CN108802949A - 用于容置光学元件的保持装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于容置光学元件(30)的保持装置(150)及其制造方法，其中保持装置(150)包括具有用于容置光学元件(30)的凹部(45)的框架元件(40)，使得光学元件(30)从框架元件(40)突出，并且框架元件(40)包括至少两个第一固定元件(42和/或43)。此外，保持装置包括具有至少两个第二固定元件(22和/或23)的夹持箔(20)，至少两个第二固定元件(22和/或23)可以与框架元件(40)的第一固定元件(42和/或43)中相应一者接合，使得夹持箔(20)至少部分地架设于凹部(45)中的光学元件(30)之上并由此将光学元件(30)固定在凹部中。
Description
技术领域
本发明涉及用于容置摄像机的光学元件的保持装置，特别是包括玻璃板的滤光器保持元件。
背景技术
通常，摄像机系统在光路中包括多个光学元件，以便预处理或相应地影响入射光束。这种光学元件可以特别用于在包含于光束中的光频率、偏光面、调焦和其他特性方面影响光束。
现代摄像机系统特别地以其紧凑的设计和最具成本效益的结构为特征。这意味着摄像机系统的部件就其本身而言不仅需要能够以简单的方式制造，而且零件和部件应当允许组装和维修时的更换尽可能快速且容易地进行。
尤其是在用于监控制造过程的摄像机系统(所谓的工业摄像机系统)中，希望能够快速且容易地更换外部光学元件，以便能够快速更换或者相应地进行更换特别受到外部环境影响的部件，进而尽可能少地延迟制造过程。
因此，为了更换诸如滤光器元件之类的外部光学元件而进行的整个摄像机壳体的拆卸较复杂出于时间原因是不希望出现的，并且特别地对于用于监控制造过程的摄像机来讲，这也不是合适的维护方案。
例如，已知的固定方案包括将外部滤光器元件固定在其各自的保持元件中并借助于诸如胶水等的胶粘连接装置将这些保持元件固定在摄像机系统的周围部件中。然而，这种固定方法的目标并非在于维修时固定部件的快速且直接的更换。另外，该方法需要复杂且耗时的开发并且要求专业供应商具有自动化分配器装置，这会导致交错的供应链，即滤光器元件和注射成型部件(例如滤光器保持元件)的供应商不同，并且要求那些专业供应商在粘接技术方面具有足够的经验。
此外，常规滤光器元件的滤光器和/或玻璃板例如可以借助于O形环夹持于形成在物镜承载件的螺纹中的沟槽内并且由此可以固定于摄像机的前部部分。然而，这是不利的，因为杂质(例如灰尘，油脂，磨损物等)可能到达滤光器，并且需要使用者进行复杂的安装作业来移除滤光器、例如、以清洁图像传感器或滤光器。
此外，滤光器和/或玻璃板可以借助于闭锁和/或卡扣机构、如在DE 20 2009 014837 U1中所公开的、固定或夹持于滤光器保持元件中。这种机构需要复杂的开发和紧密的公差，并导致塑料滤光器保持元件的磨损，进而导致分别在滤光器或玻璃板的安装过程中产生松散的颗粒。
最后，滤光器和/或玻璃板可以通过泡沫框架或类橡胶注射成型部件从内侧夹持于框边上。在这种情况下，泡沫框架或类橡胶注射成型部件置靠于图像传感器或传感器电路板上并且通过压缩而压靠在滤光器和/或玻璃板上，其中在框边中设置有对应的凹部用于侧向导向(x方向和y方向)。然而，这种固定选择在安装和拆卸时及其复杂，因为所有部件(框边、滤光器、泡沫框架或注射成型部件、螺钉)都零散地布置并需要精确地配装在狭窄的容置空间中。因此，在拆卸和清洁图像传感器和滤光器之后，使用者几乎不可能在没有由磨损或松散颗粒造成新的污染的情况下重新组装所有部件。
