-
Stand der Technik
-
Die Erfindung geht von einer Objektivbaugruppe für eine Bilderfassungseinrichtung für ein Fahrzeug, einer Bilderfassungseinrichtung und einem Verfahren zum Herstellen einer Bilderfassungseinrichtung nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
-
In der Automobilbranche kommen zunehmend Bilderfassungseinrichtungen zum Einsatz, um dem Kunden ein möglichst komfortables Fahrerlebnis zu ermöglichen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine verbesserte Objektivbaugruppe für eine Bilderfassungseinrichtung für ein Fahrzeug, eine verbesserte Bilderfassungseinrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Bilderfassungseinrichtung vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
-
Mit dem hier vorgestellten Ansatz kann eine Objektivbaugruppe der Bilderfassungseinrichtung dauerhaft und zuverlässig an einer Position innerhalb der Bilderfassungseinrichtung gehalten werden. Dabei kann vorteilhafterweise eine Radialklebung eingesetzt werden.
-
Die Bilderfassungseinrichtung für ein Fahrzeug weist einen Sensorträger und ein auf dem Sensorträger angeordnetes Halteelement für eine Objektivbaugruppe auf. Eine entsprechende Objektivbaugruppe weist einen Tubus sowie zumindest eine an dem Tubus befestigte Flügelkontur auf. Der Tubus ist ausgeformt, um zumindest eine Linse aufzunehmen. Die zumindest eine Flügelkontur ist ausgeformt, um das Halteelement zumindest abschnittsweise zu umgreifen, wenn das Objektiv an dem Halteelement montiert ist. Die Flügelkontur weist dabei einen Klebebereich für eine Klebeverbindung zwischen der Flügelkontur und dem Halteelement auf.
-
Die Bilderfassungseinrichtung kann beispielsweise als eine Kamera realisiert sein, die in einem Fahrzeug angebracht sein kann. Das Fahrzeug kann beispielsweise ausgebildet sein, um Personen und/oder Gegenstände zu transportieren. Dabei kann es sich um ein Straßenfahrzeug handeln. Der Tubus, auch als Objektivtubus bezeichnet, kann gemäß einer Ausführungsform im Inneren zylinderförmig ausgeformt sein, so dass in seinem Inneren eine oder mehrere Linsen angeordnet werden können. Gemäß einer Ausführungsform ist zumindest eine Linse in dem Tubus angeordnet. Die Flügelkontur kann beispielsweise stoffschlüssig an der Außenwand des Tubus befestigt sein, bzw. es handelt sich um ein im Spritzgussverfahren oder ähnlichem Verfahren hergestellten einteiliges Bauteil. Die Flügelkontur kann dann entsprechend aus demselben Material hergestellt sein wie der Tubus. Das Halteelement kann die Funktion eines Führungselementes für die Objektivbaugruppe haben, so dass die Objektivbaugruppe beispielsweise präzise positioniert werden kann. Bei einer Montage der Bilderfassungseinrichtung kann ein Ende des Tubus in einen von dem Halteelement umschlossenen Bereich eingeführt werden und mittels der Klebeverbindung stoffschlüssig mit dem Haltelement verbunden werden. Indem die Flügelkontur das Halteelement zumindest abschnittsweise umgreift, kann die Klebeverbindung als eine Radialklebung ausgeführt werden. In diesem Fall kann ein Abschnitt des Halteelements im montierten Zustand der Objektivbaugruppe zwischen dem Klebebereich der Flügelkontur und dem Tubus angeordnet sein.
-
Hierbei kann sowohl innenseitig als auch außenseitig des Halteelementes Kleb aufgebracht sein, um jeweils eine Radialklebung zu realisieren.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist die Auslegung der Schnittstelle zwischen dem Halteelement und der Objektivbaugruppe so gewählt, dass sich der Klebebereich unter Einsatzbedingungen unter Druckspannungen befindet. Klebungen unter Druckspannungen sind bezüglich des Ausfallverhaltens weitaus robuster als unter Zugspannungen.
-
Gemäß einer Ausführungsform kann die Flügelkontur einen an dem Tubus befestigten Steg und einen an einem freien Ende des Stegs angeordneten Arm aufweisen. Dabei kann der Steg das Halteelement überspannen und der Arm zumindest abschnittsweise mit dem Halteelement überlappen, wenn die Objektivbaugruppe an dem Halteelement montiert ist. Auf diese Weise kann eine sehr stabile radial ausgeführte Klebeverbindung zwischen Tubus und Halteelement realisiert werden.
