DE102015114016A1

DE102015114016A1 - Sensor device for optical detection of actuation gestures

Info

Publication number: DE102015114016A1
Application number: DE102015114016.0A
Authority: DE
Inventors: Nadine Sticherling
Original assignee: Huf Huelsbeck and Fuerst GmbH and Co KG
Current assignee: Huf Huelsbeck and Fuerst GmbH and Co KG
Priority date: 2015-08-24
Filing date: 2015-08-24
Publication date: 2017-03-02
Also published as: WO2017032473A1

Abstract

Eine Sensoreinrichtung (1) zur optischen Erfassung von Objekten und deren räumlichen Bewegungen. Eine 3D-Kamera erfasst die räumliche Daten mit einem Laufzeitverfahren, wobei die 3D-Kamera eine Pulslichtquelle (4) und einen lichtsensitiven Erfassungschip aufweist. Die Pulslichtquelle (4) und der Erfassungschip (7) sind in einem gemeinsamen Bauraum auf einer Platine (3) angeordnet und beide sind zu einem Erfassungsbereich der 3D-Kamera ausgerichtet. Der Erfassungschip hat eine sensitive Fläche (10) und ein Chipgehäuse (7), wobei auf dem Erfassungschip eine Empfangsoptik in einem Optikgehäuse (5) angeordnet ist. Das Optikgehäuse (5) der Empfangsoptik liegt wenigstens abschnittsweise auf dem Chipgehäuse (7) auf, wobei das Optikgehäuse (5) Befestigungsmittel (6a, 6b, 6c) aufweist, die sich seitlich vom Chipgehäuse und bis wenigstens zur Platine (3) erstrecken. Das Optikgehäuse (5) und das Chipgehäuse (7) haben im Bereich der Auflage des Optikgehäuses auf dem Chipgehäuse wenigstens abschnittsweise komplementär ausgebildete Erhöhungen (11) und Vertiefungen (8), um eine Ausrichtung des Optikgehäuses auf dem Chipgehäuse herbeizuführen.A sensor device (1) for the optical detection of objects and their spatial movements. A 3D camera acquires the spatial data using a transit time method, the 3D camera having a pulsed light source (4) and a light-sensitive detection chip. The pulse light source (4) and the detection chip (7) are arranged in a common space on a circuit board (3) and both are aligned to a detection range of the 3D camera. The detection chip has a sensitive surface (10) and a chip housing (7), wherein on the detection chip receiving optics in an optical housing (5) is arranged. The optical housing (5) of the receiving optics is at least partially on the chip housing (7), wherein the optical housing (5) fastening means (6a, 6b, 6c) which extend laterally from the chip housing and at least to the board (3). The optical housing (5) and the chip housing (7) have in the region of the support of the optical housing on the chip housing at least partially complementary shaped elevations (11) and recesses (8) to bring about alignment of the optical housing on the chip housing.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung zur optischen Erfassung von Objekten und deren räumlichen Bewegungen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Sensoreinrichtung zur optischen Erfassung von Bewegungsgesten, die von Personen ausgeführt werden, um einen Bedienwunsch zu signalisieren. The invention relates to a sensor device for the optical detection of objects and their spatial movements. In particular, the invention relates to a sensor device for the optical detection of motion gestures, which are performed by persons to signal a control request.

Die DE 10 2008 025 669 A1 offenbart einen optischen Sensor, welcher eine Geste detektiert, woraufhin ein Schließelement eines Fahrzeugs automatisch bewegt wird. The DE 10 2008 025 669 A1 discloses an optical sensor which detects a gesture, whereupon a closure member of a vehicle is automatically moved.

Die WO 2008/116699 A2 betrifft einen optischen Sensorchip und bezieht sich auf eine optische Einklemmschutzvorrichtung für die Überwachung einer Fensterscheibe, Schiebetür oder einer Heckklappe in einem Kraftfahrzeug. The WO 2008/116699 A2 relates to an optical sensor chip and relates to an optical anti-jamming device for monitoring a windowpane, sliding door or tailgate in a motor vehicle.

