DE112008001917B4

DE112008001917B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Montage und Justage einer Bildaufnehmereinheit

Info

Publication number: DE112008001917B4
Application number: DE112008001917.7T
Authority: DE
Inventors: Andreas Gruber; Torsten Blaetter
Original assignee: ADC Automotive Distance Control Systems GmbH
Current assignee: ADC Automotive Distance Control Systems GmbH
Priority date: 2007-10-27
Filing date: 2008-10-18
Publication date: 2021-09-23
Anticipated expiration: 2028-10-19
Also published as: WO2009052793A1; DE112008001917A5; DE102007051461A1

Abstract

Verfahren zur Montage und Justage einer Bildaufnehmereinheit, wobei das Verfahren umfassta) entlang einer optischen Achse (160) eines Objektivs ein Target (120), das Objektiv (11), einen Objektivhalter (12) und ein Bildaufnehmerelement (13) anzuordnen, wobei eine Ausrichtung des Targets zur optischen Achse hinsichtlich eines lateralen Versatzes und der Rechtwinkligkeit zwischen der Fläche des Targets und der optischen Achse gewährleistet und derart fixiert wird, dass das Target (120) in seinem Zentrum von der optischen Achse (160) senkrecht geschnitten wird;b) die Lage des Targets (120) und des Objektivs (11) in einer zur optischen Achse (160) senkrechten Ebene konstantzuhalten;c) das Bildaufnehmerelement (13) in Richtung der optischen Achse solange zu verfahren, dass das Target (120) scharf oder mit einer definierten Schärfe auf dem Bildaufnehmerelement (13) abgebildet wird, und den Abstand zwischen Objektiv (11) und Bildaufnehmerelement (13) anschliessend konstantzuhalten;d) das Bildaufnehmerelement (13) lateral, in einer zur optischen Achse (160) senkrechten Ebene (152, 153) derart zu verfahren, dass das Zentrum des Targets (120) in einer Mitte des Bildaufnehmerelements (13) abgebildet wird;e) den Objektivhalter (12) unter Beibehaltung der relativen Position von Bildaufnehmerelement (13) und Objektiv (11) mit dem Bildaufnehmerelement (13) in Verbindung zu bringen und das Bildaufnehmerelement (13) und den Objektivhalter (12) aneinander zu befestigen, wobei der Objektivhalter (12) und das Objektiv (11) einen Schiebesitz miteinander ausbilden, derart, dass die beiden Elemente in Richtung der optischen Achse (160) zueinander verschieblich sind;f) das Objektiv (11) am Objektivhalter (12) zu befestigen, wobei die Schritte a) bis f) in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und eine Vorrichtung zur Montage und Justage einer Bildaufnehmereinheit gemäß Anspruch 1 bzw. 6.
Bei der Montage von Bildaufnehmereinheiten in großen Stückzahlen muss eine Ausrichtung eines Bildaufnehmerelementes zu einem Objektiv sowohl hinsichtlich des Fokus als auch hinsichtlich der lateralen Position in der Bildebene erfolgen. Bekannt ist im Stand der Technik, die miteinander zu verbindenden Komponenten mit mechanischen Ausrichtemerkmalen wie Zapfen, Bohrungen, Anschlägen und dergleichen aufzustatten. Dies ermöglicht eine Reduzierung des Fehlers bis zu einem gewissen Grade.
Soll darüber hinaus eine Verbesserung der Abbildungsqualität erreicht werden, so ist eine individuelle Ausrichtung von Objektiv und Bildaufnehmerelement erforderlich. Bei großen Stückzahlen und unter einem gewissen Kostendruck muss dieser Justage- und Montagevorgang sehr effizient bewerkstelligt werden.
Aus der WO 2005/015897 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Bildaufnahmesystems bekannt, bei dem ein Bildaufnehmerelement bzw. Bildsensor mit einer Schutzabdeckung an Abstandshalter in einem Gehäuse unterhalb eines Zylinderlochs gedrückt wird, anschließend ein Objektiv in das Zylinderloch eingedreht wird, bis ein Target scharf auf dem Bildsensor abgebildet ist, und dann der Bildsensor in einer zur optischen Achse senkrechten Ebene verfahren wird, bis die Hauptachse des Bildsensors und des Objektivs ausgerichtet sind. Als letzter Verfahrensschritt wird der Bildsensor relativ zum Gehäuse mittels Befestigungsmitteln fixiert.
Weitere Verfahren zur Herstellung von Bildaufnahmesystemen bzw. Kameras sind aus der JP 2006-128755 A , der DE 10 2004 044 503 A1 , der DE 10 2004 034 076 A1 und der EP 1 471 730 A1 bekannt.