如果泡沫框架或相应地注射成型部件太软，则滤光器处的夹持力可能减小，并且存在使用者在清洁过程中例如借助于铲或布将滤光器压入传感器空间的风险，以及因此杂质可以进入传感器空间的风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于光学元件的保持装置及其制造方法，借助于该保持装置，可以实现光学元件(滤光器、玻璃板等)的紧密密封和周密固定并且可以实现简化的安装和拆卸。
根据本发明，该目的通过根据权利要求1所述的保持装置、根据权利要求11所述的摄像机前部模块以及根据权利要求13所述的制造方法来实现。
因此，设置有具有用于容置光学元件的凹部的框架元件，其中框架元件包括至少两个第一固定元件。为了固定光学元件，设置有具有至少两个第二固定元件的夹持箔，该第二固定元件可以与框架元件的第一固定元件中的相应一者接合，使得夹持箔至少部分地架设于凹部之上并由此将光学元件固定于凹部中。此外，夹持箔可以用于补偿突出容差的波动。
在制造保持装置期间，首先将光学元件放置在框架元件的凹部中，然后将夹持箔施加于位于凹部中的光学元件上，并由此使夹持箔的第二固定元件对准成使得第二固定元件与框架元件的第一固定元件中的相应一者接合。
由于由架设的夹持箔提供的“浮动式”支撑类型而导致诸如滤光器、玻璃板等光学元件能够以夹持方式固定于各种装置和布置中，并且这种固定防尘、节省空间、保护玻璃的锋利边缘、使应力消除、可补偿材料的不同热膨胀和部件的公差波动、并且吸收振动。其中，夹持箔将各个部件(框架元件(例如、滤光器保持元件)、光学元件(例如，滤光器、玻璃、透镜等)、夹持箔和固定装置(例如、螺钉))结合在更紧凑的模块中，由此方便了安装和拆卸，因为使用者可以将多个部件按照结合组件进行拆卸，清洁光学元件和由此暴露出来的图像传感器，并且随后再次容易地将结合组件重新安装到摄像机中。因此，使用者可以直接维护其中采用了所提出的保持装置的相关光学装置。
此外，所提出的制造方法使得构造简单，并且制造成本较低，因为与其他方法相比，其不需要特殊的制造技术(例如一开始描述的固定方法)并且可以进行常规手动安装。
此外，所提出的借助于夹持箔来安装光学元件使得构造节省空间，从而使得例如即使较大的光学滤光器(例如用于1”和1.1”图像传感器)也可以容置于物镜承载件的可用容置空间(所谓的“C-Mount空间(C-Mount-Space)”，<24.5mm)中。
最后，所提出的周密且低应力的固定导致材料应力较低，特别是在具有锋利玻璃边缘的光学元件因可能的温度变化或振动或不利的公差波动而坚硬易碎的情况下，从而降低安装期间的材料破裂、生成颗粒以及磨损的风险。
根据第一进一步有利的开发方案，框架元件的第一固定元件可以包括导向销或夹持销，并且夹持箔的第二固定元件可以包括具有适应导向销或夹持销的直径的通孔，使得夹持箔可以配装在框架元件上。如此，夹持箔可以例如通过通孔与导向销或夹持销之间的摩擦而固定。这通过将夹持箔配装在其中包含有光学元件的框架元件上而使得保持装置的安装非常容易。作为替代方案，夹持箔也可以通过所施加的胶粘层或附加的夹层胶粘箔固定到框架元件。此外，鼻状突出部和切口可以设置为第一固定元件，并且凹部设置为第二固定元件，其中鼻状突出部配装到凹部内并且夹持箔与切口中的凹部接合以便固定。
优选地，其中，至少一些导向销或夹持销可以成对地布置，其中，每对导向销或夹持销均配装到第二固定元件的长形通孔或一对通孔内。由长形孔或一对通孔形成的方向导向使夹持箔与框架元件更好且更稳定地对准。
此外，夹持箔可以优选由弹性塑料或具有围绕的弹性唇缘或回弹唇缘的非弹性材料制成。
根据第二进一步有利的开发方案，框架元件可以包括用于在摄像机的前部模块或其它承载部件的容置部分处进行固定的至少两个通孔。通过该方法，优选为弹性的夹持箔可以通过框架元件的固定而压靠容置部分和光学元件(玻璃板/滤光器等)，从而实现密封效果。因此，架设的弹性夹持箔实现在将所提出的保持装置安装于摄像机处的过程中传感器空间的明显更安全的防尘密封。
