CN1833431B - 摄像系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及尤其是使用在机动车中的摄像系统及一种用于制造该摄像系统的方法。该摄像系统包括一个图像传感器(12)、一个光学单元(1)、一个壳体(2)及用于相对壳体(2)固定图像传感器(12)的固定装置及定位装置，该定位装置可实现图像传感器的主轴与光学单元主轴相互的轴向定位。

Description

摄像系统

现有技术

本发明涉及一种摄像系统及一种用于制造摄像系统的方法。

由DE 199 17 438 A1公开了一种电路装置及一种用于制造电路装置的方法，其中该电路装置包括一个印刷电路板及一种设置在该印刷电路板上的摄像器。此外，提出一种用于接收并固定光学元件的物镜座。但在DE 199 17 438 A1中未提出在有高精度的同时具有简单结构的摄像系统。

本发明的优点

以下所述的摄像系统，尤其是使用在机动车中，包括至少一个图像传感器、至少一个光学单元、至少一个壳体及用于相对壳体固定图像传感器的固定装置，其中壳体具有用于接收光学单元的装置，其中壳体内侧具有定位装置，所述定位装置可实现图像传感器的主轴与光学单元主轴相互的定位、尤其是无固定的轴向定位，该摄像系统的优点是：在此情况下在摄像系统有高精度的同时可实现简单的结构。

有利的是，壳体的用于接收光学单元的装置是一个螺纹接收装置。一个螺纹接收装置提供了许多优点。一方面通过转动光学单元可实现该光学单元在壳体中的简单及位置精确的装配。此外该螺纹接收装置提供了以简单方式通过旋入及旋出该光学单元来调节图像传感器的图像清晰度的可能性。

特别有利的是，图像传感器被设置在一个印刷电路板上，因为在这种情况下可对连接在后面的电子电路单元形成短的信号及电源供给路径。这有利于摄像系统有一个紧凑的结构。此外，如果印刷电路板在此可借助第二定位装置，尤其至少借助至少一个距离保持器相对壳体来定位，这是有利的。由此可达到摄像系统的高的机械稳定性及高的振动容差，它由此特别适合用于汽车技术中、即安装在机动车中。

有利的是使用一个夹紧弹簧作为用于相对壳体固定图像传感器的固定装置，因为夹紧弹簧作为可拆卸的连接装置可实现简单的装配。

特别有利的是，定位装置的至少一部分是可调节的，因为由此可补偿制造图像传感器和/或壳体时的公差。在此，被证实有利的是，至少三个距离保持器作为第一定位装置用于将图像传感器与壳体间隔开，其中优选所述至少三个距离保持器中的至少两个在间隔方向上可以被调节。

以下所述的用于制造摄像系统、尤其是根据以上权利要求中一项的摄像系统的方法，其中通过设置在摄像系统壳体内侧上的定位装置来进行该摄像系统的图像传感器的主轴(Hauptachse)与该摄像系统的光学单元主轴相互无固定的轴向定位，其中根据图像传感器的图像数据这样地进行图像传感器的主轴与光学单元主轴相互的径向定位，使得图像传感器产生一个位于壳体外部的测试图样的图像数据，该方法具有这样的优点，即通过图像传感器或带有图像传感器的印刷电路板相对光学单元或相对壳体的反馈式装配达到高精度。有利的还在于，根据测试图样的图像数据调节图像清晰度，其方式是通过一个调节装置调节光学单元(例如镜头单元)在摄像系统壳体中的位置，因为这里在一个制造过程中既调节出图像传感器相对光学单元的定位也调节出图像的清晰度。

特别有利的是，根据测试图样的图像数据求得并且必要时调节出图像传感器的至少一个调节参数，例如至少一个用于内在校准的调节参数和/或固定模式噪声校正的至少一个调节参数，因为这里在制造摄像系统时还可组合地进行另一调节过程。这以有利的方式导致摄像系统制造成本的下降，其中该摄像系统同时具有高的精度。