Aus der DE102005006756A1 ist ein Bildaufnahmesystem, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, und ein Verfahren zur Herstellung eines Bildaufnahmesystems bekannt. Das Bildaufnahmesystem umfasst dabei einen Bildsensor, ein optisches Modul, ein Gehäuse sowie einen Träger für den auf einer Leiterplatte befestigten Bildensor.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Montage und Justage einer Bildaufnehmereinheit vorzuschlagen, die eine genaue Justage und eine schnelle und effiziente Montage von Bildaufnehmereinheiten ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Montage und Justage einer Bildaufnehmereinheit mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und eine entsprechende Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 6 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß einer Ausführungsform ein Verfahren, das folgende Schritte umfasst

a) entlang einer optischen Achse eines Objektivs ein Target, das Objektiv, einen Objektivhalter und ein Bildaufnehmerelement anzuordnen, wobei eine Ausrichtung des Targets zur optischen Achse hinsichtlich eines lateralen Versatzes und der Rechtwinkligkeit zwischen der Fläche des Targets und der optischen Achse gewährleistet und derart fixiert wird, dass das Target in seinem Zentrum von der optischen Achse senkrecht geschnitten wird;
b) die Lage des Targets und des Objektivs in einer zur optischen Achse senkrechten Ebene konstantzuhalten;
c) das Bildaufnehmerelement in Richtung der optischen Achse solange zu verfahren, dass das Target scharf oder mit einer definierten Schärfe auf dem Bildaufnehmerelement abgebildet wird, und den Abstand zwischen Objektiv und Bildaufnehmerelement konstantzuhalten;
d) das Bildaufnehmerelement lateral, in einer zur optischen Achse senkrechten Ebene derart zu verfahren, dass das Zentrum des Targets in der Mitte des Bildaufnehmerelements abgebildet wird;
e) den Objektivhalter unter Beibehaltung der relativen Position von Bildaufnehmerelement und Objektiv mit dem Bildaufnehmerelement in Verbindung zu bringen und das Bildaufnehmerelement und den Objektivhalter aneinander zu befestigen;
f) das Objektiv am Objektivhalter zu befestigen.

Bei dem oben angegebenen Verfahren kann durch den Objektivhalter eine gewisse Variabilität der Entfernungseinstellung zwischen Objektiv und Bildaufnehmerelement hergestellt werden. Erfindungsgemäß bilden dabei der Objektivhalter und das Objektiv einen Schiebesitz miteinander aus, derart, dass die beiden Elemente in Richtung der optischen Achse zueinander verschieblich sind.
Hierbei kann das Spiel des Schiebesitzes in Querrichtung, das heisst in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse, derart bemessen sein, dass einerseits eine gute Führung der beiden Bauelemente in dieser Ebene gewährleistet ist, und andererseits eine hinreichend leichtgängige Verschieblichkeit in Richtung der optischen Achse gewährleistet ist. Das hierzu notwendige Sollspiel in Verbindung mit einer zulässigen Toleranz kann in Abhängigkeit von den verwendeten Werkstoffen, der geforderten Genauigkeit der Justage und anderen Parametern bestimmt werden. Insbesondere soll dieses Spiel klein genug sein, damit eine Verbindung von Objektiv und Objektivhalter, beispielsweise durch Verkleben, möglich ist. Beispielsweise kann das Objektiv eine Aussenkontur mit einem kreisförmigen Querschnitt aufweisen, und der Objektivhalter einen zylindrischen Innenquerschnitt, welcher im Wesentlichen, insbesondere mit einem geringen Übermass von zum Beispiel einigen 1/100 mm dem Aussendurchmesser des Objektivs an seinem dem Bildaufnehmerelement zugewandten Ende entspricht, derart, dass ein Schiebesitz zwischen Objektivhalter und Objektiv entsteht.
Der Objektivhalter ist in einer Ausführungsform des Verfahrens während des Justagevorgangs in einer zur optischen Achse senkrechten Ebene verschieblich und insbesondere schwimmend gelagert; dies vereinfacht es erheblich, den Objektivhalter und das Objektiv zur Herstellung des Schiebesitzes bei geringem Spiel ineinander einzuführen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die oben angegebenen Schritte a) bis d) und weiterhin alle Schritte a) bis f) in der angegebenen Reihenfolge auszuführen.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens umfasst, das Bildaufnehmerelement um die optische Achse oder um eine zur optischen Achse parallele Achse zu drehen. Die Drehung erfolgt insbesondere relativ zum Target und relativ zu den anderen Elementen der Bildaufnehmereinheit. Hierbei wird insbesondere die Rotationslage des Objektivhalters um die optische Achse unverändert beibehalten. Mit diesem Einstellschritt kann ein sogenannter „Rollwinkel“ der Bildaufnehmereinheit ausgeglichen werden, derart, dass das Bildaufnehmerelement bei zusammengesetzter Bildaufnehmereinheit so justiert ist, dass eine eindeutige und definierte Zuordnung von Achsen des Bildaufnehmerelementes zu Raumrichtungen bzw. Winkellagen bezüglich der optischen Achse möglich ist. Dies vereinfacht im späteren Einsatz die Weiterverarbeitung der entsprechenden Signale der Bildaufnehmereinheit, oder ist gar eine notwendige Voraussetzung für eine sinnvolle Weiterverarbeitung der Signale. Dieser Einstellschritt wird beispielsweise zwischen den Schritten c) und d) ausgeführt. Er kann auch an einer anderen Stelle des Verfahrens, so zum Beispiel zwischen den Schritten d) und e) ausgeführt werden. Letzteres bedarf aber einer entsprechenden Möglichkeit, als Drehachse auch tatsächlich die optische Achse zu treffen, weil ansonsten die Zentrierung des Bildaufnehmerelementes zur optischen Achse wieder dejustiert wird, oder es müssen die Einstellung der Winkellage um die optische Achse und die laterale Zentrierung durch eine Verschiebung in einer zur optischen Achse senkrechten Ebene iterativ mehrfach vorgenommen werden. Die erstgenannte Möglichkeit hingegen erfordert selbstverständlich, dass die laterale Einstellung vorab wenigstens schon eine Abbildung des Targets auf dem Bildaufnehmerelement gewährleistet.
