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Stand der Technik
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Die Erfindung geht von einer Optikeinheit für eine Bilderfassungseinrichtung für ein Fahrzeug, einer Bilderfassungseinrichtung, einem Verfahren zum Herstellen einer Optikeinheit und einem Verfahren zum Betreiben einer Optikeinheit nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.
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Bilderfassungseinrichtungen sind in industriellen, sicherheitsrelevanten Anwendungen sowie in Konsumprodukten einsetzbar. Im Automobilbereich ist eine Bilderfassungseinrichtung für gewöhnlich so ausgelegt, dass sie sowohl in sehr kalten (ca. -40° C) als auch in sehr warmen (ca. +105° C) Umgebungen funktioniert. Da eine Verlustleistung von elektronischen Komponenten innerhalb der Bilderfassungseinrichtung zu einer Eigenerwärmung führt und die elektronischen Komponenten nur bis zu einer bestimmten Temperatur funktionieren, sind die Bilderfassungseinrichtungen oftmals so ausgelegt, dass eine gute Entwärmung an die Umgebung erfolgt.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine verbesserte Optikeinheit für eine Bilderfassungseinrichtung für ein Fahrzeug, eine verbesserte Bilderfassungseinrichtung, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Optikeinheit sowie ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Optikeinheit, weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Steuergeräts möglich.
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Durch den hier vorgestellten Ansatz wird vorteilhafterweise eine Lösung vorgestellt, um gezielt eine Optikeinheit einer Bilderfassungseinrichtung insbesondere in kalten Gegenden zu erwärmen, ohne die gesamte Bilderfassungseinrichtung zu erwärmen und/oder ohne viel Bauraum einzunehmen.
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Es wird eine Optikeinheit für eine Bilderfassungseinrichtung für ein Fahrzeug vorgestellt, wobei die Optikeinheit ein Linsengehäuse, ein Halteelement und ein Heizelement aufweist. Das Linsengehäuse ist ausgeformt, um zumindest eine Linse aufzunehmen. Das Halteelement ist ausgeformt, um die Linse an dem Linsengehäuse zu halten und das an dem Halteelement angeordnete oder anordenbare Heizelement ist ausgebildet, um die Linse zu erwärmen.
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Die Optikeinheit ist als Teil der Bilderfassungseinrichtung realisiert. Die Bilderfassungseinrichtung kann beispielsweise als Kamera realisiert sein. Das Fahrzeug kann ausgebildet sein, um Personen und zusätzlich oder alternativ Gegenstände zu transportieren. Das Linsengehäuse kann tubusförmig ausgeformt sein, sodass beispielsweise die Linse in einem Inneren des Linsengehäuses angeordnet oder anordenbar ist. Das Halteelement kann beispielsweise als ein so genannter Retainerring ausgeformt sein, um die Linse an dem Linsengehäuse zu halten. Das Heizelement ist ausgebildet, um die Linse zu erwärmen, um beispielsweise Feuchte, Tau, Kondensflüssigkeit und/oder Eis zu entfernen.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Heizelement radial und zusätzlich oder alternativ axial mit dem Halteelement verbunden oder verbindbar sein. Weiterhin kann das Heizelement zusätzlich oder alternativ mit einer thermisch leitfähigen Gewindehülse verbunden oder verbindbar sein, um eine Heizbaugruppe zu bilden. Vorteilhafterweise kann dadurch eine stabile Verbindung der einzelnen Teile hergestellt werden, sodass sich eine von dem Heizelement ausgehende Wärme auf das Halteelement und zusätzlich oder alternativ auf die Gewindehülse überträgt. Die Gewindehülse kann beispielsweise ein Innengewinde aufweisen, um besonders gut und einfach an weiteren Komponenten der Optikeinheit befestigt zu werden.
