-
Stand der Technik
-
Die Erfindung betrifft eine Kameraanordnung, insbesondere in einem Kraftfahrzeug.
-
Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 199 17 438 A1 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, wobei die Schaltungsanordnung ein Objektiv und eine Leiterplatte und einen auf dieser angeordneten Bildaufnehmer umfasst. Ferner wird ein Objektivhalter zur Aufnahme und Befestigung von optischen Elementen vorgeschlagen. Hinweise auf eine genau einstellbare Kameraanordnung fehlen in der
DE 199 17 438 A1 .
-
WO 98/28651 beschreibt einen optischen Adapter zur Steuerung eines Winkels einer Fokussierebene. Es wird vorgeschlagen, einen Teil eines Objektivs in einer Balgenstruktur oder einer Gelenkstruktur auszubilden, so dass eine Linsengruppe relativ zu einem Bildsensor räumlich verschwenkt werden kann.
-
DE 200 00 242 U1 beschreibt eine fotographische Kamera. Die Kamera weist eine Objektivstandarte, eine Bildstandarte und sechs in ihren Längen veränderliche Streben auf. Jede Strebe ist durch je zwei Gelenke mit den Standarten beweglich verbunden. Dabei können die Gelenke beispielsweise als Kugelgelenke ausgebildet sein.
-
DD 72212 A5 beschreibt eine Fassung zur schwenkbaren Befestigung eines Objektivs an einer einäugigen Spiegelreflexkamera. Es wird vorgeschlagen, dass für eine Schwenkverstellung des Objektivs bis in einen Bereich, in dem Aufnahmen unter Ausnutzung der Scheimpflugschen Regel möglich sind, ein mit einer Fassung für das Objektiv versehene Halterungsteil über ein feststellbares Gelenk, dessen Schwenkachse die optische Achse der Kamera innerhalb des Gelenks schneidet, mit einem am Objektivträger der Kamera befestigbaren Anschlussring oder einem Anschlussbajonett verbunden ist und vorzugsweise der die Objektivfassung tragende Halterungsteil ein das Objektiv umschließendes Rohr aufweist, das gemeinsam mit dem Objektiv gegenüber dem Gelenk in Richtung der Objektivachse verstellbar ist. Ferner wird vorgeschlagen, dass das Gelenk aus zwei Kugelschalen aufgebaut werden kann.
-
Vorteile der Erfindung
-
Die nachfolgend beschriebene Kameraanordnung, wobei die Objektivaufnahme und das Objektiv ein Kugelgelenk bilden, hat den Vorteil, dass der Taumelausgleich der Kameraanordnung einfach durchführbar ist. Ferner stellt die vorgeschlagene Kameraanordnung einen einfachen Aufbau bei gleichzeitig hoher Genauigkeit der Kameraanordnung vor. Ungenauigkeiten im Gehäuse und/oder in Gehäuseteilen und/oder in Leiterplatten und/oder in Verbindungen, wie Klebungen und/oder Gewinden, und/oder toleranzbehaftete Optikeinheiten bewirken eine lange Toleranzkette mit insgesamt großen Toleranzen. Um diese Toleranzen klein zu Balten ist es denkbar, hohe Genauigkeiten durch einen großen Aufwand in der Konstruktion und der Herstellung der Komponenten zu erreichen, indem Bauteile, wie Stifte und/oder Anschlagkanten, mit kleinen Toleranzen und damit hoher Maßhaltigkeit verwendet werden. Diese Lösungsmöglichkeiten sind in Allgemeinen mit erhöhten Kosten bei der hochgenauen Produktion verbunden. Die nachfolgend beschriebene Kameraanordnung trägt zu niedrigen Kosten bei, da die Anforderungen der Komponenten an die Maßhaltigkeit, also die Genauigkeit der Maße der verwendeten Komponenten, klein sind, indem die nachfolgend beschriebene Kameraanordnung einen fertigungstechnischen Ausgleich der bekannten Toleranzen ermöglicht. Ein fertigungstechnischer Ausgleich der bekannten Toleranzen ist bei hohen Stückzahlen, wie sie bei Massen- und/oder Serienproduktionen vorliegen, kostengünstig. Die nachfolgend beschriebene Kameraanordnung wird aufgrund der kompakten und robusten Bauweise, sowie des niedrigen Preises in der Serienproduktion erfindungsgemäß in einem Kraftfahrzeug eingesetzt. Die nachfolgend beschriebene Kameraanordnung ist insbesondere als Komponente für Nachtsichtsysteme und/oder Fahrerassistenzsysteme und/oder Rückfahrsysteme geeignet.
