DE102009056659A1

DE102009056659A1 - Objektiv für eine Halbleiterkamera und Verfahren zum Fokussieren einer Halbleiterkamera

Info

Publication number: DE102009056659A1
Application number: DE102009056659A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Müller
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2011-06-09
Anticipated expiration: 2029-12-03
Also published as: DE102009056659B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Objektiv für eine Halbleiterkamera sowie ein Verfahren zum Fokussieren und Justieren einer Halbleiterkamera. Bekannte Halbleiterkameraobjektivgehäuse sind in einem verdrehbaren Objektivhalter eingebracht bzw. weisen einen komplexen Aufbau auf, um nach dem Zusammensetzen der Kamerabestandteile eine nachträgliche Fokussierung und Justage der Halbleiterkamera zu ermöglichen. Es wird ein Objektivgehäuse für eine Halbleiterkamera vorgeschlagen, dass durch seinen einfachen Aufbau eine schnelle, einfache und genaue Fokussierung und Justage erlaubt und deren Anordnung unanfällig gegen äußere Einflüsse ist.
Ein erfindungsgemäßes Objektivgehäuse für eine Halbleiterkamera mit einem federnden Element und einem darüber angeordneten Linsenpaket weist über dem Linsenpaket zumindest ein zylindrisches mit einem Außengewinde versehenes Element auf, welches in einer mit einem Innengewinde versehenen Öffnung des Objektivgehäuses gelagert ist. Das zumindest eine zylindrische Element drückt das Linsenpaket gegen ein federndes Element und ermöglicht eine spielfreie Einstellung des Abstands zwischen einem lichtempfindlichen Chip und der letzten optischen Oberfläche einer Linse sowie einen Taumelausgleich zur Ausrichtung der Bildebene zur aktiven Fläche eines lichtempfindlichen Chips. Mit dem zylindrischen Element kann eine schnelle Fokussierung und Justage einer Halbleiterkamera erfolgen, die trotzdem sehr genau ist, und es werden von dem federnden Element unterschiedliche thermische Ausdehnungen aufgenommen. Darüber hinaus wird mit dem kompakten und einfachen Aufbau ein Objektivgehäuse für eine Halbleiterkamera geschaffen, das unanfällig gegen äußere Einflüsse ist und sich dadurch durch seine Langlebigkeit auszeichnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Objektiv für eine Halbleiterkamera sowie ein Verfahren zum Fokussieren einer Halbleiterkamera und einen Taumelausgleich für eine Halbleiterkamera gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
Kameras mit einem lichtempfindlichen Chip als Bild gebende Einheit, z. B. CMOS- oder CCD-Chip, werden unter anderem in Fahrzeugen bei Fahrerassistenzsystem oder ähnlichen Systemen eingesetzt. Diese dienen dazu das Umfeld eines Fahrzeugs aufzunehmen und die aufgenommenen Bilder auszuwerten, um bei Gefahrensituationen den Fahrer zu warnen bzw. Sicherheitssysteme auszulösen. Der Chip wird bei bekannten Kamerasystemen auf einen Träger, z. B. eine Leiterplatte, gelötet und das Objektivgehäuse wird auf den Träger aufgesetzt. Nach dem Aufsetzen des Objektivgehäuses und der transversalen Justage des lichtempfindlichen Chips in Bezug auf die optische Achse, wird das Objektivgehäuse auf dem Träger mittels Füge- bzw. Klebeverfahren auf dem Träger fixiert. Anschließend erfolgt die Schnittweitenjustage, bei welcher der vertikale Abstand zwischen dem lichtempfindlichen Chip und einer letzten optischen Oberfläche einer Linse eingestellt wird. Dies erfolgt bei klassischen Kamerasystemen über ein Objektivgehäuse, das ein Außengewinde aufweist und in einen Objektivhalter mit einem Innengewinde geschraubt wird. Der Objektivhalter ist hierbei mit der Leiterplatte fest verbunden. Das Objektivgehäuse enthält ein Linsenpaket, das typischerweise aus mehreren Linsen und Distanzringen besteht, die zwischen den Linsen angeordnet sind. Über das Gewinde erfolgt die Schnittweitenjustage, bei welcher das Objektivgehäuse gedreht und somit der Abstand zwischen lichtempfindlichen Chip und der letzten optischen Oberfläche einer Linse verändert wird.
Darüber hinaus ist es notwendig die Bildebene zur aktiven Fläche eines lichtempfindlichen Chips auszurichten. Ein Ausgleich in der Verkippung, Taumelausgleich, ist bei einem klassischen Aufbau, wie ihn der Stand der Technik kennt, nicht möglich. Oftmals wird versucht durch spezielle Konstruktionen ein Objektiv anzugeben, bei welchem eine Verkippung ausgeglichen werden kann. Diese Objektive zeichnen sich nachteilig durch eine komplexe Ausführung aus, welche die Größe einer Halbleiterkamera negativ beeinflussen und fertigungstechnisch aufwendig sind. Daraus ergibt sich neben hohen Kosten auch ein aufwendiger Zusammenbau.