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Weiterhin kann das Halteelement ein mit einem Innengewinde der Gewindehülse verschraubbares Außengewinde aufweisen. Auch durch Verschrauben der Gewindehülse mit dem Außengewinde kann vorteilhafterweise eine stabile und einfach montierbare Verbindung hergestellt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Halteelement zwischen dem Linsengehäuse und dem Heizelement angeordnet oder anordenbar sein. Vorteilhafterweise kann das Halteelement durch seine Positionierung zwischen dem Linsengehäuse und dem Heizelement zum Einen seine Funktion des Haltens der Linse an dem Linsengehäuse ausüben und zugleich dem Heizelement eine Anordnungsmöglichkeit bieten.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Halteelement aus einem Keramikmaterial, und/oder einem Metall hergestellt sein und zusätzlich oder alternativ zumindest teilweise Metall aufweisen. Das bedeutet, dass durch eine Wahl des Materials vorteilhafterweise eine thermische Leitfähigkeit begünstigt oder eingestellt wird, um die von dem Heizelement abgegebene Wärme zu der Linse leiten zu können.
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Weiterhin wird die Optikeinheit vorgestellt, die gemäß einer Ausführungsform ein Abdeckelement zum Schützen des Heizelements vor äußeren Einflüssen und zusätzlich oder alternativ zum thermischen Isolieren des Heizelements aufweisen kann, insbesondere wobei das Heizelement zwischen dem Halteelement und dem Abdeckelement angeordnet oder anordenbar sein kann. Das Abdeckelement kann beispielsweise in Form einer Kappe, aber auch als Beschichtung realisiert sein, um das Heizelement vor äußeren Einflüssen, wie beispielsweise Umwelteinflüssen, Auswirkungen von Witterungsverhältnissen oder Reibung oder Stößen von externen Objekten zu schützen. Vorteilhafterweise kann dadurch zum Einen die Wärme des Heizelements besser in Richtung Linse gelenkt werden, da die Wärme durch das Abdeckelement gehalten wird. Zum anderen kann ein Risiko einer Beschädigung des Heizelements verringert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Halteelement mit thermisch leitfähigem Klebstoff an dem Heizelement befestigt sein und zusätzlich oder alternativ kann das Heizelement mit thermisch nicht leitfähigem Klebstoff an dem Abdeckelement befestigt sein. Dabei kann das Abdeckelement aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere aus einem elastischem Polymer, gefertigt sein oder dieses Material zumindest teilweise umfassen. Durch Verwenden des thermisch leitfähigen Klebstoffs kann das Heizelement vorteilhafterweise zum einen in seiner Position fixiert werden und zusätzlich oder alternativ zum anderen seine Wärme an das Halteelement leiten. Das Abdeckelement kann vorteilhafterweise die Wärme in Richtung des Heizelements isolieren, sodass beispielsweise die Wärme nicht zu einer dem Heizelement gegenüberliegenden Seite entweichen kann und somit vorteilhafterweise ein Beschädigen weiterer Bauteile der Bilderfassungseinrichtung verhindert wird. Denkbar ist jedoch auch, dass das Abdeckelement auch über Kraft- oder Formschluss am Heizelement befestigt sein könnte.
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Ferner wird die Optikeinheit vorgestellt, wobei das Halteelement aus einem Material ausgeformt sein kann, das eine höhere thermische Leitfähigkeit aufweist als das Linsengehäuse und zusätzlich oder alternativ als das Abdeckelement. Vorteilhafterweise kann die Wärme des Heizelements an die Linse übertragen werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Heizelement als Heizfolie oder Heizdraht ausgeformt sein. Vorteilhafterweise kann auch durch die Wahl des Heizelements Platz eingespart werden, der beispielsweise anderweitig nutzbar ist.
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Weiterhin wird eine Bilderfassungseinrichtung mit einer Optikeinheit in einer der vorangehend vorgestellten Varianten vorgestellt, die außerdem eine Linse und einen Bilderfassungssensor aufweist.
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Die Bilderfassungseinrichtung ist beispielsweise als eine Kamera realisierbar. Die Linse kann beispielsweise eingehende Lichtstrahlen auf den Bilderfassungssensor fokussieren, der wiederum ausgebildet ist, um ein Bild zu erkennen. Der Bilderfassungssensor kann beispielsweise als ein Kamerachip realisiert sein. Vorteilhafterweise kann die Bilderfassungseinrichtung in dem Fahrzeug einsetzbar sein, beispielsweise für Fahrassistenzsysteme einsetzbar sein.
