorträger auszurichten ist. Es kann somit eine optische Achse ausgebildet werden, die mit hinreichender Genauigkeit mit der Objektivachse, der Tubusachse des Objek- tivhalters, und der Mittelpunkts-Normalen des Bildsensors übereinstimmt bzw. diese vereint.

Zu dem Vorteil der Verbesserung der Ausrichtung der relativen Position des Imagermoduls zum Kameragehäuse:

Indem das Imagermodul mit an seiner Vorderseite ausgebildeten Auflagebereichen direkt gegen Anlagebereiche des vorderen Gehäuseteils gesetzt wird, kann bereits eine Festlegung von zwei Winkellagen erfolgen, nämlich den Drehpositionen um Drehachsen, die senkrecht zur optischen Achse liegen; bei Einbau in ei- nem Fahrzeug stellen diese die Nickwinkellage und Gierwinkellage dar. Vorteilhafterweise sind jeweils drei Auflagebereichen und Anlagebereiche vorgesehen, die somit eine Anlageebene genau festlegen.

Die Festlegung der weiteren Winkellage, d. h. einer Drehposition um die optische Achse, die somit insbesondere eine Wankwinkellage darstellt, kann nach Ansetzen des Sensorträgers an das Gehäuseteil erfolgen, wozu das Imagermodul relativ zum vorderen Gehäuseteil gedreht werden kann. Hierzu können geeignete Passkonturen am Sensorträger vorgesehen sein, die an einer geeigneten Ausrichtgeometrie am Gehäuseteil auszurichten sind; somit kann eine optische Ausrichtung geeigneter Strukturen erfolgen. Dies kann somit durch eine einfache Drehung bzw. eine gleitende Anlage der Auflagebereiche an den Anlagebereichen, vor der endgültigen Fixierung erfolgen.

Somit ist eine einfache und schnelle Ausbildung möglich, die weiterhin eine sehr gute thermische Anbindung des Bildsensors und Entwärmung des Bildsensors über ein metallisches Gehäuseteil ermöglicht, insbesondere bei einer direkten optische Ausrichtung und Justierung.

Somit kann der Bildsensor somit passiv ausgerichtet werden, über eine Ausrichtung des Sensorträgers zunächst relativ zum Objektivhalter und nachfolgend relativ zum Gehäuseteil.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt ein Imagermodul der Kamera gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 zeigt eine Rückansicht des Imagermoduls;

Fig. 3 zeigt einen ersten Schritt zur Ausbildung der Kamera durch

Aufsetzen einer Fixiereinrichtung und eines Schaltungsträ- gers;

Fig. 4 zeigt die nachfolgend ausgebildete Kamera;

Fig. 5 zeigt Baugruppen des Imagermoduls vor dem Zusammen- setzen;

Fig. 6 zeigt eine Explosionsdarstellung des Imagermoduls;

Fig. 7 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfah- rens; _.

Fig. 8 zeigt eine Ausschnittsvergrößerung aus Fig. 1 gemäß einer ersten Ausführungsform;

Fig. 9 eine Ausschnittsvergrößerung aus Fig. 8; und

Fig. 10 eine Ausschnittsvergrößerung gemäß einer zu Fig. 8 und 9 alternativen Ausführungsform.

Ein Imagermodul 1 weist gemäß Fig. 1 ein Objektiv 2, einen das Objektiv 2 aufnehmenden Objektivhalter 3, einen Sensorträger 4 mit einer Vorderseite 4a und einer Rückseite 4b und einen auf der Vorderseite 4a des Sensorträgers 4 montierten Bildsensor 5 auf. Als Sensorträger 4 kann insbesondere eine Metallplatte gewählt werden, auf der zur Kontaktierung des Bildsensors 5 eine Leitereinrichtung, z. B. ein Flexleiter (flexibles Leitungsband) 6 befestigt ist, an dem der Bildsensor 5 kontaktiert ist, wobei der Flexleiter 6 zur nachfolgenden Kontaktierung an einer z. B. in Fig. 3 gezeigten Schaltungsträger-Einrichtung, z. B. einer Leiterplatte 8, dient.

Der Objektivhalter 3 ist z. B. als Spritzguss-Teil aus einem Kunststoffmaterial gefertigt und weist einen Objektivhalter-Auflagebereich 3a zur Auflage auf dem Sensorträger 4 und einen Tubusbereich 3b auf, in den das z. B. ein oder mehrere Linsen 2a und eine Linsenfassung 2b aufweisende Objektiv 2 eingesetzt ist.