Die DE 103 44 768 B3 beschreibt ein Optisches Modul mit federndem Element zwischen Linsenhalter und Schaltungsträger. Dieses optische Modul weist ein federndes Element auf, welches ein Halbleiterelement, das auf der Unterseite eines Schaltungsträgers angebracht ist, von einer Linseneinheit weg gegen ein formschlüssig zur Linseneinheit ausgebildetes Anschlagelement presst. Die Justierung erfolgt dabei nur über das federnde Element, das für den geforderten Abstand zwischen Halbleiterelement und letzter optischen Oberfläche einer Linse sorgt. Es ergeben sich aber bei Halbleiterkameras dieser Bauart fertigungstechnisch bedingt Abweichungen von dem geforderten Abstand der Linse zu dem Halbleiterelement. Vor allem für die Anwendung bei Sicherheitssystemen im Fahrzeug muss ein genauer Abstand eingehalten werden bzw. können keine Abweichungen von einem geforderten Abstand toleriert werden. Ein Taumelausgleich ist mit einem optischen Modul, wie es die DE 103 44 768 B3 zeigt, nicht möglich.
Die DE 103 42 526 B4 beschreibt eine Kameraanordnung, die über Befestigungsmittel, die mit der Auflagefläche zur Auflage der Bildsensoreinheit in Verbindung stehen, eine Fokussierung ermöglicht. Dabei wird die Leiterplatte samt Bildsensoreinheit über die Befestigungsmittel und unter Zuhilfenahme einer Führung relativ zu der Optikeinheit, die in einem Gehäuse sitzt, bewegt. Diese Anordnung weist einen komplexen Aufbau auf, der die Anforderungen an eine gewünschte Halbleiterkamera nicht erfüllt. Durch die Verschraubung der Leiterplatte an dem Gehäuse der Kamera ergeben sich über die Befestigungsmittel weitere Toleranzen, die den geforderten Abstand zwischen einer letzten optischen Oberfläche einer Linse zu der Bildsensoreinheit nicht dauerhaft sicherstellen. Mit einer solchen Kameraanordnung lässt sich somit ein gewünschter Taumelausgleich bei einer einfachen Kameraanordnung nicht realisieren.
In der DE 103 42 529 A1 wird eine Kameraanordnung gezeigt, welche eine Objektivaufnahme und ein Objektiv umfasst, die zusammen ein Kugelgelenk bilden. Die Objektivaufnahme weist Nuten auf, in denen Stege des Objektivs gelagert sind. Die Steg-Nut-Verbindung wird dabei dergestalt vorgeschlagen, dass zwischen Nut und Steg ein Freiraum besteht, welcher dem Objektiv in der Objektivaufnahme ein Spiel gibt. Durch dieses Spiel kann eine Verkippung des Objektivs erfolgen, um die Bildebene zur aktiven Fläche eines lichtempfindlichen Chips auszurichten. Ein Nachteil bei dieser Kameraanordnung ist der begrenzte Taumelausgleich. Darüber hinaus erfolgt die Fixierung an der Außenwand des Objektivs und nicht im Steg-Nut-Bereich, welcher die Verkippung ausgleicht. Eine Fixierung in diesem Bereich ist aufgrund der Ausgestaltung dieser Kameraanordnung nicht möglich. Wird die Klebeverbindung beschädigt bzw. ist das Fahrzeug starken Erschütterungen ausgesetzt, kann sich das Objektiv aufgrund des Spiels in der Steg-Nut-Verbindung bewegen und verlässt die vorgegebene Position, was zu ungenauen Aufnahmen führt.
Nachteilig bei den dem Stand der Technik bekannten Halbleiterkameraanordnungen ist einerseits der komplexe Aufbau, der über eine Vielzahl von verschiedenen Elementen größere Toleranzen in den Aufbau einbringt. Auf der anderen Seite erfolgt die Fokussierung von Halbleiterkameras in den bekannten Systemen über Elemente, die nicht dauerhaft den eingestellten Abstand gewährleisten können, ohne zu sehr den Aufbau zu erweitern oder zu komplex zu gestalten bzw. weitere Toleranzen in den Aufbau zu bringen. Ebenso fehlt dem Stand der Technik ein Objektiv mit einem einfachen Aufbau, mit welchem neben der Fokussierung auch eine Verkippung des Objektivs für einen Taumelausgleich möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Objektiv für eine Halbleiterkamera, mit einem einfachen und zuverlässigen Aufbau, der eine schnelle und sichere Fokussierung und einen Taumelausgleich bei Halbleiterkameras ermöglicht, sowie ein Verfahren zum Fokussieren und Ausgleichen der Verkippung einer Halbleiterkamera, anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sind aus den Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.