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Ferner wird ein Verfahren zum Herstellen einer Optikeinheit vorgestellt, wie sie in einer der vorangehend vorgestellten Varianten vorgestellt wurde. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Bereitstellens des Linsengehäuses, des Halteelements und des Heizelements sowie einen Schritt des Montierens des Linsengehäuses, des Halteelements und des Heizelements, um die Optikeinheit herzustellen. Auf diese Weise kann im Schritt des Montierens die Optikeinheit gemäß einer hier vorgestellten Variante hergestellt werden.
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Der Schritt des Montierens kann beispielsweise maschinell durchgeführt werden, wodurch vorteilhafterweise eine Zeiteinsparung stattfindet.
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Außerdem wird ein Verfahren zum Betreiben einer Optikeinheit vorgestellt, wie sie in einer der vorangehend vorgestellten Varianten vorgestellt wurde. Das Verfahren umfasst dabei einen Schritt des Zuführens von elektrischer Energie zu dem Heizelement, um die Linse zu erwärmen.
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Vorteilhafterweise wird die Linse durch das Zuführen der Energie erwärmt, sodass die Linse beispielsweise von Eis, Tau oder Kondensflüssigkeit, beispielsweise Kondenswasser, befreit wird. Dadurch kann beispielsweise eine Funktionalität der Optikeinheit, bzw. der Bilderfassungseinrichtung in kalten Gegenden sichergestellt werden.
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Diese Verfahren können beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines der hier vorgestellten Verfahren in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Hierzu kann das Steuergerät zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
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Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt durch das Steuergerät eine Steuerung eines der Verfahren. Hierzu kann das Steuergerät beispielsweise auf Sensorsignale zugreifen. Die Ansteuerung erfolgt über Aktoren wie eine Bereitstelleinheit, eine Montiereinheit und/oder eine Zuführeinheit.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte eines der Verfahren nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einem Steuergerät ausgeführt wird.
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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 gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine perspektivische Darstellung einer demontierten Optikeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel in Explosionsdarstellung;
- 3 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Optikeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 4 eine perspektivische Darstellung einer demontierten Optikeinheit ohne Linsengehäuse und Halteelement gemäß einem Ausführungsbeispiel in Explosionsdarstellung;
- 5 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen einer Optikeinheit;
- 6 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Steuergeräts zum Steuern eines Verfahrens zum Herstellen einer Optikeinheit; und
- 7 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben einer Optikeinheit.
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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.
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1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Bilderfassungseinrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Bilderfassungseinrichtung 100 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als eine Kamera realisiert und weist dem entsprechend einen Bilderfassungssensor 105, eine Linse 110, und eine Optikeinheit 115 auf. Der Bilderfassungssensor 105 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um einen Bereich in Form eines Bildes zu erfassen, das sich in einem Sichtkegel 120 der Bilderfassungseinrichtung 105 befindet. Die Linse 110 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um eingehendes, bzw. reflektiertes Licht aus dem Sichtkegel 120, der vorteilhafterweise nicht eingeschränkt wird, auf den Bilderfassungssensor 105 zu fokussieren. Die Optikeinheit 115 weist dabei ein Linsengehäuse 125 auf, das die Linse 110 aufnimmt. Weiterhin weist die Optikeinheit 115 ein Halteelement 130 auf, das ausgeformt ist, um die Linse 110 an dem Linsengehäuse 125, das auch als Objektivgehäuse bezeichnet werden kann, zu halten, sowie ein an dem Halteelement 130 angeordnetes oder anordenbares Heizelement 135, das ausgebildet ist, um die Linse 110 zu erwärmen. Zu diesem Zweck kann das Heizelement 135 gemäß diesem Ausführungsbeispiel beispielsweise eine integrierte Stromversorgung aufweisen.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Bilderfassungssensor 105 auf einer der Linse 110 gegenüberliegenden Seite der Bilderfassungseinrichtung 100 angeordnet. Zwischen der Linse 110 und dem Bilderfassungssensor 105 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel das Linsengehäuse 125 angeordnet, das gemäß einem Ausführungsbeispiel neben der Linse 110 auch weitere Linsen aufnehmen kann. An einer der Linse 110 zugewandten Seite des Linsengehäuses 125 ist das Linsengehäuse 125 gemäß diesem Ausführungsbeispiel breiter ausgeformt als an einer dem Bilderfassungssensor 105 zugewandten Seite des Linsengehäuses 125. Das Halteelement 130 ist ebenfalls gemäß diesem Ausführungsbeispiel an dem der Linse 110 zugewandten Seite des Linsengehäuses 125 angeordnet, sodass das Halteelement 130 die Linse 110 an dem Linsengehäuse 125 hält. Das Halteelement 130, das in diesem Ausführungsbeispiel auch als Retainerring bezeichnet werden kann, ist dem entsprechend gemäß diesem Ausführungsbeispiel so ausgeformt, dass das Halteelement 130 an einer der Linse zugewandten Seite einer Kontur der Linse an dem Linsengehäuse 125 in einer Negativform entspricht. Auf diese Weise besteht zum Einen ein möglichst umfassender Kontakt des Halteelements 130 mit der Linse 110 und dem Linsengehäuse 125 und zum Anderen wird ein Verrutschen der Linse 110 vermieden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Heizelement 135 an dem Halteelement 130 angeordnet.
