DE102015116962A1

DE102015116962A1 - Kamera mit einer Linse und einer Heizeinheit zum Heizen der Linse, und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102015116962A1
Application number: DE102015116962.2A
Authority: DE
Inventors: Brian Cleary; Rachel O'Connor
Original assignee: Connaught Electronics Ltd
Current assignee: Connaught Electronics Ltd
Priority date: 2015-10-06
Filing date: 2015-10-06
Publication date: 2017-04-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kamera (2) für ein Kraftfahrzeug (1), mit einem Objektiv (12), welches zumindest eine Linse (17) und einen Linsenhalter (16) umfasst, und einer Heizeinheit (13) zum Heizen der zumindest einen Linse (17), wobei die Linse (17) eine Kontaktfläche (25) zur Anordnung an dem Linsenhalter (16) aufweist, die in Richtung des Linsenhalters (16) ausgerichtet ist, und die Kontaktfläche (25) sich zumindest teilweise um eine Längsachse (28) des Objektivs (12) umlaufend erstreckt, wobei die Heizeinheit (13) zumindest ein als elektrisches Widerstandheizelement ausgebildetes längliches Drahtelement (30) aufweist, welches zumindest teilweise um die Längsachse (28) umlaufend an der Kontaktfläche (25) oder in der Linse (17) innenliegend angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kamera für ein Kraftfahrzeug, mit einem Objektiv, welches zumindest eine Linse und einen Linsenhalter umfasst, und einer Heizeinheit zum Heizen der zumindest einen Linse.
Kameras für Kraftfahrzeuge mit einem Objektiv, welches eine Linse umfasst, und einer Heizeinheit zum Heizen der Linse sind aus dem Stand der Technik bekannt. So zeigt die US 2015/0036037 A1 ein Kamerasystem mit einer Linse, an welcher ein Heizer angeordnet ist. Der Heizer ist dazu ausgebildet, die Linse zu erhitzen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kamera sowie ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, bei welcher beziehungsweise bei welchem eine Linse der Kamera schneller und gleichmäßiger erwärmt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kamera sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Eine erfindungsgemäße Kamera für ein Kraftfahrzeug umfasst ein Objektiv und eine Heizeinheit. Das Objektiv umfasst zumindest eine Linse und einen Linsenhalter. Die Heizeinheit ist zum Heizen der zumindest einen Linse ausgebildet. Als ein wesentlicher Gedanke der Erfindung ist vorgesehen, dass die Linse eine Kontaktfläche zur Anordnung an dem Linsenhalter aufweist, die in Richtung des Linsenhalters ausgerichtet ist, und die Kontaktfläche sich zumindest teilweise um eine Längsachse des Objektivhalters umlaufend erstreckt. Die Heizeinheit weist zumindest ein als elektrisches Widerstandselement ausgebildetes längliches Drahtelement auf. Das längliche Drahtelement ist zumindest teilweise um die Längsachse umlaufend an der Kontaktfläche oder in der Linse, insbesondere außerhalb eines Lichtdurchtrittsbereichs der Linse, innenliegend angeordnet.
Durch das Nutzen des länglichen Drahtelements und dem Anordnen dieses länglichen Drahtelements an der Kontaktfläche der Linse kann die Wärmeübertragung von dem Drahtelement auf die Linse schneller und gleichmäßiger erfolgen.
Das längliche Drahtelement ist dabei als elektrisches Widerstandheizelement ausgebildet, durch welches elektrische Energie in thermische Energie umgewandelt wird.
Das längliche Drahtelement ist dabei beispielsweise als ein hochohmiger Draht beziehungsweise als Heizleiter ausgebildet. Die Wärme beziehungsweise thermische Energie wird erzeugt, indem das Drahtelement, insbesondere aus einem dem Zweck angepassten, elektrisch leitfähigem Material mit hohem elektrischen Widerstand, von Strom durchflossen wird und sich dadurch erhitzt.
Durch das Anordnen des Drahtelements an der Kontaktfläche wird die Wärme des Drahtelements von einer größeren und räumlich besser verteilten Fläche der Linse aufgenommen, wodurch die Wärme gleichmäßiger und schneller aufgenommen werden kann. Auch für den Fall, dass das Drahtelement in der Linse angeordnet ist, kann die von dem Drahtelement abgegebene Wärme durch die Linse in Umlaufrichtung bezüglich der Längsachse gleichmäßig aufgenommen werden. Das Drahtelement in der Linse ist insbesondere außerhalb des Lichtdurchtrittsbereichs angeordnet. Der Lichtdurchtrittsbereich ist der optisch wirksame und somit für die optische Abbildungseigenschaft der Linse vorgesehene Bereich. So fällt lediglich Licht auf einen Bildsensor der Kamera, welches durch den Lichtdurchtrittsbereich in die Kamera eingetreten ist. Vorteilhaft ist, dass das Drahtelement in der Linse somit nicht in dem optisch wirksamen Bereich der Linse angeordnet ist und dadurch ein Bild mit der Kamera ohne den störenden Einfluss des Drahtelements aufgenommen werden kann. Insbesondere ist das längliche Drahtelement ein Vielfaches länger als breit und kann dadurch problemlos außerhalb des Lichtdurchtrittsbereichs angeordnet werden.
Die Linse ist als Bikonkavlinse mit Randsteg ausgebildet. Der Randsteg weist die Kontaktfläche mit einer ersten Teilkontaktfläche und einer zweiten Teilkontaktfläche auf.