Zur Ausführung dieses Schritts weist das Target mit Vorteil einen Drehrichtungsindikator auf, das heisst, das Target weist wenigstens eine sich in einer bestimmten Drehwinkellage bezüglich der optischen Achse erstreckende und eindeutig identifizierbare Struktur auf. Die Abbildung dieser Struktur ist dann auf dem Bildaufnehmerelement zuordenbar und kann zur Bestimmung der Drehwinkellage herangezogen werden.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, vor Beginn des Justagevorgangs das Bildaufnehmerelement mit einer Auswerteelektronik zu verbinden und während des gesamten Justagevorgangs das aufgenommene Bild auszuwerten. Dies ermöglicht es, in einer Weiterbildung des Verfahrens während der Auswertung einen Soll-Ist- Vergleich des aufgenommenen Bildes mit einem Referenzbild vorzunehmen, und/oder die Verschiebung und/oder Drehung der Komponenten zueinander automatisiert anhand des aufgenommenen Bildes durch einen Justagealgorithmus vorzunehmen.
Selbstverständlich können die beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens auch untereinander kombiniert werden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens der oben beschriebenen Art. Eine solche Vorrichtung umfasst grundlegend eine Vorrichtung zur Befestigung und/oder Justage des Targets, eine Aufnahmevorrichtung für das Objektiv, eine Aufnahmevorrichtung für den Objektivhalter und eine Aufnahmevorrichtung für das Bildaufnehmerelement. Diese Elemente sind in Richtung einer optischen Achse in der angegebenen Reihenfolge angeordnet. Wenigstens die Aufnahmevorrichtung für das Objektiv, die Aufnahmevorrichtung für den Objektivhalter, und die Aufnahmevorrichtung für das Bildaufnehmerelement sind in Längsrichtung der optischen Achse relativ zueinander verschiebbar. Die Aufnahmevorrichtung für das Bildaufnehmerelement ist in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse verschiebbar. Dabei ist die optische Achse als die optische Achse eines bestimmungsgemäss in der Aufnahmevorrichtung für das Objektiv eingelegten Objektivs definiert.
Grundsätzlich umfasst die Vorrichtung demnach Aufnahmeelemente für jedes der Bauelemente der Bildaufnehmereinheit sowie für ein Target. Die Aufnahmeelemente sind an einem tragenden Element oder Grundelement, beispielsweise einem im Wesentlichen parallel zur optischen Achse verlaufenden Träger, derart verschiebbar gelagert, dass die an den Aufnahmeelementen bestimmungsgemäss gehaltenen Bauelemente relativ zueinander in den durch das Verfahren geforderten Richtungen verschiebbar sind.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Aufnahmeelemente und die zur Montage und Justage vorgesehenen Bauelemente derart aufeinander abgestimmt, dass die Fixierung eines Bauelementes an einem Aufnahmeelement von selbst in einer definierten Lage des Bauelementes in der Vorrichtung resultiert. Dies wird in einer Ausführungsform der Vorrichtung durch geeignet aufeinander abgestimmte Formelemente, wie zum Beispiel Prismen, an den Bauelementen und den jeweils zur Aufnahme der Bauelemente vorgesehenen Befestigungselementen erreicht.
In einer Ausführungsform der Vorrichtung sind die Aufnahmevorrichtung für das Objektiv und die Aufnahmevorrichtung für den Objektivhalter derart aufeinander ausgerichtet, dass jeweils die optischen Achsen eines in die entsprechende Aufnahmevorrichtung bestimmungsgemäss eingelegten Objektivs und Objektivhalters wenigstens näherungsweise zusammenfallen, oder miteinander in Übereinstimmung gebracht werden können. Zwar weist der Objektivhalter, der keine optischen Komponenten umfasst, streng genommen keine optische Achse auf; jedoch weist der Objektivhalter eine bestimmte Positionierung in einer senkrecht zur optischen Achse liegenden Ebene und eine Ausrichtung auf, in der er in einer Endbaulage mit dem Objektiv verbunden sein soll. Der Fachmann verbindet daher die „optische Achse des Objektivhalters“ zwanglos mit der Achse, die in der Endlage durch die optische Achse des Objektivs definiert ist. Es ist dies zum Beispiel die Mittelachse eines Tubus. Dabei ist in einer Ausgestaltung die Aufnahmevorrichtung für den Objektivhalter in einer zur optischen Achse senkrechten Ebene schwimmend gelagert angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform ist die Aufnahmevorrichtung sowohl hinsichtlich der planaren Lage in einer zur optischen Achse senkrechten Ebene als auch hinsichtlich der Winkelorientierung eines darin gehaltenen Objektivhalters relativ zur optischen Achse schwimmend gelagert. Damit können die Achsen von Objektiv und Objektivhalter in bestmöglicher Weise miteinander in Übereinstimmung gebracht werden. Dies erleichtert es in der oben angegebenen Weise den Schiebesitz zwischen dem Objektiv und dem Objektivhalter herzustellen.
Das Target stellt in einer Ausgestaltung einen Bestandteil der Vorrichtung dar, und ist derart ausgerichtet, dass die optische Achse senkrecht zur Oberfläche des Targets das Zentrum des Targets durchdringt. Eine solche fixe Anordnung des Targets erleichtert die Justage gesamthaft, da das Target bei jedem Justagevorgang einer Bildaufnehmereinheit bereits fest vorjustiert ist und keinen Justageaufwand mehr erfordert.
