DE102020121983A1

DE102020121983A1 - Gehäuse für ein optisches Messsystem, gehäustes optisches Messsystem und Verfahren zur Herstellung des gehäusten Messsystems

Info

Publication number: DE102020121983A1
Application number: DE102020121983.0A
Authority: DE
Inventors: Stefan Schulze; Volker Arnhold
Original assignee: First Sensor Mobility GmbH
Current assignee: First Sensor Mobility GmbH
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2020-08-21
Publication date: 2021-02-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für ein optisches Messsystem 1 mit einem Gehäusegrundkörper 11, welcher dessen elektronische und optische Komponenten zu deren Schutz vor den außerhalb des Gehäuses herrschenden Umgebungsbedingungen umhüllt und einen Strahlungseingang 5 für Licht umfasst. Der Strahlungseingang 5 ist durch zumindest eine der optischen Komponenten derart verschlossen, dass die Umhüllung geschlossen und ein Lichteinfall im gewünschten Wellenlängenbereich möglich ist. Um auch die den Strahlungseingang 5 verschließende Optik vor den Umgebungsbedingungen zu schützen weist das Gehäuse im Bereich des Strahlungseingangs 5 einen Gehäusedom 21 auf, welcher mit dem Gehäusegrundkörper 11 verbunden ist, so dass er, in Strahlungseingangsrichtung betrachtet, vor dem Strahlungseingang 5 liegt. Der Gehäusedom 21 weist zumindest in diesem Bereich einen für den gewünschten Wellenlängenbereich transparenten Gehäuseabschnitt auf