Ein erfindungsgemäßes Objektiv für eine auf einem Träger angeordnete Halbleiterkamera weist ein Objektivgehäuse mit einer zylindrischen Öffnung auf, in der sich ein aus mindestens einer Linse bestehendes Linsenpaket und ein federndes Element befinden. Das Linsenpaket liegt auf dem federnden Element auf. Das federnde Element wird von einer Halterung, die in die zylindrische Öffnung hineinragt und den Durchmesser der zylindrischen Öffnung verkleinert, gehalten. Die Halterung befindet sich auf der dem Träger zugewandten Seite über der Halterleiterkamera. Das Objektivgehäuse weist zudem in der Objektivwand über dem Linsenpaket, auf der dem Träger abgewandten Seite, mindestens eine Öffnung mit einem Innengewinde auf, in der jeweils ein in der Öffnung drehbares zylindrisches Element mit einem Außengewinde, z. B. eine Einstellschraube, zur Verstellung der Lage und Ausrichtung des Linsenpakets in Bezug auf die Halbleiterkamera angeordnet ist. Das erfindungsgemäße Objektivgehäuse kann auf dem Träger, der die bildgebende Einheit, d. h. die Halbleiterkamera (CMOS- oder CCD-Chip), trägt, mittig über der Halbleiterkamera aufgesetzt und mittels Füge- oder Klebeverfahren fixiert werden. Der Träger kann eine Leiterplatte, eine Aluminiumplatte mit Flex-Leiterplatte oder ein Keramiksubstrat sein. Bei dem erfindungsgemäßen Objektiv ist es möglich, mit einem einfachen Aufbau eine Fokussierung der Halbleiterkamera sowie einen Taumelausgleich, d. h. einen Ausgleich einer Verkippung der Bildebene, zu erzielen. Mit dem zylindrischen Element kann eine schnelle Fokussierung und Justage einer Halbleiterkamera erfolgen, die trotzdem sehr genau ist, und es werden von dem federnden Element unterschiedliche thermische Ausdehnungen aufgenommen. Darüber hinaus wird mit dem kompakten und einfachen Aufbau ein Objektivgehäuse für eine Halbleiterkamera geschaffen, das unanfällig gegen äußere Einflüsse ist und sich dadurch durch seine Langlebigkeit auszeichnet.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung des Objektivgehäuses mit einer weiteren zylindrischen Öffnung, die sich über der zylindrischen Öffnung zur Aufnahme des Linsenpakets und des federnden Elements auf der dem Träger abgewandten Seite befindet und einen Überstand bildet. Der Durchmesser der weiteren zylindrischen Öffnung ist kleiner als der Durchmesser der zylindrischen Öffnung zur Aufnahme des Linsenpakets und des federnden Elements. Im Bereich der weiteren zylindrischen Öffnung befindet sich mindestens eine Öffnung mit einem Innengewinde, in der jeweils ein in der Öffnung drehbares zylindrisches Element mit einem Außengewinde zur Verstellung der Lage und Ausrichtung des Linsenpakets in Bezug auf die Halbleiterkamera angeordnet ist. Durch den Überstand wird das Linsenpaket zusätzlich in einer vorgegebenen Position gehalten und das zylindrische Element kann direkt über der letzten Linse des Linsenpakets in Bezug auf den lichtempfindlichen Chip eingesetzt werden. Dadurch werden eine besonders einfache Fokussierung und ein einfacher Taumelausgleich ermöglicht.
Vorteilhafterweise wird die Halterung auf der dem Träger zugewandten Seite unterhalb des federnden Elements durch einen Bereich des Objektivgehäuses mit einem Innengewinde ausgebildet und in diesem Bereich ein ringförmiges Element mit einem Außengewinde, z. B. ein Verschraubungsring, angeordnet, welches über das Außengewinde drehbar mit dem Bereich des Objektivgehäuses, der ein Innengewinde aufweist, in Verbindung steht. Durch das ringförmige Element kann zusätzlich eine Fokussierung der Halbleiterkamera erfolgen bzw. kann die Fokussierung hauptsächlich durch das ringförmige Element zustande kommen, so dass das zumindest eine zylindrische Element an der dem Träger abgewandten Seite des Objektivgehäuses nur den Taumelausgleich bewirkt.
Bevorzugt ist eine Ausführung der Erfindung dergestalt, dass die Öffnung zur Aufnahme des mit einem Außengewinde versehenen zylindrischen Elements zu der Objektivwand einen Winkel zwischen 0° und 90° einschließt. Vorteilhafterweise kann das zylindrische Element in Abhängigkeit der Form einer Linse so optimal auf die Oberfläche der Linse einwirken und eine optimale Verkippung sowie Fokussierung bewirken.
Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung des Objektivs dergestalt, dass das Objektivgehäuse in seiner Objektivwand über dem Linsenpaket auf der dem Träger abgewandten Seite mindestens drei Öffnungen mit einem Innengewinde aufweist, in denen jeweils ein in der Öffnung drehbares zylindrisches Element zur Verstellung der Lage und Ausrichtung des Linsenpakets mit einem Außengewinde (z. B. eine Einstellschraube) angeordnet ist, so dass eine Verkippung zwischen Linsenpaket und Halbleiterkamera kompensiert werden kann. Vorteilhaft ist eine Ausführung mit drei zylindrischen Elementen, da dadurch sowohl der Taumelausgleich als auch die Fokussierung ausreichend bestimmt erfolgen kann und eine einfache Kameraanordnung angegeben wird.
Vorteilhafterweise ist das zylindrische Element eine Einstellschraube.
Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zum Fokussieren bzw. Justieren eines Objektivs für eine auf einem Träger angeordnete Halbleiterkamera. Das Objektiv weist ein Objektivgehäuse mit einer zylindrischen Öffnung auf, in der sich ein aus mindestens einer Linse bestehendes Linsenpaket und ein federndes Element befinden. Das Linsenpaket liegt auf dem federnden Element auf. Das federnde Element wird von einer Halterung, die in die zylindrische Öffnung hineinragt und den Durchmesser der zylindrischen Öffnung verkleinert, gehalten. Die Halterung befindet sich auf der dem Träger zugewandten Seite über der Halbleiterkamera. In zumindest eine mit einem Innengewinde versehene Öffnung, die sich in der dem Träger abgewandten Seite der Objektivwand befindet, wird zumindest ein zylindrisches drehbar gelagertes mit einem Außengewinde versehenes Element gebracht. Das zumindest eine zylindrische Element wird eingangs so eingestellt, dass der Abstand zwischen Halbleiterkamera und letzter optischer Oberfläche einer Linse deutlich außerhalb der Justagetoleranz liegt. Das zumindest eine zylindrische Element wird anschließend schrittweise verdreht und dadurch das Linsenpaket innerhalb der zylindrischen Öffnung verschoben und/oder verkippt. Während des Verdrehens von zumindest einem zylindrischen Element werden Bilder aufgenommen. Die aufgenommenen Bilder werden in verschiedenen Bildbereichen bezüglich ihrer Schärfe beurteilt bzw. ein Schärfe- oder ein Kontrastwert in mindestens einem Bildbereich bestimmt. Anschließend wird daraus eine optimale Position für das zumindest eine zylindrische Element ermittelt. Das zumindest eine zylindrische Element wird in diese Position gebracht und anschließend in dieser Position fixiert. Dieses Verfahren ermöglicht die Fokussierung und den Taumelausgleich der Halbleiterkamera im zusammengebauten Zustand ohne Teile der Halbleiterkamera nach der Fokussierung zu entfernen bzw. anschließend Elemente zur Fixierung der Position des ringförmigen Elements sowie anderer Bestandteile der Halbleiterkamera hinzuzufügen.
Eine vorteilhafte Ausführung des Verfahrens zum Fokussieren bzw. Justieren betrifft ein Objektiv für eine auf einem Träger angeordnete Halbleiterkamera, bei der das federnde Element von einem ringförmiges Element mit einem Außengewinde gehalten wird, das sich unterhalb des Linsenpakets und des federnden Elements auf der dem Träger zugewandten Seite des Objektivgehäuses befindet. Das ringförmige Element mit dem Außengewinde ist über ein Innengewinde des Objektivgehäuses drehbar in dem Objektivgehäuse gelagert. In zumindest eine mit einem Innengewinde versehene Öffnung, die sich in der dem Träger abgewandten Seite der Objektivwand befindet, wird zumindest ein zylindrisches drehbar gelagertes mit einem Außengewinde versehenes Element gebracht. Vorteilhafterweise wird das zumindest eine zylindrische Element so eingestellt, dass der Abstand zwischen Halbleiterkamera und letzter optischer Oberfläche einer Linse deutlich außerhalb der Justagetoleranz liegt. Das zumindest eine zylindrische Element wird schrittweise verdreht und dadurch das Linsenpaket durch das zylindrische Element innerhalb der zylindrischen Öffnung verschoben und/oder verkippt. Während des Verdrehens des zumindest einen zylindrischen Elements werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Bilder aufgenommen. Die aufgenommenen Bilder werden in verschiedenen Bildbereichen bezüglich ihrer Schärfe beurteilt bzw. ein Schärfe- oder ein Kontrastwert in mindestens einem Bildbereich bestimmt. Anschließend wird daraus eine optimale Position für das zumindest eine zylindrische Element ermittelt. Das zumindest eine zylindrische Element wird in diese Position gebracht und anschließend in dieser Position fixiert.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Fokussierung in zwei Fokussierungsschritten erfolgt. Durch das mit einem Außengewinde versehene ringförmige Element wird eine Grobfokussierung vorgenommen, d. h. die Verschiebung des Linsenpakets in der Objektivöffnung erfolgt zuerst durch das ringförmige mit einem Außengewinde versehene Element. In einem zweiten Schritt erfolgt die Feinfokussierung durch das zumindest eine zylindrische Element. Dieses Verfahren ermöglicht die Fokussierung und den Taumelausgleich der Halbleiterkamera im zusammengebauten Zustand ohne Teile der Halbleiterkamera nach der Fokussierung zu entfernen bzw. anschließend Elemente zur Fixierung der Position des ringförmigen Elements sowie anderer Bestandteile der Halbleiterkamera hinzuzufügen.
Bei einer vorteilhaften Ausführung des Verfahren zum Fokussieren bzw. Justieren eines Objektivs für eine Halbleiterkamera, wird das ringförmige Element, das durch sein Außengewinde mit dem Innengewinde des Objektivgehäuses in Verbindung steht, nach dem Einsetzen des Linsenpakets und des federnden Elements in dem Objektivgehäuse fixiert.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
1: Ein Objektivgehäuse mit einem Objektivhalter gemäß dem Stand der Technik.
2: Ein Objektivgehäuse mit einem auf einem federnden Element gelagerten Linsenpaket, das über mindestens ein zylindrisches Element eingestellt werden kann, im Querschnitt.
3: Draufsicht des Objektivgehäuses aus 2.
4: Objektivgehäuse mit abgeschrägtem Überstand, Einstellschraube und Verschraubungsring.
5: Objektivgehäuse ohne Überstand, mit schräger Einstellschraube und fester Halterung.
6: Objektivgehäuse ohne Überstand mit waagrechter Einstellschraube und fester Halterung.