Die WO 2012/084222 A1 offenbart einen optischen Sensor zur Betätigung und Überwachung eines Schließelements. The WO 2012/084222 A1 discloses an optical sensor for operating and monitoring a closure element.

Im Bereich der optischen Erfassung sind Systeme bekannt, welche eine pixelbezogene Ortsinformation, insbesondere eine Distanz von der Sensor- oder Erfassungseinrichtung erfassen. Die WO 2013/001084 A1 offenbart ein System zur berührungslosen Erfassung von Gegenständen und Bediengesten mit einer optisch gestützten Einrichtung ähnlicher Art, wie sie auch für die Erfindung einsetzbar ist. In the field of optical detection systems are known which detect a pixel-related location information, in particular a distance from the sensor or detection device. The WO 2013/001084 A1 discloses a system for non-contact detection of objects and operating gestures with an optically-based device of a similar type, as it is also applicable to the invention.

Diese Systeme werden beispielsweise, je nach angewandtem Auswertungsverfahren, als „Time-of-flight“-Systeme oder auch als „3D-Imager“ oder „Range Imager“ bezeichnet. Die Anwendungsgebiete solcher Systeme liegen im Bereich der industriellen Automatisierungstechnik, in der Sicherheitstechnik und im Automobilbereich. In einem Auto werden 3D-Sensoren in Spurhaltesystemen, zum Fußgängerschutz oder als Einparkhilfe eingesetzt. Sowohl Konzepte der Triangulation als auch der Interferometrie und auch der Lichtlaufzeitmessung (Time-of-flight (ToF)) können mit optischen Sensoren umgesetzt werden. In diesem Zusammenhang wird auf diesbezügliche Ausarbeitungen verwiesen, welche die technischen Konzepte und deren Realisierung detailliert beschreiben, insbesondere die Dissertation „Photodetektoren und Auslesekonzepte für 3D-Time-of-Flight-Bildsensoren in 0,35 µm-Standard-CMOS-Technologie“, Andreas Spickermann, Fakultät für Ingenieurwissenschaften der, Universität Duisburg-Essen, 2010 . These systems are called, for example, depending on the applied evaluation method, as a "time-of-flight" systems or as a "3D Imager" or "Range Imager". The fields of application of such systems are in the field of industrial automation technology, in safety technology and in the automotive sector. In a car, 3D sensors are used in lane keeping systems, for pedestrian protection or as a parking aid. Both concepts of triangulation and of interferometry and time-of-flight (ToF) can be implemented with optical sensors. In this connection reference is made to relevant elaborations which describe the technical concepts and their realization in detail, in particular the dissertation "Photodetectors and Readout Concepts for 3D Time of Flight Image Sensors in 0.35 μm Standard CMOS Technology", Andreas Spickermann, Faculty of Engineering, University of Duisburg-Essen, 2010 ,

Außerdem wird auf die Publikation „Optimized Distance Measurement with 3D-CMOS Image Sensor and Real-Time Processing of the 3D Data for Applications in Automotive and Safety Engineering“, Bernhard König, Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Universität Duisburg-Essen, 2008 verwiesen. Also, on the publication Bernhard König, Faculty of Engineering, University of Duisburg-Essen, 2008 "Optimized Distance Measurement with 3D-CMOS Image Sensor and Real-Time Processing of the 3D Data for Applications in Automotive and Safety Engineering" directed.

Die vorgenannten Arbeiten beschreiben das Konzept und die Realisierung von einsetzbaren optischen Sensorsystemen, so dass im Rahmen dieser Anmeldung auf deren Offenbarung verwiesen wird und nur zum Verständnis der Anmeldung relevante Aspekte erläutert werden. The above-mentioned works describe the concept and the realization of deployable optical sensor systems, so that in the context of this application reference is made to their disclosure and only relevant to understanding the application relevant aspects are explained.

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung welche das Time-of-Flight-(ToF)Verfahren nutzt, so dass dieses hier kurz erläutert wird. The invention relates to a sensor arrangement which uses the time-of-flight (ToF) method, so that this will be briefly explained here.