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Im Folgenden werden mögliche Varianten oder optionale Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes beschrieben:
- Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Heizelement 135 radial und/oder axial mit dem Halteelement 130 verbunden oder verbindbar. Das bedeutet, dass sowohl das Heizelement 135 als auch das Halteelement 130 sowohl annähernd horizontal und zusätzlich oder alternativ auch annähernd vertikal beispielsweise mittels Kraftschlusses, Stoffschlusses (bei Einsatz von Klebstoff) oder Formschlusses (bei Verwendung von Gewindeelementen) verbunden sein können. Denkbar ist ferner auch, dass zumindest ein Teil des Halteelements 130 und/oder des Heizelementes 135 quer (was umgangssprachlich auch als „schräg“ bezeichnet werden kann) auf einer zu der Ausrichtung des Bilderfassungssensors 105 parallelen Ebene ausgerichtet ist. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Heizelement 135 mit einer thermisch leitfähigen Gewindehülse verbunden oder verbindbar, um eine Heizbaugruppe zu bilden. In diesem Fall weist das Halteelement 130 ein mit einem Innengewinde der Gewindehülse verschraubbares Außengewinde auf.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Optikeinheit 115 weiterhin ein Abdeckelement 140 auf, das ausgeformt ist, um das Heizelement 135, das als Heizfolie oder Heizdraht realisiert sein kann, vor äußeren Einflüssen zu schützen und/oder um das Heizelement 135 thermisch zu isolieren. Dabei ist das Heizelement 135 zwischen dem Halteelement 130 und dem Abdeckelement 140 angeordnet oder anordenbar. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Abdeckelement 140 in Form einer Kappe realisiert, die das Heizelement 135 und zumindest auch das Halteelement 130 umgreift. Das Halteelement 130 ist wiederum gemäß diesem Ausführungsbeispiel zwischen dem Linsengehäuse 125 und dem Heizelement 135 angeordnet oder anordenbar. Auch kann das Halteelement 130 aus einem Material ausgeformt sein, das eine höhere thermische Leitfähigkeit aufweist als das Linsengehäuse 125 und/oder das Abdeckelement 140. Das bedeutet, dass das Halteelement 140 beispielsweise aus Metall wie Aluminium realisiert ist oder zumindest teilweise Metall beinhaltet. Alternativ oder zusätzlich kann auch das Halteelement 140 ein Keramikmaterial umfassen oder aus einem solchen Material hergestellt sein. Durch die Wahl des Materials kann das Halteelement 130 die von dem Heizelement 135 abgegebene Wärme zu der Linse 110 geleitet werden. Im Gegenzug ist das Linsengehäuse 125 und/oder das Abdeckelement 140 gemäß diesem Ausführungsbeispiel aus einem Material, wie beispielsweise einem Kunststoff, hergestellt, das eine geringere thermische Leitfähigkeit aufweist als das Halteelement 130.
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Das Halteelement 130 ist gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mittels einem thermisch leitfähigem Klebstoff 145 an dem Heizelement 135 befestigt und/oder an dem Abdeckelement 140 befestigt. Dabei ist das Abdeckelement 140 aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere aus einem elastischem Polymer gefertigt oder umfasst ein solches zumindest. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Klebstoff 145 thermisch leitfähig, sodass es die Wärme des Heizelements 135 leitet. Gleichzeitig hat der Klebstoff 145 gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Aufgabe, als Abdichtelement zu wirken.