-
Gemäß einer Ausführungsform kann der Steg radial zu einer durch den Tubus verlaufenden axialen Längsachse ausgerichtet sein. Der Arm kann parallel zu der axialen Achse ausgerichtet sein. Die Längsachse kann in z-Richtung verlaufen. Das bedeutet, dass der Steg rechtwinklig zu dem Tubus angeordnet und dass der Arm rechtwinklig zum Steg ausgerichtet sein kann. Vorteilhafterweise kann durch die rechtwinklige Ausführung des Flügelelements das Halteelement sicher und platzsparend umschlossen werden.
-
Gemäß einer Ausführungsform kann der Arm auf einer dem Tubus zugewandten Fläche den Klebebereich für die Klebeverbindung zwischen der Flügelkontur und einer dem Tubus abgewandten Fläche des Halteelements aufweisen. Dadurch kann eine Radialklebung realisiert werden. Im Weiteren kann verhindert werden, dass ein für die Klebeverbindung verwendeter Klebstoff an den Bildsensor gelangt.
-
Gemäß einer Ausführungsform kann die Höhe des Stegs der Flügelkontur kleiner sein als ein Abstand zwischen dem Tubus und dem Arm der Flügelkontur. Vorteilhafterweise ist dafür einer Positionierung der Objektivbaugruppe mehr Raum gegeben. Alternativ kann die Höhe des Stegs größer sein als ein Abstand zwischen dem Tubus und dem Arm. Vorteilhafterweise kann dadurch die Stabilität der Bilderfassungseinrichtung gesteigert werden.
-
Gemäß einer Ausführungsform kann die Objektivbaugruppe aus Kunststoff ausgeformt sein. Die Objektivbaugruppe kann dabei auch als Objektivbarrel bezeichnet werden, das den Tubus mit Steg und Arm umfassen kann. Das Halteelement kann aus Metall ausgeformt sein. Vorteilhafterweise können durch die Wahl des Materials sowohl Kosten bei der Fertigung der Objektivbaugruppe und des Halteelements als auch mechanische Vorteile des Halteelements aus Metall genutzt werden.
-
Gemäß einer Ausführungsform kann die Objektivbaugruppe eine Mehrzahl von Flügelkonturen aufweisen, die radial um den Tubus verteilt angeordnet sind. Durch die Verwendung mehrerer Flügelkonturen kann die Stabilität der Bilderfassungseinrichtung erhöht werden. Beispielsweise können zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr Flügelkonturen verwendet werden.
-
Eine entsprechende Bilderfassungseinrichtung für ein Fahrzeug weist einen Sensorträger, einen Bildsensor, der an dem Sensorträger angeordnet ist, ein Halteelement, das auf dem Sensorträger angeordnet ist, und eine genannte Objektivbaugruppe (Objektivbarrel mit optischen und mechanischen Elementen) auf, die gegenüberliegend zu dem Bildsensor angeordnet ist, wobei die Objektivbaugruppe und das Halteelement über die Klebeverbindung verbunden sind.
-
Die Bilderfassungseinrichtung kann beispielsweise als eine Kamera ausgeformt sein. Der Sensorträger kann beispielsweise als eine Platine, Leiterplatte oder als ein sogenannter Stiffener, also ein Versteifungselement aus Metall, Keramik oder anderen geeigneten Materialien, ausgeformt sein. Auf dem Sensorträger kann der Bildsensor und das Halteelement angeordnet sein. Bei dem Bildsensor kann es sich um einen Sensor handeln, wie er üblicherweise in Bilderfassungseinrichtungen, wie beispielsweise einer Kamera, eingesetzt wird. Der Bildsensor kann in einem von dem Haltelement umrandeten Bereich angeordnet sein. Das Halteelement kann vorteilhaft als umlaufende Wand ausgeformt sein. Die Objektivbaugruppe kann auf ein dem Sensorträger abgewandtes Ende des Halteelements aufgesetzt sein. Die Objektivbaugruppe muss zur geeigneten optischen Abbildung der Umgebung in engen geometrischen Grenzen zum Bildsensor positioniert werden (Alignment). Die Klebeverbindung zwischen Halteelement und Objektivbaugruppe ist hierfür geeignet, um den Toleranzausgleich der beteiligten Bauteile zu gewährleisten. Die Bilderfassungseinrichtung kann beispielsweise verwendet werden, um Bilder von innerhalb oder außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Objekten zu erfassen. Von der Bilderfassungseinrichtung bereitgestellte Bilddaten können beispielsweise für eine Fahrassistenzfunktion des Fahrzeugs verwendet werden.