Beim ToF-Verfahren wird ein Raumbereich mit einer Lichtquelle beleuchtet und die Laufzeit des von einem Objekt im Raumbereich zurück reflektierten Lichtes mit einem Flächensensor aufgenommen. Dazu sollten Lichtquelle und Sensor möglichst nah zueinander angeordnet sein. Aus dem linearen Zusammenhang von Lichtlaufzeit und Lichtgeschwindigkeit lässt sich die Distanz zwischen Sensor und Messobjekt bestimmen. Zur Messung der zeitlichen Verzögerung muss eine Synchronisation zwischen Lichtquelle und Sensor gegeben sein. Durch die Nutzung gepulster Lichtquellen können die Verfahren optimiert werden, denn kurze Lichtpulse (im ns-Bereich) ermöglichen eine effiziente Hintergrundlichtunterdrückung. Außerdem werden durch die Verwendung des gepulsten Lichts mögliche Mehrdeutigkeiten bei der Bestimmung der Distanz vermieden, so lange der Abstand genügend groß ist. In the ToF method, a room area is illuminated with a light source and the runtime of the light reflected back from an object in the spatial area is recorded with an area sensor. For this purpose, the light source and sensor should be arranged as close as possible to each other. The distance between the sensor and the object to be measured can be determined from the linear relationship between the light transit time and the speed of light. To measure the time delay, there must be a synchronization between the light source and the sensor. By using pulsed light sources, the processes can be optimized, because short light pulses (in the ns range) enable efficient background light suppression. In addition, the use of the pulsed light avoids possible ambiguities in determining the distance as long as the distance is sufficiently large.

Einerseits wird bei diesem Konzept die Lichtquelle gepulst betrieben. Außerdem wird die Detektionseinheit, also das Pixelarray gepulst sensitiv geschaltet, also das Integrationsfenster der einzelnen Pixel wird zeitlich mit der Lichtquelle synchronisiert und in der Integrationsdauer begrenzt. Durch den Vergleich von Ergebnissen mit unterschiedlichen Integrationsdauern können insbesondere Effekte von Hintergrundlicht herausgerechnet werden. On the one hand, the light source is pulsed in this concept. In addition, the detection unit, so the pixel array is switched pulsed sensitive, so the integration window of the individual pixels is synchronized with the time of the light source and limited in the integration period. By comparing results with different integration periods, in particular effects of background light can be excluded.

Wesentlich ist, dass diese Erfassungsmethode keine rein bildbasierte Erfassungsmethode ist. Es wir bei jedem Pixel eine Abstandsinformation ermittelt, was durch die zeitliche Lichtdetektion erfolgt. Bei Verwendung eines Pixelarrays liegt schließlich eine Matrix von Abstandswerten vor, welche bei zyklischer Erfassung eine Interpretation und Verfolgung von Objektbewegungen zulässt. It is essential that this collection method is not a purely image-based acquisition method. It is determined at each pixel distance information, which is done by the temporal light detection. Finally, when using a pixel array, there is a matrix of distance values that allows for cyclic detection interpretation and tracking of object motion.

Die Sensoreinrichtung weist also eine 3D-Kamera in Gestalt einer Time-of-Flight-Kamera auf. Dazu verfügt die 3D-Kamera über eine Pulslichtquelle und einen lichtsensitiven Erfassungschip. The sensor device therefore has a 3D camera in the form of a time-of-flight camera. For this purpose, the 3D camera has a pulsed light source and a light-sensitive detection chip.

Die Pulslichtquelle und der Erfassungschip sind in einem gemeinsamen Bauraum auf einer Platine angeordnet und zu einem Erfassungsbereich der 3D-Kamera ausgerichtet. Der Erfassungschip weist eine sensitive Fläche zur Registrierung von auftreffender elektromagnetischer Strahlung eines bestimmten Wellenlängenbereichs auf sowie ein umgebendes Chipgehäuse. Das Chipgehäuse umfasst den Chip hinsichtlich seiner Komponenten und seiner Kontakte zur Anbringung auf der Platine, lässt jedoch den optisch sensitiven Bereich frei, damit Strahlung ungehindert auftreffen kann. The pulse light source and the detection chip are in a common space on a Board arranged and aligned to a detection range of the 3D camera. The detection chip has a sensitive surface for registering incident electromagnetic radiation of a specific wavelength range and a surrounding chip housing. The chip package includes the chip in terms of its components and its contacts for mounting on the board, but leaves the optically sensitive area free, so that radiation can impinge unhindered.