Der Tubusbereich 3b weist eine Innenfläche 12 auf, an der mehrere, z. B. drei, als Führungsmittel dienende Führungsrippen 14 in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind, z. B. rotationssymmetrisch verteilt, d. h. in 120°-Anordnung. Hierbei können jedoch auch nicht-rotationssymmetrische Anordnungen gewählt werden. An einer Außenseite 15 der Linsenfassung 2b sind entsprechende Führungsnuten 16 ausgebildet, in denen die Führungsrippen 14 aufgenommen sind. Das Objektiv 2 kann somit in Längsrichtung in den Tubusbereich 3b eingeführt werden.

Somit ist das Objektiv 2 bzw. der Objektivkörper durch die Position der Führungsrippen 14 eindeutig lagebestimmt; die Führungsrippen 14 dienen nachfolgend als Referenz zur lateralen Ausrichtung des Bildsensors 5. Der Bildsensor 5 weist einen Mittelpunkt bzw. eine Mittelpunkts-Normale B auf; das Objektiv 2 weist eine Objektivachse A auf; weiterhin weist der Tubusbereich 3b eine Tubusachse C auf. Ziel der Justierung beim Zusammenbau des

Imagermoduls 1 ist somit, dass die beiden Achsen A und C und die Mittelpunkts- Normale B zusammenfallen und eine gemeinsame optische Achse D bilden. Somit sind die lateralen Positionen und die Winkel-Justierungen, d. h. bezüglich Verkippung, einzustellen. Durch die Führungsrippen 14 des Tubusbereichs 3b des Objektivhalters 3 kann das Objektiv 2 eindeutig positioniert werden, so dass die Symmetrieachsen A und C bereits zusammenfallen. Bei einer Montage kann somit der Bildsensor 5, insbesondere seine sensitive Sensorfläche 5a relativ zu den Führungsrippen 14 und somit zur Tubusachse C ausgerichtet werden; diese Ausrichtung ist insbesondere aus der Rückansicht der Fig. 2 ersichtlich.

Somit wird der Bildsensor 5 zunächst auf dem als Stahlplatte realisierten Sensor- träger 4 montiert, z. B. durch eine umlaufende Kleberschicht 18 zwischen dem

Sensorträger 4 und dem Objektivhalter-Auflagebereich 3a des Objektivhalters 3 fixiert, wodurch weiterhin auch eine Abdichtung des Hinterlinsenraums und ein Schutz des Bildsensors 5 erreicht wird, da er vollständig vom Objektivhalter 3 umgeben ist. Vorteilhafterweise wird der Flexleiter 6 durch die Klebemittelschicht 18 mit fixiert bzw. dieser Durchgang wird abgedichtet.

Dann wird im nachfolgenden Fertigungsschritt das Objektiv 2in den Tubusbereich 3b des Objektivhalters 3 eingeführt, wobei vorteilhafterweise eine Fokussierung erfolgt, unter Erfassung eines Test-Patterns und Auswertung der Bildsignale des Bildsensors 5. Nachfolgen erfolgt eine Fixierung z. B. durch einen von vorne aufgebrachten Kleber 17, der zwischen das vorderen Ende des Tubusbereichs 3b und der Linsenfassung 2b eingebracht wird und auch eine Abdichtung des Hinterlinsenraums bzw. eine Abdichtung des nach vorne hin freiliegenden Bildsensors 5 sicherstellt. Grundsätzlich sind auch andere Fixierungen möglich.

Das so ausgebildete Imagermodul 1 wird nachfolgend in ein Kameragehäuse 20 eingebaut und fixiert. Das Kameragehäuse 20 weist hierbei ein vorderes

Gehäuseteil 21 und z. B. eine erste Gehäuseschale 22 und zweite

Gehäuseschale 23 auf, wobei weiterhin ein Fixierelement 24, z. B. ein Fixierblech 24, die Leiterplatte 8 und Befestigungsmittel 25, z. B. Schrauben, vorgesehen sind. _

Das vordere Gehäuseteil 21 ist aus Metall gefertigt und im Wesentlichen tubus- förmig bzw. zylindrisch ausgebildet; es weist eine vordere Öffnung 21 a und eine hintere Öffnung 21 b auf, so dass das Imagermodul 1 durch die hintere Öffnung bzw. Eingangsöffnung 21 b in das vordere Gehäuseteil 21 eingesetzt werden kann und mit dem Objektiv 2 aus der vorderen Öffnung 21 a herausragt. Hierbei erfolgt eine Anlage und Fixierung des Imagermoduls 1 durch Anlage mit mindestens drei Auflagebereichen 28a, 28b und 28c oder 128a, 128b, 128c an entsprechenden Anlagebereichen 30a, 30b und 30c des vorderen Gehäuseteils 21 , wobei das Fixierblech 24 gegen die Rückseite 4b des Sensorträgers 4 drückt.