-
Ein Verfahren zum Herstellen einer genannten Bilderfassungseinrichtung umfasst die folgenden Schritte:
- Bereitstellen eines Sensorträgers, auf dem ein Bildsensor und ein Halteelement angeordnet sind;
- Bereitstellen einer genannten Objektivbaugruppe;
- Einsetzen und Positionieren der Objektivbaugruppe in das Halteelement; und
- Herstellen der Klebeverbindung mittels eines Klebstoffs, um die Objektivbaugruppe positionsgerecht an dem Halteelement zu befestigen.
-
Die im Schritt des Bereitstellens bereitgestellte Objektivbaugruppe kann ein Objektivbarrel und optische und mechanische Bauteile umfassen. Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Herstellens als Klebstoff ein aushärtbarer Kleber verwendet werden. Vorteilhafterweise ist es nicht erforderlich, die zu vereinenden Komponenten mechanisch zu bearbeiten, um sie aneinander befestigen zu können.
-
Gemäß einer Ausführungsform kann der Klebstoff beispielsweise durch UV-Härtung und/oder thermische Härtung ausgehärtet werden. Die UV-Härtung kann einen Prozess bezeichnen, bei dem mit Hilfe von elektromagnetischer Strahlung geeigneter Wellenlänge reaktive Materialien von einem viskosen in einen festen Zustand überführt werden. Gemäß einer Ausführungsform bedeutet das, dass der Klebstoff mittels UV-Strahlung ausgehärtet wird. Thermische Härtung beschreibt einen Härteprozess, in dem der Klebstoff durch Erwärmen hart wird.
-
Gemäß einer Ausführungsform kann eine Aushärtetemperatur größer sein als eine vorbestimmte Einsatztemperatur der Bilderfassungseinrichtung. Dadurch können die Herstellbedingungen und die Einsatzbedingen der Bilderfassungseinrichtung aufeinander abgestimmt werden.
-
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Bilderfassungseinrichtung mit einer Objektivbaugruppe für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel mit Klebstoff;
- 2 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Bilderfassungseinrichtung mit einer Objektivbaugruppe für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel mit schematischer Darstellung der mechanischen Schrumpfungseigenschaften durch das Abkühlen nach dem thermischen Aushärten;
- 3 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Bilderfassungseinrichtung mit einer Objektivbaugruppe für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel ohne Klebstoff;
- 4 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Bilderfassungseinrichtung mit einer Objektivbaugruppe für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel mit schematischer Darstellung der mechanischen Schrumpfungseigenschaften durch das Abkühlen nach dem thermischen Aushärten ohne Klebstoff;
- 5 eine schematische Darstellung einer Bilderfassungseinrichtung mit einer Objektivbaugruppe für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel mit Klebstoff;
- 6 eine schematische Darstellung einer Bilderfassungseinrichtung mit einer Objektivbaugruppe für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel mit schematischer Darstellung der mechanischen Schrumpfungseigenschaften durch das Abkühlen nach dem thermischen Aushärten mit Klebstoff; und
- 7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Bilderfassungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
-
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
-
1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Bilderfassungseinrichtung 100 mit einer Objektivbaugruppe 102 für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Fahrzeug kann beispielsweise für einen Transport von Personen und/oder Gegenständen geeignet sein. Alternativ kann die Bilderfassungseinrichtung 100 für einen anderen Einsatzbereich verwendet werden, beispielsweise an einem Gebäude.
-
Die Bilderfassungseinrichtung 100 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel als eine Kamera ausgeformt, die beispielsweise als Einparkhilfe, zur Schilderkennung oder auch für andere Funktionen innerhalb des Fahrzeugs einsetzbar ist. Die Objektivbaugruppe 102 der Bilderfassungseinrichtung 100 weist einen Tubus 104 auf, in dem gemäß diesem Ausführungsbeispiel bereits zumindest einer Linse 106, 107 angeordnet ist. Beispielhaft ist der Tubus 104 mit zwei Linsen 106, 107 gezeigt, die in Reihe in einem Lichtpfad angeordnet sind. Beispielsweise ist die Linse 106 ausgeformt, um einen Lichtstrahl 108 zu fokussieren, der parallel zu einer axialen Längsachse 110 des Tubus 104 verläuft.
