DE19902523A1 - Entfernungsmeßvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Entfernungsmeßvorrichtung, die in oder an einem Automobil befestigt werden kann, um die Entfernung zu einem vor diesem Automobil befindli­ chen Fahrzeug zu ermitteln.

Herkömmliche Entfernungsmeßvorrichtungen dieser Art umfassen eine Bildaufnahmeanordnung, die sich aus einem Paar Abbildungseinrichtungen und Lichtsensorfeldern zusammensetzt, und eine arithmetische Einrichtung, die anhand zweier Bilder eines Meßgegenstands (vorausfahrendes Fahrzeug), die mittels der Bildaufnahmeanordnung aufgenommen wurden, die Entfernung zu dem Meßobjekt nach dem Prinzip der Triangulation bestimmt.

Unter Bezugnahme auf Fig. 8 soll zunächst das Prinzip der Triangulation beschrieben werden. Bei der in Fig. 8 gezeigten Anordnung erzeugen Abbildungslinsen 51a und 51b Bilder eines Meßob­ jekts M auf Lichtsensorfeldern 25 und 26. Da die Dreiecke 27 und 28 den Dreiecken 27' beziehungsweise 28' ähnlich sind, ergibt sich die Entfernung L zu dem Meßobjekt M gemäß der nachstehenden Gleichung (1):

L = B.f.(X1 + X2)=B.f./X (1).

Der nachfolgend als "Basislänge" bezeichnete Abstand B zwischen den optischen Achsen der Abbildungslinsen 51a und 51b sowie die Brennweite f sind konstant, so daß die Entfernung L berechnet werden kann, wenn X = X1 + X2 bestimmt werden kann.

Fig. 9 zeigt eine Schnittansicht einer herkömmlichen Entfernungsmeßvorrichtung, die auf diesem Prinzip der Triangulation beruht. Die Vorrichtung enthält die Abbildungslinsen 51a und 51b, einen Linsenhalter 52, CCD-Gehäuse beziehungsweise CCD-Bauelemente 53a und 53b, die die Lichtsensorfelder darstellen, sowie einen CCD-Halter 54.

Die Abbildungslinsen 51a und 51b bestehen aus Polycarbonat-Kunststoff mit geringer Wasserab­ sorption und hervorragenden optischen Eigenschaften. Bei dem Linsenhalter 52 und dem CCD- Halter 54 handelt es sich um Aluminium-Druckgußteile mit geringer thermischer Ausdehnung, damit die relative Positionsgenauigkeit zwischen den Abbildungslinsen und den CCD-Bauelemen­ ten erhalten bleibt.

Insbesondere der Linsenhalter 52 und der CCD-Halter 54 sind aus demselben Material, nämlich Aluminium, gefertigt mit dem Vorteil, daß sie sich bei thermischer Einwirkung in gleicher Weise dehnen, wenn sie mit Hilfe eines durch UV-Strahlung und Wärme aushärtenden Klebstoffs 55 aneinander befestigt sind. Der Vollständigkeit halber sei an dieser Stelle angemerkt, daß, wenn hier und später von "Dehnung" die Rede ist, dies der Einfachheit halber stellvertretend für Dehnung und Schrumpfung verwendet wird, sofern sich ausdrücklich oder aus dem Zusammen­ hang nichts anderes ergibt.

Zur Befestigung der Abbildungslinsen 51a und 51b an dem Linsenhalter 52 werden jedoch der mittels UV-Strahlung und Wärme aushärtende Klebstoff 55 zur Lagefixierung und ein thermisch aushärtender Klebstoff 56 zur Gewährleistung der Haftfestigkeit verwendet. Dies ist deshalb der Fall, weil die Anwendung des Klebstoffs 55 auf der gesamten Linsenhaftfläche zwar die Lagefixierung ermöglicht, jedoch bei Wärmeeinwirkungen wegen der starren Fixierung der gesamten Fläche zu Spannungen führen würde. Diese wiederum haben ein Ablösen der Kunst­ stoffflächen von dem Aluminium aufgrund der unterschiedlichen linearen Ausdehnungskoeffizien­ ten zur Folge. Daher müssen zwei Klebstoffe verwendet werden, von denen der Klebstoff 55 die jeweilige Abbildungslinse lediglich an einem Punkt, im Bereich der Ausprägung beziehungsweise des Vorsprungs 51c, starr fixiert, während der warmhärtende Klebstoff 56 zur Gewährleistung einer guten Haftfestigkeit für den größten Teil der Linsenhaftfläche eingesetzt wird.

