DE102011014991A1

DE102011014991A1 - Kamera

Info

Publication number: DE102011014991A1
Application number: DE102011014991A
Authority: DE
Inventors: Andreas Koppe
Original assignee: Magna Electronics Europe GmbH and Co OHG
Current assignee: Magna Electronics Europe GmbH and Co OHG
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2012-09-27
Anticipated expiration: 2031-03-26
Also published as: DE102011014991B4; US20140009619A1; US10017127B2; WO2012130215A1

Abstract

Eine Kamera mit einem Gehäuse (2), einem optischen System (3) und einem elektrischen Bildsensor (4), insbesondere für Anwendungen im Außenbereich von Kraftfahrzeugen, soll derart weitergebildet werden, das unerwünschte Einflüsse von in die Kamera bzw. das Gehäuse eindringender Feuchtigkeit verhindert werden. Dies wird dadurch erreicht, dass weiterhin Mittel zum Erzeugen einer Luftkonvektion (L) in einem Innenraum (9, 10, 11) des optischen Systems (3) aufgrund der Lufterwärmung in dem Gehäuse (2) durch den Bildsensor (4) vorgesehen sind, die vorzugsweise eine Anzahl von Kanälen (13) in dem optischen System (3) umfassen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kamera mit einem Gehäuse, einem optischen System und einem elektrischen Bildsensor.
Im Kraftfahrzeugbereich kommen insbesondere Kamerasysteme für Fahrerassistenzfunktionen sowie zur Innen- oder Außenüberwachung des Kraftfahrzeugs zum Einsatz. Bei diesen Anwendungen im Innen- und insbesondere im Außenbereich eines Kraftfahrzeugs bestehen hohe Anforderungen aufgrund der äußeren Einflüsse wie Temperaturschwankungen, Feuchtigkeitseinflüsse sowie Verschmutzung. Üblicherweise werden Kameramodule umfassend ein optisches System und ein elektrischer Bildsensor als hermetisch abgedichtete Einheiten ausgebildet. Der Einsatz eines nicht vollständig dicht ausgeführten Kameramoduls kann zu einer Bildung von Kondenswasser im optischen Pfad bzw. einer Beschlagsbildung auf den Linsen des optischen Systems und somit zu einer Beeinträchtigung der Bildqualität führen. Um dies zu vermeiden sind Kameramodule bekannt, die mit einer Heizeinrichtung und/oder einer entsprechenden Beschichtung versehen sind, um einen störenden Feuchtigkeitsniederschlag an den Linsen des optischen Systems zu verhindern ( DE 10 2004 057 322 A1 ). Weiterhin sind Vorrichtungen bekannt, bei denen das aus Kunststoff ausgeführte Gehäuse der Kamera mit einem Metallfilm beschichtet wird, um ein Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Kamera mit einem Gehäuse, einem optischen System und einem elektrischen Bildsensor, insbesondere für Anwendungen im Außenbereich von Kraftfahrzeugen, derart weiterzubilden, das unerwünschte Einflüsse von in die Kamera bzw. das Gehäuse eindringender Feuchtigkeit verhindert werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Kamera mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Durch das Ausbilden von vorzugsweise einer Anzahl von Kanälen in dem optischen System, die als Mittel zum Erzeugen einer Luftkonvektion in einem Innenraum des optischen Systems aufgrund der Lufterwärmung in dem Gehäuse durch den Bildsensor vorgesehen sind, kann bei einem Eindringen von Feuchtigkeit in die Kamera ein Beschlagen der Linsen des optischen Systems verhindert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgedankens sind Mittel vorgesehen, die zur konduktiven Wärmeleitung zum Bildsensor hin aus den betreffenden ausgewählten Kanälen heraus ragen. Diese Mittel zur konduktiven Wärmeleitung sind vorzugsweise als ein in der Spur angeordneter länglicher Metallkörper (Draht, Streifen oder Röhrchen) oder als vorzugsweise streifenförmige metallische Beschichtung der Spur