-
Die Objektivbaugruppe 102 weist eine Flügelkontur 112 auf, die an dem Tubus 104 befestigt ist. Unter Verwendung der Flügelkontur 112 kann die Objektivbaugruppe 102 mit einem Halteelement 114 verbunden werden, das auf einem einen Bildsensor 116 tragenden Sensorträger 117 angeordnet ist. Dazu ist die Flügelkontur 112 ausgeformt, um das Halteelement 114 zumindest abschnittsweise zu umgreifen. Das Halteelement 114 ist ausformt, um die Objektivbaugruppe 102 an einer geeigneten Position über dem Bildsensor 116 der Bilderfassungseinrichtung 100 positionsgerecht zu halten. Dazu formt das Halteelement 114 beispielsweise eine zylinderförmige Wand aus, die den Bildsensor 116 umringt.
-
In 1 ist die Bilderfassungseinrichtung 100 in einem betriebsbereiten Zustand gezeigt, in dem die Objektivbaugruppe 102 an das Halteelement 114 fixiert ist. In diesem Zustand sind das Halteelement 114 und die Flügelkontur 112 über eine als Radialklebung ausgeführte Klebeverbindung 118 miteinander verbunden.
-
Durch die Klebeverbindung 118 wird eine, bei den beabsichtigten Betriebsbedingungen, unter Druckspannung stehende Radialklebung der Objektivbaugruppe 102 mit dem als Linsenhalter dienenden Halteelement 114 realisiert. Hierfür sind die Materialeigenschaften und die Aushärtebedingungen so gewählt, dass im Einsatzbereich die Klebeverbindung unter Druckspannungen steht. Die dabei aufstehende Druckbelastung ist dabei vorteilhaft, da im Hinblick auf ein Versagen einer Klebestelle Druckbelastungen unschädlicher als Zugbelastungen sind. Unter Verwendung des Halteelements 114 wird die Objektivbaugruppe 102 sehr präzise zu dem Bildsensor 116 positioniert, so dass von dem Bildsensor 116 geeignete Abbildungen erhalten werden können. Dabei stellt das Halteelement 114 die geometrische Verbindung des normalerweise radialsymmetrischen Objektivbarrels, das auch als Tubus 104 bezeichnet wird, zu dem Sensorträger 117 mit Sensor 116 dar. Der Sensor 116 ist senkrecht zur optischen Achse der Objektivbaugruppe 102 ausgerichtet. Durch die Klebeverbindung 118 kann die Anbindung der Objektivbaugruppe 102 an das Halteelement 114 ohne Verschraubung erfolgen, für die Tubus 104 und Halteelement 114 zueinander passende Gewinde benötigen würden. Die Verklebung ermöglicht dennoch ein Feinausrichten der Objektivbaugruppe 102 zum Bildsensor 116. Dabei kann ein 5-Achsen-Ausrichtung der Objektivbaugruppe 102 durchgeführt werden. Die zu der Klebeverbindung 118 führende Verklebung kann dann die Fertigungstoleranzen der Teile und des Aufbaus ausgleichen. Diese Schnittstelle kann somit zum Toleranzausgleich der Teiletoleranzen und der Fertigungstoleranzen herangezogen werden. Die Belastung der Klebestellen hängt von den verwendeten Werkstoffen, Geometrien, den Herstellbedingungen und den Einsatzbedingungen des Produktes ab.
-
Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel werden verwendete Klebungen je nach Geometrie der verwendeten Teile axial und radial gemischt ausgeführt, sodass Axialklebungen und Radialklebungen eingesetzt werden können. Ferner kann die Anbindung des Sensorträgers 117 an das Halteelement 114 zusätzlich mittels Verschraubung erfolgen, wenn das Halteelement 114 und der Sensorträger 117 hierfür zueinander passende Konturen, Bohrungen oder andere geometrische Merkmale haben, die eine Verschraubung zulassen.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind der Tubus 104 sowie die Flügelkontur 112 aus Kunststoff ausgeformt. In einem alternativen Ausführungsbeispiel können Tubus 104 und Flügelkontur 112 aus Metall hergestellt sein. Das Halteelement 114 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel aus Metall gefertigt, wobei auch dieses in einem alternativen Ausführungsbeispiel aus einem anderen Material wie Kunststoff hergestellt werden kann.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Tubus 104 und zusätzlich oder alternativ das Halteelement 114 in Metall, beispielsweise Messing oder Aluminium, beschichtet, ausgeführt, mit den Vorteilen einer präzisen Verarbeitung und isotroper mechanischer Eigenschaften. Zur Herstellung des Tubus 104 in Metall können unterschiedliche Materialien und Verfahren verwendet werden, sowie unterschiedliche Ausführungen von Oberflächen realisiert werden, was vorteilhafterweise ein günstiges Fertigungsverfahren und geeignete mechanische Eigenschaften ermöglicht.