Infolge der unterschiedlichen linearen Ausdehnungskoeffizienten von Keramik einerseits und Aluminium andererseits, führt eine direkte Verbindung der CCD-Bauelemente 53a und 53b mit dem CCD-Halter 54 unter Wärmeeinwirkung zu thermischen Spannungen infolge von Dehnung oder Schrumpfung. Daher ist ein Eisenstück 57 mit einem mittleren linearen Ausdehnungskoeffi­ zienten zwischen dem jeweiligen CCD-Bauelement und dem CCD-Halter angeordnet, und der Klebstoff 55 wird zur Befestigung eingesetzt.

In der beschriebenen Weise werden thermische Spannungen zwischen den einzelnen Elementen infolge von Änderungen der Umgebungstemperatur verringert und damit ein Ablösen vermieden.

Ein Luftaustauschfilter 59 in Fig. 9 führt Feuchtigkeit aus dem Inneren nach außen, um die Luftfeuchte innerhalb und außerhalb des Kastens oder Gehäuses (das die Lichtsensorfelder vor Fremdlicht schützt) aneinander anzugleichen.

Selbst wenn jedoch sowohl der Linsenhalter 52 als auch der CCD-Halter 54 aus Aluminium- Druckguß hergestellt werden, können, da die CCD-Bauelemente 53a und 53b (beziehungsweise deren Gehäuse) und die Abbildungslinsen 51a und 51b nicht aus diesem Material hergestellt werden können, thermische Spannungen an den Verbindungsstellen der unterschiedlichen Materialarten wegen der unterschiedlichen linearen Ausdehnungskoeffizienten nicht völlig ausgeschlossen werden. Beispielsweise wird ein warmhärtender Siliconklebstoff 56 zum Verbinden der aus Kunststoff bestehenden Abbildungslinsen 51a und 51b mit dem aus einem Aluminiummaterial bestehenden Linsenhalter 52 verwendet, und dieses Siliconmaterial wirkt insbesondere an heißen Stellen wie Gummi, um ein Abschälen oder Ablösen des Aluminiums von dem Kunststoff zu verhindern. Bei thermischer Ausdehnung an einer heißen Stelle bleibt zwar die Haftfestigkeit zwischen Aluminium und Kunststoff erhalten, bei der nachfolgenden Schrumpfung werden jedoch nicht die ursprünglichen Positionen wieder eingenommen, was zu einem relativen Versatz im Bereich von 5 µm von der Basislänge zwischen den CCD-Bauelementen führen kann. Bei einer Messung auf der Basis der Triangulation entspricht dieser 5 µm-Versatz einem Meßfeh­ ler von etwa 4 m (bei einer tatsächlichen Entfernung von L=30 m). Selbst ein kleiner Versatz bewirkt somit eine deutliche Beeinträchtigung der Meßgenauigkeit.

Fig. 10 zeigt an verschiedenen Stellen festgeklebte CCD-Bauelemente. Wenn die CCD-Bauele­ mente 53a und 53b so befestigt werden, daß ihre Mitten bzw. die Mitten der Klebflächen um die Basislänge B voneinander beabstandet sind, wie in Fig. 10(a) gezeigt, entspricht die thermische Dehnung zwischen den CCD-Bauelementen der Basislänge B des CCD-Halters 54 und gleicht der thermischen Dehnung zwischen den Abbildungslinsen. Dementsprechend tritt kein Fehler bei der Entfernungsmessung auf.

Wenn die CCD-Bauelemente jedoch so befestigt werden, daß die Mitten der Klebflächen um einen Abstand kürzer als die Basislänge voneinander beabstandet sind, wie in Fig. 10(b) gezeigt, dann nimmt die thermische Dehnung zwischen den CCD-Bauelementen entsprechend ab, was zu einem Unterschied zwischen diesem Abstand und der Basislänge zwischen den Abbildungslinsen führt. Das Bezugszeichen B' bezeichnet den Abstand zwischen den Mitten der Klebflächen (B<B').

Da die Flächen der CCD-Bauelemente und des CCD-Halters über die Eisenstücke 57 miteinander verklebt sind, sind die Mitten der Klebstellen nicht notwendigerweise mit den Mitten dieser Flächen ausgerichtet. Abweichungen können beim Aufbringen des Klebstoffs (der Menge aufgetragenen Klebstoffs sowie der Höhe und der Richtung eines ausgeübten Drucks) entstehen. Hierdurch können die Mitten der Klebstellen um maximal ±5 mm variieren. Die durch diese Schwankung bedingte unterschiedliche Dehnung beeinträchtigt die Vorrichtung, insbesondere an einer heißen Seite.