Die Anforderungen an Fertigungstoleranzen und Justage sind bei optischen Systemen der genannten Art anspruchsvoll. Gleichwohl müssen derartige Sensoren in hoher Stückzahl und geringen Kosten gefertigt werden, wenn sie in Fahrzeugen zur Bedienung eingesetzt werden. The requirements for manufacturing tolerances and adjustment are demanding in optical systems of the type mentioned. However, such sensors must be manufactured in high volume and low cost when used in vehicles for operation.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfach und kostengünstig zu montierende Sensoreinrichtung zur Anordnung an einem Kraftfahrzeug bereitzustellen. The object of the invention is to provide a simple and inexpensive to be mounted sensor device for arrangement on a motor vehicle.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Sensoreinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. This object is achieved by a sensor device having the features of patent claim 1.

Erfindungsgemäß ist das Optikgehäuse, welches die Linsenanordnung und ggf. Filter und weitere optische Komponenten aufnimmt, abschnittsweise auf dem Chipgehäuse aufgelegt. An dem Optikgehäuse sind außerdem Befestigungsmittel angeordnet, die sich seitlich an dem Chipgehäuse vorbei und bis zur Platine erstrecken. An der Platine sind diese Befestigungsmittel zur Verankerung des Optikgehäuses über dem Erfassungschip festgelegt, beispielsweise pressverschweißt. Es ist jedoch gerade im Bereich der optischen Komponenten essentiell, die Ausrichtung der optischen Komponenten über dem Chip möglichst präzise auszuführen. Zu diesem Zweck weisen das Optikgehäuse der Empfangsoptiken und das Chipgehäuse jeweils komplementäre Oberflächengestaltungen auf, um eine präzise, geführte Ausrichtung des Optikgehäuses auf dem Chipgehäuse zu ermöglichen. Im Bereich der Auflage des Optikgehäuses auf dem Chipgehäuse sind daher Abschnitte gebildet, die Erhöhungen und Vertiefungen aufweisen, welche bei beiden Komponenten komplementär ausgeführt sind. Dies bedeutet, dass in Bereichen in welchen das Optikgehäuse Erhöhungen aufweist, Vertiefungen im Chipgehäuse ausgebildet sind. Im Bereich von Erhöhungen des Chipgehäuses sind entsprechende komplementäre Vertiefungen im Optikgehäuse ausgebildet. According to the invention, the optical housing, which accommodates the lens arrangement and possibly filters and further optical components, is placed in sections on the chip housing. On the optical housing fastening means are also arranged, which extend laterally past the chip housing and to the board. On the board these fasteners are set to anchor the optical housing on the detection chip, for example, press-welded. However, it is essential in the field of optical components to carry out the alignment of the optical components above the chip as precisely as possible. For this purpose, the optical housing of the receiving optics and the chip housing each have complementary surface configurations in order to enable a precise, guided alignment of the optical housing on the chip housing. In the region of the support of the optical housing on the chip housing, therefore, sections are formed which have elevations and depressions, which are designed to be complementary in both components. This means that in regions in which the optical housing has elevations, depressions are formed in the chip housing. In the region of elevations of the chip housing, corresponding complementary depressions are formed in the optical housing.