Description

Die Erfindung betrifft allgemein ein Gehäuse für ein optisches Messsystem, welches die elektronischen und optischen Komponenten des Messsystems mit einem Gehäusegrundkörper umhüllt und einen Strahlungseingang für Licht, gemeint ist allgemein elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von Ultraviolett bis Infrarot und insbesondere für das menschliche Auge sichtbares Licht, offen lässt. Durch den Strahlungseingang im Gehäusegrundkörper tritt das Licht in das Messsystem ein und gelangt durch die optischen Komponenten (die „Optik“), wie Linsen, Filter, Spiegel oder anderem und Kombinationen davon, auf einen Messgrößen-Aufnehmer. Dieser gibt als Antwort auf das einfallende Licht ein weiterverarbeitbares elektrisches Signal aus, welches bestimmte Eigenschaften des Lichts wiederspiegelt.
Die Erfindung betrifft ebenso ein optisches Messsystem welches ein Gehäuse aufweist sowie Verfahren, mit welchem ein gehäustes optisches Messsystem hergestellt wird.
Solche optischen Messsysteme sind beispielsweise Kamerasysteme, Entfernungs-, Geschwindigkeits- oder Temperaturmesssysteme. Auch spektrometrische und eine Reihe anderer Messsysteme zählen dazu.
Die Messsysteme sind im Einsatz den jeweiligen Umgebungsbedingungen ausgesetzt, so dass ein Gehäuse zumindest die empfindlichen elektronischen Komponenten schützt. Seitens des Strahlungseingangs ist der Gehäusegrundkörper regelmäßig durch die Optik verschlossen, die meist gegenüber vielen Beanspruchungen widerstandsfähig ist. Der Verschluss des Strahlungseingangs erfolgt bekanntermassen durch eine Linse, welche den Umgebungsbedingungen in dem gewünschten Umfang widersteht und dabei den Lichteinfall für den gewünschten Wellenlängenbereich realisiert. Ein solcher durch die Optik realisierter Verschluss hat den Vorteil, dass eine Verfälschung sowohl des einfallenden Lichts an sich als auch der Optik vermieden wird.
Ausgehend von dem vorbeschriebenen Stand der Technik beschäftigt sich die Erfindung mit der Aufgabe, ein Gehäuse für ein optisches Messsystem und ein solches gehäustes Messsystem anzugeben, welches auch die Optik schützt.
Weiter soll dabei, mit Bezug auf die Anforderungen der jeweiligen Anwendung, eine möglichst geringe Verfälschung des einfallenden Lichts erfolgen.
Das Konzept des nachfolgend beschriebenen Erzeugnisses ist dahingehend zu beschreiben, dass das Gehäuse zumindest im Bereich des Strahlungseingangs einen Gehäusedom aufweist, welcher mit dem Gehäusegrundkörper verbunden ist, so dass er, in Strahlungseingangsrichtung betrachtet, vor dem Strahlungseingang und damit vor der Optik liegt und zumindest in diesem Bereich einen für den gewünschten Wellenlängenbereich, d. h. für die in der jeweiligen Anwendung des optischen Messsystems verwendete Strahlung, transparenten Gehäuseabschnitt, nachfolgend als Fenster bezeichnet, aufweist.
Der Gehäusedom kann als separate, zu ergänzende Komponente für ein bestimmtes Messsystem oder als Teil des Gehäuses eines bestimmten Messsystems konzipiert sein. Der Gehäusegrundkörper selbst kann den Anforderungen an das Gehäuse, der Einbausituation des Messsystems und weiterer Maßgaben entsprechend mehrteilig oder einteilig ausgebildet sein.
Im ersten Fall ist die Verbindung zwischen Gehäusegrundkörper und Gehäusedom lösbar, im zweiten Fall integral ausgeführt.
Eine lösbare Verbindung gestattet eine variable Verwendung des Gehäusedoms und die Anpassung des Fensters an die jeweilige Anwendung. Die lösbare Verbindung kann mit geeigneten Verbindungsmitteln, wie Klammern oder Klick- oder Rastsysteme, Schraubverbindungen oder anderen erfolgen. Unter Verwendung geeigneter Verbindungsmittel sind auch bestehende optische Messsysteme mit dem Gehäusedom nachrüstbar. Gegebenenfalls kann der Gehäusedom einen auf den vorhandenen Gehäusegrundkörper abgestimmten Adapter aufweisen, welcher mit dem Gehäusegrundkörper lösbar oder fest verbunden ist und die Verbindung zum Gehäusedom herstellt.
Eine integrale Verbindung reduziert die miteinander in der erforderlichen Qualität und Beständigkeit zu fügenden Komponenten und ist beispielsweise für konkrete, vordefinierte Anwendungen geeignet.
Je nach zu realisierendem Schutz kann der Gehäusedom derart ausgebildet sein, dass er den Strahlungseingang vollständig oder nur in solchem Umfang umhüllt, wie es für den Schutz erforderlich ist. Bei einem beispielsweise rein mechanischen Schutz, wie dem Schutz eines Kameraobjektivs vor Steinschlag, kann es genügen ein mechanisch stabiles Fenster mit einen geringen Abstand von dem Objektiv anzuordnen, so dass ein Luftaustausch des Raumes zwischen Objektiv und Fenster mit der Umgebung erfolgen kann.
Ein weiteres optionales Merkmal besteht in der Anordnung eines Dichtelements, welches zwischen Gehäusegrundkörper und Gehäusedom angeordnet sein kann, um vor der Optik einen fluiddicht, d. h. dicht gegenüber Flüssigkeiten wie beispielsweise Wasser und anderen sowie Gasen,- und/oder staubdicht abgeschlossenen Raum herzustellen.
Ein weiteres optionales Merkmal besteht in der Anordnung eines Druckausgleichselements, welches eine Öffnung im Gehäusedom wasser- und/oder staub- und/oder gasdicht verschließt und dabei für die Belüftung eines solchen abgeschlossenen Raumes sowie einen Druckausgleich sorgt. Beispielsweise kann der Druckausgleich selbsttätig erfolgen, weiter optional auch ohne Steuerung. Ein solches selbsttätiges Druckausgleichselement kann beispielsweise ein elastischer Stopfen, beispielsweise aus Polyethylen, sein.
Zur Herstellung eines solchen gehäusten optischen Messsystems kann in Abhängigkeit von der Ausführung des Gehäusegrundkörpers und/oder des Verbindungsmittels entweder zunächst das Verbindungsmittel bzw. der Adapter am Gehäusegrundkörper verbunden und anschließend der Gehäusedom mit dem Gehäusegrundköper montiert werden. Alternativ kann der Gehäusedom am Verbindungsmittel des Gehäusegrundkörpers montiert werden.
Zum besseren Verständnis wird die Erfindung nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen eines Kamerasystems näher beschrieben. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in

1A und 1B ein Kamerasystem, dessen Gehäusegrundkörper mittels eines Adapters mit einem Gehäusedom ergänzt wird,
2A und 2B ein Kamerasystem, dessen Gehäusegrundkörper ein Verbindungsmittel zur Montage eines Gehäusedoms aufweist, und
3A und 3B ein Kamerasystem, bei welchem ein Gehäusedom unter Verwendung eines flächigen Dichtelements mit dem Gehäusegrundkörper verschraubt ist.