Die thermische Leitfähigkeit von Aluminium und diejenige von Kunststoff unterscheiden sich um einen Faktor von nahezu 100, so daß innerhalb eines Automobils, in welchem sich die Tempera­ tur wiederholt zwischen heiß und kalt ändert, eine lange Zeit erforderlich ist, bis sich die Temperatur innerhalb des Bildaufnahmemoduls über das gesamte Modul hinweg stabilisiert hat. Daher besteht oft eine Differenz zwischen der Basislänge zwischen den Abbildungslinsen und der Basislänge zwischen den CCD-Bauelementen.

Selbst wenn ein Aluminiumteil mit geringer thermischer Ausdehnung als Kasten oder Gehäuse verwendet wird, so bleiben doch Beschränkungen bezüglich des Materials für die CCD-Gehäuse und die Abbildungslinsen, weshalb thermische Spannung zwischen den unterschiedlichen Materialarten nicht völlig ausgeschlossen werden können.

Wenn der CCD-Halter 54 und der Linsenhalter 52 aus Aluminium-Druckguß und die Gehäuse der CCD-Bauelemente 53a und 53b aus Keramik hergestellt werden, dann werden diese Teile relativ teuer. Die Montage dieser Teile ist außerdem kompliziert und teuer, da Sorge für eine gute Haftung getragen werden muß und eine große Anzahl erforderlicher Teile zusammengebaut werden muß.

Ein solcher Aufbau verringert den Unterschied zwischen den linearen Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Materialarten verglichen mit einem Aufbau, bei dem der CCD-Halter 54 und der Linsenhalter 52 aus Kunststoff gebildet sind, während die Gehäuse der CCD-Bauelemente 53a und 53b aus Keramik bestehen. Selbst bei dem ersteren Aufbau können sich die miteinander verklebten Teile gegeneinander verschieben oder voneinander ablösen.

Selbst wenn die Gehäuse der CCD-Bauelemente 53a und 53b und der CCD-Halter 54 aus Kunststoff bestehen, wie dies bei der Darstellung von Fig. 11 der Fall ist, und die CCD-Bauele­ mente 53a und 53b durch Verklebung mit dem CCD-Halter 54 verbunden sind, kann die direkte Wärmeübertragung von den Chips 58a und 58b der CCD-Bauelemente zu einer merklichen Dehnung des CCD-Halters führen. Wenn die Stromversorgung eingeschaltet wird, wird eine Temperaturdifferenz von etwa 100 zwischen dem CCD-Halter und dem Linsenhalter bestehen, was einem Unterschied der Basislängen von etwa 30 µm entspricht. Dieser Basislängenunter­ schied kann zu fehlerhaften Entfernungsmessungen führen.

Außer der Wärme von den Chips 58a und 58b wird, wenn ein Gleichspannungswandler (Gleich­ spannungs/Gleichspannungs-Umsetzer) auf einer CCD-Leiterplatte, mit der die CCD-Bauelemente 53a und 53b verlötet sind, montiert ist, Wärme von dieser Wärmequelle zu dem CCD-Halter 54 übertragen, was zu dessen Dehnung und damit zu einer fehlerhaften Entfernungsmessung führt.

Wie voranstehend beschrieben wird, wenn irgendeines von den Elementen Abbildungslinse, Linsenhalter und CCD-Halter aus einem anderen Material als die anderen bestehen, eine große Differenz zwischen der Basislänge zwischen den Abbildungslinsen und der Basislänge zwischen den CCD-Bauelementen auftreten.

Idealerweise werden alle Elemente aus Kunststoff gefertigt. Da jedoch die Gehäuse herkömmli­ cher CCD-Bauelemente 53a und 53b aus Kunststoff, wie die in Fig. 11, normalerweise durch Spritzgießen von Acryl hergestellt werden, unterliegen sie Größenschwankungen und interner Kondensation aufgrund von Feuchtigkeitsabsorption. Selbst wenn also die Abbildungslinsen, der Linsenhalter und der CCD-Halter alle aus demselben Material (Kunststoff) hergestellt werden, stellen sich beim Stand der Technik immer noch viele praktische Probleme.

Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Entfernungsmeßvorrichtung zu schaffen, deren Größe sich nicht mit Feuchtigkeitsabsorption ändert, selbst wenn die Abbildungslinsen, der Linsenhalter und ein Lichtsensorfeld-Halter alle aus demselben Kunststoffmaterial hergestellt sind.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Entfernungsmeßvorrichtung zu schaffen, deren Meßgenauigkeit im gesamten Temperaturbereich aufgrund der Tatsache aufrechterhalten bleibt, daß die linearen Ausdehnungskoeffizienten der aus demselben Material hergestellten Komponen­ ten gleich sind.

Noch eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Entfernungsmeßvorrichtung zu schaffen, die mit geringen Kosten herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Entfernungsmeßvorrichtung gemäß Patentan­ spruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprü­ che.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung dehnen sich unter Wärmeeinwirkung alle Komponenten in gleicher Weise und ohne thermische Spannung aus, da die Bildaufnahmeanordnung und ihre Halteeinrichtung aus demselben Kunststoffmaterial ohne Hygroskopizität hergestellt sind, wodurch auch Größenänderungen durch Feuchtigkeitsabsorption ausgeschlossen sind und dadurch eine Beeinflussung der Meßgenauigkeit verhindert wird. Die Genauigkeit der Entfer­ nungsmessung kann ungeachtet von Änderungen der Temperatur oder Feuchtigkeit im wesentli­ chen konstant gehalten werden.

Darüber hinaus bietet die Erfindung die folgenden Vorteile: (1) Die Kosten können verringert werden, da ein Material eingesetzt wird, das sich für die Massenproduktion durch Spritzgießen eignet. (2) Die Vorrichtung wird infolge ihres geringen Gewichts nicht durch Schwingungen und Stöße beeinträchtigt. Die Erfindung ermöglicht außerdem verschiedene Strukturen beziehungs­ weise Formen des Kastens oder Gehäuses bzw. der Halterung.

Durch bevorzugte Verwendung eines amorphen Cycloolefinpolymers mit einer geringen Wasser­ absorption (von 0,01 oder weniger) als das Kunststoffmaterial gemäß Anspruch 3, treten nahezu keine optischen oder strukturellen Änderungen aufgrund von Feuchtigkeit auf, so daß in allen Temperatur- und Feuchtigkeitsbereichen eine hohe Meßgenauigkeit aufrechterhalten wird. Außerdem ist amorphes Cycloolefinpolymer ausgezeichnet bezüglich seiner Wärmebeständigkeit und der Transparenz.

Gemäß Anspruch 4 werden die aus demselben Material hergestellten Elemente vorzugsweise unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels aneinander befestigt, wodurch die Anzahl erforderlicher Montageschritte und damit die Herstellungskosten gesenkt werden.

Gemäß Anspruch 5 können die Lichtsensorfelder an der Rückseite ihres Halters angeordnet werden, so daß letzterer von der Leiterplatte zur Montage der Lichtsensorfelder getrennt ist. Dies verhindert, daß eine Wärmequelle auf der Leiterplatte die Lichtsensorfelder oder die Abbildungs­ linsen beeinträchtigt. Als Folge kann eine sehr genaue Entfernungsmeßvorrichtung realisiert werden.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 eine Darstellung zur Erläuterung der Funktionsweise des ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 3 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Auswirkungen von Wärme, die von einer CCD- Leiterplatte ausgeht,

Fig. 4 einen verbesserten CCD-Montageaufbau gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 5 bis 7 jeweils eine Schnittansicht eines zweiten, eines dritten beziehungsweise eines vierten Ausführungsbeispiels,

Fig. 8 eine Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der Triangulation,

Fig. 9 eine Schnittansicht einer herkömmlichen Entfernungsmeßvorrichtung,

Fig. 10 eine Darstellung zur Erläuterung der Auswirkungen verschiedener Stellen, an denen die CCD-Bauelemente festgeklebt werden, und

Fig. 11 eine bekannte CCD-Bauelementanordnung.

Fig. 1 zeigt eine Vertikalschnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Von der Darstellung und Beschreibung einer Arithmetikeinrichtung zur Berechnung der Entfernung zu einem Meßobjekt auf der Basis der Triangulation wurde abgesehen.

Ein Paar Abbildungslinsen 1a und 1b ist an einem nachfolgend als "Rahmen" bezeichneten Linsenhalter 2 so befestigt, daß die beiden Abbildungslinsen um eine einen vorbestimmten Abstand, d. h. die Basislänge, zwischen den optischen Achsen) voneinander beabstandet sind. Ein Paar CCD-Bauelemente 3a und 3b, die als Lichtsensorfelder dienen, sind in ähnlicher Weise an einem nachfolgend als "Platte" bezeichneten CCD-Halter 4 so befestigt, daß die beiden CCD- Bauelemente um die Basislänge voneinander beabstandet sind. Nachdem die optischen Achsen der Abbildungslinsen 1a und 1b und die CCD-Bauelemente 3a und 3b justiert wurden, werden der Rahmen 2 und die Platte 4 dadurch aneinander befestigt, daß ein Lösungsmittel in dafür vorgesehene Lösungsmitteleingießöffnungen 9 eingegossen wird.