Erfindungsgemäß ist also die Befestigung des Optikgehäuses eine einfache Befestigung mit Befestigungsmitteln, die an der Platine festgelegt werden, jedoch die präzise Ausrichtung des optischen Systems über dem sensitiven Chip nicht leisten können. Die Ausrichtung wird erreicht, indem das Optikgehäuse auf den Chip aufgelegt wird und die komplementären Erhöhungen und Vertiefungen zu einer Ausrichtung der beiden Komponenten zueinander führen. Insbesondere können dafür die komplementären Bereiche mit Gleitflächen und Schrägen ausgebildet sein, um eine gleitende Zentrierwirkung oder allgemein Ausrichtung zu entfalten, welche das Optikgehäuse in die gewünschte Positionierung auf dem Chipgehäuse führt. Diese erfolgreiche Positionierung wird schließlich durch Befestigung der am Chipgehäuse vorbeilaufenden Befestigungsmittel gesichert. According to the invention, therefore, the attachment of the optical housing is a simple attachment with fastening means which are fixed to the board, but can not afford the precise alignment of the optical system on the sensitive chip. Alignment is achieved by placing the optics housing on top of the chip and complementing the elevations and depressions to align the two components. In particular, for the complementary areas may be formed with sliding surfaces and bevels to develop a sliding centering or general orientation, which leads the optical housing in the desired positioning on the chip housing. This successful positioning is finally secured by attachment of passing on the chip housing fasteners.

Erfindungsgemäß ist entsprechend der Erfassungschip mitsamt seinem Chipgehäuse an der Platine befestigt, das Optikgehäuse wird über die komplementären Erhöhungen und Vertiefungen am Chipgehäuse ausgerichtet und anschließend wird eine dauerhafte Befestigung erreicht, indem die am Chipgehäuse vorbeilaufenden Befestigungsmittel an der Platine festgelegt werden. According to the invention, the acquisition chip together with its chip housing is attached to the board, the optical housing is aligned with the complementary elevations and depressions on the chip housing and then a permanent attachment is achieved by the passing on the chip housing fasteners are fixed to the board.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Ausrichtungsbereiche symmetrisch um eine zentrale Öffnung des Optikgehäuses herum angeordnet sind, durch welche Licht auf den unter dem Optikgehäuse angeordneten Erfassungschip fallen kann. Insbesondere ist vorzusehen, um die Öffnung des Optikgehäuses herum eine ringförmige vorgewölbte Wulst oder eine ringförmige Vertiefung auszubilden, wobei im Chipgehäuse eine entsprechende, komplementäre Vertiefung oder Erhöhung ausgebildet ist. It is particularly advantageous if the alignment regions are arranged symmetrically around a central opening of the optical housing, through which light can fall on the detection chip arranged below the optical housing. In particular, it is to be provided to form around the opening of the optical housing around an annular bulging bead or an annular recess, wherein in the chip housing, a corresponding, complementary recess or elevation is formed.

Eine komplementäre Ausbildung ist im Rahmen dieser Anmeldung so zu verstehen, dass eine Aufnahme der erhöhten Bereiche einer Komponente in Vertiefungen der anderen Komponente möglich ist. Dabei ist es nicht unbedingt erforderlich, dass die Formen in allen Abschnitten komplementär sind. Beispielsweise kann eine sich vorwölbende ringförmige Wulst auf einer der Komponenten angeordnet sein und an der anderen Komponente ist eine kreisförmige Vertiefung ausgebildet, welche die ringförmige Wulst aufnehmen kann. In diesem Fall ist unter komplementär also auch zu verstehen, dass ein Ring in einer Kreisvertiefung aufgenommen wird. Wesentlich ist, dass eine in der Größe angepasst und abgestimmte Anordnung vorgenommen ist, so dass eine weitgehend spielfreie Ausrichtung des Optikgehäuses zu dem Chipgehäuse stattfindet. A complementary training is to be understood in the context of this application so that a recording of the raised portions of a component in recesses of the other component is possible. It is not absolutely necessary that the shapes are complementary in all sections. For example, a bulging annular bead may be disposed on one of the components and on the other component is formed a circular depression which can receive the annular bead. In this case, the term "complementary" also means that a ring is received in a circular depression. It is essential that an adapted in size and coordinated arrangement is made so that a largely backlash-free alignment of the optical housing takes place to the chip housing.

