DE202015101865U1

DE202015101865U1 - camera

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Publication number: DE202015101865U1
Application number: DE202015101865.7U
Authority: DE
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2015-04-16
Filing date: 2015-04-16
Publication date: 2016-07-22
Anticipated expiration: 2025-04-17

Abstract

Kamera (10), insbesondere 3D-Kamera, die ein Gehäuse (34) sowie mindestens eine erste Leiterplatte (26) und eine zweite Leiterplatte (28) aufweist, auf denen ein Bildsensor (14) zur Aufnahme von Bilddaten aus einem Überwachungsbereich (12) und eine Auswertungseinheit (22) zur Weiterverarbeitung der Bilddaten angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatten (26, 28) parallel zueinander angeordnet sind, dass die erste Leiterplatte (26) mindestens einen Durchbruch (40) und das Gehäuse (34) mindestens einen nach innen ragenden Gehäusevorsprung (42) aufweist und dass der Gehäusevorsprung (42) durch den Durchbruch (40) hindurch die zweite Leiterplatte (28) kontaktiert, um deren Wärme nach außen abzuführen.Camera (10), in particular a 3D camera, which has a housing (34) and at least one first printed circuit board (26) and a second printed circuit board (28) on which an image sensor (14) for recording image data from a monitoring area (12). and an evaluation unit (22) for further processing of the image data are arranged, characterized in that the circuit boards (26, 28) are arranged parallel to each other, that the first circuit board (26) at least one opening (40) and the housing (34) at least one has inwardly projecting housing projection (42) and that the housing projection (42) through the aperture (40) through the second printed circuit board (28) contacted to dissipate their heat to the outside.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kamera, insbesondere eine 3D-Kamera, mit einem Gehäuse und zwei Leiterplatten nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. The invention relates to a camera, in particular a 3D camera, with a housing and two printed circuit boards according to the preamble of claim 1.

Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Kamera nimmt eine 3D-Kamera auch eine Tiefeninformation auf und erzeugt somit dreidimensionale Bilddaten mit Abstands- oder Entfernungswerten für die einzelnen Pixel des 3D-Bildes, das auch als Entfernungsbild oder Tiefenkarte bezeichnet wird. Die zusätzliche Entfernungsdimension lässt sich in einer Vielzahl von Anwendungen nutzen, um mehr Informationen über Objekte in der von der Kamera erfassten Szenerie zu gewinnen und so verschiedene Aufgaben im Bereich der Industriesensorik zu lösen. In contrast to a conventional camera, a 3D camera also captures depth information and thus generates three-dimensional image data with distance or distance values for the individual pixels of the 3D image, which is also referred to as a distance image or depth map. The extra distance dimension can be used in a variety of applications to gain more information about objects in the scene captured by the camera and to solve various industrial sensor tasks.

In der Automatisierungstechnik können anhand dreidimensionaler Bildinformationen Objekte erfasst und klassifiziert werden, um weitere automatische Bearbeitungsschritte davon abhängig zu machen, welche Objekte vorzugsweise einschließlich ihrer Position und Orientierung erkannt wurden. Damit kann beispielsweise die Steuerung von Robotern oder verschiedenartigen Aktoren an einem Förderband unterstützt werden. In automation technology, objects can be captured and classified on the basis of three-dimensional image information in order to make further automatic processing steps dependent on which objects are preferably recognized, including their position and orientation. Thus, for example, the control of robots or various actuators can be supported on a conveyor belt.

In mobilen Anwendungen, seien es Fahrzeuge mit Fahrer wie PKW, LKW, Arbeitsmaschinen oder Gabelstapler oder führerlose Fahrzeuge wie AGVs (Automated Guided Vehicle) oder Flurförderzeuge, soll die Umgebung und insbesondere ein geplanter Fahrweg möglichst vollständig und dreidimensional erfasst werden. Damit soll die autonome Navigation ermöglicht oder ein Fahrer unterstützt werden, um unter anderem Hindernisse zu erkennen, Kollisionen zu vermeiden oder das Be- und Entladen von Transportgütern einschließlich Kartons, Paletten, Containern oder Anhängern zu erleichtern. In mobile applications, whether vehicles with drivers such as cars, trucks, work machines or forklifts or driverless vehicles such as AGVs (Automated Guided Vehicle) or industrial trucks, the environment and in particular a planned infrastructure should be as complete and three-dimensional as possible. This should enable autonomous navigation or support a driver to detect obstacles, avoid collisions or facilitate the loading and unloading of goods, including boxes, pallets, containers or trailers.