Wie oben beschrieben, sind beim Stand der Technik gemäß Fig. 9 der Rahmen 52 und die Platte 54 aus Aluminium-Druckguß hergestellt, während die Gehäuse der CCD-Bauelemente 53a und 53b in derselben Figur aus Keramik hergestellt sind. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind dagegen der Rahmen 2, die Platte 4 und die Gehäuse der CCD-Bauelemente 3a und 3b alle aus Kunststoff hergestellt (amorphes Cycloolefinpolymer (COP)), der auch die Abbildungslinsen 1a und 1b bildet. Die Abbildungslinsen 1a und 1b sind transparent, während der Rahmen 2, die Platte 4 und die Gehäuse der CCD-Bauelemente 3a und 3b schwarz sind. Dessen ungeachtet können diese Teile aus demselben Material hergestellt werden.

Dadurch, daß alle Hauptteile aus demselben Kunststoffmaterial hergestellt werden, können sie ohne Einsatz von Klebstoffen durch Abscheidung bzw. Anlösen unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels (etwa Toluol) miteinander verbunden werden. Diese Technik ist vorteilhaft, da die Oberflächen der Kunststoffteile durch das Lösungsmittel angelöst werden und nach Verdampfen des Lösungsmittels die Moleküle unter Schaffung eines einstückigen Kunst­ stoffmaterials fest miteinander verbunden sind. Man beachte, daß beim dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel die schon erwähnten Eingießöffnungen 9 nicht nur an Stellen zur Verbindung von Rahmen 2 und Platte 4, sondern auch an solchen zur Verbindung der Abbildungslinsen 1a, 1b mit dem Rahmen 2 bzw. der CCD-Bauelemente 3a, 3b mit der Platte 4 vorgesehen sind.

Im Gegensatz zum Einsatz von Klebstoffen sind bei diesem Ausführungsbeispiel keine komplizier­ ten Montageprozesse wie das Auftragen von Klebstoff, die vorübergehende Fixierung mittels UV- Strahlung und das Aushärten unter Wärme erforderlich, wodurch die Herstellungskosten deutlich verringert werden.

Außerdem weist amorphes Cycloolefinpolymer verglichen mit Acryl nahezu keine Feuchtigkeits­ absorption auf, so daß bei den Abbildungslinsen 1a und 1b, dem Rahmen 2, der Platte 4 und den Gehäusen der CCD-Bauelemente 3a und 3b Größenänderungen durch Feuchtigkeitsabsorption ausgeschlossen sind und somit auch Basislängenunterschiede zwischen den Abbildungslinsen einerseits und den CCD-Bauelementen andererseits vermieden werden.

Ein solcher Basislängenunterschied darf trotz Temperaturänderungen und Feuchtigkeit nicht auftreten. Daher können die Abbildungslinsen 1a und 1b, der Rahmen 2, die Platte 4 und die Gehäuse der CCD-Bauelemente 3a und 3b aus verschiedenen Materialien bestehen, solange sich die Basislänge zwischen den Abbildungslinsen und die zwischen den CCD-Bauelementen in gleicher Weise ändern. In der Praxis ist es indes schwierig, verschiedene Materialien zu finden, die diese Anforderung erfüllen, so daß am besten dasselbe Material verwendet wird zumal, wenn man zusätzlich den Vorteil in Betracht zieht, der sich durch das Verbinden der Komponenten durch Anlösen ergibt.

Fig. 2 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Funktionsweise. Auf der Grundlage des Prinzips der Triangulation, das eingangs erläutert wurde, ergibt sich die Entfernung L zum Meßobjekt aufgrund der obigen Gleichung (1) (s. Fig. 2(a)).