根据第三进一步有利的开发方案，框架元件和夹持箔包括圆形的形状并且适于容置在摄像机前部模块的用于摄像机的物镜承载件的圆形容置空间中。由此，保持装置可以以有利的方式直接插入物镜承载件的凸缘内。优选地，框架元件连同所夹持的光学元件可以随后通过固定装置固定于前部模块，使得图像传感器的传感器空间由夹持箔密封。
附图说明
在下文中，将参照附图中的视图并基于优选实施例对本发明进行说明，其中：
图1A和图1B分别示出了根据本发明的实施例的摄像机的光学模块的截面图和正视图；
图2示出了根据实施例的保持模块的从后方一角度观察的分解透视图；
图3示出了摄像机的具有根据实施例的保持模块的摄像机前部模块的从后方一角度观察的分解透视图；以及
图4示出了摄像机的具有根据实施例的保持模块的摄像机前部模块的从前方一角度观察的分解透视图。
具体实施方式
根据以下实施例，提出了用于光学元件(例如，滤光器、玻璃板、透镜、光阑等)的保持模块(保持装置)，其中光学元件设置于在厚度的方向上形成于用作滤光器保持件的框架元件内的凹部或切口中。其中，光学元件的厚度大于凹部的深度，使得光学元件相对于框架元件的表面突出。根据该实施例，由具有较高刚度的弹性材料(例如塑料)形成的箔放置于用作固定元件的框架元件的导向销或夹持销上，使得箔架设于设置于凹部中的光学元件之上。因此，光学元件被夹持或圈闭于框架元件和箔之间的空间中。在通过螺钉将作为滤光器、玻璃或透镜保持件的框架元件固定于所涉及的摄像机的前部部分(摄像机前部模块)处之后，箔此时被夹持于框架元件和摄像机前部部分之间，并且箔压靠光学元件(滤光器、玻璃板、透镜等)的外部边缘，从而以较低应力将光学元件固定在保持装置的框架元件处。
图1A示出了具有根据一实施例的滤光器保持组件(保持模块)150的摄像机的前部部分(摄像机前部模块)100的沿图1B所示的剖切线A-A且沿图1B所示的箭头的方向的截面图。摄像机前部模块100包括物镜保持件或物镜承载件，该物镜保持件或物镜承载件具有用于正确配装地旋紧摄像机物镜(未示出)的凸缘状圆筒形延伸部分。在摄像机前部模块100的后侧，电路板10(例如传感器板组件)通过螺钉固定，图像传感器12设置于电路板10上。用于电子图像检测和处理的各种部件和集成电路(未示出)例如通过表面安装装置(SMD)技术放置于电路板10上。此外，电路板可以包括用于摄像机的数据传输和/或控制的接口(USB、GigE等)用的连接部分(未示出)。摄像机本身可以例如用作计算机或中央单元的外围元件。
根据图1A中的截面图，保持模块150包括类似于画框的框架元件(滤光器保持件)40，该框架元件具有用于从所拍摄物体到图像传感器12的光路的开口并且具有位于图像传感器的侧部处的凹部，该凹部用于容置光学元件(例如，红外滤光器、IR滤光器/IR-Cut滤光器(红外截止滤光器)/红外遮光滤光器)或其它滤光器或待支撑的具有/不具有滤光效果的玻璃板30。此外，框架元件40包括指向图像传感器12的销形的导向/夹持元件42，并且具有相应的通孔22的保持箔或基底箔20(在下文中指定为夹持箔)可以固定于导向/夹持元件上，这一点稍后将更详细地说明。夹持箔20可以例如由具有较高刚度的弹性材料(例如塑料)制成(例如PET箔)。最后，保持模块150还包括用于紧固螺钉50的孔，保持模块150通过螺钉50螺纹地固定到摄像机前部模块100。当然，诸如铆钉或螺栓或夹持销等其他固定装置也可以用于此目的。