Zur Ermittlung der Tiefeninformationen sind verschiedene Verfahren bekannt, wie Lichtlaufzeitmessungen oder Stereoskopie. Bei einer Lichtlaufzeitmessung (3D-TOF-Kamera, time of flight) wird eine Szene mit amplitudenmoduliertem Licht ausgesandt. Die Kamera misst für jeden Bildpunkt die Laufzeit des reflektierten Lichtes. In einem Pulsverfahren werden dafür Lichtpulse ausgesandt und die Dauer zwischen Sende-und Empfangszeitpunkt gemessen. In einem Phasenverfahren erfolgt eine periodische Amplitudenmodulation und Messung des Phasenversatzes zwischen Sende- und Empfangslicht. To determine the depth information, various methods are known, such as time-of-flight measurements or stereoscopy. In a time of flight measurement (3D TOF camera), a scene with amplitude-modulated light is emitted. The camera measures the duration of the reflected light for each pixel. In a pulse method, light pulses are emitted for this purpose and the duration between the time of transmission and reception is measured. In a phase method, there is a periodic amplitude modulation and measurement of the phase offset between transmitted and received light.

Stereoskopieverfahren sind dem räumlichen Sehen mit zwei Augen angelehnt und suchen in zwei aus unterschiedlicher Perspektive aufgenommenen Bildern einander zugeordnete Bildelemente, aus deren Disparität in Kenntnis der optischen Parameter der Stereokamera die Entfernung durch Triangulation geschätzt wird. Stereosysteme können passiv, also allein mit dem Umgebungslicht arbeiten, oder eine eigene Beleuchtung aufweisen, die vorzugsweise ein Beleuchtungsmuster erzeugt, um die Entfernungsschätzung auch in strukturlosen Szenerien zu ermöglichen. In einem weiteren 3D-Bildgebungsverfahren, das beispielsweise aus der US 7 433 024 bekannt ist, wird ein Beleuchtungsmuster von nur einer Kamera aufgenommen und die Entfernung durch Musterauswertung geschätzt („structured light camera“). Stereoscopic methods are based on two-eyed spatial vision and search for associated image elements in two images taken from different perspectives, whose disparity in knowledge of the optical parameters of the stereo camera estimates the distance by triangulation. Stereo systems can operate passively, ie alone with the ambient light, or have their own illumination, which preferably generates a lighting pattern in order to enable the distance estimation even in structureless scenes. In another 3D imaging process, for example, from the US Pat. No. 7,433,024 is known, a lighting pattern is recorded by only one camera and estimated the distance by pattern evaluation ("structured light camera").

Durch die Komprimierung im Zuge der fortgesetzten Miniaturisierung werden Elektronikbauteile immer leistungsfähiger auf kleinem Raum. Dadurch steigt aber auch die Energiedichte auf der Leiterplatte, und zur Entwärmung ist die Anbindung an eine Temperatursenke erforderlich, damit die Geräte nicht überhitzen. Compression in the course of continued miniaturization means that electronic components are becoming increasingly efficient in a small space. However, this also increases the energy density on the circuit board, and for cooling the connection to a temperature sink is required so that the devices do not overheat.

Eine bekannte Lösung für besonders leistungsstarke Bauteile ist das Anströmen mit einem Lüfter, um die Wärme abzuführen. Solche erzeugen aber Lärm, haben eine nur begrenzte Lebensdauer und sind bezüglich Temperatur und Schock empfindlich. A well-known solution for particularly high-performance components is the impingement with a fan to dissipate the heat. However, such generate noise, have a limited life and are sensitive to temperature and shock.