Fig. 2(b) zeigt die thermische Ausdehnung des gesamten, die Bildaufnahmeanordnung darstel­ lenden Moduls. Das Produkt aus (B+ΔB) und (f+Δf) ist proportional dem Versatz (X+ΔX), so daß die gemessene Entfernung L zum Meßobjekt bei einer thermischen Dehnung des gesamten Moduls nicht variiert. Dies ist deshalb der Fall, weil das gesamte Modul aus demselben Kunst­ stoffmaterial besteht und eine thermische Dehnung sich dementsprechend gleichmäßig in allen Richtungen auswirkt. Als Folge davon bleiben die optischen Dreiecke, auf deren Ähnlichkeit die Messung in oben beschriebener Weise beruht, ähnlich. Somit wird die Meßgenauigkeit von Temperatureinflüssen nicht beeinträchtigt, solange das gesamte Modul aus demselben Material (Kunststoff) aufgebaut ist und solange die Wärme gleichmäßig zugeführt wird.

Wenn jedoch, wie in Fig. 3 gezeigt, eine CCD-Leiterplatte 10 mit den CCD-Bauelementen 3a und 3b verlötet ist, ergeben sich folgende Probleme. Da es sich bei der CCD-Leiterplatte 10 um eine gedruckte Leiterplatte handelt, auf der die CCD-Bauelemente und CPUs mittels Kabels zur Signalabgabe montiert sind, ist davon auszugehen, daß elektronische Einheiten, wie etwa ein Gleichspannungswandler, die sich auf der CCD-Leiterplatte befinden, aufwärmen. Darüber hinaus haftet die CCD-Leiterplatte 10 praktisch an der Platte 4 an, so daß Wärme von der CCD- Leiterplatte 10 direkt auf die Platte 4 übertragen wird.

Aufgrund der hohen thermischen Ausdehnung und der geringen thermischen Leitfähigkeit von Kunststoff, dehnt sich die Platte 4 aufgrund thermischer Einwirkung, überträgt aber die Wärme schlecht oder nicht auf den Rahmen 2. Der Temperaturunterschied zwischen der Platte 4 und dem Rahmen 2 führt zu unterschiedlichen prozentualen Dehnungen. Deshalb können sich die Basislänge zwischen den Abbildungslinsen 1a und 1b und diejenige zwischen den CCD-Bauele­ menten 3a und 3b unterscheiden und dadurch die Meßgenauigkeit leicht verringern, bis das gesamte Modul eine konstante Temperatur erreicht hat.

Gemäß Darstellung in Fig. 4 sind die CCD-Bauelemente 3a und 3b an der Rück- oder Unterseite der Platte 4 angebracht, und die Platte 4 befindet sich in einem Abstand von der CCD-Leiterplatte 10, so daß von elektronischen Elementen oder Einheiten auf der CCD-Leiterplatte 10 entwickelte Wärme daran gehindert wird, die Platte 3 zu erreichen (bei dieser Anordnung befinden sich in der Richtung des Lichteinfalls die Abbildungslinsen 1a und 1b, die Platte 4 und die CCD-Bauelemente 3a und 3b in dieser Reihenfolge).

Zusätzlich sind die Gehäuse der CCD-Bauelemente 3a und 3b mit einem Gel (nicht gezeigt) aufgefüllt, damit Wärme von den CCD-Chips nicht so leicht zur Platte 4 gelangt, so daß eine Verringerung der Meßgenauigkeit aufgrund von Wärmeeinwirkung minimiert wird.

Fig. 5 zeigt die Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels. Bei diesem zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel sind die CCD-Chips 8a und 8b direkt auf der Platte 4 montiert, wodurch die Teilezahl und die Montageschritte gegenüber denen verringert werden, die bei mit Gehäusen versehenen CCD-Bauelementen erforderlich sind.

Die Platte 4 besitzt Leiterrahmen und sogenannte "die-pads", die nicht gezeigt sind und sich unter den schattierten Teilen (warmhärtender Klebstoff) unter dem jeweiligen CCD-Chip 8a, 8b befinden). Diese "die-pads" dienen dazu, die CCD-Chips 8a und 8b glatt bzw. nahtlos mit der Platte 4 zu verbinden.

Nachdem Drähte 12 mit den CCD-Chips 8a und 8b verbunden wurden, kann ein (nicht darge­ stelltes) Gel so aufgefüllt werden, daß es die Drähte 12 bedeckt und einen Schutz vor Staub und Feuchtigkeit bildet. Das Gel bedeckt die Drähte 12 und schützt sie vor direktem Kontakt mit der Luft.

Außerdem kann Wärme von den CCD-Chips 8a und 8b von der Rückseite mittels eines in die Platte 4 eingebetteten Isoliermaterials 13 abgeführt werden. Das Isoliermaterial 13 ist jedoch nicht erforderlich, wenn es sich bei den CCD-Chips um MOS-Chips handelt, die wenig Wärme erzeugen.