ausgeführt. Insbesondere weist der in der Spur angeordnete Metallstreifen oder die streifenförmige metallische Oberflächenbeschichtung in der Spur eine thermische Verbindung zu einem von der Einfassung abstehenden Wärmefänger (Metallfahne oder ähnliches) auf. Der Wärmefänger ragt in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgedankens in den Bereich zwischen dem Bildsensor und dem optischen System hinein. Durch diese vorstehend beschriebene Ausgestaltung ist es möglich die Kamera auch in einer abweichend von der horizontalen Einbaulage (Darstellung der 1) angeordneten schrägen Einbaulage anzuordnen und eine ausreichende Luftkonvektion zur Verhinderung des Beschlagens der Linsen des optischen Systems zu erzielen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass ein Abschnitt der Außenwand des Gehäuses durch eine wasserundurchlässige aber dampfdiffusionsoffene Membran gebildet wird. Hierdurch wird der Transport der Feuchtigkeit aus dem Gehäuseinneren nach außen erzielt. Die Anordnung der Membran an einer Stelle in der Nähe des Bildsensors, der durch dessen Verlustwärme die Membran beheizt, unterstützt den Transport der Feuchtigkeit nach außen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Kamera mit einem Gehäuse, einem optischen System und einem elektrischen Bildsensor in einer Schnittdarstellung in einer ersten Einbaulage,
2 eine Schnittdarstellung durch das optische System längs des in 1 eingezeichneten Schnitts X-X; und
3 eine Detailansicht des in 1 eingezeichneten Details einer weiteren Ausgestaltung der Kamera in einer weiteren Einbaulage.
Die in der 1 in der Schnittdarstellung gezeigte Kamera 1, die insbesondere für Fahrerassistenzfunktionen und/oder Außenüberwachung eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommt, wird in der gezeigten horizontalen Einbaulage vorzugsweise im Bereich des Griffs einer Heckklappe im Heckbereich eines Kraftfahrzeugs oder im Bereich des Kühlergrills im Frontbereich eines Kraftfahrzeugs eingebaut. Die Längsache bzw. optische Achse A der Kamera liegt hierbei in der Horizontalen.
Die Kamera 1 umfasst im Wesentlichen ein Gehäuse 2, ein optisches System 3 und einen elektrischen Bildsensor 4. Das optische System 3 weist eine Anordnung mehrerer Linsen 5a, 5b, 5c auf, die in einer röhrenförmigen Einfassung 6 beabstandet zueinander angeordnet sind. Das gezeigte Ausführungsbeispiel ist mit drei in einem optischen Pfad hintereinander liegend angeordneter Linsen 5a, 5b, 5c ausgebildet. Zur Aufnahme der röhrenförmigen Einfassung 6 ist das Gehäuse 2 mit einer Aufnahmeöffnung ausgeführt. Die röhrenförmige Einfassung 6 liegt über einen ringförmigen Flanschabschnitt 7 dichtend auf dem Gehäuse 2 auf und ragt mit einem zylindrischen Abschnitt 8 in das Gehäuseinnere. Die Einfassung 6 bildet in dem Gehäuse 2 einen abgedichteten ersten Innenraum 9.
In einer senkrecht zur optischen Achse A des optischen Systems 3 liegenden Ebene ist im Innenraum 9 des Gehäuses 2 der elektrische Bildsensor 4 angeordnet. Aus der Zeichnung ist weiterhin zu erkennen, das die Linsen 5a, 5b, und 5c beabstandet zueinander in der röhrenförmigen Einfassung 6 angeordnet sind und zwischen den Linsen 5a, 5b, 5c jeweils ein Innenraum 10, 11 gebildet wird. Eine Verbindung zwischen diesen Innenräumen 10, 11 und dem Innenraum 9 des Gehäuses 2 wird über eine Anzahl von Kanälen 13 geschaffen, die jeweils von einem Ende der röhrenförmigen Einfassung 6 des optischen Systems 3 bis zu einem Innenraum zwischen zwei Linsen verläuft. Die Kanäle 13 sind zu mehreren Innenräumen 10, 11 zwischen paarweise verschiedener Linsen 5a, 5b, 5c des optischen Systems geöffnet und vorzugsweise als Rille oder Spur in einer Innenwand der Einfassung 6 des optischen Systems angelegt. Des Weiteren sind die Kanäle zu dem Bereich des den Bildsensor 4 aufnehmenden Innenraums 9 hin geöffnet. Die Rille oder Spur liegt dabei jeweils mit der optischen Achse (A) in einer Ebene.