-
Alternativ ist der Tubus 104 und zusätzlich oder alternativ das Halteelement 114 in Kunststoff ausgeführt. Dabei können unterschiedliche Materialien, Verfahren und Oberflächen Verwendung finden. Vorteil des Kunststoffes ist ein günstiges Fertigungsverfahren, bedingt geeignete mechanische Eigenschaften und anisotrope mechanische Eigenschaften.
-
Die Verwendung von Radialklebungen zur Verbindung eines Tubus 104 mit einem Halteelement 114 ist auch bei der Verwendung eines Halteelements 114 aus Metall und eines Tubus 104 aus Kunststoff unproblematisch, da die Flügelkontur 112 geometrisch so ausgeformt ist, dass die Klebeverbindung 118 konstruktiv unter Druckspannung gehalten wird. Prinzipiell ist dabei das System zum Beginn der Aushärtung mechanisch entspannt, da der Kleber vorhandene Toleranzen ausgleicht. Das bedeutet, dass die Objektivbaugruppe 102 und das Halteelement 114 maximal thermisch ausgedehnt sind und der Kleber noch nicht thermisch geschrumpft ist. Nach dem Aushärten sind die Objektivbaugruppe 102 sowie das Halteelement 114 maximal thermisch geschrumpft. Dabei ist das Halteelement 114 jedoch weniger geschrumpft als der Tubus 104. Der Kleber ist thermisch geschrumpft. Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Tubuskonstruktion und die Halteelementkonstruktion so modifiziert, dass die Klebung im Einsatzbereich unter Druckspannung bleibt, ohne die Kostenvorteile eines Kunststofftubus sowie die Kosten und mechanischen Vorteile des Halteelements 114 aus Metall zu verlieren.
-
In einer Konstruktion des Tubus 104 ist die Objektivbaugruppe 102 mit dem Tubus 104 aus Kunststoff nach dem Aushärten und Abkühlen auf eine niedrigste Einsatztemperatur, z.B. -40°C, maximal geschrumpft (gegenüber Metall besteht ein großer Ausdehnungskoeffizient). Das Halteelement 114 ist maximal geschrumpft (gegenüber Kunststoff besteht ein kleiner Ausdehnungskoeffizient, woraus folgt, dass ein kleiner Ausdehnungskoeffizient benötigt wird, um in z-Richtung geringe Verschiebungen zu erreichen). Der Kleber ist gemäß einem Ausführungsbeispiel durch die UV-Vorhärtung und durch ein Volumenschrumpfen durch das Aushärten sowie durch thermisches Schrumpfen maximal geschrumpft. Der Kleber versucht dabei durch Meniskusbildung dem Volumenschrumpfen geometrisch zu begegnen. Dies ist aber nur bedingt möglich, da der Kleber beim Aushärten mechanisch fest wird. Der Kleber nimmt dabei den geometrischen Versatz (Mismatch) von Objektivbaugruppe 102 und Halteelement 114 als Druckspannung auf. Druckspannungen kann der Tubus 104 zusätzlich durch mechanisches Ausweichen der Flügelkonturen 112 aufnehmen. Der Kleber nimmt auch dabei den geometrischen Versatz aus der Abkühlung der Geometrien von Objektivbaugruppe 102 und Halteelement 114 als Druckspannung auf. Er wird durch die Aufnahme von Druckspannungen im Inneren und an den Kontaktflächen der Klebepartner nicht geschädigt. Da keine inneren Spannungen die Zugfestigkeit des Klebers erreichen, reißt er im Inneren nicht, bzw. die Adhäsionsspannungen werden an den Kontaktflächen nicht überschritten. Somit löst sich der Kleber nicht von der Oberfläche und die Klebung wird nicht geschwächt. Ebenso werden die maximal möglichen Druckspannungen des Klebstoffes und der Kontaktbereiche nicht überschritten. Dies ist in der Auslegung der Klebestelle zu berücksichtigen. Die Kostenvorteile des Tubus 104 aus Kunststoff sowie die Kosten und mechanischen Vorteile des Halteelements 114 aus Metall bleiben erhalten.