Die Linse ist vorzugsweise eine Außenlinse des Objektivs. Insbesondere die Außenlinse des Objektivs ist stärker von Witterungseinflüssen aus dem Umgebungsbereich der Kamera betroffen, als dies für eine weitere Linse beziehungsweise eine Innenlinse des Objektivs der Fall ist.
Die weitere Linse überlappt insbesondere in Richtung senkrecht zur Längsachse teilweise mit der zweiten Teilkontaktfläche. Insbesondere ist das Drahtelement radial bezüglich der Längsachse weiter außenliegend als die weitere Linse angeordnet. Somit liegt in radialer Richtung bezüglich der Längsachse insbesondere keine Überlappung des Drahtelements mit der weiteren Linse vor.
Die Heizeinheit mit dem länglichen Drahtelement ist beispielsweise dazu ausgebildet eine Ablagerung von Eis, Schnee oder ein Beschlagen der Linse zu verhindern oder abzustellen. So wird die Linse mit der Heizeinheit vorzugsweise stets derart erwärmt, dass nach Ausbreitung der Wärme in der Linse eine Linsentemperatur, insbesondere an jeder Stelle der Linse, höher ist als eine außerhalb der Kamera vorherrschende aktuelle Außentemperatur. Die Heizeinheit kann aber auch nur für eine vorbestimmte Zeitspanne, manuell oder automatisch, aktiviert werden und nach Ablauf der Zeitspanne beispielsweise auch wieder automatisch deaktiviert werden. Das automatisch Aktivieren und/oder Deaktivieren kann abhängig von einem Temperatursensor beziehungsweise einem Thermostat erfolgen. Der Temperatursensor kann beispielsweise in der Kamera und/oder separat dazu in dem Kraftfahrzeug angeordnet sein. Das Drahtelement kann sich dabei beispielsweise bis zu 30 °C und mehr erw ärmen.
Weiterhin vorteilhaft an dem an der Kontaktfläche oder in der Linse innenliegend angeordneten länglichen Drahtelement ist, dass die Linse dadurch direkt beheizt wird. Im Stand der Technik wird üblicherweise ein Linsenrahmen, beispielsweise aus Metall, erwärmt, welcher die Wärme dann an die Linse abgibt. Durch das direkte Heizen der Linse kann die Linse schneller erwärmt werden als durch das bekannte indirekte Heizen über den Linsenrahmen des Objektivs. Weiterhin wird dadurch weniger Energie zum Erwärmen der Linse als bei der indirekten Erwärmung der Linse benötigt.
Mit innenliegend sind Ausführungen zu verstehen, bei welchen das Drahtelement umfangsseitig vollständig von dem Material der Linse umgeben ist und daher darin vollkommen eingeschlossen ist.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Heizeinheit eine separat zu dem Drahtelement in der Kamera angeordnete Energiequelle umfasst, und das Drahtelement mittels eines Verbindungselements der Energiequelle elektrisch verbunden ist. Die Energiequelle kann dabei an einer Leiterplatte der Kamera angeordnet sein. Durch die Energiequelle wird das Drahtelement mit elektrischer Energie versorgt, um diese zumindest teilweise in thermische Energie umzusetzen. Durch das Verbindungselement wird die elektrische Energie von der Energiequelle zu dem Drahtelement transportiert. Vorzugsweise hat das Verbindungselement einen niedrigeren elektrischen Widerstand als das Drahtelement. Durch die separat zu dem Drahtelement in der Kamera angeordnete Energiequelle kann die Energie für das Drahtelement mit wenig Umstand beispielsweise von der Leiterplatte abgegriffen werden. Dadurch kann die Heizeinheit einfacher in der Kamera angeordnet werden.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Drahtelement an der Kontaktfläche oder in der Linse innenliegend vollständig um die Längsachse umlaufend ausgebildet ist. Durch das vollständige Umlaufen des Drahtelements um die Längsachse kann die Linse gleichmäßiger erwärmt werden, als wenn das Drahtelement nur unterbrochen um die Längsachse umlaufen würde. Durch die gleichmäßige Erwärmung wiederum kann die Linse schneller und gleichmäßiger von Eis, Schnee und/oder Kondensat befreit werden. Somit kann wiederum ein deutlicheres Bild mit der Kamera aufgenommen werden und die Sicherheit des Kraftfahrzeugs wird erhöht.
Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass das Drahtelement, insbesondere mit einem 3D-Druckverfahren, auf die Kontaktfläche aufgedruckt ist. So kann das Drahtelement also auf die Kontaktfläche gedruckt beziehungsweise gebrannt werden, um dieses effektiv an der Linse anzuordnen. Durch das Aufdrucken des Drahtelements kann das Drahtelement kostengünstig und positionsgenau auf der Linse angebracht werden. Das Aufdrucken des Drahtelements auf die Linse kann beispielsweise mit einem 3D-Druckverfahren erfolgen.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das Drahtelement aus Silber-Keramik und/oder Kupfer-Nickel ausgebildet ist. Silber-Keramik und/oder Kupfer-Nickel eignen sich besonders für das Drahtelement, da bei diesen Zusammensetzungen ein hoher elektrischer Widerstand erwartet werden kann, welcher wiederum zu einer anteilsmäßig großen Umwandlung der elektrischen Energie in die thermische Energie zur Folge hat.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Drahtelement mit einer nicht elektrisch leitenden Isolierschicht, insbesondere mit einer Acryllackschicht, zumindest teilweise umgeben ist. Die Acryllackschicht kann beispielsweise mittels einer Schablone auf das Drahtelement und/oder die Kontaktfläche aufgetragen werden. Beispielsweise kann die Isolierschicht auch über einem gitterartigen Gewebe, welches das Drahtelement zumindest teilweise umgibt, aufgebracht werden. Auch hierbei kann das Aufbringen der Isolierschicht durch die Schablone unterstützt werden. Durch die Isolierschicht wird das Drahtelement, beispielsweise bezüglich des Linsenhalters, isoliert. Dadurch kann beispielsweise verhindert werden, dass das Drahtelement einen elektrischen Kontakt mit dem Linsenhalter und/oder einem anderen Element der Kamera ausschließlich mit dem Verbindungselement herstellt. Vorteilhaft ist daran, dass ein Kurzschluss verhindert werden kann, welcher durch das mit elektrischer Spannung beaufschlagte Drahtelement hervorgerufen werden kann. Durch die Isolierschicht kann das Drahtelement auch vor einer Beschädigung, wie beispielsweise Bruch oder Korrosion, geschützt werden.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Isolierschicht abhängig von einem gitterartigen Gewebe, insbesondere einem Polyestergewebe und/oder einem Nylongewebe, zumindest auf der Kontaktfläche aufgebracht ist. Durch das gitterartige Gewebe kann die Isolierschicht effektiv auf dem Drahtelement und/oder der Wärmeleitschicht und/oder der Kontaktfläche aufgebracht werden. So erlaubt das gitterartige Gewebe der Isolierschicht sich um das Drahtelement präzise herum auszubreiten und dieses somit, insbesondere vollständig, von der äußeren Umgebung beziehungsweise von einer der Linse abgewandten Seite des Drahtelements zu isolieren.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Drahtelement mit einer Wärmeleitschicht, insbesondere mit einer Zinndioxidschicht, zumindest teilweise umgeben ist. Die Wärmeleitschicht ist insbesondere auch elektrisch leitend. Durch die Wärmeleitschicht kann die Ausbreitung der Wärme von dem Drahtelement zu der Linse gleichmäßiger und schneller erfolgen. So wird das Übertragen der Wärme an die Linse dadurch beschleunigt, dass nun eine größere Oberfläche für das Übertragen der Wärmeenergie an die Linse bereitsteht. Auch kann die Wärmeenergie dadurch gleichmäßiger an die Linse abgegeben werden, da die Einspeisung der Wärmeenergie nicht nur an der Stelle des Drahtelements stattfindet, sondern auf die gesamte an der Linse anliegende Fläche der Wärmeleitschicht ausgeweitet wird. Die Wärmeleitschicht ist insbesondere als die Zinndioxidschicht ausgebildet, da hierdurch Wärme effektiv transportiert und weitergegeben werden kann. Insbesondere wird die Wärmeleitschicht durch die Isolierschicht überdeckt, um die Wärmeleitschicht samt dem Drahtelement zu isolieren und Kurzschlüsse zu vermeiden. Vorzugsweise überdeckt die Wärmeleitschicht also vollständig die Isolierschicht an der der Kontaktfläche abgewandten Seite der Isolierschicht.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Linse in der Kontaktfläche eine rinnenartige Vertiefung aufweist, und das Drahtelement in der Vertiefung angeordnet ist. So kann die Linse beispielsweise schon mit der Vertiefung hergestellt worden sein oder die Vertiefung wird nachträglich an der Linse angebracht. Durch das Anbringen des Drahtelements in der Vertiefung entsteht wiederum eine größere Oberfläche für das Übertragen der Wärme von dem Drahtelement und/oder der Wärmeleitschicht auf die Linse. Die Wärme kann also dadurch wiederum schneller und gleichmäßiger an die Linse abgegeben werden.
Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass das Drahtelement mit der Linse in der Vertiefung, insbesondere thermisch leitfähig, stoffschlüssig verbunden ist. So kann das Drahtelement beispielsweise mit, insbesondere thermisch leitfähigem, Kleber oder einer Zweikomponenten-Wärmeleitpaste in die Vertiefung eingeklebt beziehungsweise in der Vertiefung mit der Linse stoffschlüssig verbunden werden. Vorteilhaft ist, dass dadurch die Wärmeenergie von dem Drahtelement wiederum schneller und großflächiger an die Linse übertragen werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Drahtelement vollständig eingebettet innerhalb der Linse beabstandet zu einem Lichtdurchtrittsbereich der Linse angeordnet ist. So kann das Drahtelement auch in der Linse, jedoch außerhalb des Lichtdurchtrittsbereichs, angeordnet sein. Das Anordnen des Drahtelements in der Linse kann beispielsweise besonders einfach erfolgen, wenn die Linse mit einem Spritzgussverfahren hergestellt wird. In diesem Fall kann das Drahtelement und ein Teil des Verbindungselements in die Linse eingebettet werden. Dadurch kann das Drahtelement robust und langlebig an der Linse angeordnet werden. Die Linse kann in diesem Fall beispielsweise aus Plastik ausgebildet sein. Der Lichtdurchtrittsbereich ist der optisch wirksame und somit für die optische Abbildungseigenschaft