Die Aufnahmevorrichtung für das Bildaufnehmerelement ist in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse verschiebbar; insbesondere ist es ausschliesslich in dieser Ebene verschiebbar, wobei unter Verschiebbarkeit hierbei insbesondere eine Verstell- und/oder Justagemöglichkeit zu verstehen ist. Dies muss ganz klar von einer schwimmend gelagerten Anordnung getrennt werden. Diese Verschiebbarkeit in der gesamten Ebene, das heisst in wenigstens zwei und insbesondere genau zwei, beispielsweise zueinander senkrechten, Richtungen, ermöglicht es, die Mitte des Bildaufnehmerelementes auf die optische Achse auszurichten. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung Mittel zur selbsttätigen Verstellung der Aufnahmevorrichtung für das Bildaufnehmerelement in einer zur optischen Achse senkrechten Ebene. Diese Mittel sind beispielsweise Schrittmotoren oder Piezoelemente, hydraulische oder pneumatische Stellelemente, aber auch andere geeignete Mittel. Dies ermöglicht es, bei einer fortwährenden Auswertung des aufgenommenen Bildes des Targets die Justage des Bildaufnehmerelementes auf die optische Achse mittels eines geeigneten Algorithmus zu automatisieren.
Weiterhin wird eine Ausführungsform der Vorrichtung angegeben, bei der die Aufnahmevorrichtung für das Bildaufnehmerelement um die optische Achse oder um eine zur optischen Achse parallele Achse drehbar ausgestaltet ist. In der vorstehend angegebenen Weise sind in einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung Mittel zur selbsttätigen Durchführung der Drehung angeordnet.
Weiterhin sind in einer Ausführungsform die Aufnahmevorrichtungen für das Objektiv und den Objektivhalter parallel zur optischen Achse verschiebbar, und sind insbesondere ausschliesslich parallel zur optischen Achse verschiebbar. Dies ermöglicht die Scharfstellung des Bildes des Target auf dem Bildaufnehmerelement. Auch hier umfasst die Vorrichtung in einer Ausführungsform Mittel zur selbsttätigen Verstellung der Aufnahmevorrichtungen für das Objektiv und/oder den Objektivhalter entlang der optischen Achse. Damit kann einerseits der Objektivhalter selbsttätig auf das Bildaufnehmerelement gesetzt werden, und zum anderen kann der Abstand zwischen dem Objektiv und dem Bildaufnehmerelement automatisch auf eine bestmögliche Abbildungsschärfe eingestellt werden.
Erfindungsgemäß ist also die Aufnahmevorrichtung für das Bildaufnehmerelement sowohl in einer zur optischen Achse senkrechten Ebene als auch in Richtung der optischen Achse verstellbar und justierbar. In diesem Falle kann die Aufnahmevorrichtung für das Objektiv fest angeordnet sein. Die Aufnahmevorrichtung für den Objektivhalter soll hingegen in jedem Falle entlang der optischen Achse wie auch in einer dazu senkrechten Ebene beweglich angeordnet sein. Wie bereits oben angedeutet, umfasst die Vorrichtung in einer weiteren Ausführungsform ein Führungselement, welches parallel zur optischen Achse angeordnet ist, und an welchem die Aufnahmevorrichtungen angeordnet sind.
Weiterhin ist eine beispielhafte Ausführungsform der Vorrichtung offenbart, bei der Mittel zur on-line Auswertung der Signale des Bildaufnehmerelementes angeordnet sind, wobei die Mittel insbesondere eine Auswerteelektronik umfassen. Dies ermöglicht insbesondere die oben beschriebene automatische Justage der Bildaufnehmereinheit mittels automatisierter Verstellelemente.
Die spezifischen Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtung sind untereinander kombinierbar.
Offenbart ist weiterhin ein Verfahren der in den Ansprüchen gekennzeichneten Art unter Verwendung einer vorstehend beschriebenen Vorrichtung. Ein solches Verfahren umfasst beispielsweise, ein Objektiv in die Aufnahmevorrichtung für das Objektiv einzusetzen, einen Objektivhalter in die Aufnahmevorrichtung für den Objektivhalter einzusetzen, ein Bildaufnehmerelement in die Aufnahmevorrichtung für das Bildaufnehmerelement einzusetzen, das Bildaufnehmerelement entlang der optischen Achse derart zu verfahren, dass ein Target scharf auf dem Bildaufnehmerelement abgebildet wird, die Aufnahmevorrichtung für das Bildaufnehmerelement in einer zur optischen Achse senkrechten Ebene derart zu verschieben, dass das Target mittig auf dem Bildaufnehmerelement abgebildet wird, den Objektivhalter unter Beibehaltung der relativen Positionen von Objektiv und Bildaufnehmerelement mit dem Bildaufnehmerelement zu verbinden und zu fixieren, und das Objektiv am Objektivhalter zu fixieren.
Ein weiteres solches Verfahren umfasst, ein Objektiv in die Aufnahmevorrichtung für das Objektiv einzusetzen, einen Objektivhalter in die Aufnahmevorrichtung für den Objektivhalter einzusetzen, ein Bildaufnehmerelement in die Aufnahmevorrichtung für das Bildaufnehmerelement einzusetzen, das Bildaufnehmerelement entlang der optischen Achse derart zu verfahren, dass ein Target scharf auf dem Bildaufnehmerelement abgebildet wird, die Aufnahmevorrichtung für das Bildaufnehmerelement um die optische Achse oder um eine zur optischen Achse parallele Achse derart zu drehen, dass das Target in einer korrekten Drehwinkellage auf dem Bildaufnehmerelement abgebildet wird, wobei insbesondere die Drehwinkellage des Objektivhalters relativ zum Target konstantgehalten wird, die Aufnahmevorrichtung für das Bildaufnehmerelement in einer zur optischen Achse senkrechten Ebene derart zu verschieben, dass das Target mittig auf dem Bildaufnehmerelement abgebildet wird, den Objektivhalter unter Beibehaltung der relativen Positionen von Objektiv und Bildaufnehmerelement mit dem Bildaufnehmerelement zu verbinden und zu fixieren, und das Objektiv am Objektivhalter zu fixieren.