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die Klebung bei Einsatzbedingungen (TEinsatzbedingungen < TAushärtung) unter Druckspannung gehalten. Dabei befindet sich der Verbund zum Aushärten oberhalb der Einsatztemperatur. Dies ist gewünscht, um kein thermisches Nachhärten unter Einsatzbedingungen zu provozieren, was die Positionierung des Bildsensors 116 zur Fokuskalotte der Objektivbaugruppe 102 ändern könnte. Zum Zeitpunkt der thermischen Aushärtung ist das System maximal ausgedehnt. Der Kleber wird unter Aushärtebedingungen fest. Beim Abkühlen schrumpfen die Fügepartner, wobei der Kunststofftubus 104 mehr schrumpft als das Halteelement 114 aus Metall. Dadurch wird die Klebung unter Druckspannung gesetzt. Feuchteeintrag in den Kleber lässt diesen typischerweise quellen. Dies erzeugt ebenfalls Druckspannungen. Es wird keine Zugspannungskonstellation erreicht. Der Kleber ist adhäsiv und kohäsiv unter Druckspannungen mechanisch robuster als unter Zugspannungen. Somit wird ein Material- oder Benetzungsabriss des Klebers vermieden.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Tubus 104 weiterhin in Kunststoff hergestellt. Dies ermöglicht eine kostengünstige Objektivbaugruppe 102. Ein beispielsweise als automotive Objektivbaugruppe ausgeführte Objektivbaugruppe 102 kann mit Metalltubus 104 oder mit Kunststofftubus 104 ausgeführt sein. Metalltuben 104 sind kostenintensiver, da eine mechanische Feinbearbeitung (Präzision der Objektivbaugruppe 102) und ein Überzug (Coating) benötigt wird, das typischerweise schwarz ist, um Streulichteffekte im Strahlengang zu minimieren. Eine Objektivbaugruppe 102 mit Metalltubus 104 kann mittels Krone oder Retainerring verschlossen werden, was auch kostenintensiv ist. Kunststofftuben 104 sind kostengünstiger, da diese im Spritzgussverfahren hergestellt werden können und die Schwärzung im Material schon beinhaltet ist. Das Erreichen der mechanischen Präzision stellt aber hohe Anforderungen an den Spritzguss. Kunststofftuben 104 können beispielsweise mittels Heiß-Verformungs-Verfahren kostengünstig verschlossen werden.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird das Halteelement 114 weiterhin als Metallteil ausgeführt. Dies ermöglicht eine gute Balance zwischen Kosten und geringem Ausdehnungskoeffizient in z-Richtung. Um die Positionierung der Fokuskalotte der Objektivbaugruppe 102 in der Sensorebene zu halten, ist eine geringe thermische Ausdehnung des Halteelements 114 in z-Richtung notwendig. Dies kann mit z. B. Edelstahl-Halteelementen 114 realisiert werden. Diese können in Tiefziehtechnik kostengünstig hergestellt werden. Eine weitere Möglichkeit einer z-Shift-Korrektur besteht in der geeigneten Auslegung des Objektivdesigns, das den Temperaturgang der Konstruktion kompensiert. Diese Kompensation ist dann jedoch Imagermodul-Design abhängig, was seitens Objektivherstellern nur bei sehr hohen Stückzahlen an Objektivbaugruppen 102 wirtschaftlich ist.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein mechanisches Federverhalten der zumindest einen Flügelkontur 112 genutzt, um den zusätzlichen Druckspannungseintrag in die Klebung zu entlasten. Wird der Tubus 104 so ausgelegt, dass die Flügelkonturen 112 radial unter Last nachgeben können, so besteht die Möglichkeit, weitere Druckspannungen durch Feuchtequellung des Klebers in die zumindest eine Flügelkontur 112 abzuleiten und somit die Klebung selbst nicht druckspannungsseitig zu überlasten. Die Nutzung einer solchen Eigenschaft erfordert jedoch eine detaillierte Tubus- und Flügelkonturauslegung sowie ein sehr exaktes Einbringen des Kleb an die geeigneten Positionen.
-
2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Bilderfassungseinrichtung 100 mit einer Objektivbaugruppe 102 für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Bilderfassungseinrichtung 100 entspricht der in 1 beschriebenen Bilderfassungseinrichtung 100, wobei in 2 auf die Klebeverbindung 118 wirkende Kräfte dargestellt sind.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Objektivbaugruppe 102 mehrere separate Flügelkonturen 112 auf, die um den Tubus 104 herum an der Außenwand des Tubus 104 angeordnet sind. In der in 2 gezeigten Querschnittsdarstellung sind zwei dieser Flügelkonturen 112 gezeigt. Alternativ kann eine umlaufende Flügelkontur 112 verwendet werden.