Bei einem Einsatz der erfindungsgemäßen Kamera 1 im Außenbereich eines Kraftfahrzeugs kann es wie eingangs erläutert zu einem Eindringen von Feuchtigkeit in das optische System 3 kommen. Aufgrund der Bildung von Verlustwärme des elektrischen Sensors 4 bei dessen Betrieb, kommt es in der Kamera zwischen den Innenräumen 9, 10, 11 über die Kanäle 13 zu einer Wärmeströmung (Konvektion). Hierdurch wird ein Beschlagen der Linsen aufgrund der eingetretenen feuchten Luft in den Innenräumen 10, 11 vermieden. Die Luftzirkulation in der Kamera ist schematisch durch die Pfeile L dargestellt. In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens sind Mittel zur konduktiven Wärmeleitung in der Richtung der Luftzirkulation vorgesehen. Diese Mittel können als in der Spur angeordneter länglicher Metallkörper oder als streifenförmige metallische Beschichtung der Spur ausgeführt sein.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann einer Beschlagsbildung bei eintretender Feuchtigkeit weiterhin entgegengewirkt werden, indem auf einem Abschnitt der Außenwand des Gehäuses 2 eine wasserundurchlässige aber dampfdiffusionsoffene Membran gebildet wird. Diese Membran wird vorzugsweise an einer Stelle in der Nähe des Bildsensors 4 angeordnet, um durch dessen Verlustwärme beheizt zu werden. Hierdurch wird das Austreten von Feuchtigkeit aus dem Innenraum bewirkt. In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Membran eine mechanisch expandierte Polytetrafluorethylen (PTFE) Folie [Handelsname: Gore-Tex] oder eine Folie aus einem Polyester und Polyether Blockcopolymer [Handelsname: Sympatex].
3 zeigt in einer in 1 eingezeichneten Detailansicht einen vergrößerten Ausschnitt eines Bereichs des optischen Systems 3, der an den den Bildsensor 4 aufweisenden Gehäuseinnenraum angrenzt. Im Gegensatz zu der in der 1 dargestellten Ausführungsform ist hierbei die Kamera 1 in einer schrägen Einbaulage angeordnet. Die Längsachse A des optischen Systems 3 ist in einem Winkel zu der horizontalen Achse angeordnet. Um bei dieser Einbaulage der Kamera 1 ebenfalls eine ausreichende Luftkonvektion in den Innenräumen des optischen Systems aufgrund der Lufterwärmung in dem Gehäuse 2 durch den Bildsensor 4 zu erzeugen, sind Mittel zur konduktiven Wärmeleitung als vorzugsweise in der Spur 13 angeordneter länglicher Metallkörper oder als vorzugsweise streifenförmige metallische Beschichtung der Spur 13 ausgeführt. Der längliche Metallkörper kann dabei als Draht, Streifen oder Röhrchen ausgeführt sein. Aus der Detailansicht lässt sich erkennen, dass der in der Spur angeordnete Metallstreifen oder die streifenförmige metallische Oberflächenbeschichtung in der Spur 13 eine thermische Verbindung zu einem von der Einfassung 6 abstehenden Wärmefänger 14 aufweist. Der Wärmefänger 14 ist dabei als Metallfahne ausgeführt und ragt in den Bereich zwischen dem Bildsensor 4 und dem optischen System 3 hinein. Über die in dem Innenraum 9 über Verlustwärme des Bildsensors 4 erzeugte warme Luft, wird der Wärmefänger 14 aufgewärmt. Das entstehende Temperaturgefälle zwischen den einzelnen Kanälen und Innenräumen führt zu einer Luftzirkulation und verhindert ein Beschlagen der Linsen 5a, 5b, 5c bei eintretender Feuchtigkeit. Die Luftzirkulation ist schematisch durch die Pfeile L eingezeichnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004057322 A1 [0002]