Die Zeichnungen zeigen die Vorrichtung nur schematisch in dem Umfang, wie es zur Erläuterung der Erfindung erforderlich ist. Sie erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit oder Maßstäblichkeit.
Die Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung nur beispielhaft und nicht beschränkend verdeutlichen. Der Fachmann würde die zuvor in den verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung und nachfolgend in den Ausführungsbeispielen realisierten Merkmale in weiteren Ausführungsformen kombinieren, soweit es ihm zweckdienlich und sinnvoll erscheint.
1A zeigt ein optisches Messsystem mit einer Kamera und dem erfindungsgemäßen Gehäuse in Sprengdarstellung.
Das Messsystem 1 umfasst eine Optik 3, vorliegend eine Linsensystem, mit einem Strahlungseingang 5 und einem Strahlungsausgang 7. Letzterem gegenüber liegend ist ein Bildsensor 9 im Gehäusegrundkörper 11 angeordnet.
Der Gehäusegrundkörper 11 umfasst einen Gehäuseboden 12, welcher den Bildsensor 9 hält, und einen Gehäusedeckel 13. Der Gehäusegrundkörper mit den genannten und gegebenenfalls weiteren Komponenten kann ein- oder mehrteilig ausgebildet sein.
Der Gehäusedeckel 13 der dargestellten Ausführungsform weist eine zylinderförmige Optikhalterung 14 auf, in welchem die Optik 3 angeordnet und dem Bildsensor 9 gegenüber liegend gehalten ist.
Auf der Außenmantelfläche der Optikhalterung 15 ist ein zylinderförmiger Adapter 17 montiert, beispielsweise geklebt, welcher ein Außengewinde 19 aufweist. Auf dem Außengewinde 19 ist ein zylinderförmiger Gehäusedom 21 aufgeschraubt, welcher zu diesem Zweck an seinem, in Richtung des Strahlungseinfalls (dargestellt durch drei Doppelpfeile) betrachtet, hinteren Ende 22 ein korrespondierendes Innengewinde 23 aufweist. Andere Adapterformen und Ausführungen seiner Verbindungen zum Gehäuse sind, wie oben beschrieben, möglich.
An seinem vorderen Ende 24 ist der Gehäusedom 21 mit einem Fenster 27 verschlossen, welches transparent beispielsweise für sichtbares Licht ist. Alternative Ausführungen des Fensters 27 hinsichtlich Form und Transparenz sind ebenfalls möglich.
Der Adapter 17 grenzt unter Zwischenlage eines ringförmigen Dichtungselements 29 an den Gehäusedeckel 13 an, so dass im Inneren des Gehäusedomes 21 ein Volumen abgeschlossen ist. Diese kann durch einen PE-Stopfen oder ein anderes Druckausgleichselement (nicht dargestellt) ent- und belüftbar sein. Eine solche Ausführung hat den Vorteil, dass die Optik 3 des Messsystems 1 nicht anläuft oder ein Anlaufen einfach wieder zu beheben ist.
1B stellt das zuvor beschriebene optische Messsystem 1 in Sprengdarstellung dar.
Das optische Messsystem 1 nach 2A unterscheidet sich von jenem nach 1A dadurch, dass das Außengewinde 19 auf der zylinderförmigen Optikhalterung 15 angeordnet ist und so der Gehäusedom 21 direkt (optional wiederum unter Zwischenlage eines Dichtungselements 29, wie einem O-Ring) auf den Gehäusedeckel 13 geschraubt werden kann.
Im Übrigen wird auf die Darlegungen zu 1A verwiesen. Zur Verdeutlichung gibt 2B die Ausführung nach 2A in Sprengdarstellung wieder.
Das optische Messsystem 1 nach 3A unterscheidet sich von jenem nach 1A dadurch, dass der Gehäusedom 21 an seinem hinteren Ende 22 und an der Außenseite des Zylinders einen plattenförmigen Abschluss 31, mit welchem der Gehäusedom 21 auf dem Gehäusedeckel 13 montiert ist. Die Montage erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel mittels Schrauben 33.
Im Übrigen wird auf die Darlegungen zu 1A verwiesen.
Zur Verdeutlichung gibt 3B die Ausführung nach 3A in Sprengdarstellung wieder.
Bezugszeichenliste