-
Die Flügelkonturen 112 weisen jeweils einen Steg 200 und einen Arm 202 auf. Der Steg 200 überspannt dabei einen im Bereich der Flügelkontur 112 liegenden Wandabschnitt des Halteelements 114. Somit weist der Steg 200 eine Länge auf, die länger als eine Dicke einer Wand des Halteelements 114 ist. Der Arm 202 der Flügelkontur erstreckt sich ausgehend von einem freien Ende des Stegs 200 in Richtung des Sensorträgers 117. Der Arm 202 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel parallel zu der Längsachse 110 ausgerichtet. Der Arm 202 überlappt teilweise mit dem Halteelement 114, sodass ein Endabschnitt des Arms 202 gegenüberliegend und parallel zu einem Endabschnitt des Halteelements 114 angeordnet ist. In dem Überlappungsbereich weist der Arm 202 auf einer dem Halteelement 114 zugewandten Seite einen Klebebereich 204 auf, an dem der Kleber der Klebeverbindung 118 aufgebracht ist. Somit ist die Klebeverbindung 118 einer Flügelkontur 112 in Bezug zu einer quer zu der Längsachse 110 ausgerichteten Querachse zwischen einer Außenseite des Halteelements 114 in dem Bereich der Flügelkontur 112 und dem Arm 202 der Flügelkontur 112 angeordnet. Entsprechend ist das Haltelement 114 in Bezug zu der Querachse zwischen einer Außenseite des Tubs 104 in dem Bereich der Flügelkontur 112 und dem Halteelement 114 in dem Bereich der Flügelkontur 112 angeordnet.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die in 2 gezeigte Bilderfassungseinrichtung 100 nach einem Aushärtungsvorgang dargestellt, während dessen das Material der Bilderfassungseinrichtung 100 mechanisch arbeitet, wenn es von einer hohen Temperatur auf eine niedrigere Temperatur abkühlt. Da sich Stoffe bekanntlich bei hohen Temperaturen ausdehnen und bei niedrigen Temperaturen zusammenziehen, kann diese Eigenschaft bei dem Aushärtungsvorgang zum Fixieren der Objektivbaugruppe 102 an dem Halteelement 114 genutzt werden. Dabei erzeugt der Klebstoff, der für die Klebeverbindung 118 zwischen den Arm 202 und das Halteelement 114 gesetzt ist, während des Aushärtungsvorgangs eine Spannung. Die Spannung wird insofern erzeugt, da das Material der Bilderfassungseinrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel in den Pfeilrichtungen 206, 208 arbeitet. Da die einzelnen Bauteile der Bilderfassungseinrichtung 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind, reagieren die Materialien unterschiedlich stark auf eine Temperaturänderung. Dadurch wird der Klebstoff der Klebeverbindung 118 dazu gezwungen, sich zu verformen. Wenn sich das Halteelement 114 beispielsweise stärker zusammenzieht als der Arm 202 der Objektivbaugruppe 102, baut sich im Klebstoff 204 radial zu der axialen Achse 110 eine Spannung auf.
-
In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Stege 200 der Flügelkonturen 112 dünn ausgeführt. Beispielsweise ist die Höhe der Stege 202 in Richtung der Längsachse 110 kleiner als ein Abstand zwischen dem Tubus 104 und den Armen 202.
-
3 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Bilderfassungseinrichtung 100 mit einer Objektivbaugruppe für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Bilderfassungseinrichtung 100 entspricht den anhand der in 1 und 2 beschriebenen Bilderfassungseinrichtung 100, wobei die Klebeverbindung nicht dargestellt ist und die Stege 200 der Flügelkonturen 112 dick ausgeführt sind. Beispielsweise ist die Höhe der Stege 202 größer als ein Abstand zwischen dem Tubus 104 und den Armen 202.
-
4 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung der in 3 gezeigten Bilderfassungseinrichtung 100 mit den während der Aushärtung der Klebeverbindung entstehenden Materialveränderungen, die durch die Pfeilrichtungen 206, 208 gekennzeichnet sind. Dabei ist eine schematische Darstellung der mechanischen Schrumpfungseigenschaften durch das Abkühlen nach dem thermischen Aushärten ohne Klebstoff dargestellt. Eine auf die Klebeverbindung wirkende Druckspannung baut sich auf, wenn ein Außendurchmesser des Halteelements 114 während des Aushärtens weniger stark schrumpft, als ein Außendurchmesser der Objektivbaugruppe 102 im Bereich Arme 202 der Flügelkonturen 112.
-
5 zeigt eine schematische Darstellung einer Bilderfassungseinrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um ein Ausführungsbeispiel der anhand der vorangegangenen Figuren gezeigten Bilderfassungseinrichtung 100 handeln, die in 5 jedoch aus der Draufsicht dargestellt ist. In der Draufsicht wird deutlich, dass die Bilderfassungseinrichtung 100 rund ausgeformt ist, mit einem zylinderförmigen Tubus 104 und einem zylinderförmigen Halteelement 114. In dem in 5 gezeigten Fertigungszustand sind das Halteelement 114 und die Flügelkonturen 112 mittels Klebstoff verbunden.