-
Erfindungsgemäß ist die Objektivaufnahme als Pfanne des Kugelgelenks und das Objektiv als Kopf des Kugelgelenks ausgebildet.
-
Ferner hat die nachfolgend beschriebenen Kameraanordnung, wobei die Objektivaufnahme drei oder wenigstens drei ringförmige, konzentrisch angeordnete Führungsbahnen mit jeweils einem einzigen Gewindegang aufweist, den Vorteil, dass die Einstellung der Fokussierung einfach durchführbar ist.
-
Besonders vorteilhaft ist, dass sich die Führungsbahnen in Nuten befinden, da hierdurch eine Begrenzung des Kippens des Objektives in der Objektivaufnahme festgelegt wird.
-
Vorteilhaft ist ferner, dass die Objektivaufnahme Teil des Gehäuses ist, da hierdurch eine besonders kompakte und leichte Bauform der Kameraanordnung erreicht wird.
-
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren und aus den abhängigen Patentansprüchen.
-
Zeichnung
-
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert.
-
Es zeigen:
-
1 eine erste Ansicht der Kameraanordnung des bevorzugten Ausführungsbeispiels,
-
2 eine zweite Ansicht der Kameraanordnung des bevorzugten Ausführungsbeispiels,
-
3 eine dritte Ansicht der Kameraanordnung des bevorzugten Ausführungsbeispiels,
-
4 eine Aufsicht der Objektivaufnahme der Kameraanordnung des bevorzugten Ausführungsbeispiels,
-
5 eine erste Zeichnung zur Verdeutlichung der Auflageflächen der Objektivaufnahme beim bevorzugten Ausführungsbeispiel,
-
6 eine zweite Zeichnung zur Verdeutlichung der Auflageflächen der Objektivaufnahme beim bevorzugten Ausführungsbeispiel,
-
7 eine Ansicht einer Variante der Kameraanordnung des bevorzugten Ausrührungsbeispiels.
-
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
-
Nachfolgend wird eine Kameraanordnung, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, beschrieben. Die Kameraanordnung umfasst eine Objektivaufnahme und ein Objektiv, die zusammen ein Kugelgelenk bilden. Alternativ oder zusätzlich weist die Objektivaufnahme drei ringförmige, konzentrisch angeordnete Führungsbahnen mit jeweils einem Gewindegang auf. In den Führungsbahnen liegt jeweils wenigstens ein Lager des Objektivs auf.
-
Kameraanordnungen, die für den automobilen Einsatz vorgesehen sind, müssen einerseits sehr robust, zugleich aber auch sehr genau sein. Gleichzeitig ist ein weiteres Kriterium, dass die Kameraanordnungen preiswert sind. Bei Kameraanordnungen ist neben der notwendigen lateralen Ausrichtung des Photodiodenfeldes (Imagerchip, Bildsensorchip) zur Optik (Optikeinheit) die orthogonale Ausrichtung des Imagerchips zum Objektiv der Optikeinheit erforderlich. Der Schärfentiefenbereich in dem sich das Photodiodenfeld befindet hat eine Ausdehnung von etwa 20 μm, wobei dieser Schärfentiefenbereich von der Brennweite und/oder der Blende abhängt. Die optimale Ebene für den Imagerchip ist demnach die Schnittfläche des Schärfentiefenbereiches. Diese Einstellung findet vorzugsweise bei Raumtemperatur 20°C statt, so dass der durch Materialausdehnung erzeugte Hub bei Temperaturschwankungen zwischen –40°C und +85°C den Schärfentiefenbereich nicht verlässt. Ferner ist ein Ausgleich einer von der Imager-Normalen abweichenden optischen Achse erforderlich. Dieser Ausgleich wird als Taumelausgleich bezeichnet.