der Linse vorgesehene Bereich. Licht, welches außerhalb des Lichtdurchtrittsbereichs durch die Linse durchtritt, wird zur weiteren Verarbeitung und zur Erzeugung eines Bilds, während eines Aufnahmevorgangs der Kamera, nicht benötigt. Durch das beabstandete Anordnen des Drahtelements zu dem Lichtdurchtrittsbereich kann die Linse ohne Einschränkungen durch das Drahtelement in dem Sichtfeld der Kamera beheizt werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass das Drahtelement an einer sich radial zur Längsachse erstreckenden ersten Teilkontaktfläche der Kontaktfläche angeordnet ist. Durch das Anordnen des Drahtelements an der ersten Teilkontaktfläche kann die Linse also von einem seitlichen Rand der Linse aus erwärmt beziehungsweise beheizt werden. Durch das Anordnen des Drahtelements an der ersten Teilkontaktfläche kann das Drahtelement weiter entfernt von dem Lichtdurchtrittsbereich angeordnet werden. Dadurch wiederum kann beispielsweise ein Einfluss des Drahtelements auf die Abbildungseigenschaften der Kamera mit einer höheren Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass das Drahtelement an einer dem Linsenhalter zugewandten und sich axial zur Längsachse erstreckenden zweiten Teilkontaktfläche der Kontaktfläche angeordnet ist. Die zweite Teilkontaktfläche ist also insbesondere außerhalb des Lichtdurchtrittsbereichs an einer Innenseite beziehungsweise Unterseite der Linse ausgebildet. An der zweiten Teilkontaktfläche kann das Drahtelement beispielsweise besonders effektiv aufgedruckt werden. Die erste Teilkontaktfläche und die zweite Teilkontaktfläche sind insbesondere senkrecht zueinander ausgerichtet. Die Linse ist als Bikonkavlinse mit Randsteg ausgebildet, wobei der Randsteg die erste Teilkontaktfläche und die zweite Teilkontaktfläche aufweist.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass in dem Linsenhalter ein axialer Kanal zur Aufnahme des Verbindungselements ausgebildet ist. Der axiale Kanal kann also beispielsweise innerhalb des Materials des Linsenhalters, beispielsweise durch eine Bohrung, ausgebildet sein. Durch den axialen Kanal kann das Verbindungselement beispielsweise an einer zweiten Linse des Objektivs vorbeigeführt werden. Weiterhin kann das Drahtelement durch den axialen Kanal sicher mit der Energiequelle verbunden werden. Durch den axialen Kanal kann die Energiequelle auch ohne Umstände und platzsparend auf der Leiterplatte angeordnet werden.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Verbindungselement mit einem zu dem Drahtelement unterschiedlichen Material, insbesondere mit einem geringeren elektrischen Widerstand als das Drahtelement, ausgebildet ist. So ist es insbesondere vorgesehen, dass sich das Verbindungselement nicht so stark wie das Drahtelement erhitzt. Schließlich ist es beabsichtigt, dass die elektrische Energie mittels des Verbindungselements zu dem Drahtelement transportiert wird und nicht in dem Verbindungselement in thermische Energie umgewandelt wird. Das Verbindungselement ist beispielsweise aus Kupfer ausgebildet. Durch das Ausbilden des Verbindungselements mit einem zu dem Drahtelement unterschiedlichen Material kann die elektrische Energie von der Energiequelle effektiver und verlustfreier zu dem Drahtelement transportiert werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Kamera. Das Kraftfahrzeug kann auch mehrere der erfindungsgemäßen Kamera umfassen.
Die Kamera umfasst ein Kraftfahrzeug-Befestigungselement zur Befestigung der Kamera an einem Kraftfahrzeugteil des Kraftfahrzeugs.
Mit Angaben „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „horizontal“, „vertikal“ etc. sind die bei bestimmungsgemäßem Gebrauch und bestimmungsgemäßem Anordnen der Kamera gegebenen Positionen und Orientierungen angegeben.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen.
Die Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 eine schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einer Kamera;
2 eine schematische Perspektivdarstellung der erfindungsgemäßen Kamera mit einem Objektiv;
3 eine schematische Perspektivdarstellung des Objektivs mit einem Linsenhalter und einer Linse;
4 eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Kamera mit dem Objektiv, einer Heizeinheit, einem Bildsensor und einer Leiterplatte;
5 eine schematische Schnittdarstellung des teilweisen Objektivs mit einem Drahtelement, welches mit einer Isolierschicht umgeben ist;
6 eine schematische Schnittdarstellung des teilweisen Objektivs mit dem Drahtelement, welches mit einer Wärmeleitschicht umgeben ist;
7 eine schematische Schnittdarstellung des teilweisen Objektivs mit dem Drahtelement, welches mit der Isolierschicht und der Wärmeleitschicht umgeben ist;
8 eine schematische Schnittdarstellung des teilweisen Objektivs mit der Linse, welche eine nutartige Vertiefung aufweist, in welcher das Drahtelement angeordnet ist;
9 eine schematische Schnittdarstellung des teilweisen Objektivs mit der Linse, in welcher das Drahtelement eingebettet angeordnet ist;
10 eine schematische Schnittdarstellung der Linse, bei welcher mit einer Schablone die Isolierschicht aufgetragen wird; und
11 eine schematische Draufsicht auf eine zweite Teilkontaktfläche der Linse, an welcher das Drahtelement angeordnet ist.
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist schematisch eine Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Kamera 2 gezeigt. Die Kamera 2 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel an einer Front 3 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Die Anordnung der Kamera 2 ist aber ebenso gut an einer linken Seite 4 des Kraftfahrzeugs 1 und/oder an einer rechten Seite 5 des Kraftfahrzeugs 1 und/oder einem Heck 6 des Kraftfahrzeugs 1 möglich. Vorzugsweise ist die Kamera 2 derart an dem Kraftfahrzeug 1 angeordnet, dass ein Umgebungsbereich 7 des Kraftfahrzeugs 1 und/oder ein Innenraum 8 des Kraftfahrzeugs 1 zumindest teilweise mit der Kamera 2 erfasst werden kann.