Das Fixierblech 24 wird über z. B. zwei Schrauben 25, die in Fig. 3 außerhalb der Zeichenebene liegen und z. B. aus der perspektivischen Explosionsdarstellung der Fig. 6 ersichtlich sind, an dem vorderen Gehäuseteil 21 , z. B. in Aufnahmedomen 27 mit Gewinden 27a des vorderen Gehäuseteils 21 , befestigt und vor- teilhafterweise etwas verspannt, so dass die in Fig. 3 gezeigte Anordnung mit

Spannung in Richtung der optischen Achse D zusammengefügt ist.

Gemäß der Ausführungsform der Fig. 8 und 9 sind die Auflagebereiche 28a, 28b, 28c an der Vorderseite 4a des Sensorträgers 4 ausgebildet. Durch die Auflage- bereiche 28a, 28b, 28c und Anlagebereiche 30a, 30b, 30c erfolgt eine Positionierung bezüglich der Nickwinkellage und Gierwinkellage, d. h. in Winkellagen mit Drehachse senkrecht zur optischen Achse D; die weitere Fixierung in der Wankwinkellage, d. h. die Kippung bzw. Drehposition bezüglich der optischen Achse D, wird gemäß Fig. 5 entsprechend der strichpunktierten Linien durch eine Positionierung von Passkonturen 32, d. h. z. B. Sichtkanten, des Sensorträgers

4, relativ zu einer Ausrichtgeometrie 31 des vorderen Gehäuseteils 21 erreicht. Hierbei können z. B. die Aufnahmedome 27 zur Ausbildung der Ausrichtgeometrie 31 am vorderen Gehäuseteil 21 dienen. Entsprechend sind am Sensorträger 4 als Passkonturen 32 z. B. Ausnehmungen ausgebildet.

Somit kann bei der Montage eine gleitende Anlage der Auflagebereiche 28a, 28b, 28c an den Anlagebereichen 30a, 30b, 30c erfolgen kann, d. h. eine Relativverdrehung des Sensorträgers 4 mitsamt dem ganzen Imagermodul 1 gegenüber dem vorderen Gehäuseteil 21 , so dass die Passkonturen 32 und die Aus- richtgeometrie 31 von der Winkellage her übereinstimmen, z. B. erkennbar fluchten. Die Entwärmung des Bildsensors 5 erfolgt somit direkt über die Vorderseite 4a des Sensorträgers 4, und von dem Sensorträger 4 einerseits über dessen drei Auflagebereiche 28a, 28b und 28c auf die entsprechenden Anlagebereiche 30a, 30b und 30c des metallischen vorderen Gehäuseteils 21 , und andererseits über die Rückseite 4b des Sensorträgers 4 und das Fixierblech 24 sowie die metallischen Schrauben 25 in das metallische vordere Gehäuseteil 21 , das wiederum durch seine große Außenfläche gekühlt wird.

Die Leiterplatte 8 kann vorteilhafterweise am vorderen Kameragehäuse 21 befes- tigt bzw. aufgenommen sein, z. B. durch eine Ausnehmung in der Leiterplatte 8 oder eine formschlüssige Hintergreifung oder Verrastung. Somit kann der Flexleiter 6 in oder an der Leiterplatte 8 aufgenommen werden, zur Kontaktierung mit weiteren elektronischen Komponenten 35 auf der Leiterplatte 8, wie in Fig. 4 angedeutet, wobei als elektronische Komponenten 35 insbesondere eine Steuer- einrichtung, weiterhin auch Anschlusseinrichtungen für einen Datenanschluss, z.

B. einen fahrzeuginternen Datenbus, vorgesehen sein können. Das vordere Gehäuseteil 21 wird weiterhin in den Gehäuseschalen 22 und 23 aufgenommen, die z. B. miteinander verraten, bzw. die Leiterplatte 8 zwischen sich aufnehmen. Somit ist die Kamera 40 mit relativ geringem Aufwand, und geeigneter Festlegung in den Winkellagen und Positionierungen, ausbildbar.