Insbesondere werden die Justageschritte jeweils in der beschriebenen Reihenfolge vorgenommen.
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel.
In der Beschreibung, in den Ansprüchen, in der Zusammenfassung und in den Zeichnungen werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet.
Die Zeichnung(en) zeigt/zeigen in

1 die Elemente einer Bildaufnehmereinheit zur Illustration des Verfahrens; und in
2 eine beispielhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Im Folgenden können gleiche und/oder funktional gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Im Folgenden angegebene absolute Werte und Maßangaben sind nur beispielhafte Werte und stellen keine Einschränkung der Erfindung auf derartige Dimensionen dar.
Anhand der 1 wird nunmehr ein beispielhaftes Verfahren der oben angegebenen Art erläutert. Bei der dargestellten Anordnung werden ein Objektiv 11 und ein Bildaufnehmerelement 13 derart zueinander eingestellt, dass die Abbildung von Gegenständen auf dem Bildaufnehmerelement mittels des Objektivs scharf und mittig auf dem Bildaufnehmerelement erfolgt. Das Verfahren beruht also darauf, den Abstand von Objektiv 11 und dem Bildaufnehmerelement 13 entlang der optischen Achse 160 des Objektivs sowie deren Laterallage in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse entsprechend zu justieren.
Bei dem beispielhaft beschriebenen Verfahren wird das Objektiv in einer Aufnahmevorrichtung 130 gehalten. Diese ist so beschaffen und auf das Objektiv abgestimmt, dass die optische Achse 160 bei jedem Einlegen eines Objektivs in die Aufnahmevorrichtung identisch reproduziert wird.
Eine Aufnahmevorrichtung 150 ist so beschaffen, dass ein Bildaufnehmerelement mit seiner Oberfläche reproduzierbar innerhalb zulässiger Toleranzen senkrecht zur optischen Achse zu liegen kommt. Dazu weist die Aufnahmevorrichtung 150 beispielsweise Mittel 151 auf, welche der Lagefixierung eines auf einem Träger 14 angeordneten Bildaufnehmerlementes 13 dienen. Dabei ist das Bildaufnehmerelement 13 beispielsweise ein Array aus lichtempfindlichen Elementen, und der Träger eine Leiterplatte, welcher beispielsweise die Signale der Bildaufnehmerelemente zu einer geeigneten Interfaceeinrichtung, beispielsweise einem Stecker oder Steckfüsschen, leitet; es können hier auch bereits elektronische Bauelemente zum Betrieb des Bildaufnehmerelementes angeordnet sein. Typischerweise bildet das Bildaufnehmerelement zusammen mit dem Träger eine vorgefertigte Einheit.
Weiterhin ist ein Target 120 angeordnet. Dieses ist beispielsweise im Voraus hinsichtlich der Winkel- und Laterrallage so eingestellt worden, dass die optische Achse 160 eine Normale auf dessen Oberfläche bildet, wobei ein Zentrum des Targets im Schnittpunkt mit der optischen Achse liegt.
Im Übrigen ist in der Zeichnung angedeutet, dass die optische Achse eine Normale sowohl der Oberfläche des Bildaufnehmerelementes wie auch des Targets ist. Weiterhin ist ein Objektivhalter 12 in einer entsprechenden Aufnahmevorrichtung 140 angeordnet. Der Objektivhalter 12 ist hohl und weist eine Innenkontur auf, in welche das Objektiv 11 einführbar und verschieblich ist.
Bei der Justage der Bildaufnehmereinheit wird nun wie folgt vorgegangen:

In einem ersten Schritt wird das Bildaufnehmerelement entlang der optischen Achse verschoben. Dies erfolgt durch ein Verfahren des Bildaufnehmerelementes in Richtung der optischen Achse. Dazu ist die entsprechende Aufnahmevorrichtung beispielsweise entsprechend verschieblich an einem tragenden Element angeordnet, wie dies unten in Verbindung mit 2 erläutert wird.

Eine Ausführungsform des Verfahrens zeichnet sich durch den fakultativen Schritt aus, das Bildaufnehmerelement um die optische Achse beziehungsweise um eine zur optischen Achse parallele Achse zu drehen. Dabei weist das Target beispielsweise einen Richtungsindikator auf, und die Drehung wird derart ausgeführt, bis der Drehrichtungsindikator in einer Soll-Drehwinkellage auf dem Target abgebildet wird. Dieser fakultative Schritt ist beispielsweise dazu geeignet, um einen sogenannten „Rollwinkel“ auszugleichen, der insbesondere beim Aufbringen des Bildaufnehmerelementes auf dem Träger entstanden ist.