-
Der Außendurchmesser des Tubus 104 ist an den Innendurchmesser des Halteelements 114 angepasst, sodass der Tubus 104 möglichst spielfrei von dem Halteelement 114 aufgenommen ist. Das Halteelement 114 ist ausgebildet, um dem Tubus 104 eine Stabilität zu geben und ihn zugleich in einer geeigneten Position zu halten. Es muss aber radial noch genügend Spiel vorhanden sein, um den Toleranzausgleich zur geeigneten Positionierung der Objektivbaugruppe zum Sensor zu gewährleisten.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind an dem Tubus 104 mehrere Flügelkonturen 112 angeordnet. Beispielhaft sind sechs Flügelkonturen 112 um den Tubus 104 angeordnet, wobei die Flügelkonturen 112 in einer Ebene liegen. Jede der Flügelkonturen 112 wird durch einen Steg 200 und einen Arm 202 ausgeformt. Längsachsen der Stege 200 sind radial in Bezug auf eine Längsachse des Tubus 104 ausgerichtet. Die Arme 202 weisen gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine größere Breite als die Stege 200 auf, so dass die Flügelkonturen 112 einen T-förmigen Querschnitt aufweisen. Die Arme 202 weisen gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Krümmung auf, sodass ein Spalt zwischen den Armen 202 und dem Halteelement 114 über die gesamte Breite der Arme 202 in etwa konstant ist.
-
Zwischen jedem Arm 202 und dem Halteelement 114 befindet sich eine Klebeverbindung 118. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel liegen die Stege 202 einander gegenüberliegender Flügelkonturen 112 auf einer gemeinsamen Stegachse 500, die einen Stegbereich kennzeichnet. Die Klebeverbindungen 118 einander gegenüberliegender Flügelkonturen 112 liegen entsprechend auf einer gemeinsamen Klebachse 502, die einen Klebbereich kennzeichnet.
-
6 zeigt eine schematische Darstellung der bereits in 5 gezeigten Bilderfassungseinrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einer schematischen Darstellung der mechanischen Schrumpfungseigenschaften durch das Abkühlen nach dem thermischen Aushärten mit Klebstoff. Dabei kennzeichnen die Pfeile 206, 208 die bereits beschriebenen beim Aushärten auftretenden Materialveränderungen.
-
7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 700 zum Herstellen einer Bilderfassungseinrichtung für ein Fahrzeug. Dabei kann es sich um eine Bilderfassungseinrichtung handeln, wie sie anhand der vorangegangenen Figuren beschrieben ist. Das Verfahren 700 ermöglicht ein radiales Befestigen eines Objektivs an einem Halteelement.
-
In einem Schritt 702 wird ein Sensorträger bereitgestellt, auf dem ein Bildsensor und ein Halteelement angeordnet sind. In einem Schritt 704 wird eine Objektivbaugruppe bereitgestellt, wie es anhand der vorangegangenen Figuren beschrieben ist. Dabei kann der Tubus der Objektivbaugruppe gemäß unterschiedlicher Ausführungsbeispiele zumindest eine oder keine Linse aufweisen. In einem Schritt 706 wird die Objektivbaugruppe in das Halteelement eingesetzt und positioniert und in einem Schritt 708 wird eine Klebeverbindung mittels eines Klebstoffs hergestellt. Durch die Klebeverbindung wird die Objektivbaugruppe positionsgerecht an der vorgesehenen Position an dem Halteelement befestigt. Im Schritt 708 des Herstellens kann der Klebstoff ausgehärtet werden, beispielsweise unter Verwendung von UV-Strahlung oder thermischer Energiezufuhr. Dabei ist die beim Aushärten auf den Klebstoff wirkende Aushärtetemperatur gemäß einem Ausführungsbeispiel größer ist als eine vorbestimmte maximale Einsatztemperatur der Bilderfassungseinrichtung. Beträgt beispielsweise die Aushärtetemperatur 125°C oder mehr, so ist es vorteilhaft, wenn die Einsatztemperatur maximal 120°C beträgt. Wenn die Objektivbaugruppe im Schritt 704 ohne Linse bereitgestellt wird, kann optional zumindest eine Linse nach Ausführen des Schritts 708 in den Tubus der Objektivbaugruppe eingesetzt werden.
-
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