Fig. 6 zeigt die Schnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels. Das dritte Ausführungsbeispiel ergibt sich durch Änderung der Kombination der Strukturen des Kastens oder Gehäuses aus Rahmen und Platte gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und ist für die leichte Montage, für die Erleichterung von Änderungen der Auslegung zur Erfüllung verschiedener Spezifikationen und zur Verringerung von Kosten und Größe ausgelegt.

Bei dem in Fig. 6(a) gezeigten ersten Typ sind die Strukturen gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel umgekehrt, d. h. die hier mit 15 bezeichnete Platte liegt oben und trägt die Abbildungslinsen 1a und 1b, während der hier mit 16 bezeichnete Rahmen sich darunter befindet und an ihm die CCD-Bauelemente 3a und 3b angebracht sind. Dieser umgekehrte Typ erleichtert es, Einstell- oder Montagelehren im Mechanismus zur Justierung der optischen Achsen für die Abbildungslinsen und die CCD-Bauelemente einzustellen und trägt zur Verbesserung der Positionsgenauigkeit bei, wenn diese Lehren montiert werden.

Da die CCD-Bauelemente 3a und 3b auf einer (nicht gezeigten) gedruckten Leiterplatte montiert sind und die optischen Achsen justiert werden, während Ausgangssignale von den CCD- Bauelementen beobachtet werden, kann der Zusammenbau dadurch ohne Beeinflussung durch Störungen oder Spannungen erfolgen, daß auf einem Drehtisch fuhr die Einstellehren die Platte 15 für die Abbildungslinsen 1a und 1b, die keine elektronischen Komponenten enthalten, installiert wird. Die Montagegenauigkeit nimmt dadurch zu.

Bei dem in Fig. 6(b) gezeigten zweiten Typ sind Platten 15 und 17 für die Abbildungslinsen beziehungsweise die CCD-Bauelemente über zwischengefügte Kopplungsglieder 18 getrennt, so daß durch Verwendung unterschiedlicher Kopplungsglieder der Einsatz von Abbildungslinsen unterschiedlicher Brennweiten ermöglicht wird. Dieser zweite Typ ist daher vorteilhaft bezüglich der Änderung von Spezifikationen bezüglich des Erfassungswinkels für die Entfernungsmessung.

Bei dem in Fig. 6(c) gezeigten dritten Typ sind der Rahmen und die Platte zur Bildung eines Rahmen/Platte-Teils 19 integriert, wodurch die Kosten und die Anzahl erforderlicher Teile verringert werden. Ungeachtet der scheinbaren Komplexität der montierten Vorrichtung, eignet sich dieser Aufbau wegen der Möglichkeit, die optischen Achsen der CCD-Bauelemente und der Abbildungslinsen grob zu modifizieren, insbesondere zur Verringerung der für die Montage erforderlichen Zeit.

Bei dem in Fig. 6(d) gezeigten vierten Typ, sind die optischen Systeme unter Verwendung gesonderter Rahmen/Platte-Teile 20 und 21 getrennt. Dieser getrennte Typ eignet sich zur Miniaturisierung. Bei der auf dem Prinzip der Triangulation beruhenden Messung wird der Raum zwischen dem rechten und dem linken optischen System nicht genutzt, es kommt lediglich darauf an, daß die Komponenten des rechten und des linken optischen Systems und ihre relative Lage exakt sind. Somit kann, wie bei diesem Ausführungsbeispiel, eine komplette Trennung erreicht werden, bei der etwa eine elektronische Schaltung in dem freien Raum montiert werden kann, der sich bei diesem Aufbau ergibt.

Obwohl die Lagejustierung des rechten und des linken optischen Systems naturgemäß schwierig ist, können die optischen Achsen der Abbildungslinsen und der CCD-Bauelemente grob justiert werden, so daß die einzelnen Komponenten sehr einfach montiert werden können. Dieser Typ eignet sich daher für die Massenproduktion.

Bei dem in Fig. 6(e) gezeigten fünften Typ sind die Abbildungslinsen zur Kostenverringerung in den Rahmen integriert. Dieser Aufbau enthält ein Linsen/Rahmen-Teil 22, in welchem die Abbildungslinsen 1a und 1b und der Rahmen einstückig enthalten sind. Es ist in diesem Fall möglich, einen Teil (die Abbildungslinsen 1a und 1b) transparent und einen anderen Teil (den Rahmen) schwarz auszubilden.

Bei allen obigen fünf Typen gemäß den Fig. 6(a) bis 6(e) kann wegen der Verwendung von Kunststoff als Material der Kasten bzw. das Gehäuse beliebig geändert werden.