图2示出了从后方一角度观察的根据该实施例的保持模块150的分解透视图。在该分解图示(也称为分解图)中，可以容易地识别出框架元件40的固定元件以及夹持箔20和被夹持的光学元件30，框架元件40、夹持箔20和光学元件30在安装状态下彼此接合。根据该实施例，夹持箔20和框架元件40包括用于图像传感器的光路的、具有圆角的贯通开口，所述贯通开口大体上为矩形并且彼此对应。此外，夹持箔20包括两个圆形通孔23和两个长形通孔22，圆形通孔和长形通孔分别用于插到框架元件40的对应的导向或夹持元件43和42上。随后，成对的导向或夹持元件42两两插塞到长形通孔22中。
为了容置光学元件30，框架元件40在沿中央贯通开口的内边缘处包括凹部45，光学元件30松配合于凹部45内，然而，其中凹部45的深度小于光学元件30的厚度。因此，光学元件30在插入状态下突出于框架元件40的表面上方，并且夹持箔20在插塞状态下压靠光学元件30。
最后，框架元件40和夹持箔20在其上侧和下侧还包括彼此对准的相应的通孔44和24，根据图1A和图1B的固定螺钉50可以穿过该通孔44和24。
在下文中，参照图3和图4给出了保持模块150的安装和功能的更详细的说明。
图3和图4示出了分别从后方一角度和前方一角度观察的摄像机的具有根据该实施例的保持模块150的摄像机前部模块100的分解透视图。
最开始，将光学元件30(即滤光器或玻璃板)放入框架元件40(即滤光器保持件)的凹部内。随后，夹持箔20例如借助于工具(例如型板或镊子)与销形的导向或夹持元件42、43对准并且定位在导向或夹持元件42、43上，并向光学元件30处移动。夹持箔20通过由箔材料的弹性(弹性效应)和变形产生的摩擦而在销形的导向或夹持元件42、43处固定。为此，夹持箔20中的通孔22、23可以例如小于销形的导向或夹持元件42、43的外部尺寸或者通孔22、23的距离小于销形的导向或夹持元件42、43的距离。
在此状态下，夹持箔20因通孔(或至少两个孔)22、23与导向或夹持元件42、43之间的摩擦而将光学元件30保持或相应地将光学元件30夹持在框架元件40的凹部(滤光器保持位置)中，使得此时就能够自由地移动保持模块150的组件而不会使其分成几部分(即使当光学元件指向下方时)，并且该组件因此可以毫无问题地移动到摄像机前部模块100的设置成用于保持模块150并且可能地用于可螺纹地固定的物镜承载件(未示出)的容置空间14。
因此，保持模块150的组件被放置在摄像机前部模块100的容置空间内并且由螺钉50固定。在旋紧期间，螺钉50现以相对较大的力压在框架元件40和夹持箔20上，使得夹持箔20被牢固地夹持在框架元件40和摄像机前部模块100或者摄像机的其它保持部件(未示出)的固定平面之间。由于光学元件30位于框架元件40和夹持箔20之间，并且光学元件的厚度略大于框架元件40中的凹部的深度(因此光学元件30突出)，所以夹持箔20在旋紧期间压靠光学元件30并且根据光学元件30的几何形状而变形。由于变形的夹持箔20中的所产生的应力和夹持箔20的由变形引起的非常小的夹持部段而导致在光学元件30处获得可靠且足够的夹持力，使得可以通过刮刀和/或湿布从外部前表面清洁光学元件30。同样，可以使用清洁的压缩空气去除松散的颗粒。图像传感器前方的传感器空间由弹性夹持箔20以防尘的方式封闭。
光学元件30在某种程度上“以应力消除的方式在弹性地架设的塑料底面上”(即在夹持箔20上)浮动并且完全不与摄像机前部模块100的金属接触。因此，光学元件30以消除应力的方式进行固定，并且材料的热膨胀差异以及部件的公差波动以极佳的方式得以补偿。即使保持模块150暴露于不同振动中，弹性夹持箔20也吸收或相应地抑制光学元件30处的振动。