In 1 ist ein klassischer Aufbau einer Halbleiterkameraanordnung mit einem Objektivgehäuse 7 und einem Objektivhalter 6 dargestellt. Auf einem Träger 1 ist ein lichtempfindlicher Chip 2 angebracht. Ebenso befindet sich auf dem Träger 1 ein Objektivhalter 6, der sich mittig über dem lichtempfindlichen Chip 2 befindet. Der Objektivhalter 6 weist ein Innengewinde auf, das über ein Außengewinde des Objektivgehäuses 7 mit diesem in Verbindung steht. In dem Objektivgehäuse 7 befindet sich ein Linsenpaket 3, das aus mehreren Linsen 4 und zwischen den Linsen 4 angeordnete Distanzringe 5, besteht. Das Objektivgehäuse 7 ist so ausgestaltet, dass es an seiner unteren, dem Träger 1 zugewandten Seite eine Halterung 11 aufweist, auf der das Linsenpaket 3 aufliegt. An der oberen Seite weist das Objektivgehäuse 7 einen Bereich auf, mit dem ein Fixierungsring 8, nach dem Einsetzten des Linsenpakets 3, zur Fixierung des Linsenpakets 3 in dem Objektivgehäuse 7, dauerhaft verbunden wird.
Anstelle eines Fixierungsrings 8 kann das Linsenpaket 3 nach dem Einsetzen in das Objektivgehäuse 7 an den Übergängen von den Randbereichen der Linse 4 zu der Innenwand des Objektivgehäuses 7, durch eine Klebeverbindung dauerhaft im Objektivgehäuse 7 gehalten werden.
Die Fokussierung bezüglich des Abstands des lichtempfindlichen Chips 2 zu der letzten optischen Oberfläche einer Linse 4 erfolgt über das Verdrehen des Objektivgehäuses 7, das über ein Außengewinde mit einem Innengewinde des Objektivhalters 6 in Verbindung steht und im Objektivhalter 6 drehbar gelagert ist.
Nach dem Einsetzen des Objektivgehäuses 7 in den Objektivhalter 6 wird das Objektivgehäuse 7 im Objektivhalter 6 schrittweise verdreht, um die optimale Position des Objektivgehäuses 7 im Objektivhalter 6 zu ermitteln. Bei dem Verdrehen des Objektivgehäuses 7 werden Aufnahmen von einem Gegenstand in verschiedenen Bildbereichen bezüglich ihrer Schärfe beurteilt bzw. ein Schärfe- oder ein Kontrastwert in mindestens einem Bildbereich bestimmt. Anschließend wird daraus eine optimale Position für das Objektiv 7 ermittelt. Ist die optimale Position für das Objektivgehäuse 7 gefunden worden, wird das Objektivgehäuse 7 im Objektivhalter 6 in dieser Position mittels eines Klebeverfahrens fixiert.
Ein Nachteil des Standes der Technik ist der komplexe Aufbau einer solchen Kameraanordnung aus Objektivhalter 6 und Objektivgehäuse 7. Ebenso besteht die Möglichkeit, dass im Laufe des Betriebs einer solchen Kamera in einem Fahrzeug, die Klebeverbindung unter mechanischen sowie thermischen Einflüssen derart leidet, dass die Verbindung das Objektivgehäuse 7 nicht mehr spielfrei im Objektivhalter 6 halten kann.
Darüber hinaus weist dieser Aufbau keine Möglichkeit auf, einen Taumelausgleich, Ausgleich einer Verkippung der Bildebene, durchzuführen. Andere Halbleiterkameraanordnungen, die einen Taumelausgleich ermöglichen, sind aber wie eingangs erwähnt in ihrer Ausgestaltung sehr komplex, was sich negativ auf die Größe einer solchen Halbleiterkamera auswirkt.
2 zeigt ein auf einem Träger 1, nachfolgend Leiterplatte 1, angeordnetes erfindungsgemäßes Objektivgehäuse 7 mit einer zylindrischen Objektivöffnung, in der sich ein federndes Element 10 und ein Linsenpaket 3 befinden, einer erfindungsgemäßen Kameraanordnung für eine mit einem lichtempfindlichen Chip 2 ausgestattete Halbleiterkamera. Auf einer Leiterplatte 1 ist ein lichtempfindlicher Chip 2 aufgebracht und das Objektivgehäuse 7 befindet sich mittig über dem lichtempfindlichen Chip 2. Das Objektivgehäuse 7 weist auf der der Leiterplatte 1 zugewandten Seite einen Verschraubungsring 9 mit einem Außengewinde auf, der über das Außengewinde drehbar in einem mit einem Innengewinde versehenen Bereich des Objektivgehäuses 7 gelagert ist. In der zylindrischen Öffnung des Objektivgehäuses 7 befindet sich ein federndes Element 10, das auf dem Verschraubungsring 9 aufliegt, und ein aus mehreren Linsen 4 und dazwischen angeordneten Distanzringen 5 bestehendes Linsenpaket 3. Die Distanzringe 5 weisen in der Mitte eine Öffnung auf, die groß genug ist, dass ausreichende Strahlung durch die Distanzringe 5 und die Linsen 4, sowie das federnde Element 10 zu dem lichtempfindlichen Chip 2 gelangen. Das federnde Element 10 ist ebenfalls derart ausgestaltet, dass es den Einfall von Strahlen nicht behindert. In einer Ausführungsform der Erfindung ist das federnde Element 10 eine Wellscheibe oder ein sogenannter O-Ring. Es können alternativ auch eine Feder oder andere bekannte federnde Elemente 10 verwendet werden, um ein erfindungsgemäßes Objektivgehäuse 7 bzw. eine erfindungsgemäße Halbleiterkameraanordnung zu realisieren. Das Objektivgehäuse 7 weist an seiner der Leiterplatte 1 abgewandten Seite einen Überstand 12 auf, der den Durchmesser der zylindrischen Öffnung des Objektivgehäuses 7 verkleinert. In diesem Überstand 12 sind drei um 120° versetzt angeordnete Einstellschrauben 13 gelagert, wobei in der Zeichnung nur eine Einstellschraube 13 zu sehen ist. Die Einstellschrauben 13 befinden sich in den mit einem Innengewinde versehenen Öffnungen im Überstand 12 des Objektivgehäuses 7.