In einer bevorzugten Gestaltung sind am Optikgehäuse drei Befestigungsbeine ausgebildet, welche in zugehörige Öffnungen der Platine eintauchen und dort befestigt werden. Eine Dreibein-Anordnung erlaubt nach Ausrichtung des Optikgehäuses am Chipgehäuse eine wackelfreie Befestigung des Optikgehäuses auf der Platine und das Durchführen der Befestigungsbeine durch Öffnungen in der Platine erlaubt eine dauerhafte und verschiebungssichere Arretierung. Die Öffnungen in der Platine sind dabei so zu bemessen, dass das Optikgehäuse genügend Spiel bei dem erstmaligen Aufsetzen auf das Chipgehäuse hat und erst nach Ausrichtung durch die entsprechenden komplementären Bereiche und im ausgerichteten Zustand eine Arretierung der Befestigungsbeine in den Öffnungen stattfindet. Dies kann beispielsweise durch eine Pressschweißung erreicht werden. In a preferred embodiment, three attachment legs are formed on the optical housing, which dive into associated openings of the board and fixed there. A tripod assembly allows for alignment of the optical housing on the chip housing a wobble-free attachment of the optical housing on the board and passing the attachment legs through openings in the board allows a permanent and secure locking. The openings in the board are to be dimensioned so that the optical housing has enough clearance at the first touchdown on the chip housing and takes place only after alignment by the corresponding complementary areas and in the aligned state, a locking of the fastening legs in the openings. This can be achieved for example by a pressure welding.

Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. The invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawings.

1a zeigt eine erfindungsgemäße Sensoranordnung in einem Gehäuse in einer perspektivischen Schrägansicht. 1a shows a sensor arrangement according to the invention in a housing in a perspective oblique view.

1b zeigt die Anordnung aus 1a in einer Aufsicht. 1b shows the arrangement 1a in a supervision.

2a zeigt eine Empfangsoptik mit Empfangschip in einer Schrägansicht von oben. 2a shows a receiving optics with receiving chip in an oblique view from above.

2b zeigt die Anordnung aus 2a in einer Schrägansicht von unten. 2 B shows the arrangement 2a in an oblique view from below.

2c zeigt die Anordnung aus 2a in einer Seitenansicht. 2c shows the arrangement 2a in a side view.

3a zeigt das Optikgehäuse mit beabstandeten Empfangschip in einer Schrägansicht von oben. 3a shows the optical housing with spaced receiving chip in an oblique view from above.

3b zeigt die Anordnung aus 3a in einer Schrägansicht von unten. 3b shows the arrangement 3a in an oblique view from below.

3c zeigt die Anordnung aus 3a in einer Seitenansicht mit Detailvergrößerung. 3c shows the arrangement 3a in a side view with detail enlargement.

In 1a ist eine Sensoranordnung 1 gezeigt, die ein Gehäuse 2 aufweist, in welchem eine Platine 3 gehalten ist. Auf der Platine 3 sind eine Pulslichtquelle 4 sowie eine Empfangsoptik 5 angeordnet. In 1a is a sensor arrangement 1 shown a housing 2 in which a board 3 is held. On the board 3 are a pulsed light source 4 and a receiving optics 5 arranged.

Im Betrieb wird Licht von der Pulslichtquelle 4 ausgestrahlt und an Objekten im Raum zurückgeworfenes Licht wird in der Optik in dem Optikträger 5 gesammelt und auf einen unter dem Optikträger 5 befindlichen Chip fokussiert. In operation, light is from the pulsed light source 4 emitted and reflected back to objects in space light is in the optics in the optics carrier 5 collected and on one under the optics carrier 5 focused chip located.

In 1a ist erkennbar, dass das Optikgehäuse 5 eine quadratische Grundplatte aufweist. An drei der Ecken der Grundplatte sind Befestigungsbeine angeordnet, die in Öffnungen auf der Platine 3 eintauchen. Das Optikgehäuse 5 ist mit den Befestigungsbeinen an der Platine 3 festgelegt. In den weiteren Figuren sind das Gehäuse 2 sowie die Platine 3 nicht gezeigt, um die wesentlichen Merkmale der Erfindung besser darzustellen. In 1a it can be seen that the optical housing 5 has a square base plate. At three of the corners of the base plate mounting legs are arranged in openings on the board 3 plunge. The optics housing 5 is with the mounting legs on the board 3 established. In the other figures, the housing 2 as well as the board 3 not shown to better illustrate the essential features of the invention.