-
Die Ausrichtung und/oder Justierung in Bezug auf Bildschärfe und/oder Verkippen der optischen Achse (Taumelausgleich) wird durch eine Rückkopplung mit dem Bildsensor durchgeführt. Die Rückkopplung ergibt sich durch den Betrieb des Bildsensors durch ein aufgenommenes und übertragenes Bild, das in einer nachfolgenden Verarbeitungseinheit und/oder einem Rechner ausgewertet wird. Dieser Fertigungsschritt befindet sich am Ende der Montagelinie zur Herstellung der Kameraanordnung.
-
Durch die nachfolgend vorgeschlagene Gestaltung der Objektivaufnahme wird durch Kippen und Drehen des Objektivs in der Objektivaufnahme das Taumeln ausgeglichen und/oder die Fokussierung vorgenommen.
-
1 zeigt als erste Ansicht der Kameraanordnung des bevorzugten Ausführungsbeispiels einen Querschnitt der Kameraanordnung, bestehend aus einem Objektiv 17 und einer Objektivaufnahme 4. Ferner besteht die Kameraanordnung aus einer Bildsensoreinheit. Die Bildsensoreinheit setzt sich aus der Leiterplatte 5 und einem Imager 8 (Bildsensor) zusammen. Der Imager 8 umfasst wiederum einen Imagerchip 2 und eine Schutzabdeckung 7. Auf der Leiterplatte 5 befindet sich ferner die funktionsfähige Elektronik und eine Buchse zur Übertragung von Daten, beispielsweise Bilddaten, und Energie. Der Imager 8 enthält den Imagerchip 2 mit dem lichtempfindlichen Silizium. Auf dem Imagerchip 2 ist eine lichtdurchlässige Schutzabdeckung 7 angebracht, die planparallel zum Imagerchip 2 ist. Im bevorzugten Ausführungsbeispiels ist die Objektivaufnahme 4 auf der Leiterplatte 5 befestigt, insbesondere geklebt. Zur maßgenauen Positionierung der Optik 1 zum Imagerchip 2 weist das Objektiv 17 eine Kegelform mit halbkugelförmiger Unterseite 3, in Form einer Kugelkappe, auf. Die Objektivaufnahme 4 für das Objektiv 17 ist in Bezug zu der halbkugelförmigen Unterseite 3 des Objektivs 17 der Negativabdruck, also eine umgekehrte Kugelkappe. Im bevorzugten Ausführungsbeispiels ist das Objektiv 17 mit dem Gehäuse 6 verbunden, insbesondere durch eine Klebeverbindung 11. Zusätzlich oder alternativ ist zwischen dem Objektiv 17 und dem Gehäuse 6 eine Dichtung 10 angebracht. Ferner ist in 1 die optische Achse 20 eingezeichnet, die im wesentlichen durch die Symmetrieachse der Optik 1 festgelegt ist. Die Objektivaufnahme 4 und das Objektiv 17 bilden ein Kugelgelenk, wobei im bevorzugten Ausführungsbeispiel die Objektivaufnahme 4 als Pfanne des Kugelgelenks und das Objektiv 17 als Kopf des Kugelgelenks ausgebildet sind. In der halbkugelartigen, also kugelkappenartigen, Verbindung zwischen Objektiv 17 und Objektivaufnahme 4 befinden sich im bevorzugten Ausführungsbeispiel drei konzentrische Führungsbahnen 12 als Auflage. Dabei ist jeder Abschnitt Teil der Kugelform. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel befinden sich die Führungsbahnen 12 in Nuten 16 mit dazwischenliegenden Stegen 14. Das Objektiv 17 bewegt sich beim Verdrehung um die optische Achse 20 auf dem durch die Führungsbahnen 12 festgelegten Schnecken- bzw. Gewindegang nach oben, wobei die Fokussierung durchführbar ist. Die Verdrehung kann konstruktionsbedingt nur bis 360° erfolgen, da dann der Anfangszustand wieder eingenommen wird und das Objektiv 17 über die in 3 dargestellten Absätze 13 um die Gewindehöhe nach unten sackt. Der Gewindegang muss in der Größenordnung des Toleranzbereichs liegen, um die Fokussierung durchführen zu können. Bei der Durchführung der Fokussierung wird vorzugsweise am unteren Ende des Toleranzbereiches begonnen und es wird in den optimalen Fokus gedreht. Ferner wird im bevorzugten Ausführungsbeispiel der laterale Versatz der optischen Achse 20 zum Zentrum der Bildfläche des Imagerchips 2 durch Verschieben der Objektivaufnahme 4 auf der Leiterplatte 5 vorgenommen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das ausgerichtet Objektiv 17 mit der Optik 1 über eine Klebeverbindung mit dem Gehäuse 6 verklebt und damit fixiert. Zur vorherigen Fixierung vor dem endgültigen Aushärten wird ein UV-empfindlicher Klebstoff, also ein Klebstoff der mittels Ultravioletter Strahlung aushärtet, verwendet. Hierbei wird, wie aus 1 ersichtlich, die Bildsensoreinheit und die Objektivaufnahme 4 nach dem Aushärten im Gehäuse 6 lediglich über das Objektiv 17 gehalten. Zur Herstellung der Kameraanordnung des bevorzugten Ausführungsbeispiels nach 1 wird die Objektivaufnahme 4 mit Klebstoff auf die Leiterplatte 5 aufgesetzt. Anschließend wird das Objektiv 17 mit Klebstoff in die Objektivaufnahme 4 eingesetzt. Durch Drehen und/oder Kippen und/oder Verschieben werden die beiden Teile Objektiv 17 mit Objektivaufnahme 4 mit Hilfe eines in einer Verarbeitungseinheit ablaufenden Einstellalgorithmus ausgerichtet. Im folgenden Verfahrensschritt wird der Klebstoff mittels Bestrahlung mit Ultravioletter Strahlung, einem UV-Flash, fixiert und ausgehärtet.
-
2 zeigt als zweite Ansicht der Kameraanordnung des bevorzugten Ausführungsbeispiels die Verbindung zwischen Objektiv 17 und Objektivaufnahme 4. Die Lager 15, die in den Führungsbahnen 12 aufliegen, sind derart ausgebildet, dass eine Verschwenkbewegung 23, entsprechend der Funktion eines Kugelgelenks, der optischen Achse 20 des Objektivs 17 relativ zur Objektivaufnahme 4 durchführbar ist. Ferner ist in 2 dargestellt, dass sich die Führungsbahnen 12 in Nuten 16 befinden, wobei die Nuten 16 durch Stege 14 begrenzt sind. Die Differenz der Breite der Nuten 16 zur Breite der Lager 15 legt die maximal mögliche Verschwenkbewegung 23 fest. Damit bestimmt diese Steg-Nut-Verbindung die Verkippung des Kugelgelenks und damit den möglichen Taumelausgleich.
-
3 zeigt als dritte Ansicht der Kameraanordnung des bevorzugten Ausführungsbeispiels eine schematische Aufsicht der Objektivaufnahme 4, wobei lediglich die Führungsbahnen 12 ohne die Nuten und Stege dargestellt sind. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Objektivaufnahme 4 drei ringförmige, konzentrisch angeordnete Führungsbahnen 12 mit jeweils einem einzigen Gewindegang auf. Da jeder Ring einen Gewindegang darstellt, befindet sich an einer Stelle jeder Führungsbahn 12 ein Absatz 13, der gerade die Höhe des Gewindeganges hat. Im bevorzugten Ausführungsbeispiels sind die Absätze 13 um 120° auf dem Umfang versetzt angeordnet. Ferner ist die Höhe des Gewindeganges und somit auch die Höhe der Absätze 13 bei allen drei Führungsbahnen 12 gleich.