摄像系统的上述优点也适用于制造根据本发明的摄像系统的方法。

另一些优点可从以下参照一些附图对实施例的说明中及由这些从属权利要求中得到。

附图说明

以下将根据附图中所示的实施形式详细地说明本发明。附图表示：

图1：一个优选实施例的摄像系统，

图2：该优选实施例的摄像系统的一个变型，

图3：优选实施例的方法的一个流程图，

图4：摄像系统的另一变型的一个剖视图，

图5：摄像系统的另一变型的一个剖视图。

具体实施方式

以下说明一个摄像系统、尤其是使用在机动车中的摄像系统，及一种用于制造该摄像系统的方法。

该摄像系统包括一个图像传感器、一个光学单元、一个壳体及用于相对壳体固定图像传感器的固定装置，其中壳体内侧具有定位装置，所述定位装置可实现定位，即图像传感器的主轴与光学单元主轴相互的定位，尤其是无固定、轴向的定位。

设计用于汽车应用的摄像系统一方面必须非常稳固，但同时也要非常精确。同时另一个准则是该摄像系统成本要低。摄像系统的高精度例如可通过结构上的附加费用来达到，其中具有高精确的尺寸精度的止挡边缘的销体现了主要的解决方案的可能性。所述解决方案的可能性通常与成本的增加相关。该成本对于装配过程所必需的，而对于摄像系统的使用不是必需的。

原理上反馈系统也使得能达到所要求的精度。例如可考虑，在制造摄像系统时将一些外部传感器、如一些位置参考传感器(Lagebezugssensor)安装在生产线中，这些外部传感器在生产时测量摄像系统并且当有偏差时作出调节地干预。例如可考虑，这些外部传感器观察待加工对象上的标记，这些标记在设计时与所使用的精度形成一个尺寸稳定的(masshaltig)关系，其方式为例如观察一个所印刷上的圆，该圆相对一个后来使用的传感器、尤其是一个图像传感器是尺寸稳定的。在此情况下不是分析处理有效信号，而是通过一个外部传感器观察一个标记，该外部传感器本身以非准确知道的尺寸精度被加工成实际的使用传感器。

下面说明一种摄像系统及一种用于制造该摄像系统的方法，该方法可实现：通过实际的图像传感器进行反馈，其中为了制造，无需对象即图像传感器上的附加标记。由此，该制造精度几乎精确地符合图像传感器的使用精度。对此的前提是，在该制造步骤中具有图像传感器的摄像系统至少部分地是能工作的。为此，该摄像系统被这样地设计，使得可移动具有图像传感器的印刷电路板并在移动了的状态中可接着固定。