Sodann wird das Bildaufnehmerelement in einer senkrecht zur optischen Achse stehenden Ebene solange verfahren bis das Target mittig auf dem Bildaufnehmerelement abgebildet ist. Der Abstand zwischen dem Objektiv und dem Bildaufnehmerelement in Richtung der optischen Achse wird dabei konstantgehalten. Insbesondere wird bei der Durchführung des Verfahrens das Signal des bildaufnehmenden Elementes fortwährend ausgewertet und mit einem Sollwert verglichen. Ein solcher Soll-Ist-Vergleich kann zur Ansteuerung eines Algorithmus dienen, welcher die Justage automatisiert mittels entsprechender Verstellantriebe an den jeweiligen Aufnahmevorrichtungen vornimmt.
Sobald die richtige Relativlage von Objektiv und Bildaufnehmerelement gefunden ist, wird der Objektivhalter 12 unter Beibehaltung der Position sowohl des Objektivs 11 als auch des Bildaufnehmerelementes 13 in Richtung der optischen Achse 160 zum Bildaufnehmerelement hin verfahren und mit diesem in Kontakt gebracht.
Danach wird der Objektivhalter 12 am Bildaufnehmerelement 13 beziehungsweise dem Träger 14 fixiert, und die axiale Lage des Objektivs 11 am Objektivhalter 12 wird fixiert, beispielsweise durch Verkleben.
Danach sind das Bildaufnehmerelement 13, dessen Träger 14, der Objektivhalter 12 sowie das Objektiv 11 fest zu einer korrekt justierten Bildaufnehmereinheit verbunden, welche aus den entsprechenden Aufnahmevorrichtungen 130, 140 und 150 entnommen und weiterverwendet werden kann.
2 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung, wie sie zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens geeignet ist und wie sie ferner oben angegeben ist. Diese umfasst ein tragendes Element 110, an welchem ein Target 120, eine Aufnahmevorrichtung 130 für ein Objektiv, eine Aufnahmevorrichtung 140 für einen Objektivhalter sowie eine Aufnahmevorrichtung 150 für ein Bildaufnehmerelement angeordnet sind. Die Aufnahmevorrichtungen sind beispielsweise derart beschaffen, dass zur Montage vorgesehene Elemente in definierter Ausrichtung zu den Aufnahmevorrichtungen einsetzbar sind. Dabei definiert die optische Achse eines in der Aufnahmevorrichtung 130 bestimmungsgemäß eingesetzten Objektivs eine Achse 160 der Vorrichtung, welche im Rahmen der vorliegenden Offenbarung einfach als optische Achse bezeichnet wird.
Das Target 120 ist derart voreingestellt, dass ein Zentrum des Targets von der optischen Achse geschnitten wird, wobei die optische Achse 160 eine Normale zur Oberfläche des Targets darstellt. Die Aufnahmevorrichtung 150 für das Bildaufnehmerelement umfasst Aufnahmeelemente 151, welche eine definierte Aufnahme des Bildaufnehmerelementes gewährleisten. Dabei ist die Aufnahmevorrichtung wiederum so eingestellt, dass ein bestimmungsgemäß angeordnetes Bildaufnehmerelement so zu liegen kommt, dass die optische Achse 160 senkrecht auf dessen lichtempfindlicher Fläche steht. Dies wird beispielsweise durch eine Voreinstellung der entsprechenden Aufnahmeelemente für das Objektiv und das Bildaufnehmerelement hinsichtlich der Winkellage zueinander erreicht.
Die Aufnahmevorrichtung 150 umfasst weiterhin einen nicht dargestellten Anschluss, welcher es ermöglicht, das Signal eines dort angeordneten Bildaufnehmerelementes auszulesen; weiterhin umfasst die Vorrichtung in einer Ausführungsform ebenfalls nicht dargestellte Mittel zur Auswertung des Signals des Bildaufnehmerelementes, welches eine Abbildung des Targets ist, wobei die Mittel in einer Weiterbildung einen Soll-Ist-Vergleich dieses Signals ermöglichen. Das heißt, das erfasste Abbild des Targets wird mit einem Muster verglichen, welches bei einer ordnungsgemäßen Justage eines in der Aufnahmevorrichtung 130 gehaltenen Objektivs entsteht.
Die Aufnahmevorrichtung 150 für das Bildaufnehmerelement ist derart am tragenden Element 110 angeordnet, dass es, wie durch die Pfeile 152 und 153 angedeutet, in zwei Richtungen in einer zur optischen Achse des Systems 160 senkrechten Ebene justierbar ist. Weiterhin ist die Aufnahmevorrichtung 150 auch in Richtung der optischen Achse verschieblich und justierbar angeordnet; auf diesen Freiheitsgrad wird unten noch eingegangen. In einer hier nicht explizit dargestellten Ausführungsform der beschriebenen Vorrichtung ist die Aufnahmevorrichtung für das Bildaufnehmerelement weiterhin derart am tragenden Element angeordnet, dass die Aufnahmevorrichtung für das Bildaufnehmerelement um die optische Achse oder eine zur optischen Achse parallele Achse drehbar ist. Diese Drehung muss vorgenommen werden können, ohne dass eine Drehung des Objektivs oder des Objektivhalters relativ zum Target erfolgt. Diese Ausführungsform ist im Lichte der vorliegenden Beschreibung für den Fachmann auch ohne explizite Darstellung in der Zeichnung nachvollziehbar und nacharbeitbar.