Die Kamera 2 kann als CCD-Kamera (charge-coupled device) oder als CMOS-Kamera (complementary metal-oxide-semiconductor) oder als jede beliebige Art von Bilderfassungseinrichtung zum Bereitstellen eines Bilds des Umgebungsbereichs 7 und/oder des Innenraums 8 ausgebildet sein.
Die Kamera 2 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel mit einem Hauptsteuergerät 9 des Kraftfahrzeugs 1 verbunden. Durch das Hauptsteuergerät 9 können Steuersignale von dem Kraftfahrzeug 1 an die Kamera 2 abgegeben werden.
Die Kamera 2 umfasst ein integriertes Thermostat 10 und ist ergänzend oder alternativ mit einem zu der Kamera 2 separaten Thermostat 11 des Kraftfahrzeugs 1 verbunden. Durch das integrierte Thermostat 11 kann die Temperatur in der Kamera 2 und/oder in einem Außenbereich der Kamera 2 bestimmt werden. Durch das separate Thermostat 11 des Kraftfahrzeugs 1 kann die Außentemperatur des Kraftfahrzeugs 1 in dem Umgebungsbereich 7 und/oder die Innentemperatur des Kraftfahrzeugs 1 in dem Innenraum 8 bestimmt werden.
Weiterhin weist die Kamera 2 ein Objektiv 12 und eine Heizeinheit 13 zum zumindest teilweisen Beheizen des Objektivs 12 auf.
2 zeigt die Kamera 2 mit dem Objektiv 12. Im Inneren der Kamera 2 ist die in 2 nicht sichtbare Heizeinheit 13 angeordnet. Die Kamera 2 umfasst gemäß dem Ausführungsbeispiel ein Gehäuse 14 und einen Stecker 15 zum Anschluss an das Kraftfahrzeug 1.
3 zeigt das Objektiv 12. Das Objektiv 12 weist einen Linsenhalter 16 und eine dadurch gehaltene Linse 17 auf. Die Linse 17 und teilweise der Linsenhalter 16 sind von einem Linsenrahmen 18 umgeben. Durch den Linsenrahmen 18 kann die Linse 17 an dem Linsenhalter 16 fixiert werden. Der Linsenrahmen 18 kann auch als Linsenkappe bezeichnet werden.
4 zeigt eine Schnittdarstellung des oberen Teils der Kamera 2. Die Kamera 2 weist das Objektiv 12, das Gehäuse 14, eine Leiterplatte 19 und einen auf der Leiterplatte 19 angeordneten Bildsensor 20 auf. Das Objektiv 12 ist beispielsweise mit Klebemittel 21 zwischen dem Linsenhalter 16 und dem Gehäuse 14 stoffschlüssig mit dem Gehäuse 14 verbunden. An dem Linsenhalter 16 ist die Linse 17 angeordnet. Die Linse 17 wird durch den Linsenrahmen 18 an dem Linsenhalter 16 gehalten. In dem Linsenhalter 16 ist auch eine weitere Linse 22 und ein erster Abstandshalter 23 sowie ein zweiter Abstandshalter 24 für die weitere Linse 22 angeordnet.
Die Linse 17 weist eine Kontaktfläche 25 zur Anordnung an den Linsenhalter 16 auf. Die Kontaktfläche 25 umfasst eine erste Teilkontaktfläche 26 und eine zweite Teilkontaktfläche 27. Die erste Teilkontaktfläche 26 ist radial zu einer Längsachse 28 des Objektivs ausgerichtet. Die zweite Teilkontaktfläche 27 ist axial zur Längsachse 28 und dem Linsenhalter 16 zugewandt ausgerichtet. Die beiden Teilkontaktflächen 26, 27 sind insbesondere senkrecht zueinander ausgerichtet. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist der Linsenrahmen 18 zumindest teilweise an der ersten Teilkontaktfläche 26 angeordnet, und an der zweiten Teilkontaktfläche 27 ist ein sich zwischen der zweiten Teilkontaktfläche 27 und dem Linsenhalter 16 befindliches Dichtelement 29 angeordnet. Durch das Dichtelement 29 kann Fluideintritt von außerhalb des Objektivs 12 in das Innere des Objektivs 12 und/oder der Kamera 2 verhindert werden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 4 ist an der zweiten Teilkontaktfläche 27 ein Drahtelement 30 angeordnet. Das Drahtelement 30 ist insbesondere vollständig um die Längsachse 28 umlaufend auf der zweiten Teilkontaktfläche 27 aufgebracht. Das Drahtelement 30 ist länglich und als elektrisches Widerstandheizelement ausgebildet. Das bedeutet, dass das Drahtelement 30 bei Beaufschlagung mit elektrischer Spannung elektrische Energie in thermische Energie umwandelt und dadurch Wärme abgibt.
Das Drahtelement 30 ist mittels eines Verbindungselements 31 mit einer Energiequelle 32 elektrisch verbunden. Das Verbindungselement 31 ist dabei insbesondere in einem zu dem Drahtelement 30 unterschiedlichen Material, insbesondere mit einem geringeren elektrischen Widerstand als das Drahtelement 30, ausgebildet und kann beispielsweise aus Kupfer ausgebildet sein. Das Verbindungselement 31 verläuft zumindest teilweise auf dem Weg von dem Drahtelement 30 zu der Energiequelle 32 in einem axialen Kanal 33 in dem Linsenhalter 16. Der axiale Kanal 33 erstreckt sich insbesondere in Richtung und parallel zur Längsachse 28. Der axiale Kanal 33 führt insbesondere von der Seite des Linsenhalters 16, welche der Linse 17 zugewandt ist, zu der Seite des Linsenhalters 16, welche der Leiterplatte 19 zugewandt ist. Die Energiequelle 32 ist vorzugsweise auf der Leiterplatte 19 angeordnet.