1: Messsystem
3: Optik
5: Strahlungseingang
7: Strahlungsausgang
9: Bildsensor
11: Gehäusegrundkörper
12: Gehäuseboden
13: Gehäusedeckel
15: Optikhalterung
17: Adapter
19: Außengewinde
21: Gehäusedom
22: hinteres Ende
23: Innengewinde
24: vorderes Ende
27: Fenster
29: Dichtmittel, Dichtungselement
31: Abschluss
33: Schrauben

Claims

Gehäuse für ein elektronische und optische Komponenten umfassendes optisches Messsystem (1) mit einem Gehäusegrundkörper (11), welcher die elektronischen und optischen Komponenten zum Schutz der innerhalb des Gehäuses angeordneten Komponenten vor den außerhalb des Gehäuses herrschenden Umgebungsbedingungen umhüllt und einen Strahlungseingang (5) für Licht umfasst, wobei der Strahlungseingang (5) durch zumindest eine der optischen Komponenten, welche nachträglich auch zusammenfassend als Optik bezeichnet werden, derart verschließt, dass die Umhüllung geschlossen und ein Lichteinfall im gewünschten Wellenlängenbereich möglich ist, dadurch gekennzeichnet, das s das Gehäuse im Bereich des Strahlungseingangs (5) einen Gehäusedom (21) aufweist, welcher mit dem Gehäusegrundkörper (11) verbunden ist, so dass er, in Strahlungseingangsrichtung betrachtet, vor dem Strahlungseingang (5) liegt und zumindest in diesem Bereich einen für den gewünschten Wellenlängenbereich transparenten Gehäuseabschnitt, nachfolgend als Fenster (27) bezeichnet, aufweist.
Gehäuse eines optischen Messsystems (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedom (21) mittels geeigneter Verbindungsmittel mit dem Gehäusegrundkörper lösbar verbunden ist.
Gehäuse eines optischen Messsystems (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a durch gekennzeichnet, das s der Gehäusedom (21) einen Adapter (17) umfasst, welcher ausgebildet ist zur Adaption der Gestalt und/oder Größe des Strahlungseingangs (5) an die Ausführung des Gehäusedoms (21).
Gehäuse eines optischen Messsystems (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a durch gekennzeichnet, das s die Verbindung zwischen dem Gehäusegrundkörper (11) und dem Gehäusedom (21) ein Dichtmittel (29) umfasst, welches geeignet ist, den Raum zwischen der den Strahlungseingang (5) verschließenden optischen Komponente und dem Fenster (27) des Gehäusedoms (21), nachfolgend auch vereinfacht als Zwischenraum bezeichnet, gegenüber anliegenden Fluiden und/oder Staub abzudichten.
Gehäuse eines optischen Messsystems (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das s der Gehäusedom (21) Mittel zur Belüftung des Zwischenraumes und/oder zum Druckausgleich zwischen dem Zwischenraum und der Umgebung des Gehäusedoms (21) aufweist.
Gehäuse eines optischen Messsystems (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Belüftung und/oder zum Druckausgleich fluid- und/oder staubdicht ausgebildet sind.
Gehäuse eines optischen Messsystems (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Belüftung und/oder zum Druckausgleich ausgebildet sind zur selbsttätigen Belüftung und/oder zum selbsttätigen Druckausgleich.
Optisches Messsystem zur Erfassung von Daten aus der Umgebung des Messsystems (1) mittels optischer und elektronischer Komponenten, welches besagte optische und elektronische Komponenten umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass diese durch ein Gehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche umschlossen sind.
Verfahren zur Herstellung eines optischen Messsystems (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , dass ein bestehendes Messsystem mit einem Gehäusedom (21) unter Ausbildung eines Gehäuses gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ergänzt wird.