图1示出该优选实施例的一个摄像系统，包括一个壳体2、一个光学单元1、一个图像传感器12(成像芯片)、距离保持器4以及一个夹紧弹簧16。该摄像系统包括一个光学单元1及一个成像器(Imager)5，该成像器相对该光学单元1尺寸精确地定位。在该优选实施例中该光学单元1被设计成圆柱体，它被直接地用螺纹拧在壳体2中的圆柱形孔3中。在该优选实施例中，在壳体2的内侧围绕带有光学单元1的圆柱形孔3设有三个距离保持器4。三个距离保持器4是用于确定一个平面的最小的数目。这样确定的平面近似地垂直于圆柱形孔3的轴线及由此垂直于位于圆柱形孔3中的光学单元1的主轴。该平面可实现图像传感器12的主轴与光学单元1的主轴相互的轴向定位。图像传感器12的主轴是到图像传感器12的感光平面上的、通过图像中心点的垂直线。在由这些距离保持器4确定的平面与圆柱形孔3的轴线之间的尺寸精度(Masshaltigkeit)例如通过计算机辅助的加工方法、如通过在CNC(计算机数字控制)铣床上的材料加工来达到。圆柱形孔3的轴线在给定公差内与摄像系统的后来的光轴相符，其中该摄像系统的光轴的方向通过两个点、即物镜主点及图像传感器12的中心点来确定。在由这些距离保持器4所确定的平面上放置该图像传感器(成像芯片)12。该图像传感器12包括：成像器5，即在图像传感器12的壳体6中的图像传感器12的感光部分；以及一个透光的保护覆盖结构7，它相对成像器5平面平行地设置。成像器5相对保护覆盖结构7的尺寸精度通过高品质的芯片制造来实现。与此相反，图像传感器12下侧面上的这些电端子8的尺寸稳定性及图像传感器12在印刷电路板9上的位置对必要的精度无关紧要。在一个离圆柱形孔3比图像传感器12的尺寸更大的距离上设置另外一些距离保持器10，其中这些距离保持器10相对于圆柱形孔3区域中的那些距离保持器4以很小的精度制造或施加。在印刷电路板9上设有有功能能力的电子电路部分及一个用于传输数据如图像数据及能量的插座11，以致于具有图像传感器12的印刷电路板9可被控制。为了装配图像传感器12借助具有一些印刷电路板接收器17的一个x-y坐标移动台13使印刷电路板9上的图像传感器12以保护覆盖结构7压在这些中间的距离保持器4上。一个伺服电动机14转动光学单元1到圆柱形孔3中直到电子电路部分通过插座11输出一个清晰图像为止。x-y坐标移动台13交替由操作人员手动地和/或自动地控制，直到测试图样15上的位于光学单元1前面确定位置上的标记移动到由图像传感器12产生的图像数据形式的图像内的所需位置上。在一个替换方案中，聚焦调节及x-y定位的过程一直交迭地重复直到达到所需的精度。在该优选实施例一个的变型方案中，在所述调节过程期间或紧接着所述调节过程确定图像传感器12的图像质量的另一些调节参数。这尤其是至少一个用于内在(intrinsisch)校准的调节参数和/或固定模式噪声校正(Fixed Pattern Noise Korrektur)的至少一个调节参数。在所需定位后通过一个夹紧弹簧16使印刷电路板9压紧在壳体2上，使得图像传感器芯片不再能相对圆柱形孔3运动。变换地或附加地，胶粘剂和/或至少一个螺钉连接装置能使图像传感器12相对壳体2固定。最后例如通过一些螺钉安装背面的盖20。该背面的盖20具有的功能是，夹住印刷电路板9和/或通过接地达到电磁兼容性(EMV)-密封性和/或达到图像传感器12与冷却它的外围之间的热传递。

图2示出该优选实施例的摄像系统的一个变型方案，其中仅表示出图1中具有图像传感器12及光学单元1的中央部分。在图1中已描述过的部分以下将不再说明。成像器5相对图像传感器12上的保护覆盖结构7的高尺寸稳定性增加了制造图像传感器12的成本。在这里所述的优选实施例的变型方案中，因此通过适当的调节机构来补偿成像器5与保护覆盖结构7之间的摆动角度误差，即图像传感器12绕x轴和/或绕y轴的转动。为此，在该优选实施例的变型方案中通过一些螺杆21来代替所使用的至少三个距离保持器中的至少两个。当通过伺服电动机14聚焦调节时，同时地在对分布在图像上的标记进行测量的情况下控制至少两个其它螺杆(Schraube)调节电动机19，其中图像传感器12中的成像器5被调节到相对光学单元1对准。图3示出考虑所述变型方案时该优选实施例的摄像系统的制造方法的流程图。在第一方法步骤30中将印刷电路板上的图像传感器以保护覆盖结构压紧在位于圆柱形孔的区域中的距离保持器上，这些距离保持器在这里所述的变型方案中被作成一些螺杆。在第二方法步骤31中借助一个伺服电动机将光学单元旋入圆柱形孔中，直到连接在后面的求值单元输出一个说明有清晰图像的信号为止。接着的方法步骤32用于图像传感器的主轴与光学单元的主轴相互的径向定位，其方式是通过x-y坐标移动台使图像传感器移动到所需的x-y位置上。在紧接着的方法步骤33中通过调节这些螺杆来进行图像传感器的主轴与光学单元的主轴相互的轴向定位。可选择地将这些方法步骤31，32，33反复地重复，直到达到所需的定位精度为止。在接着的方法步骤34中，根据测试图样的图像数据求得并且必要时调节出图像传感器的至少另一调节参数，例如至少一个用于内在校准的调节参数和/或固定模式噪声校正的至少一个调节参数。最后的方法步骤35用于借助固定装置相对壳体固定图像传感器。