In 2a ist das Optikgehäuse 5 gezeigt, an welches auf der unteren Seite drei Befestigungsbeine 6a, 6b und 6c angeformt sind. In der Schrägansicht von unten in 2b ist gezeigt, dass ein Erfassungschip 7 in Kontakt mit dem Optikgehäuse 5 gebracht ist, dies ist auch in 2c zu sehen. In den 1a und 1b ist der Chip 7 nicht erkennbar, da er sich zwischen der Platine 3 und dem Optikgehäuse 5 befindet. In 2a is the optics housing 5 shown, on which on the lower side three attachment legs 6a . 6b and 6c are formed. In the oblique view from below in 2 B is shown that a detection chip 7 in contact with the optical housing 5 is brought, this is also in 2c to see. In the 1a and 1b is the chip 7 not recognizable as it is between the board 3 and the optical housing 5 located.

Wie in den 2b und 2c sichtbar, ist der Erfassungschip 7 in flächigem Kontakt mit dem Optikgehäuse 5. As in the 2 B and 2c visible, is the acquisition chip 7 in surface contact with the optical housing 5 ,

Die 3a und 3b zeigen einen Zustand, in dem der Erfassungschip 7 von dem Optikgehäuse 5 zur besseren Darstellung beabstandet dargestellt ist. Der Erfassungschip 7 weist in seinem Gehäuse eine Vertiefung 8 auf sowie einen optisch sensitiven Bereich 10 der unter einer rechteckigen Gehäusedurchbrechung angeordnet ist. Die kreisförmige Vertiefung 8 ist in ihrem Durchmesser so bemessen, dass ein auf der Unterseite des Optikgehäuses 5 angeordneter ringförmiger Wulst 11 ohne seitliches Spiel in die kreisförmige Vertiefung 8 eintauchen kann. Durch diese komplementären Bereiche auf Seiten des Chipgehäuses 7 einerseits und auf Seiten des Optikgehäuses 5 andererseits wird eine Zentrierung der optisch sensitiven Fläche 10 unter der zentralen Öffnung im Optikgehäuse 5 erreicht. Die im Optikgehäuse weiterhin aufgenommenen optischen Komponenten wie Linsen oder Filter erreichen dadurch die gewünschte präzise Ausrichtung zu dem Erfassungschip 7. The 3a and 3b show a state in which the detection chip 7 from the optical housing 5 is shown spaced apart for clarity. The acquisition chip 7 has a recess in its housing 8th on as well as an optically sensitive area 10 which is arranged under a rectangular housing aperture. The circular depression 8th is sized in diameter so that one on the bottom of the optical housing 5 arranged annular bead 11 without lateral play in the circular recess 8th can dive. Through these complementary areas on the side of the chip housing 7 on the one hand and on the side of the optics housing 5 On the other hand, a centering of the optically sensitive surface 10 under the central opening in the optical housing 5 reached. The optical components, such as lenses or filters, which are still received in the optical housing, thereby achieve the desired precise alignment with the detection chip 7 ,

Es wird in diesem Beispiel deutlich, dass eine Ausrichtung über die Umfangsflächen der kreisförmigen Vertiefung 8 und der ringförmigen Wulst 11 erreicht wird. Die Flächen sind also hinsichtlich ihrer Kontur nicht vollständig komplementär sondern abschnittsweise komplementär, nämlich komplementär entlang des äußeren Umfangs, so dass im inneren Bereich, in dem der freie Ringraum des Optikgehäuses 5 zum Liegen kommt, die optisch sensitive Fläche 10 liegt. It becomes clear in this example that an alignment over the peripheral surfaces of the circular recess 8th and the annular bead 11 is reached. The surfaces are therefore not completely complementary in terms of their contour but partially complementary, namely complementary along the outer circumference, so that in the inner region, in which the free annular space of the optical housing 5 comes to rest, the optically sensitive surface 10 lies.