-
4 zeigt als vierte Ansicht der Kameraanordnung des bevorzugten Ausführungsbeispiels eine Aufsicht der Objektivaufnahme mit den drei ringförmig, konzentrisch um die optische Achse 20 angeordneten Führungsbahnen 12 mit den Absätzen 13.
-
5 zeigt eine erste Zeichnung zur Verdeutlichung der Auflageflächen 18 der Objektivaufnahme beim bevorzugten Ausführungsbeispiel. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Lager des Objektivs im wesentlichen der Negativabdruck der Führungsbahnen 12 der Objektivaufnahme, gleichwohl die Lager in der Breite kleiner als die Führungsbahnen sind, um ein genügend großes Spiel in den Nuten zu haben. Bei einer Umdrehung um 180° liegen 50% der Flächen eines Lagers des Objektivs auf. Die Auflageflächen 18 auf jeder Führungsbahn 12, sowie die optische Achse 20 sind in 5 eingetragen.
-
6 zeigt eine zweite Zeichnung zur Verdeutlichung der Auflageflächen 18 der Objektivaufnahme beim bevorzugten Ausführungsbeispiel. Durch den Versatz ergibt sich bei 350° eine Auflage nach Art eines Dreibeins 19. Die Auflageflächen nach Art des Dreibeins 18 auf jeder Führungsbahn 12, sowie die optische Achse 20 sind in 6 eingetragen.
-
7 zeigt eine Ansicht einer Variante der Kameraanordnung des bevorzugten Ausführungsbeispiels, bestehend aus einem Objektiv 17 und einer Objektivaufnahme 4. In dieser Variante ist die Objektivaufnahme 4 Bestandteil des Gehäuses 6. Auch in dieser Variante besteht die Kameraanordnung ferner aus einer Bildsensoreinheit. Die Bildsensoreinheit setzt sich aus der Leiterplatte 5 und einem Imagerchip 2 zusammen. Der Imagerchip 2 ist über Bonddrähte mit der Leiterplatte 5 verbunden. Auf der Leiterplatte 5 befindet sich ferner die funktionsfähige Elektronik und eine Buchse zur Übertragung von Daten, beispielsweise Bilddaten, und Energie. Die Leiterplatte 5 wird über eine Schraubverbindung mittels Schrauben 21 an Abstandsbolzen 22 des Gehäuses 6 befestigt. In dieser Variante des bevorzugten Ausführungsbeispiels wird das ausgerichtet Objektiv 17 mit der Optik 1 über eine Klebeverbindung 11 mit dem Gehäuse 6 verklebt und damit fixiert. Zur vorherigen Fixierung vor dem endgültigen Aushärten wird ein UV-empfindlicher Klebstoff verwendet. Zur maßgenauen Positionierung der Optik 1 zum Imagerchip 2 weist das Objektiv 17 auch in dieser Variante des bevorzugten Ausführungsbeispiels eine Kegelform mit halbkugelförmiger Unterseite 3, in Form einer Kugelkappe, auf. Die Objektivaufnahme 4 weist die oben beschriebenen ringförmigen, konzentrische angeordneten Führungsbahnen auf. Ferner ist in 7 die optische Achse 20 eingetragen.
-
In einer Variante des bevorzugten Ausführungsbeispiels werden die Lager durch standbeinartige Flächen gebildet, die derart gestaltet sind, dass die Lager auf den Führungsbahnen gleiten können.
-
Die beschriebene Kameraanordnung ist für CCD-Bildsensoren und/oder CMOS-Bildsensor als Imager geeignet.
-
Das vorgeschlagene Kugelgelenk und die wenigstens drei ringförmig angeordneten Führungsbahnen mit jeweils einem Gewindegang werden in weiteren Varianten des bevorzugten Ausführungsbeispiels einzeln eingesetzt.