Bei einem Verdrehen der Einstellschrauben 13 drücken diese eine Linse 4 des Linsenpakets 3 gegen das federnde Element 10 bzw. drückt das federnde Element 10 das Linsenpaket 3 gegen die Einstellschrauben 13. Das federnde Element 10 wird von dem Verschraubungsring 9 gehalten, der entweder durch die Schraubverbindung verdrehsicher im Objektivgehäuse 7 gelagert ist oder z. B. durch ein Klebeverfahren dort dauerhaft mit dem Objektivgehäuse 7 verbunden ist.
Durch das Verdrehen der einzelnen Einstellschrauben 13 werden der Taumelausgleich und die Fokussierung vorgenommen. Die Einstellschrauben 13 werden in den mit einem Innengewinde versehenen Öffnungen gedreht, bis der optimale Abstand zwischen dem lichtempfindlichen Chip 2 und der letzten optischen Oberfläche einer Linse 4 erreicht ist. Zusätzlich wird gegebenenfalls ein Taumelausgleich durchgeführt, indem die Einstellschrauben 13 abhängig von der Verkippung in der Halbleiterkamera unterschiedlich tief in die Öffnungen mit dem Innengewinde gedreht werden und somit eine Verkippung der Linse 4 bzw. des Linsenpakets 3 erfolgt. Die obere Linse 4, d. h. die der Leiterplatte 1 abgewandte Linse des Linsenpakets 3 kann an den Flächen, an denen die Einstellschrauben 13 aufliegen, entsprechend zur Aufnahme der auf der Linse 4 aufliegenden Enden der Einstellschrauben 13 ausgestaltet sein. Besonders empfiehlt es sich, die Linsenränder zu verrunden, um die Gefahr von Randausbrüchen beim Verkippen der Linsen 4 zu minimieren.
Alternativ wäre es auch denkbar, die Fokussierung zumindest teilweise durch den Verschraubungsring 9 zu bewerkstelligen und den Taumelausgleich durch die Einstellschrauben 13 vorzunehmen.
Die Leiterplatte 1 kann alternativ auch ein anderer Träger 1, wie z. B. eine Aluminiumplatte mit Flex-Leiterplatte oder ein Keramiksubstrat sein.
Eine Draufsicht des erfindungsgemäßen Objektivgehäuses 7 aus 2 ist in 3 dargestellt. Diese zeigt die Leiterplatte 1 und das darauf aufgebrachte Objektivgehäuse 7 mit dem Überstand 12, in dem die drei Einstellschrauben 13 in den mit einem Innengewinde versehenen Öffnungen angeordnet sind.
Bei drei Einstellschrauben 13 wird verhindert, dass die Linse 4 bzw. das Linsenpaket 3 nach der Fokussierung bzw. des Taumelausgleichs bei Einflüssen auf die Halbleiterkamera wie z. B. Vibrationen im Fahrzeug, sich aus der eingestellten Position bewegen und sich die Lage des Linsenpakets 3 bzw. der Linse 4 ändert.
Alternativ kann das Objektivgehäuse 7 vier oder auch mehr Öffnungen mit einem Innengewinde und darin gelagerten Einstellschrauben 13 aufweisen, um die Fokussierung und den Taumelausgleich durchzuführen.
Es ist aber auch möglich, nur eine bzw. zwei Einstellschrauben 13 zu verwenden, wenn der Überstand 12 des Objektivgehäuses 7 so ausgestaltet ist, dass er an manchen Stellen weiter in Richtung des lichtempfindlichen Chips 2 hineinragt. Dabei hat das Linsenpaket 3 bzw. die Linse 4 ebenfalls drei Auflagepunkte, wenn z. B. das Linsenpaket 3 bzw. die Linse 4 an einem bzw. zwei Bereichen mit dem Überstand 12 des Objektivgehäuses 7 in Kontakt steht und der zweite und/oder dritte Kontakt durch eine/die Einstellschraube(n) 13 erfolgt.