因此，所提出的光学元件30的保持件提供了紧凑的解决方案，并且可以在摄像机前部模块100中实现较大开口，以便在穿过摄像机前部模块中的开口拆卸保持模块150(滤光器保持组件)之后还能够清洁较大的图像传感器。此外，各个部件可以在用户端的从作为组件的外侧拆卸保持模块150期间被容易地移除而不接触光学元件30并且能够在清洁之后被再次安装。为此不需要特殊的工具。
所呈现的根据实施例的解决方案可以与各种图像获取装置和摄像机设备结合使用，其中具有光学元件的保持模块直接集成在物镜承载件中或者固定在摄像机前端模块的其它承载元件处。
当然，夹持箔20和框架元件40之间的其他固定方案也是可以想到的，并且被包括在所附权利要求的范围内。导向和夹持元件42、43例如可以设置于夹持箔20处并且通孔22、23可以设置于框架元件40处。此外，导向和夹持元件42不必设置为成对的销并且与相对的长形孔接合。成对的销也可以以集成的方式修改为长形钉。此外，可以提供具有星形形状的销或钉以用于夹持功能，或者反之亦然，可以在箔上设置星形的或具有沟槽的通孔。作为替代方案，成对的销可以与夹持箔20中的对应的成对的孔接合。
此外，夹持箔20可以穿过其它可释放的夹持或卡扣机构而固定在框架元件40处。例如，框架元件40可以在外边缘处包括至少两个(例如相对的)鼻状突出部和相应的切口，其中在夹持箔20中设置有对应的凹部。在将夹持箔20定位并放置在框架元件40上的过程中，框架元件40的这些鼻状突出部随后插入夹持箔20的凹部中，并且因此夹持箔20的边缘通过切口而固定。在夹持箔20处不具有凹部的改型的情况下，仅夹持箔20的外边缘可以同样与框架元件40的对应的切口接合，使得在这种情况下，仅是夹持箔的外边缘可以表现为箔侧固定装置。
根据其它改型，导向和夹持元件可以由作为相应固定元件的单独的导向和固定装置替代。例如，可以设置有至少两个销(例如在框架元件40处)连同对应的相对的导向孔(例如在夹持箔20处)以用于将夹持箔20导向并定位于框架元件40处，然而，其中，夹持箔20的固定可以随后例如通过单独的夹层胶粘箔或施加在夹持箔20上的胶粘层来实现。
此外，夹持箔20不必覆盖光学元件的整个凹部或相应地整个表面。夹持箔20也可以修改为仅为架设条带或架设网状物。
而且，可以将夹持箔20设计成拉深箔(3D几何形状)或者具有围绕的唇缘的注射成型的箔状部件，玻璃板可以由上述拉深箔或具有围绕的唇缘的注射成型的箔状部件夹持于框架元件的凹部内。因此，在这样的实施例中，凹部的深度不必小于玻璃板的厚度。
总之，已经描述了用于容置光学元件的保持装置及其制造方法，其中保持装置包括具有用于容置光学元件的凹部的框架元件，其中框架元件包括至少两个第一固定元件。此外，保持装置包括具有至少两个第二固定元件的夹持箔，所述至少两个第二固定元件可以与框架元件的第一固定元件中的相应一者接合，使得夹持箔至少部分地架设于凹部中的光学元件之上并且由此将光学元件固定在凹部中。
Claims (14)
1.用于容置摄像机的光学元件(30)的保持装置(150)，其中，所述保持装置(150)包括：
框架元件(40)，所述框架元件具有用于容置所述光学元件(30)的凹部(45)，其中，所述框架元件(40)包括至少两个第一固定元件(42和/或43)；以及
夹持箔(20)，所述夹持箔具有至少两个第二固定元件(22和/或23)，所述至少两个第二固定元件能够与所述框架元件(40)的所述第一固定元件(42和/或43)中的相应一者接合，使得所述夹持箔(20)至少部分地架设于所述凹部(45)中的所述光学元件(30)之上并且由此将所述光学元件(30)固定在所述凹部中。
2.根据权利要求1所述的保持装置(150)，其中，所述第一固定元件包括导向销或夹持销(42和/或43)，并且其中所述第二固定元件包括通孔(22和/或23)。