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In anderen Worten kann der hier vorgestellte Ansatz als Linsenheizung für Fahrzeugkameras bezeichnet werden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel dient das Heizelement 130 für die Bilderfassungseinrichtung 100 im Automobilbereich dazu, beispielsweise Feuchte, Betauung, Kondensation oder Eisschichten von Elementen im optischen Pfad der Bilderfassungseinrichtung 100, der auch als Linse 110 oder Frontlinse bezeichnet wird, zu entfernen, die ansonsten zu unscharfen oder unvollständigen Bildern führen und damit eine Funktion der Bilderfassungseinrichtung 100 beeinträchtigen würde.
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Das Heizelement 135 ist dabei beispielsweise als Heizfolie oder Heizdraht realisiert, der flächig und/oder mäanderförmig auf einen großen Teil der Bilderfassungseinrichtung 100, wie etwa dem Linsengehäuse 125 oder der gesamten Optikeinheit 115, die auch als Objektiv bezeichnet werden kann, angebracht ist und dabei die gesamte Bilderfassungseinrichtung 100 oder einen Teil der Bilderfassungseinrichtung 100 erwärmt.
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Da eine Verlustleistung der elektronischen Komponenten innerhalb der Bilderfassungseinrichtung 100 zu einer Eigenerwärmung führt und die elektronischen Komponenten nur bis zu einer bestimmten Temperatur funktionieren, ist die Bilderfassungseinrichtung 100 oftmals so ausgelegt, dass eine gute Entwärmung an die Umgebung erfolgt, um einen Betrieb der Bilderfassungseinrichtung 100 auch bei hohen Temperaturen zu ermöglichen. Dies bedeutet konkret, dass beispielsweise ein thermischer Widerstand von der Bilderfassungseinrichtung 100 zu Umgebung bzw. Einbauraum möglichst klein ist, was etwa durch eine ausreichend große Oberfläche, die eventuell mit Kühlrippen zur Oberflächenvergrößerung erreicht werden kann. Das bedeutet beispielsweise, dass eine Entwärmung über Konvektion oder durch einen direkten Kontakt mit einem thermisch leitenden Bauteil, wie beispielsweise einer Bilderfassungshalterung erfolgen kann, also Entwärmung durch Wärmeleitung.
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Da insbesondere eine Verlustleistung des Bilderfassungssensors 105, der auch als Bildsensor bezeichnet werden kann, für gewöhnlich mit steigender Auflösung zunimmt und die Anforderungen an die Auflösungen der Bildsensoren durch zusätzliche Funktionen beispielsweise im Bereich des hochautomatisierten Fahrens steigen, ist abzusehen, dass die Entwärmung der Bilderfassungseinrichtung 100 in Zukunft weiter an Bedeutung gewinnen wird.
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Bei niedrigen Temperaturen ist die Auslegung auf eine gute Wärmeankopplung an die Umgebung in Bezug auf das Heizelement 135 für die Bilderfassungseinrichtung 100, die auch als Kameraheizung bezeichnet werden kann, nachteilig, da die eingebrachte Wärme gut abfließen kann, anstatt die von Feuchte, Betauung, Kondensflüssigkeit oder Eisschichten betroffenen Bauteile zu erwärmen. Dadurch wird viel Energie und Zeit verbraucht, bis die Oberfläche erwärmt ist und die Bilderfassungseinrichtung 100 einsatzbereit ist.
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Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass bisherige Kameraheizungen relativ viel Platz einnehmen. Aus diesen Gründen ist der hier vorgestellte Ansatz ausgeformt, um diese Probleme zu lösen und sowohl Platz bei einer Fertigung einzusparen als auch die Wärme des Heizelements 135 gezielt auf die Optikeinheit 115 zu lenken.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel gelingt dies zum Einen durch gezielte Materialwahl, sodass das Heizelement 135 einen direkten thermischen Kontakt zum Halteelement 130 der Optikeinheit 115, die auch als Kameraobjektiv bezeichnet wird, besitzt, jedoch zur restlichen Bilderfassungseinrichtung 100 und zur Umgebung thermisch isoliert ist. Dadurch reduziert sich die benötigte Wärmeenergie, um die Linse 110, die auch als Frontlinse bezeichnet wird, zu erwärmen, da die Wärme nicht in die Umgebung abfließt und die Wärmekapazität einer Baugruppe aus Linse 110 und Heizelement 135, das auch als Heizung bezeichnet wird, durch die geringe Masse viel kleiner ist als die Wärmekapazität der gesamten Bilderfassungseinrichtung 100.