以下借助图4及图5说明本发明的另一有利的实施方案。

图4中示出的摄像系统40包括一个壳体40.1，44，它由一个基本上罐状的壳体本体40.1及由一个封闭壳体本体40.1的盖44组成。一个光学组件41与壳体本体40.1相连接。在壳体本体40.1中设置有一个与该光学组件41作用连接的、带有一个成像芯片42的图像传感器47。在这里作用连接表示：光学组件41使一个与该光学组件41的摄像区域相应的图像成像在图像传感器47上，确切地说，成像在图像传感器47的成像芯片42上。具有由光敏的硅组成的成像芯片42的图像传感器47优选与第一印刷电路板48粘接和/或钎(锡)焊接。载有图像传感器47的印刷电路板48被设置在一个中间载体49的第一表面上。该中间载体49在其第二表面上载有一个第二印刷电路板40.2。在该第二印刷电路板上设置有该图中未详细示出的一些电子元件、插座等，它们在电路技术上与设置在第一印刷电路板48上的图像传感器47形成电连接。中间载体49的外周的至少部分区域具有一个球表面的构型。中间载体49的外周的这样构型的区域形状锁合地配合在壳体本体40.1的内壁的相应形状适配的区域43中，这些区域也是一个球面的一些部分。因此中间载体49实际支承在一种球节中。在第一实施方案中中间载体外周的至少两个限制中间载体49的直径的部分区域这样地构造成球面状并配合在壳体本体40.1的内壁的至少两个形状适配的区域43中。在另一实施方案中设置三个这样的区域，它们合乎目的地旋转对称地布置并由此在角度上相互间隔大致120°。在另一实施方案中可设置四个部分区域，它们在角度上相互间隔90°。在另一实现中间载体特别可靠支承的实施方案中，该中间载体49的整个外周是圆形的并且构造成球表面的部分，它被支承在壳体本体40.1内部的一个形状匹配的环形结构中。在所有上述实施方案中，中间载体49通过类似于滚珠轴承的支承可容易地转动及翻摆地被设置在壳体本体40.1中。以此方式，通过中间载体49的转动和/或翻摆可非常容易并且还具有很高精度地对着光学组件41调整成像芯片42。在调节出最佳调整位置后，例如可借助一种快速固化的胶粘剂将中间载体49持久地固定在其滚珠轴承中，以固定该调整位置。

在图5所示的摄像系统50的实施方案中设置三个调节螺钉51，它们可转动地支承在壳体底部44中。优选这些调节螺钉51相对摄像系统50的光轴对称地布置并例如在角度上均匀间隔地这样布置在一个圆上，使得它们具有120°的角度间隔。这些调节螺钉51的顶端或直接作用在与它们对着的印刷电路板40.2的外表面上；或在一个实施方案中穿过印刷电路板40.2中的槽直接地作用在中间载体49的与它们对着的外表面上。因此这些调节螺钉51构成用于将中间载体49灵敏地调节到一个确定的翻摆位置上的三点式支承调节机构。如果通过转动这些调节螺钉51达到中间载体49的一个相应于最佳调整的翻摆位置，则可借助一种胶粘剂合乎目的地使这三个调节螺钉51保持在它们的位置上。

根据图4的一个摄像系统合乎目的地被如下地制造。被一个透过射束的盖罩45在前面封闭的光学组件41将借助一种连接介质46，尤其是胶粘剂与壳体的壳体本体40.1相连接。装设有一些部件如图像传感器、电子元件、插座等的印刷电路板40.2，48与中间载体49相连接、尤其是用螺钉连接。在壳体本体40.1的球面状构成的区域43上，施加一种优选可通过紫外(UV)线硬化的胶粘剂。接着，随着图像传感器47在光学组件41的方向上被定位使中间载体置入壳体本体40.1中并在那里被支承在由这些区域43构成的“滚珠轴承”中。通过中间载体49在滚珠轴承内部的转动及翻摆使图像传感器47相对于光学组件41调整。在达到最佳调整位置后，通过紫外线照射使胶粘剂硬化。由此使中间载体49持久地固定。最终，使盖44与壳体本体40.1粘接。