Die Aufnahmevorrichtung 130 ist in diesem Ausführungsbeispiel derart am tragenden Element 110 angeordnet, dass sie in Richtung der optischen Achse justierbar ist, wie bei 132 angedeutet. Dabei kann die Aufnahmevorrichtung 130 für das Objektiv auch ganz fest am tragenden Element angeordnet sein; dann sollte die Aufnahmevorrichtung 150 für das Bildaufnehmerelement in Richtung der optischen Achse justierbar sein. Entscheidend ist, dass der Abstand zwischen der Aufnahmevorrichtung 130 für das Objektiv und der Aufnahmevorrichtung 150 für das Bildaufnehmerelement in Richtung der optischen Achse 160 zueinander verschieblich und justierbar sind.
Die Aufnahmevorrichtung 140 für den Objektivhalter ist ebenfalls in Richtung der optischen Achse beweglich, wie der Pfeil 142 verdeutlicht. Dabei ist diese aber weiterhin in einer zur optischen Achse 160 senkrechten Ebene schwimmend gelagert, und weiterhin entweder in der Winkellage zur optischen Achse derart ausgerichtet, dass der oben beschriebene Schiebesitz eines Objektivhalters mit dem Objektiv herstellbar ist, oder die Aufnahmevorrichtung 140 für den Objektivhalter ist hinsichtlich der Winkelausrichtung ebenfalls derart lose gelagert, dass der Objektivhalter jeweils auf das Objektiv ausgerichtet werden kann; damit können die Achsen Übereinstimmung gebracht werden, und der beschriebene Schiebesitz zwischen Objektiv und Objektivhalter kann auch bei vergleichsweise großen Fertigungstoleranzen der einzelnen Elemente leicht hergestellt werden.
In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung auch nicht dargestellte Mittel zur selbsttätigen Verstellung der Aufnahmevorrichtungen in den genannten Freiheitsgraden, welche weiterhin insbesondere von einer Steuereinheit aus in Abhängigkeit von einem vom Bildaufnehmerelement erfassten Bild des Targets ansteuerbar sind.
Bezugszeichenliste

11: Objektiv
12: Objektivhalter
13: Bildaufnehmerelement
14: Träger
110: tragendes Element; Grundelement
120: Target
130: Aufnahmevorrichtung für das Objektiv
132: Verstellrichtung
140: Aufnahmevorrichtung für den Objektivhalter
142: Verstellrichtung
150: Aufnahmevorrichtung für das Bildaufnehmerelement
151: Zentrierelemente
152: Richtung in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse
153: Richtung in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse
160: optische Achse

Claims

Verfahren zur Montage und Justage einer Bildaufnehmereinheit, wobei das Verfahren umfasst a) entlang einer optischen Achse (160) eines Objektivs ein Target (120), das Objektiv (11), einen Objektivhalter (12) und ein Bildaufnehmerelement (13) anzuordnen, wobei eine Ausrichtung des Targets zur optischen Achse hinsichtlich eines lateralen Versatzes und der Rechtwinkligkeit zwischen der Fläche des Targets und der optischen Achse gewährleistet und derart fixiert wird, dass das Target (120) in seinem Zentrum von der optischen Achse (160) senkrecht geschnitten wird; b) die Lage des Targets (120) und des Objektivs (11) in einer zur optischen Achse (160) senkrechten Ebene konstantzuhalten; c) das Bildaufnehmerelement (13) in Richtung der optischen Achse solange zu verfahren, dass das Target (120) scharf oder mit einer definierten Schärfe auf dem Bildaufnehmerelement (13) abgebildet wird, und den Abstand zwischen Objektiv (11) und Bildaufnehmerelement (13) anschliessend konstantzuhalten; d) das Bildaufnehmerelement (13) lateral, in einer zur optischen Achse (160) senkrechten Ebene (152, 153) derart zu verfahren, dass das Zentrum des Targets (120) in einer Mitte des Bildaufnehmerelements (13) abgebildet wird; e) den Objektivhalter (12) unter Beibehaltung der relativen Position von Bildaufnehmerelement (13) und Objektiv (11) mit dem Bildaufnehmerelement (13) in Verbindung zu bringen und das Bildaufnehmerelement (13) und den Objektivhalter (12) aneinander zu befestigen, wobei der Objektivhalter (12) und das Objektiv (11) einen Schiebesitz miteinander ausbilden, derart, dass die beiden Elemente in Richtung der optischen Achse (160) zueinander verschieblich sind; f) das Objektiv (11) am Objektivhalter (12) zu befestigen, wobei die Schritte a) bis f) in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
Verfahren gemäss Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt, das Bildaufnehmerelement (13) um die optische Achse (160) oder um eine zur optischen Achse parallele Achse zu drehen, wobei die Rotationslage des Objektivhalters (12) um die optische Achse (160) unverändert beibehalten wird.
Verfahren gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, vor Beginn des Justagevorgangs das Bildaufnehmerelement (13) mit einer Auswerteelektronik zu verbinden und während des gesamten Justagevorgangs das aufgenommene Bild auszuwerten.
Verfahren gemäss Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, während der Auswertung einen Soll-Ist-Vergleich des aufgenommenen Bildes mit einem Referenzbild vorzunehmen.