Claims

Kamera (1) mit einem Gehäuse (2), einem optischen System (3) und einem elektrischen Bildsensor (4), dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin Mittel zum Erzeugen einer Luftkonvektion (L) in einem Innenraum (9, 10, 11) des optischen Systems (3) aufgrund der Lufterwärmung in dem Gehäuse (2) durch den Bildsensor (4) vorgesehen sind, die vorzugsweise eine Anzahl von Kanälen (13) in dem optischen System (3) umfassen.
Kamera (1) nach Anspruch 1, wobei das optische System (3) eine Anordnung mehrerer Linsen (5a, 5b, 5c) in einer röhrenförmigen Einfassung (6) aufweist.
Kamera (1) nach Anspruch 2, wobei eine Anzahl der Kanäle (13) von einem Ende der röhrenförmigen Einfassung (6) des optischen Systems (3) bis zu einem Innenraum (10, 11) zwischen zwei Linsen (5a, 5b, 5c) verläuft.
Kamera (1) nach Anspruch 3, wobei die Kanäle (5a, 5b, 5c) zu mehreren Innenräumen (10, 11) zwischen paarweise verschiedenen Linsen (5a, 5b, 5c) des optischen Systems geöffnet und vorzugsweise als Rille (13) oder Spur in einer Innenwand der Einfassung (6) des optischen Systems angelegt sind.
Kamera (1) nach Anspruch 4, wobei die Rille (13) oder Spur mit der optischen Achse (A) in einer Ebene liegt.
Kamera (1) nach Anspruch 5 mit mehreren Kanälen (13), wobei in einer Auswahl daraus Mittel zur Erhöhung der konduktiven Wärmeleitung in der Richtung der Strömungsrichtung angeordnet sind.
Kamera (1) nach Anspruch 6, wobei sich die mit den Mitteln zur konduktiven Wärmeleitung ausgerüsteten Kanäle (13) zum Bildsensor (4) hin öffnen.
Kamera (1) nach Anspruch 7, wobei die Mittel zur konduktiven Wärmeleitung zum Bildsensor (4) hin aus den betreffenden ausgewählten Kanälen (13) heraus ragen.
Kamera (1) nach Anspruch 8, wobei die Mittel zur konduktiven Wärmeleitung als vorzugsweise in der Spur (13) angeordneter länglicher Metallkörper (14), insbesondere als Draht, Streifen oder Röhrchen, oder als vorzugsweise streifenförmige metallische Beschichtung der Spur (13) ausgeführt sind.
Kamera (1) nach Anspruch 9, wobei der in der Spur (13) angeordnete Metallstreifen oder die streifenförmige metallische Oberflächenbeschichtung in der Spur (13) eine thermische Verbindung zu einem von der Einfassung abstehenden Wärmefänger (14) aufweist.
Kamera (1) nach Anspruch 10, wobei der Wärmefänger in den Bereich zwischen dem Bildsensor (4) und dem optischen System (3) hinein ragt.
Kamera (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Abschnitt der Außenwand des Gehäuses (2) durch eine wasserundurchlässige aber dampfdiffusionsoffene Membran gebildet wird.
Kamera (1) nach Anspruch 12, wobei die Membran an einer Stelle in der Nähe des Bildsensors (4) angeordnet ist, um durch dessen Verlustwärme beheizt zu werden.
Kamera (1) nach Anspruch 13, wobei die Membran eine mechanisch expandierte Polytetrafluorethylen (PTFE) Folie [Handelsname: Gore-Tex] oder eine Folie aus einem Polyester und Polyether Blockcopolymer [Handelsname: Sympatex] ist.