Ohne bewegliche Teile kommen Lösungen aus, die dem Gehäuse zugewandte Bauteile mittels Wärmeleitmatten oder Wärmeleitpasten an das Gehäuse anbinden. Für innenliegende Bauteile werden dann Wärmerohre (heat pipes) eingesetzt. Dadurch steigen aber die Herstellkosten erheblich an. Das liegt an mehreren Faktoren, wie dem eigens erforderlichen Design für die speziellen Gegebenheiten in dem Gerät, den relativ hohen Eigenkosten für ein Wärmeleitrohr und daran, dass das Wärmeleitrohr innen an der zu kühlenden Komponente und außen am Gehäuse angebunden werden muss. Unter dieser doppelten Anbindung leidet auch die Effizient der Wärmeableitung. Without moving parts come from solutions that connect the housing-facing components by means of heat conducting mats or thermal compounds to the housing. For internal components then heat pipes (heat pipes) are used. As a result, however, increase the production costs considerably. This is due to several factors, such as the specific design required for the special conditions in the device, the relatively high cost of a heat pipe and the fact that the heat pipe must be connected inside the component to be cooled and outside of the housing. Under this double connection also suffers the efficiency of heat dissipation.

Eine Alternative zu Wärmerohren sind Wärmeleitbleche. Sie haben aber auch das Problem der doppelten Anbindung an die innen liegenden Bauteile und das Gehäuse. Die Wärmeübertragung an diesen Anbindungsstellen ist nicht besonders effektiv. An alternative to heat pipes are Wärmeleitbleche. But they also have the problem of double connection to the internal components and the housing. The heat transfer at these attachment sites is not very effective.

Es ist auch denkbar, innen liegende, stark wärmeentwickelnde Bauteile zu vermeiden. Dazu werden Leiterplatten im 90°-Winkel zueinander angeordnet, so dass jede Leiterplatte außen und nahe an einer Gehäusewand liegt. Das schränkt natürlich die Gestaltungsfreiheit ein. Außerdem wird die gegenseitige Kontaktierung der Leiterplatten über gewinkelte Stecker oder Flexverbindungen aufwändiger. Schließlich ist auch die thermische Kontaktierung nicht optimal. Wärmeleitmatten können nur in der Fügerichtung verpresst werden. Möchte man Wärmeleitplatten auch in 90° zu der Fügerichtung verpressen, so ist im Gehäuse ein zusätzlicher Deckel erforderlich, der dann nach der Montage der Leiterplatten aufgebracht wird. It is also conceivable to avoid internal, strongly heat-generating components. For this purpose, printed circuit boards are arranged at 90 ° to each other, so that each circuit board is outside and close to a housing wall. Of course that limits the freedom of design. In addition, the mutual contacting of the printed circuit boards over angled plugs or flex connections becomes more complex. Finally, the thermal contact is not optimal. Heat-conducting mats can only be pressed in the jointing direction. If you want heat transfer plates in 90 ° to the joining direction Press, so in the case of an additional cover is required, which is then applied after mounting the circuit boards.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, für eine verbesserte Wärmeabfuhr in einer Kamera zu sorgen. It is therefore an object of the invention to provide for improved heat dissipation in a camera.

Diese Aufgabe wird durch eine Kamera nach Anspruch 1 gelöst. Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, die Leiterplatten mit Bildsensor und Auswertungselektronik parallel zueinander anzuordnen. In einer ersten Leiterplatte wird ein Durchbruch, also eine Öffnung angebracht. Durch diese Öffnung ragt ein Teil des Gehäuses als Vorsprung nach Innen, um dort die zweite Leiterplatte zu kontaktieren und so deren Wärme nach außen abzuführen. This object is achieved by a camera according to claim 1. The invention is based on the basic idea of arranging the printed circuit boards with image sensor and evaluation electronics parallel to each other. In a first circuit board a breakthrough, so an opening is attached. Through this opening, a part of the housing projects as a projection to the inside, there to contact the second circuit board and so dissipate their heat to the outside.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Leiterplatten kompakt und kostengünstig parallel zueinander angeordnet werden können. Gewinkelte Stecker, Flexverbindungen und dergleichen für gewinkelt angeordnete Leiterplatten sind daher nicht erforderlich. Es werden auch keine zusätzlichen Teile wie Wärmerohre oder Wärmeleitbleche benötigt. Die gesamte Wärme der parallel angeordneten Leiterplatten kann robust und ohne bewegliche Teile über das Gehäuse abgegeben werden The invention has the advantage that the circuit boards can be arranged compact and inexpensive parallel to each other. Angled plugs, flex connections and the like for angled printed circuit boards are therefore not required. There are no additional parts such as heat pipes or Wärmeleitbleche needed. The entire heat of the parallel printed circuit boards can be delivered robustly and without moving parts through the housing