根据图5的摄像系统的制造方法与前面所述方法的区别在于，中间载体49的翻摆位置借助这些调节螺钉51灵敏地调节。

所述的摄像系统及用于制造一个摄像系统的方法适于CCD图像传感器和/或CMOS图像传感器。

Claims (19)

1.一种摄像系统，它包括至少一个图像传感器、至少一个光学单元、至少一个壳体及用于相对壳体固定图像传感器的固定装置，其中所述壳体具有用于接收所述光学单元的装置，其中所述壳体内侧具有第一定位装置，所述第一定位装置可实现图像传感器的主轴与光学单元主轴相互的定位，所述图像传感器被设置在一个中间载体（49）上，所述中间载体的球面状地构型的边缘区域和壳体本体（40.1）的球面状地构型的区域相互形状锁合地配合在壳体本体（40.1）的内部，由此，该中间载体（49）实际支承在一种球节中。

2.根据权利要求1的摄像系统，其特征在于：所述第一定位装置可实现图像传感器的主轴与光学单元主轴相互无固定的、轴向定位。

3.根据权利要求1或2的摄像系统，其特征在于：所述壳体的用于接收光学单元的装置是一个螺纹接收装置。

4.根据权利要求1或2的摄像系统，其特征在于：所述图像传感器设置在一个印刷电路板上，其中所述印刷电路板可相对壳体定位。

5.根据权利要求1或2的摄像系统，其特征在于：用于相对壳体固定图像传感器的固定装置是胶粘剂和/或至少一个螺钉连接装置和/或至少一个夹紧连接装置。

6.根据权利要求1或2的摄像系统，其特征在于：所述第一定位装置的至少一部分是可调节的。

7.根据权利要求1或2的摄像系统，其特征在于：所述第一定位装置具有至少三个用于将图像传感器与壳体间隔开的距离保持器。

8.根据权利要求7的摄像系统，其特征在于：所述至少三个距离保持器中的至少两个在间隔方向上是可以调节的。

9.根据权利要求1或2的摄像系统，其特征在于：所述摄像系统（50）包括一些调节螺钉（51），它们一方面支撑在所述壳体（40.1，44）上并且而另一方面直接或间接地支撑在所述中间载体（49）上。

10.根据权利要求1或2的摄像系统，其特征在于：所述摄像系统使用在机动车中。

11.根据权利要求4的摄像系统，其特征在于：所述印刷电路板可借助第二定位装置相对壳体定位。

12.根据权利要求11的摄像系统，其特征在于：所述第二定位装置包括至少一个距离保持器。

13.根据权利要求5的摄像系统，其特征在于：所述至少一个夹紧连接装置是至少一个夹紧弹簧。

14.一种用于制造根据以上权利要求中任意一项的摄像系统的方法，其中通过设置在所述摄像系统壳体内侧上的定位装置来进行所述摄像系统的一个图像传感器的主轴与该摄像系统的光学单元主轴相互无固定的轴向定位，其中根据所述图像传感器的图像数据进行所述图像传感器的主轴与所述光学单元主轴相互的径向定位，使得所述图像传感器产生一个位于壳体外部的测试图样的图像数据，根据所述测试图样的图像数据调节图像清晰度，其方式是通过一个调节装置来调节光学单元在所述摄像系统壳体中的位置。

15.根据权利要求14的方法，其特征在于：在所述图像传感器轴向和/或径向定位后，借助所述固定装置相对壳体固定所述图像传感器。

16.根据权利要求14或15的方法，其特征在于：根据所述测试图样的图像数据，求得并且调节图像传感器的至少一个调节参数。

17.根据权利要求15的方法，其特征在于：通过胶粘剂和/或至少一个螺钉连接装置和/或至少一个夹紧连接装置来进行所述固定。

18.根据权利要求1 7的方法，其特征在于：所述至少一个夹紧连接装置是至少一个夹紧弹簧。

19.根据权利要求16的方法，其特征在于：所述至少一个调节参数是用于内在校准的至少一个调节参数和/或固定模式噪声校正的至少一个调节参数。

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