Wenn bei Fig. 4 die Leitungen von den CCD-Bauelementen 3a und 3b direkt mit der CCD- Leiterplatte 10 verlötet werden, ergibt sich eine unerwünschte Differenz der linearen Ausdeh­ nungskoeffizienten zwischen der CCD-Leiterplatte 10, auf der die Wärmequelle (etwa ein Gleichspannungswandler) montiert ist, und den Gehäusen der CCD-Bauelemente 3a und 3b oder der Platte 4. Zur Beseitigung dieses Nachteils kann der Gleichspannungswandler oder eine andere Wärmequelle von der CCD-Leiterplatte 10 entfernt und auf einer anderen Leiterplatte angeordnet werden.

Anhand von Fig. 7 soll nun ein viertes Ausführungsbeispiel beschrieben werden. Bei dieser Anordnung sind die Oberseiten der Gehäuse der CCD-Bauelemente 3a und 3b an der Platte 4 befestigt, wie dies in den Fig. 1 und 4 gezeigt ist, die Platte 4 ist der Einfachheit halber aber nicht dargestellt.

Bei dem Aufbau gemäß Fig. 7(a) sind Leitungen 31 von den CCD-Bauelementen 3a und 3b direkt mit CCD-Leiterplatten 10a beziehungsweise 10b verlötet und diese Leiterplatten 10a und 10b sind um einen geeigneten Abstand voneinander entfernt und mittels eines flexiblen Substrats 41 untereinander verbunden. Somit kann der Abstand zwischen den CCD-Leiterplatten 10a und 10b eine Zunahme und Abnahme der Größe der einzelnen Komponenten aufnehmen, die durch unterschiedliche lineare Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Gehäusen der CCD-Bauelemente 3a und 3b oder der Platte 4a und den CCD-Leiterplatten 10a und 10b verursacht werden.

Der Aufbau gemäß Fig. 7(b) ist ein Beispiel, bei dem die CCD-Leiterplatten 10a und 10b mit einem Steckverbinder 42 anstelle des flexiblen Substrats 41 verbunden sind.

Der Aufbau gemäß Fig. 7(c) ist ein Beispiel, bei dem verdrillte Drähte 32 zur Montage der CCD- Bauelemente 3a und 3b auf einer einzigen CCD-Leiterplatte 10 gemäß Fig. 4 montiert sind. Bei diesem Aufbau dient die Flexibilität der verdrillten Drähte zur Aufnahme einer Zunahme oder Abnahme der Größe der einzelnen Komponenten, die durch unterschiedliche lineare Ausdeh­ nungskoeffizienten zwischen den Gehäusen der CCD-Bauelemente 3a und 3b oder der Platte 4a und der CCD-Leiterplatte 10 verursacht werden können.

Gemäß Darstellung in Fig. 7(d) können die verdrillten Drähte 32 auch nur bei einem der CCD- Bauelemente (3b im dargestellten Fall) eingesetzt werden.

Claims (5)

1. Entfernungsmeßvorrichtung umfassend
eine Bildaufnahmeanordnung bestehend aus einem Paar Abbildungslinsen (1a, 1b) und Lichtsensorfeldern (3a, 3b, 8a, 8b), und eine Arithmetikeinrichtung, die anhand von zwei von der Bildaufnahmeanordnung auf­ genommenen Bildern eines Meßobjekts die Entfernung zu dem Meßobjekt nach dem Prinzip der Triangulation errechnet,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungslinsen (1a, 1b), ein Halter (2; 15; 19; 21; 22) für die Abbildungslinsen und ein Halter (4; 16; 17; 19; 21) für die Lichtsensorfelder aus demselben, keine Hygroskopizität aufweisenden Kunststoffmaterial hergestellt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kopplungsglied (18), das den Halter (15) für die Abbildungslinsen (1a, 1b) und den Halter (17) für die Lichtsensor­ felder (3a, 3b) verbindet, aus demselben Kunststoffmaterial wie die Halter hergestellt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Kunststoffmaterial um amorphes Cycloolefinpolymer handelt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen aus demselben Material bestehenden Elemente durch Anlösen mittels eines organischen Lösungsmittels miteinander verbunden sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtsensorfelder (3a, 3b, 8a, 8b) in solcher Weise angeordnet sind, daß die Abbildungs­ linsen (1a, 1b), der Halter (4) für die Lichtsensorfelder und die Lichtsensorfelder selbst längs des Lichtweges in dieser Reihenfolge angeordnet sind.