Verfahren gemäss einem der Ansprüche 3 oder 4, gekennzeichnet dadurch, die Verschiebung der Komponenten zueinander automatisiert anhand des aufgenommenen Bildes durch einen Justagealgorithmus vorzunehmen.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend Mittel zur Befestigung und/oder Justage des Targets (120), eine Aufnahmevorrichtung (130) für das Objektiv, eine Aufnahmevorrichtung (140) für den Objektivhalter und eine Aufnahmevorrichtung (150) für das Bi ldaufnehm erelement, wobei diese Elemente (120, 130, 140, 150) in Richtung einer optischen Achse (160) in der angegebenen Reihenfolge angeordnet sind, und wobei wenigstens die Aufnahmevorrichtung (130) für das Objektiv, die Aufnahmevorrichtung (140) für den Objektivhalter und die Aufnahmevorrichtung (150) für das Bildaufnehmerelement in Längsrichtung der optischen Achse (160) relativ zueinander verschiebbar sind, und wobei die Aufnahmevorrichtung (150) für das Bildaufnehmerelement in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse (160) verschiebbar ist, wobei die optische Achse (160) als die optische Achse eines bestimmungsgemäss in der Aufnahmevorrichtung (130) für das Objektiv eingelegten Objektivs definiert ist, wobei der Objektivhalter und das Objektiv einen Schiebesitz miteinander ausbilden, derart, dass die beiden Elemente in Richtung der optischen Achse zueinander verschieblich sind.
Vorrichtung gemäss Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung (130) für das Objektiv und die Aufnahmevorrichtung (140) für den Objektivhalter derart aufeinander ausgerichtet sind, dass jeweils die Achsen eines in die entsprechende Aufnahmevorrichtung bestimmungsgemäss eingelegten Objektivs und Objektivhalters wenigstens näherungsweise zusammenfallen oder miteinander in Übereinstimmung bringbar sind.
Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung (140) für den Objektivhalter in einer zur optischen Achse (160) senkrechten Ebene schwimmend gelagert angeordnet ist.
Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Target (120) derart angeordnet und ausgerichtet ist, dass die optische Achse (160) senkrecht zur Oberfläche des Targets (120) das Zentrum des Targets (120) durchdringt.
Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass, die Aufnahmevorrichtung (150) für das Bildaufnehmerelement um die optische Achse oder eine zur optischen Achse parallele Achse drehbar ist.
Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zur selbsttätigen Verstellung der Aufnahmevorrichtung (150) für das Bildaufnehmerelement in einer zur optischen Achse (160) senkrechten Ebene (152, 153) und/oder zur selbsttätigen Drehung der Aufnahmevorrichtung (150) für das Bildaufnehmerelement um die optische Achse (160) oder eine zur optischen Achse parallele Achse umfasst.
Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtungen (130, 140) für das Objektiv und den Objektivhalter parallel zur optischen Achse verschiebbar sind.
Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zur selbsttätigen Verstellung der Aufnahmevorrichtungen (130, 140) für das Objektiv und/oder den Objektivhalter entlang der optischen Achse (160) umfasst.
Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein tragendes Element (110) umfasst, welches parallel zur optischen Achse (160) angeordnet ist, und an welchem die Aufnahmevorrichtungen (130, 140, 150) angeordnet sind.
Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur on-line Auswertung der Signale des Bildaufnehmerelementes angeordnet sind.
Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5 unter Verwendung einer Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 6 bis 15.
Verfahren gemäss Anspruch 16, umfassend, ein Objektiv (11) in die Aufnahmevorrichtung (130) für das Objektiv einzusetzen, einen Objektivhalter (12) in die Aufnahmevorrichtung (140) für den Objektivhalter einzusetzen, ein Bildaufnehmerelement (13) in die Aufnahmevorrichtung (150) für das Bildaufnehmerelement einzusetzen, das Bildaufnehmerelement (13) entlang der optischen Achse (160) derart zu verfahren, dass ein Target (120) scharf auf dem Bildaufnehmerelement (13) abgebildet wird, die Aufnahmevorrichtung (150) für das Bildaufnehmerelement in einer zur optischen Achse (160) senkrechten Ebene derart zu verschieben (152, 153), dass das Target (120) mittig auf dem Bildaufnehmerelement (13) abgebildet wird, den Objektivhalter (12) unter Beibehaltung der relativen Positionen von Objektiv (11) und Bildaufnehmerelement (13) mit dem Bildaufnehmerelement (13) zu verbinden und zu fixieren, und das Objektiv (11) am Objektivhalter (12) zu fixieren.
Verfahren gemäss Anspruch 16, umfassend, ein Objektiv (11) in die Aufnahmevorrichtung (130) für das Objektiv einzusetzen, einen Objektivhalter (12) in die Aufnahmevorrichtung (140) für den Objektivhalter einzusetzen, ein Bildaufnehmerelement (13) in die Aufnahmevorrichtung (150) für das Bildaufnehmerelement einzusetzen, das Bildaufnehmerelement (13) entlang der optischen Achse (160) derart zu verfahren, dass ein Target (120) scharf auf dem Bildaufnehmerelement (13) abgebildet wird, die Aufnahmevorrichtung (150) für das Bildaufnehmerelement um die optische Achse (160) oder um eine zur optischen Achse parallele Achse derart zu drehen, dass das Target (120) in einer korrekten Drehwinkellage auf dem Bildaufnehmerelement (13) abgebildet wird, die Aufnahmevorrichtung (150) für das Bildaufnehmerelement in einer zur optischen Achse (160) senkrechten Ebene derart zu verschieben (152, 153), dass das Target (120) mittig auf dem Bildaufnehmerelement (13) abgebildet wird, den Objektivhalter (12) unter Beibehaltung der relativen Positionen von Objektiv (11) und Bildaufnehmerelement (13) mit dem Bildaufnehmerelement (13) zu verbinden und zu fixieren, und das Objektiv (11) am Objektivhalter (12) zu fixieren.