Durch das Versorgen des Drahtelements 30 mit elektrischer Energie aus der Energiequelle 32 über das Verbindungselement 31 wird in dem Drahtelement 30 Wärme erzeugt, welche zumindest an die Linse 17 abgegeben wird. Dadurch wird die Linse 17 ebenfalls erwärmt. Die Temperatur des Drahtelements 30 kann beispielsweise bis zu 30 °C oder mehr betragen.
Die weitere Linse 22 überlappt in Richtung senkrecht zur Längsachse 28 teilweise mit der zweiten Teilkontaktfläche 27. Insbesondere ist das Drahtelement 30 radial bezüglich der Längsachse 28 weiter außenliegend als die weitere Linse 22 angeordnet. Somit liegt in radialer Richtung bezüglich der Längsachse 28 keine Überlappung des Drahtelements 30 durch die weitere Linse 22 vor.
Der Linsenhalter 16 weist an einer der Linse 17 zugewandten Seite 40 des Linsenhalters 16 eine Nut 41 zur Anordnung des Dichtelements 29 auf. Die Nut 41 des Linsenhalters 16 ist durch einen langen Außenfortsatz 42 und einen kurzen Innenfortsatz 43 gebildet. Die Linse 17 überlappt in radialer Richtung bezüglich der Längsachse 28 den kurzen Innenfortsatz 43, nicht aber den langen Außenfortsatz 42. Die weitere Linse 22 überlappt in radialer Richtung bezüglich der Längsachse 28 weder den langen Außenfortsatz 42 noch den kurzen Innenfortsatz 43. Bezüglich einem Nutboden 44 der Nut 41 erstreckt sich der lange Außenfortsatz 42 weiter axial in Richtung der Seite 40 als der kurze Innenfortsatz 43 und ist somit länger.
In dem Nutboden 44 der Nut 41 endet eine Ausmündung 45 des axialen Kanals 33. Der axiale Kanal 33 wird – wie in den Ausführungsbeispielen von 5 bis 7 gezeigt – von einem die Nut 41 zur Seite der Längsachse 28 abgrenzenden Nutseitenwandelement 46 des Linsenhalters 16 und dem kurzen Innenfortsatz 43 begrenzt. An einer der Linse 17 abgewandten Seite 47 des Linsenhalters 16 weist der axiale Kanal 33 eine Einmündung 48 auf. Der axiale Kanal 33 verläuft also von der Einmündung 48 zur Ausmündung 45.
5 zeigt die an dem Linsenhalter 16 angeordnete Linse 17 in einer Schnittdarstellung. Die Linse 17 wird von dem Linsenrahmen 18 an dem Linsenhalter 16 fixiert. Die erste Teilkontaktfläche 26 liegt unmittelbar an dem Linsenhalter 16 an. Zwischen der zweiten Teilkontaktfläche 27 und dem Linsenhalter 16 ist das Dichtelement 29 angeordnet. Zur Leiterplatte 19 hin ist unterhalb der Linse 17 die weitere Linse 22 angeordnet. Das Dichtelement 29 kann beispielsweise aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) ausgebildet sein.
Das Drahtelement 30 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel von 5 an der zweiten Teilkontaktfläche 27 angeordnet. Das Drahtelement 30 ist auf die Linse 17 aufgedruckt. Beispielsweise kann das Drahtelement 30 als Silber-Keramik oder als Kupfer-Nickel auf die Kontaktfläche 25 aufgedruckt werden. Das Drahtelement 30 ist von einer Isolierschicht 34 umgeben. Die Isolierschicht 34 dient zur Isolierung des Drahtelements 30. Durch die Isolierung wird ein Kurzschluss, also ein Inkontaktkommen mit anderen elektrisch leitfähigen Materialien der Kamera 2, verhindert. Die Isolierschicht 34 kann beispielsweise als Acryllackschicht ausgebildet sein. Mit dem Drahtelement 30 verbunden und durch die Isolierschicht 34 durchgeführt ist das Verbindungselement 31 mit der in diesem Ausführungsbeispiel nicht dargestellten Energiequelle 32 verbunden. Das Verbindungselement 31 kann beispielsweise aus zwei Drähten mit einem niedrigeren elektrischen Widerstand als das Drahtelement 30 ausgebildet sein.
Durch die Isolierschicht 34 kann das Drahtelement 30 auch vor einer Beschädigung, wie beispielsweise Brechen oder Korrodieren, geschützt werden.
6 zeigt das Objektiv 12 analog zu 5, wobei anstelle der Isolierschicht 34 eine Wärmeleitschicht 35 auf dem Drahtelement 30 und der Kontaktfläche 25 aufgetragen ist. Die Wärmeleitschicht 35 ist elektrisch leitend und/oder wärmeleitend. So kann die Wärmeleitschicht 35 beispielsweise als Zinndioxidschicht ausgebildet sein. Durch die Wärmeleitschicht 35 wird die durch das Drahtelement 30 erzeugte Wärme teilweise aufgenommen und großflächiger über die Kontaktfläche 25 zur Aufnahme durch die Linse 17 verteilt. Die Wärmeleitschicht 35 hilft also dabei, die in dem Drahtelement 30 erzeugte Wärme schneller und besser verteilt an die Linse 17 abzugeben.