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Die Optikeinheit 115 besitzt ein Halteelement 130 aus einem beispielsweise thermisch gut leitenden Material, wie Aluminium. Das Halteelement 130 hält die Linsen in ihrer Position und steht damit in direktem Kontakt zur Linse 110, während das Linsengehäuse 125, auch Barrel genannt, häufig aus thermisch schlecht leitendem Kunststoff besteht. Dadurch wird bei einer Beheizung des Halteelements 130 eine Erwärmung restlicher Kamerabestandteile vermieden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Bilderfassungseinrichtung 100 weiterhin ein Steuergerät 150 zum Steuern eines Verfahrens zum Betreiben einer Optikeinheit auf. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das Steuergerät 150 eine Zuführeinheit 155 auf. Die Zuführeinheit 155 ist ausgebildet, um einen Schritt des Zuführens von elektrischer Energie zu dem Heizelement 135 durchzuführen, um die Linse 110 zu erwärmen, wenn das Heizelement 125 Wärme an die Linse abgibt. Die elektrische Energie kann hierbei auch über eine Verbindung zwischen Heizelement und Bilderfassungseinrichtungselektronik übertragen werden. Hierbei wird die Ansteuerung des Heizelements von der Bilderfassungseinrichtungselektronik geregelt und es ist dadurch vorteilhafterweise kein separates Steuergerät notwendig.
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2 zeigt eine perspektivische Darstellung einer demontierten Optikeinheit 115 gemäß einem Ausführungsbeispiel in Explosionsdarstellung. Die hier dargestellte Optikeinheit 115 kann der in 1 beschriebenen Optikeinheit 115 entsprechen und ist somit in einer Bilderfassungseinrichtung einsetzbar. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind lediglich das Linsengehäuse 125 mit der Linse 110, das Halteelement 130, das Heizelement 135 sowie das Abdeckelement 140 einzeln dargestellt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist beispielsweise dargelegt, in welcher Reihenfolge die Einzelteile der Optikeinheit 115 zusammensetzbar sind. Ebenfalls ist gemäß einem Ausführungsbeispiel deutlich, dass die Optikeinheit 115 kreisförmig um eine durch einen Mittelpunkt der Optikeinheit 115 verlaufende Achse 200 verläuft.
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In anderen Worten ausgedrückt, wird in diesem Ausführungsbeispiel auf das Halteelement 130 das Heizelement 135 radial oder axial angebracht, beispielsweise mit einem möglichst thermisch leitfähigem Klebstoff wobei das Heizelement 135 durch ein Abdeckelement 140, das auch als Kunststoffabdeckung bezeichnet wird, umhüllt wird und damit sowohl von äu-ßeren Einflüssen geschützt als auch thermisch isoliert wird.
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3 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Optikeinheit 115 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die hier gezeigte Optikeinheit 115 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel in eine Bilderfassungseinrichtung eingebaut, wie sie in 1 beschrieben wurde. Die hier gezeigte Optikeinheit 115 enthält gemäß diesem Ausführungsbeispiel dieselben Komponenten wie die in den 1 und 2 beschriebene Optikeinheit 115. Lediglich die Anordnung der Komponenten weicht von der in den 1 und 2 beschriebenen Optikeinheit 115 ab. Die genannten Komponenten sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel das Linsengehäuse 125, das Halteelement 130, das Heizelement 135 sowie das Abdeckelement und können gemäß diesem Ausführungsbeispiel auch als Heizbaugruppe 305 bezeichnet werden. Wie auch in 2 verläuft in diesem Ausführungsbeispiel der Optikeinheit 115 die Achse 200, längs durch die Optikeinheit. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Heizbaugruppe 305 parallel zu der Achse 200 ausgerichtet.