Die erste Leiterplatte ist vorzugsweise parallel zu einer Gehäusewand des Gehäuses angeordnet. Die erste Leiterplatte wird deshalb auch als äußere Leiterplatte bezeichnet, entsprechend die zweite Leiterplatte als innere Leiterplatte. Im Prinzip ist das Konzept auf zusätzliche parallele Leiterplatten erweiterbar, wobei dann die jeweils äußeren Leiterplatten gestaffelte Durchbrüche für die Kontaktierung einer inneren Leiterplatte durch einen Gehäusevorsprung aufweisen. Zusätzliche Leiterplatten können für die Beleuchtung, Anschlusselektronik der Kamera und weitere Komponenten genutzt werden. Es ist auch denkbar, eine einzelne Leiterplatte oder mehrere zueinander parallel angeordnete Leiterplatten im 90°-Winkel zu der ersten und zweiten Leiterplatte an einer eigenen Gehäusewand vorzusehen und dort direkt oder über einen Durchbruch in der Leiterplatte und einen Gehäusevorsprung nach außen anzubinden. The first printed circuit board is preferably arranged parallel to a housing wall of the housing. The first circuit board is therefore also referred to as the outer circuit board, corresponding to the second circuit board as the inner circuit board. In principle, the concept is expandable to additional parallel circuit boards, in which case the respective outer circuit boards have staggered openings for the contacting of an inner circuit board by a housing projection. Additional printed circuit boards can be used for the lighting, camera connection electronics and other components. It is also conceivable to provide a single printed circuit board or a plurality of printed circuit boards arranged parallel to one another at a 90 ° angle to the first and second printed circuit board on a separate housing wall and to connect there directly or via an opening in the printed circuit board and a housing projection to the outside.

Die erste Leiterplatte weist bevorzugt mindestens einen digitalen Baustein zur Datenverarbeitung der Auswertungseinheit auf. Die erste Leiterplatte wird damit eine Auswertungsleiterplatte. Als digitaler Baustein kommt im Prinzip jeder Logikbaustein in Betracht, wie ein Mikroprozessor oder ein FPGA (Field Programmable Gate Array). Die Auswertungseinheit ist auf einem oder mehreren derartigen Bausteinen implementiert. The first printed circuit board preferably has at least one digital module for data processing of the evaluation unit. The first circuit board is thus an evaluation board. In principle, any logic component such as a microprocessor or an FPGA (Field Programmable Gate Array) is considered a digital component. The evaluation unit is implemented on one or more such modules.

Die zweite Leiterplatte weist bevorzugt den Bildsensor auf. Damit wird die zweite Leiterplatte zu einer Bildsensorleiterplatte. Der Bildsensor ist beispielsweise ein CMOS-oder CCD-Chip, kann aber auch ein Spezialchip für die 3D-Bilderfassung sein, etwa ein PMD-Chip (Photomischdetektor) oder allgemeiner ein TOF-Chip (Time-of-Flight, Lichtlaufzeitverfahren). The second circuit board preferably has the image sensor. Thus, the second circuit board becomes an image sensor circuit board. The image sensor is, for example, a CMOS or CCD chip, but can also be a special chip for 3D image acquisition, for example a PMD chip (photonic mixer detector) or more generally a TOF chip (time-of-flight, light transit time method).