7 zeigt die schematische Schnittdarstellung des teilweisen Objektivs 12 analog zu 5 und 6, wobei das Drahtelement 30 von der Isolierschicht 34 und der Wärmeleitschicht 35 schichtweise umgeben ist. So ist zuerst die Wärmeleitschicht 35 auf der Kontaktfläche 25, insbesondere der zweiten Teilkontaktfläche 27, aufgetragen, und anschließend ist die Isolierschicht 34 aufgetragen, um die Wärmeleitschicht 35 zusammen mit dem Drahtelement 30 zu isolieren. Die Isolierung der Wärmeleitschicht 35 mittels der Isolierschicht 34 erfolgt insbesondere gegenüber dem Kontakt von anderen leitfähigen Materialien innerhalb der Kamera 2, um einen Kurzschluss zu vermeiden. Durch das Auftragen der Isolierschicht 34 über der Wärmeleitschicht 35 kann also nicht nur verhindert werden, dass das Drahtelement 30 in einen unerwünschten elektrischen Kontakt mit einem anderen Bauteil der Kamera 2 kommt, sondern auch, dass die Wärmeleitschicht 35 in einen unerwünschten elektrischen Kontakt kommt.
Die erste Teilkontaktfläche 26 und die zweite Teilkontaktfläche 27 sind insbesondere senkrecht zueinander ausgerichtet. Die Linse 17 ist als Bikonkavlinse mit Randsteg ausgebildet. Der Randsteg weist die beiden Teilkontaktflächen 26, 27 auf.
8 zeigt das Objektiv 12 analog zu 5, 6 und 7, wobei die Linse 17 an der ersten Teilkontaktfläche 26 eine rinnenartige Vertiefung 36 aufweist und das Drahtelement 30 in der rinnenartigen Vertiefung 36 angeordnet ist. Die rinnenartige Vertiefung 36 ist insbesondere vollständig um die Längsachse 28 umlaufend ausgebildet. Die Anordnung des Drahtelements 30 in der rinnenartigen Vertiefung 36 kann beispielsweise mit einer stoffschlüssigen Verbindung durch ein Klebemittel 37 erfolgen. Das Klebemittel 37 kann beispielsweise als zweikomponentige Wärmeleitpaste ausgebildet sein. Durch das Klebemittel 37 wird das Drahtelement 30 zum einen an die Linse 17 nachhaltig angeordnet und zum anderen wird die Oberfläche beziehungsweise die Kontaktfläche für das Übertragen der Wärme von dem Drahtelement 30 an die Linse 17 erhöht. Dadurch kann die Wärme von dem Drahtelement 30 schneller und gleichmäßiger an die Linse 17 abgegeben werden. In der Ausführungsform gemäß 8 kann sich der axiale Kanal 30 auf der anderen Seite des Dichtelements 29 als die Seite der Längsachse 28 befinden. Der axiale Kanal wird zumindest einseitig, teilweise durch den langen Außenfortsatz 42 beschränkt. Gemäß den Ausführungsformen von 5, 6, 7 befindet sich der axiale Kanal 33 vorzugsweise auf der Seite des Dichtelements 29, welche der Längsachse 28 zugewandt ist.
9 zeigt die schematische Schnittdarstellung des teilweisen Objektivs 12 wiederum analog zu 5, 6, 7 und 8, wobei das Drahtelement 30 diesmal innerhalb der Linse 17 eingebettet ist. Das Drahtelement 30 verläuft insbesondere vollständig um die Längsachse 28 und ist dabei zu jeder Zeit von der Linse 17 umgeben, bis auf die Stelle, an der das Drahtelement 30 mit dem Verbindungselement 31 kontaktiert ist. Das Verbindungselement 31 verläuft in diesem Fall in dem analog zu 8 ausgebildeten axialen Kanal 33. Das Drahtelement 30 wird in die Linse 17 integriert, beispielsweise während eines Spritzgussverfahrens. Die Linse 17 kann in diesem Fall beispielsweise aus Plastik gefertigt sein.
Die Ausführungsbeispiele gemäß den 5 bis 9 können auch miteinander kombiniert werden. So kann die Heizeinheit 13 auch mehrere Drahtelemente 30 umfassen.
10 zeigt das Aufbringen der Isolierschicht 34. So ist die Linse 17 in einer seitlichen Schnittdarstellung gezeigt. In einem ersten Schritt wird hierbei das Drahtelement 30 an der Kontaktfläche 25, insbesondere der zweiten Teilkontaktfläche 27, angeordnet. Dies geschieht beispielsweise, indem das Drahtelement 30 auf die zweite Teilkontaktfläche 27 in Form von Silber-Keramik oder Kupfer-Nickel aufgedruckt wird. Das Aufdrucken kann beispielsweise mittels eines 3D-Druckverfahrens erfolgen. Weiterhin wird ein gitterartiges Gewebe 38 und eine Schablone 39 auf der zweiten Teilkontaktfläche 27 zumindest zeitweise angeordnet. Schließlich wird die Isolierschicht 34 in Form des Acryllacks auf das Drahtelement 30 und die durch die Schablone 39 freibleibenden Bereiche der zweiten Teilkontaktfläche 27 aufgebracht. Anschließend wird die Linse 17 insgesamt erhitzt beziehungsweise gebacken, um die aufgebrachten Materialien zu verfestigen. Die Schablone kann danach entfernt werden.