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Zusätzlich weist die hier dargestellte Optikeinheit 115 eine Gewindehülse 300 auf, die gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit einem an dem Halteelement 130 angeordneten Außengewinde 310 verschraubbar ist. Das Außengewinde 310 liegt gemäß diesem Ausführungsbeispiel auf einer dem Linsengehäuse 125 abgewandten Seite des Halteelements 130 und zeigt dementsprechend von der Achse 200 weg. Die Gewindehülse 300 weist passend ein Innengewinde 315 auf, das in Richtung des Außengewindes 305, das bedeutet in Richtung der Achse 200, zeigt.
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In anderen Worten ausgedrückt, wurde gemäß diesem Ausführungsbeispiel das Heizelement 135 auf die thermisch leitende Gewindehülse 300, die beispielsweise aus Aluminium ausgeformt ist, geklebt und danach durch das Abdeckelement 140, das beispielsweise als Ummantelung aus einem elastischen Polymer realisiert ist, umhüllt. Die sich dadurch ergebende Heizbaugruppe 305 ist auf das Halteelement 130 aufschraubbar oder hier tatsächlich aufgeschraubt. Das Halteelement 130 besitzt dazu das zusätzliche Außengewinde 310. Vor dem Aufschrauben ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel der thermisch leitfähige Klebstoff auf das Außengewinde 310 applizierbar oder appliziert, um einen thermischen Kontakt zwischen Halteelement 130 und Gewindehülse 300 zu verbessern und eine Gewindesicherung sicherzustellen. Diese Variante hat den Vorteil, dass die Heizbaugruppe 305 aus Gewindehülse 300, Heizelement 135 und Abdeckelement 140 separat und unabhängig vom Linsengehäuse 125 montierbar ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Bilderfassungseinrichtung 115 weiterhin ein Steuergerät 150 zum Steuern eines Verfahrens zum Betreiben einer Optikeinheit auf, wie es beispielsweise bereits mit Bezug zur 1 beschrieben wurde. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das Steuergerät 150 wiederum eine Zuführeinheit 155 auf. Die Zuführeinheit 155 ist beispielsweise ebenfalls ausgebildet, um einen Schritt des Zuführens von elektrischer Energie zu dem Heizelement 135 durchzuführen, um die Linse 110 zu erwärmen, wenn das Heizelement 135 Wärme an die Linse 110 abgibt.
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4 zeigt eine perspektivische Darstellung einer demontierten Optikeinheit ohne Linsengehäuse und Halteelement gemäß einem Ausführungsbeispiel in einer Explosionsdarstellung. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist eine Gewindehülse 300, ein Heizelement 135 und ein Abdeckelement 140 gezeigt, die der in 3 beschriebenen Gewindehülse 300, Heizelement 135 und Abdeckelement 140 entsprechen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist beispielsweise dargelegt, in welcher Reihenfolge die hier gezeigten Einzelteile der Optikeinheit zusammensetzbar sind.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 500 zum Herstellen einer Optikeinheit. Das Verfahren 600 kann dabei in einer Optikeinheit durchgeführt werden, wie sie in den 1 bis 4 beschrieben wurde. Das Verfahren 500 umfasst dabei einen Schritt 505 des Bereitstellens des Linsengehäuses, des Halteelements und des Heizelements und einen Schritt 510 des Montierens des Linsengehäuses, des Halteelements und des Heizelements, um die Optikeinheit herzustellen, wie sie in den 1 bis 4 beschrieben wurde.
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6 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Steuergeräts 600 zum Steuern eines Verfahrens zum Herstellen einer Optikeinheit. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das Steuergerät 600 eine Bereitstelleinheit 605 und eine Montiereinheit 610 auf. Die Bereitstelleinheit 605 ist ausgebildet, um den Schritt des Bereitstellens durchzuführen. Die Montiereinheit 610 ist ausgebildet, um den Schritt des Montierens durchzuführen.
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7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 700 zum Betreiben einer Optikeinheit. Das Verfahren 700 kann dabei in einer Optikeinheit durchgeführt werden, wie sie in den 1 bis 4 beschrieben wurde. Das Verfahren 700 umfasst dabei einen Schritt 705 des Zuführens von elektrischer Energie zu dem Heizelement, um die Linse zu erwärmen.
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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.