Die 3c zeigt eine vergrößerte seitliche Darstellung der betreffenden, komplementär ausgeführten Bereiche. In dieser Darstellung ist deutlich, dass bei Anordnung des Optikgehäuses 5 über dem Chip 7 die ringförmige Wulst 11 in den kreisförmigen Vertiefungsbereich 8 eintauchen kann und die schrägen oder geschwungenen Flächen als äußere Umfangsbegrenzungen der jeweiligen Erhebungen und Vertiefungen eine Zentrierung durch Abgleiten der Komponenten aneinander erlauben. The 3c shows an enlarged side view of the relevant, complementary executed areas. In this illustration it is clear that when the optics housing is arranged 5 over the chip 7 the annular bead 11 in the circular recess area 8th can dive and allow the inclined or curved surfaces as outer peripheral boundaries of the respective elevations and depressions centering by sliding of the components together.

Wenn das Optikgehäuse 5 der Chip 7 zueinander durch Einwirkung der Flächen 11 und 8 aufeinander ausgerichtet sind, können die Beine 6a, 6b und 6c in den zugehörigen Öffnungen der Platine festgelegt werden. Es ist somit sichergestellt, dass auch bei Fertigungstoleranzen der Platinenbohrungen oder Befestigungsmittel sowie beim Befestigungsvorgang an sich, eine Ausrichtung der optischen Komponenten zum Chip jederzeit gewährleistet ist und ein Verrutschen der Komponenten zueinander unterbunden ist. If the optics housing 5 the chip 7 to each other by the action of the surfaces 11 and 8th aligned with each other, the legs can 6a . 6b and 6c be set in the associated openings of the board. It is thus ensured that an alignment of the optical components to the chip is ensured at all times even in the case of manufacturing tolerances of the board bores or fastening means and during the fastening process, and slippage of the components relative to one another is prevented.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102008025669 A1 [0002]
WO 2008/116699 A2 [0003]
WO 2012/084222 A1 [0004]
WO 2013/001084 A1 [0005]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

"Photodetectors and Readout Concepts for 3D Time-of-Flight Image Sensors in 0.35 μm Standard CMOS Technology", Andreas Spickermann, Faculty of Engineering, University of Duisburg-Essen, 2010 [0006]
Bernhard König, Faculty of Engineering, University of Duisburg-Essen, 2008 "Optimized Distance Measurement with 3D-CMOS Image Sensor and Real-Time Processing of 3D Data for Applications in Automotive and Safety Engineering" [0007]

Claims

Sensor device ( 1 ) for the optical detection of objects and their spatial movements, comprising, a 3D camera, which records spatial data with a transit time method, wherein the 3D camera comprises a pulsed light source ( 4 ) and a light-sensitive detection chip, wherein the pulsed light source ( 4 ) and the acquisition chip ( 7 ) in a common space on a board ( 3 ) are arranged and both are aligned to a detection range of the 3D camera, wherein the detection chip is a sensitive area ( 10 ) and a chip housing ( 7 ), wherein on the detection chip a receiving optics in an optical housing ( 5 ), characterized in that the optical housing ( 5 ) of the receiving optics at least in sections on the chip housing ( 7 ) rests, wherein the optical housing ( 5 ) Fastening means ( 6a . 6b . 6c ), which laterally from the chip housing and at least to the board ( 3 ) extend that the optical housing ( 5 ) and the chip housing ( 7 ) in the region of the support of the optical housing on the chip housing at least partially complementarily formed elevations ( 11 ) and depressions ( 8th ) to effect alignment of the optical housing with the chip package.

Sensor device according to claim 1, wherein the optical housing has a central light passage opening and the opening is surrounded on the side facing the chip housing by an annular bead, wherein the chip housing has a circular recess which is dimensioned for receiving the annular bead.

Sensor device according to claim 1 or 2, wherein the optical housing has three attachment legs, which dive into corresponding openings of the board.