Das gitterartige Gewebe 38 kann beispielsweise als ein Polyestergewebe und/oder ein Nylongewebe ausgebildet sein. Durch das gitterartige Gewebe 38 kann sich die Isolierschicht 34 besser verteilen.
11 zeigt die Linse 17 in einer schematischen Draufsicht auf die zweite Teilkontaktfläche 27. Gemäß 11 ist gezeigt, dass das Drahtelement 30 vollständig um die Längsachse 28 umlaufend auf der zweiten Teilkontaktfläche 27 angeordnet ist.
Durch das Drahtelement 30 wird die Linse 17 direkt erhitzt und Schnee und/oder Eis und/oder ein Feuchtigkeitsbeschlag können dadurch von der Linse 17 entfernt werden.
Das Aktivieren der Heizeinheit 13 und somit das Abgeben von elektrischer Energie durch die Energiequelle 32 an das Drahtelement 30 kann beispielsweise durch den Nutzer des Kraftfahrzeugs erfolgen, welcher die Eingabe über eine Software in Abhängigkeit mit dem Hauptsteuergerät 9 durchführen kann. Ergänzend oder alternativ kann die Heizeinheit 13 abhängig von dem integrierten Thermostat 10 und/oder dem separaten Thermostat 11 aktiviert oder deaktiviert werden.
So kann die Heizeinheit 13 beispielsweise derart betrieben werden, dass diese automatisch aktiviert wird, falls die Außentemperatur der Kamera 2 und/oder des Kraftfahrzeugs 1 unter 5 °C fällt. Die Heizeinheit 13 kann beispielsweise auch zeitlich befristet aktiviert werden. So kann diese beispielsweise für 10 Minuten aktiviert werden, um Schnee, Eis und/oder Feuchtigkeitsbeschlag zu entfernen und sich danach automatisch wieder deaktivieren. Beispielsweise kann auch auf einen Temperaturschock, beispielsweise ein schneller, starker Abfall der Außentemperatur des Objektivs durch auftreffendes Eiswasser, reagiert werden, wobei das System mit der Heizeinheit 13 dann beispielsweise kurzfristig aktiviert wird und dann beispielsweise nach 10 Minuten automatisch wieder ausschaltet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2015/0036037 A1 [0002]

Claims

Kamera (2) für ein Kraftfahrzeug (1), mit einem Objektiv (12), welches zumindest eine Linse (17) und einen Linsenhalter (16) umfasst, und einer Heizeinheit (13) zum Heizen der zumindest einen Linse (17), dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (17) eine Kontaktfläche (25) zur Anordnung an dem Linsenhalter (16) aufweist, die in Richtung des Linsenhalters (16) ausgerichtet ist, und die Kontaktfläche (25) sich zumindest teilweise um eine Längsachse (28) des Objektivs (12) umlaufend erstreckt, wobei die Heizeinheit (13) zumindest ein als elektrisches Widerstandheizelement ausgebildetes längliches Drahtelement (30) aufweist, welches zumindest teilweise um die Längsachse (28) umlaufend an der Kontaktfläche (25) oder in der Linse (17) innenliegend angeordnet ist.
Kamera (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinheit (13) eine separat zu dem Drahtelement (30) in der Kamera (2) angeordnete Energiequelle (32) umfasst, und das Drahtelement (30) mittels einem Verbindungselement (31) mit der Energiequelle (32) elektrisch verbunden ist.
Kamera (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drahtelement (30) an der Kontaktfläche (25) oder in der Linse (17) innenliegend vollständig um die Längsachse (28) umlaufend ausgebildet ist.
Kamera (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drahtelement (30) auf die Kontaktfläche (25), insbesondere mit einem 3D-Druckverfahren, aufgedruckt ist.
Kamera (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drahtelement (30) aus Silber-Keramik und/oder Kupfer-Nickel ausgebildet ist.
Kamera (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drahtelement (30) mit einer nicht elektrisch leitenden Isolierschicht (34), insbesondere mit einer Acryllackschicht, zumindest teilweise umgeben ist.
Kamera (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drahtelement (30) mit einer Wärmeleitschicht (35), insbesondere mit einer Zinndioxidschicht, zumindest teilweise umgeben ist.
Kamera (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (17) in der Kontaktfläche (25) eine rinnenartige Vertiefung (36) aufweist, und das Drahtelement (30) in der Vertiefung (36) angeordnet ist.
Kamera (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Drahtelement (30) mit der Linse (17) in der Vertiefung (36), insbesondere thermisch leitfähig, stoffschlüssig verbunden ist.
Kamera (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Drahtelement (30) vollständig eingebettet innerhalb der Linse (17) beabstandet zu einem Lichtdurchtrittsbereich der Linse (17) angeordnet ist.
Kamera (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drahtelement (30) an einer sich radial zur Längsachse (28) erstreckenden ersten Teilkontaktfläche (26) der Kontaktfläche (25) angeordnet ist.
Kamera (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Drahtelement (30) an einer dem Linsenhalter (16) zugewandten und sich axial zur Längsachse (28) erstreckenden zweiten Teilkontaktfläche (27) der Kontaktfläche (25) angeordnet ist.
Kamera (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Linsenhalter (16) ein axialer Kanal (33) zur Aufnahme des Verbindungselements (31) ausgebildet ist.
Kamera (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (31) mit einem zu dem Drahtelement (30) unterschiedlichen Material, insbesondere mit einem geringeren elektrischen Widerstand als das Drahtelement (30), ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug (1) mit einer Kamera (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.