3.根据权利要求2所述的保持装置(150)，其中，所述通孔(22和/或23)的直径设置为适应所述导向销或夹持销(42和/或43)，使得所述夹持箔(20)能够插塞于所述框架元件(40)上并且能够经所述通孔(22和/或23)与所述导向销或夹持销(42和/或43)之间的摩擦而固定。
4.根据权利要求2所述的保持装置(150)，其中，所述通孔(22和/或23)的直径设置为适应所述导向销或夹持销(42和/或43)，使得所述夹持箔(20)能够插塞于所述框架元件(40)上，并且其中，设置有胶粘箔或胶粘层以便将所述夹持箔(20)以及所述光学元件(30)固定于所述框架元件处。
5.根据权利要求1所述的保持装置(150)，其中，所述第一固定元件包括鼻状突出部和切口，并且其中所述第二固定元件包括凹部，所述第二固定元件适于与所述鼻状突出部接合并且适于卡接于所述切口内。
6.根据权利要求2所述的保持装置(150)，其中，所述导向销或夹持销(42)成对设置，并且其中每对所述导向销或夹持销(42)配装到所述第二固定元件的长形的通孔(22)或一对通孔中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的保持装置(150)，其中，所述光学元件(30)包括滤光器或玻璃板。
8.根据前述权利要求中任一项所述的保持装置(150)，其中，所述夹持箔(20)由弹性塑料形成或形成为具有围绕的弹性唇缘或弹力唇缘的非弹性部件。
9.根据前述权利要求中任一项所述的保持装置(150)，其中，所述框架元件包括至少两个通孔(44)，以便在所述摄像机的前部模块(100)或其它承载部件的容置部分处进行固定。
10.根据前述权利要求中任一项所述的保持装置(150)，其中，所述框架元件(40)和所述夹持箔(20)具有圆形的形状并且适于容置在前部模块(100)的用于所述摄像机的物镜承载件的圆形容置空间中。
11.摄像机前部模块(100)，所述摄像机前部模块包括根据前述权利要求中任一项所述的用于光学元件(30)的保持装置(150)。
12.根据权利要求11所述的摄像机前部模块(100)，所述摄像机前部模块(100)还包括电路板(10)和设置于所述电路板(10)上的图像传感器(12)，其中，所述框架元件(40)连同所夹持的光学元件(30)通过固定装置(50)固定在所述前部模块(100)处，使得所述图像传感器(12)的传感器空间由所述夹持箔(20)密封。
13.制造用于容置摄像机的光学元件(30)的保持装置(150)的方法，其中，所述方法包括：
-提供具有用于容置所述光学元件(30)的凹部(45)的框架元件(40)，其中所述框架元件(40)包括至少两个第一固定元件(42和/或43)；
-将所述光学元件(30)放置于所述框架元件(40)的所述凹部(45)中；
-提供具有至少两个第二固定元件(22和/或23)的夹持箔(20)；
-借助于所述第二固定元件(22和/或23)使所述夹持箔(20)对准且架设成：使得所述第二固定元件(22和/或23)与所述框架元件(40)的所述第一固定元件(42和/或43)中的相应一者接合，其中，所述夹持箔(20)至少部分地架设于所述凹部(45)中的所述光学元件(30)之上并且由此将所述光学元件(30)固定于所述框架元件(40)处。
14.根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括步骤：将所述框架元件(40)固定于前部模块(100)的用于所述摄像机的物镜承载件的容置空间中，其中所述光学元件(30)设置于所述框架元件(40)中并借助于所述夹持箔(20)而固定。
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