4 zeigt eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Objektivgehäuses 7. Das Objektivgehäuse 7 weist an seiner der Leiterplatte 1 abgewandten Seite einen abgeschrägten Überstand 12 auf, der den Durchmesser der zylindrischen Öffnung des Objektivgehäuses 7 verkleinert. Der abgeschrägte Überstand 12 ist leicht nach oben, d. h. von der Leiterplatte 1 weg, geöffnet. In diesem Überstand 12 sind wiederum drei um 120° versetzt angeordnete Einstellschrauben 13 gelagert, wobei in der Zeichnung nur eine Einstellschraube 13 zu sehen ist. Die Einstellschrauben 13 befinden sich in den mit einem Innengewinde versehenen Öffnungen im Überstand 12 des Objektivgehäuses 7. Die Schräge des Überstands 12 bietet der im Linsenpaket 3 oben angeordneten Linse 4 eine linsenangepasste Halterung. Durch das schräge Eindrehen der Einstellschrauben 13 wird zudem eine bessere Zugänglichkeit für einen automatisierten Ablauf erreicht.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Objektivgehäuses 7 ohne Überstand 12. Das Objektivgehäuse 7 ist so ausgestaltet, dass es an seiner unteren der Leiterplatte 1 zugewandten Seite eine Halterung 11 aufweist. In der zylindrischen Öffnung des Objektivgehäuses 7 befindet sich ein federndes Element 10, das auf der Halterung 11 aufliegt, und ein aus mehreren Linsen 4 und dazwischen angeordneten Distanzringen 5 bestehendes Linsenpaket 3. Das Objektivgehäuse 7 weist an seiner der Leiterplatte 1 abgewandten Seite im oberen Bereich eine abgeschrägte Objektivaußenwand auf. Die Einstellschrauben 13 befinden sich in den mit einem Innengewinde versehenen Öffnungen im abgeschrägten Bereich des Objektivgehäuses 7, wobei in der Zeichnung nur eine Einstellschraube 13 zu sehen ist. Die obere Linse 4 wird nach oben nur durch die Einstellschrauben 13 gehalten, da das Objektivgehäuse 7 anders als in 2 und 4 keinen Überstand 12 aufweist. Die Abschrägung der Objektivaußenwand ermöglicht ein schräges Eindrehen der Einstellschrauben 13, wodurch eine bessere Zugänglichkeit für einen automatisierten Ablauf erreicht wird.
Bei einem Verdrehen der Einstellschrauben 13 drücken diese eine Linse 4 des Linsenpakets 3 gegen das federnde Element 10 bzw. drückt das federnde Element 10 das Linsenpaket 3 gegen die Einstellschrauben 13. Das federnde Element 10 wird von der Halterung 11 gehalten.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform erfindungsgemäßen Objektivgehäuses 7.
Im Gegensatz zu 5 ist bei diesem Objektivgehäuse 7 die Objektivaußenwand nicht abgeschrägt. Die Einstellschrauben 13 sind orthogonal zur Objektivwand angeordnet. Dadurch wird bei einem großen Weg in der Einschraubtiefe aufgrund der Geometrie/Wölbung der Linse 4 nur eine geringe Veränderung in der Verschiebung des Linsenpakets 3 bewirkt. Es können damit sehr genaue Abstände zwischen dem lichtempfindlichen Chip 2 und der letzten optischen Oberfläche einer Linse 4 eingestellt werden.
Bezugszeichenliste

1: Träger/Leiterplatte
2: Lichtempfindlicher Chip
3: Linsenpaket
4: Linse
5: Distanzring
6: Objektivhalter
7: Objektivgehäuse
8: Fixierungsring
9: Verschraubungsring
10: Federndes Element
11: Halterung
12: Überstand
13: Einstellschraube/zylindrisches Element

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10344768 B3 [0004, 0004]
DE 10342526 B4 [0005]
DE 10342529 A1 [0006]

Claims

Objektiv für eine auf einem Träger (1) angeordnete Halbleiterkamera mit einem Objektivgehäuse (7), welches eine zylindrische Öffnung aufweist, in der sich ein aus mindestens einer Linse (4) bestehendes Linsenpaket (3) und ein federndes Element (10) befinden, wobei das Linsenpaket (3) auf dem federnden Element (10) aufliegt und das federnde Element (10) von einer Halterung (11), die in die zylindrische Öffnung hineinragt und den Durchmesser der zylindrischen Öffnung verkleinert, gehalten wird und die Halterung (11) sich auf der dem Träger (1) zugewandten Seite über der Halbleiterkamera befindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektivgehäuse (7) in seiner Objektivwand über dem Linsenpaket (3) auf der dem Träger (1) abgewandten Seite, mindestens eine Öffnung mit einem Innengewinde aufweist, in der jeweils ein in der Öffnung drehbares zylindrisches Element (13) mit einem Außengewinde zur Verstellung der Lage und Ausrichtung des Linsenpakets (3) in Bezug auf die Halbleiterkamera angeordnet ist.
Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektivgehäuse (7) auf der dem Träger (1) abgewandten Seite eine weitere zylindrische Öffnung aufweist, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser der zylindrischen Öffnung zur Aufnahme des Linsenpakets (3) und des federnden Elements (10) ist und sich im Bereich der weiteren zylindrischen Öffnung mindestens eine Öffnung mit einem Innengewinde befindet, in der jeweils ein in der Öffnung drehbares zylindrisches Element (13) mit einem Außengewinde zur Verstellung der Lage und Ausrichtung des Linsenpakets (3) in Bezug auf die Halbleiterkamera angeordnet ist.
Objektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (11) auf der dem Träger (1) zugewandten Seite unterhalb des federnden Elements (10) durch einen Bereich des Objektivgehäuses (7) mit einem Innengewinde ausgebildet ist und in diesen Bereich ein ringförmiges Element (9) mit einem Außengewinde angeordnet ist, welches über das Außengewinde drehbar mit dem Bereich des Objektivgehäuses (7), der ein Innengewinde aufweist, in Verbindung steht.
Objektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung zur Aufnahme des mit einem Außengewinde versehenen zylindrischen Elements (13) zu der Objektivwand einen Winkel zwischen 0° und 90° einschließt.
Objektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektivgehäuse (7) in seiner Objektivwand über dem Linsenpaket (3) auf der dem Träger (1) abgewandten Seite, mindestens drei Öffnungen mit einem Innengewinde aufweist, in denen jeweils ein in der Öffnung drehbares zylindrisches Element (13) zur Verstellung der Lage und Ausrichtung des Linsenpakets (3) mit einem Außengewinde angeordnet ist, so dass eine Verkippung zwischen Linsenpaket (3) und Halbleiterkamera kompensiert werden kann.
Objektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Element (13) eine Einstellschraube (13) ist.
Verfahren zum Fokussieren bzw. Justieren eines Objektivs für eine auf einem Träger (1) angeordnete Halbleiterkamera mit einem Objektivgehäuse (7), wobei das Objektivgehäuse (7) eine zylindrische Öffnung aufweist, in der sich ein aus mindestens einer Linse (4) bestehendes Linsenpaket (3) und ein federndes Element (10) befinden, wobei das Linsenpaket (3) auf dem federnden Element (10) aufliegt und das federnde Element (10) von einer Halterung (11), die in die zylindrische Öffnung hineinragt und den Durchmesser der zylindrischen Öffnung verkleinert, gehalten wird und die Halterung (11) sich auf der dem Träger (1) zugewandten Seite über der Halbleiterkamera befindet, dadurch gekennzeichnet, • dass in zumindest eine mit einem Innengewinde versehene Öffnung, die sich in der dem Träger (1) abgewandten Seite der Objektivwand befindet, zumindest ein zylindrisches drehbar gelagertes mit einem Außengewinde versehenes Element (13) gebracht wird, • das zumindest eine zylindrische Element (13) schrittweise verdreht wird und dadurch das Linsenpaket (3) durch das zylindrische Element (13) innerhalb der zylindrischen Öffnung des Objektivgehäuses (7) verschoben und/oder verkippt wird, • während des Verdrehens von zumindest einem zylindrischen Element (13) Bilder aufgenommen werden, • die aufgenommenen Bilder in verschiedenen Bildbereichen bezüglich ihrer Schärfe beurteilt werden bzw. ein Schärfe- oder ein Kontrastwert in mindestens einem Bildbereich bestimmt wird, • aus der Bestimmung/Beurteilung der aufgenommenen Bilder eine optimale Position für zumindest ein zylindrisches Element (13) bestimmt wird, • das zumindest eine zylindrische Element (13) in diese Position gebracht wird und • anschließend das zumindest eine zylindrisches Element (13) in dieser Position fixiert wird.
Verfahren zum Fokussieren bzw. Justieren eines Objektivs für eine auf einem Träger (1) angeordnete Halbleiterkamera mit einem Objektivgehäuse (7), wobei das Objektivgehäuse (7) eine zylindrische Öffnung aufweist, in der sich ein aus mindestens einer Linse (4) bestehendes Linsenpaket (3) und ein federndes Element (10) befinden, wobei das Linsenpaket (3) auf dem federnden Element (10) aufliegt und das federnde Element (10) von einem ringförmiges Element (9) mit einem Außengewinde gehalten wird, das sich unterhalb des Linsenpakets (3) und des federnden Elements (10) auf der dem Träger (1) zugewandten Seite des Objektivgehäuses (7) befindet und über ein Innengewinde des Objektivgehäuses (7) drehbar in dem Objektivgehäuse (7) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, • dass in zumindest eine mit einem Innengewinde versehene Öffnung, die sich in der dem Träger (1) abgewandten Seite der Objektivwand befindet, zumindest ein zylindrisches drehbar gelagertes mit einem Außengewinde versehenes Element (13) gebracht wird, • das zumindest eine zylindrische Element (13) schrittweise verdreht wird und dadurch das Linsenpaket (3) durch das zylindrische Element (13) innerhalb der zylindrischen Öffnung des Objektivgehäuses (7) verschoben und/oder verkippt wird, • während des Verdrehens von zumindest einem zylindrischen Element (13) Bilder aufgenommen werden, • die aufgenommenen Bilder in verschiedenen Bildbereichen bezüglich ihrer Schärfe beurteilt werden bzw. ein Schärfe- oder ein Kontrastwert in mindestens einem Bildbereich bestimmt wird, • aus der Bestimmung/Beurteilung der aufgenommenen Bilder eine optimale Position für zumindest ein zylindrisches Element (13) bestimmt wird, • das zumindest eine zylindrische Element (13) in diese Position gebracht wird und • anschließend das zumindest eine zylindrische Element (13) in dieser Position fixiert wird.
Verfahren zum Fokussieren bzw. Justieren eines Objektivs für eine auf einem Träger (1) angeordnete Halbleiterkamera mit einem Objektivgehäuse (7) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Element (9), das durch sein Außengewinde mit dem Innengewinde des Objektivgehäuses (7) in Verbindung steht, nach dem Einsetzen des Linsenpakets (3) und des federnden Elements (10), in dem Objektivgehäuse (7) fixiert wird.