Die Ausführungsform der Fig. 10 ist alternativ zu der Ausführungsform der Fig. 8 und 9 vorgesehen. Das Imagermodul 1 wird hierbei mit dem Objektivhalter 3 ge- gen das vordere Gehäuseteil 21 gedrückt. Somit sind drei Auflagebereiche 128a,

128b, 128c an einer Vorderseite des Objektivhalters 3, z. B. an der Vorderseite seines verbreiterten Objektivhalter-Auflagebereichs 3a ausgebildet, von denen in Fig. 10 lediglich der obere Auflagebereich 128b gezeigt ist, und liegen an den Anlagebereichen 30a, 30b, 30c des vorderen Gehäuseteils 21 an. Die oben be- schriebene Justierung kann hier genauso erfolgen. Eine Entwärmung des Bildsensors 5 erfolgt weiterhin über den Sensorträger 4, das Fixiermittel 24 und die Schrauben 25 auf das vordere Gehäuseteil 21.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Ka- mera 40 weist somit z. B. die Schritte auf: Nach dem Start in StO, in dem die in Fig. 6 dargestellten Einzelkomponenten bereitgestellt werden,

wird gemäß Schritt St1 der Bildsensor 5 mit dem Flexleiter 6 auf dem Sensorträger 4 montiert, wobei der Bildsensor 5 in üblicher Weise mit dem Flexleiter 6 kontaktiert wird oder ist,

in Schritt St2 wird der bereits am Sensorträger 4 befestigte Bildsensor 5 gegenüber den zur Ausrichtung dienenden Führungsrippen 14 ausgerichtet und positioniert wird, so dass die relative Ausrichtung der Tubus-Achse C gegenüber der Mittelpunkts-Normale B des Bildsensors 5 gewährleistet ist und nachfolgend der Sensorträger 4 an dem Objektivhalter 3 fixiert durch Ausbildung der Klebemittelschicht 18, und nachfolgend

gemäß Schritt St3 das Objektiv 2 in Längsrichtung bzw. Richtung zu einer Objektivachse A in den Tubusbereich 3b des Objektivhalters 3 eingeführt, vorteilhafterweise mit Fokussierung.

Die erreichte Längsposition des das Objektivs 2 wird in Schritt St4 durch den Kleber 17 fixiert.

Somit ist bereits das Imagermodul 1 fertiggestellt. Nachfolgend erfolgt der Einbau des Imagermoduls 1 in das Kameragehäuse 20:

Gemäß Schritt St5 wird das Imagermodul 1 durch die hintere Öffnung 21 b in das vordere Gehäuseteil 21 eingesetzt, so dass das Objektiv 2 nach vorne aus der vorderen Öffnung 21 a herausragt; eine Abdichtung ist hier grundsätzlich nicht erforderlich. In diesem Schritt St5 werden die Auflagebereiche 28a, 28b, 28c an der Vorderseite 4a des Sensorträgers 4 gegen die Anlagebereiche 30a, 30b, 30c des vorderen Gehäuseteils 21 gesetzt, und durch Drehen des Imagermoduls 1 um die optische Achse D die richtige Wankwinkellage eingestellt, indem die Passkonturen 32 am Sensorträger 4 mit der Ausrichtgeometrie 31 am vorderen Kamergehäuse-Teil 21 fluchten bzw. übereinstimmen.

Nachfolgend wird in Schritt St6 die so erreichte Lage fixiert, indem das Fixierblech 24 auf die Rückseite 4b des Sensorträgers 4 gesetzt und durch die

Schrauben 25 fixiert wird, die in die Aufnahmedome 17 eingeschraubt werden, so dass vorteilhafterweise eine leichte Verspannung in Axialrichtung vorliegen kann. Die leichte Verspannung ist jedoch ohne Einfluss auf die optischen Eigenschaften, da das Fixierblech 24 mittig und in seitlichen Bereichen an dem Sensorträger 4 anliegt und der Sensorträger 4 selbst als Metallplatte bzw. Stiffener mit hoher Steifigkeit ausgebildet ist.

Nachfolgend kann in Schritt St7 die Leiterplatte 8 an dem vorderen Gehäuseteil 21 befestigt sein, oder sie ist bereits vorab entsprechend montiert. Der Flexleiter 6 wird vorteilhafterweise an der Leiterplatte 8 kontaktiert.

Nachfolgend kann in Schritt St8 die Kamera 40 fertig gestellt werden, indem die Gehäuseschalen 22 und 23 angesetzt werden und hierdurch eine hermetische Abdichtung erreicht wird.