Der Gehäusevorsprung kontaktiert die zweite Leiterplatte bevorzugt in einem Bereich des Bildsensors. Damit wird Wärme von der stärksten inneren Wärmequelle nach außen abgeführt. Für die Positionierung des Bildsensors besteht wenig Gestaltungsspielraum, sie ist vielmehr weitgehend durch optische Funktion festgelegt. Dementsprechend ist besonders vorteilhaft, wenn die Wärme des Bildsensors von dessen Position effektiv nach außen abgeleitet werden kann. The housing projection preferably contacts the second printed circuit board in a region of the image sensor. This dissipates heat from the strongest internal heat source to the outside. There is little scope for the positioning of the image sensor, it is rather largely determined by optical function. Accordingly, it is particularly advantageous if the heat of the image sensor can be effectively derived from its position to the outside.

Die erste Leiterplatte weist bevorzugt eine zentrale Öffnung auf, und der Gehäusevorsprung ist bevorzugt als Kühlstempel ausgebildet. Diese Öffnung dient dazu, ein entsprechend zentral angeordnetes, wärmeerzeugendes Bauteil der zweiten Leiterplatte zu kühlen, insbesondere den Bildsensor. The first circuit board preferably has a central opening, and the housing projection is preferably formed as a cooling die. This opening serves to cool a correspondingly centrally arranged, heat-generating component of the second printed circuit board, in particular the image sensor.

Zwischen Gehäusevorsprung und zweiter Leiterplatte ist bevorzugt eine Wärmeleitmatte angeordnet. Durch eine Wärmeleitmatte (Gap Pad) wird eine besonders gute Wärmeübertragung von der zweiten Leiterplatte auf den Gehäusevorsprung und damit nach außen erreicht. Die Wärmeleitmatte kann wegen der parallelen Anordnung der Leiterplatten optimal verpresst werden und damit besonders effektiv funktionieren. Between the housing projection and the second circuit board, a heat-conducting mat is preferably arranged. By a heat-conducting mat (Gap Pad), a particularly good heat transfer from the second circuit board on the housing projection and thus achieved to the outside. The heat-conducting mat can be pressed optimally because of the parallel arrangement of the printed circuit boards and thus work very effectively.

Zwischen dem Gehäuse und der ersten Leiterplatte ist bevorzugt mindestens eine Wärmeleitmatte angeordnet. Die erste Leiterplatte liegt außen und kann damit vergleichsweise einfach an eine äußere Gehäusewand angebunden werden. Erneut wird dies durch eine optimal verpressbare Wärmeleitmatte unterstützt. At least one heat-conducting mat is preferably arranged between the housing and the first printed circuit board. The first circuit board is outside and can therefore be connected relatively easily to an outer housing wall. Again, this is supported by an optimally compressible thermal conductivity mat.

Das Gehäuse weist bevorzugt eine Vielzahl gebogener Kühlrippen auf. Solche Kühlrippen sind insbesondere an derjenigen Gehäusewand angebracht, die parallel zu den Leiterplatten liegt. So wird die über den Gehäusevorsprung nach außen abgeleitete Wärme an die Umgebung abgegeben. Alternativ zu den Kühlrippen ist an dieser Stelle eine Halterung angebracht, welche die Funktion der Wärmeabfuhr ebenfalls erfüllt. The housing preferably has a plurality of curved cooling fins. Such cooling ribs are in particular attached to that housing wall, which is parallel to the printed circuit boards. Thus, the heat dissipated to the outside via the housing projection is released to the environment. As an alternative to the cooling fins, a holder is attached at this point, which also fulfills the function of heat dissipation.

Die 3D-Kamera ist bevorzugt als Lichtlaufzeitkamera (3D-TOF-Kamera) ausgebildet und weist dazu eine Lichtlaufzeiteinheit auf, um die Lichtlaufzeit eines Lichtsignals zu bestimmen, das von der Beleuchtungseinheit ausgesandt, an Objekten in der Szenerie remittiert und in dem Bildsensor erfasst wird. Die Lichtlaufzeiteinheit kann auch zumindest teilweise in den Bildsensor integriert werden. Alternative 3D-Verfahren wie Stereoskopie oder aktive Triangulation (structured light camera) sind möglich. The 3D camera is preferably designed as a time of flight camera (3D TOF camera) and has a light transit time unit in order to determine the light transit time of a light signal emitted by the illumination unit to objects in the Scenery remitted and recorded in the image sensor. The light transit time unit can also be integrated at least partially into the image sensor. Alternative 3D methods such as stereoscopy or active triangulation (structured light camera) are possible.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile beispielhaft anhand von Ausführungsformen und unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die Abbildungen der Zeichnung zeigen in: The invention will be explained in more detail below with regard to further features and advantages by way of example with reference to embodiments and with reference to the accompanying drawings. The illustrations of the drawing show in:

1 eine Blockdarstellung einer Kamera; 1 a block diagram of a camera;

2 eine dreidimensionale Gesamtansicht einer Kamera; 2 a three-dimensional overall view of a camera;

3 eine Ansicht des Inneren der Kamera mit Blick auf Objektiv und eine innere Leiterplatte eines Bildsensors; 3 a view of the interior of the camera with a view of the lens and an inner circuit board of an image sensor;

4 eine Ansicht hinter die Leiterplatte des Bildsensors mit Blick auf eine äußere Leiterplatte der Auswertungselektronik und einen nach innen ragenden Gehäusevorsprung; 4 a view behind the circuit board of the image sensor overlooking an outer circuit board of the evaluation electronics and an inwardly projecting housing projection;

5 eine Ansicht auf die beiden Leiterplatten, den Gehäusevorsprung und das Objektiv der Kamera von oben; 5 a view of the two circuit boards, the housing projection and the lens of the camera from above;

6 eine Ansicht nur des Gehäuses der Kamera mit dem Gehäusevorsprung von oben; 6 a view only of the housing of the camera with the housing projection from above;

7 eine Ansicht nur der beiden Leiterplatten ohne Gehäuse; und 7 a view of only the two circuit boards without housing; and

8 eine Ansicht der äußeren Leiterplatte von hinten. 8th a view of the outer circuit board from behind.

1 zeigt in einer Blockdarstellung eine 3D-Kamera 10 zur Aufnahme von dreidimensionalen Bildern oder Tiefenkarten eines Überwachungsbereiches beziehungsweise einer Szenerie 12. Diese dreidimensionalen Bilder werden beispielsweise für eine der einleitend genannten Anwendungen weiter ausgewertet. Das im Folgenden am Beispiel der 3D-Kamera 10 beschriebene Kühlkonzept ist auf andere Kameras und Sensoren übertragbar. 1 shows a block diagram of a 3D camera 10 for recording three-dimensional images or depth maps of a surveillance area or a scene 12 , These three-dimensional images are further evaluated, for example, for one of the aforementioned applications. The following is the example of the 3D camera 10 described cooling concept is transferable to other cameras and sensors.

In der 3D-Kamera 10 nimmt ein Bildsensor 14 Bilder der Szenerie 12 auf. Der Bildsensor 14 ist ein zeilen- beziehungsweise meist matrixförmiger Aufnahmechip, der ein Pixelbild aufnimmt, beispielsweise ein CCD- oder ein CMOS-Sensor. Dem Bildsensor 14 ist ein Objektiv 16 mit einer abbildenden Optik zugeordnet, welches nur schematisch über einen rohrförmigen Tubus dargestellt ist und in der Praxis als jede bekannte Abbildungsoptik realisiert sein kann. In the 3D camera 10 takes an image sensor 14 Pictures of the scenery 12 on. The image sensor 14 is a line or mostly matrix-shaped recording chip that receives a pixel image, such as a CCD or a CMOS sensor. The image sensor 14 is a lens 16 associated with an imaging optics, which is shown only schematically via a tubular tube and can be implemented in practice as any known imaging optics.

Die 3D-Kamera 10 weist außerdem eine Beleuchtungseinheit 18 zur Ausleuchtung der Szenerie 12 mit einer oder mehreren Lichtquellen 20 auf, die vorzugsweise Hochleistungs-LEDs oder Laserdioden sind. Für ein Lichtlaufzeitverfahren kann das Sendelicht der Beleuchtungseinheit 18 in seiner Amplitude moduliert werden, beispielsweise um für ein Pulsverfahren einzelne kurze Lichtpulse oder für ein Phasenverfahren eine periodische Modulation zu erzeugen. Alternativ ist denkbar, durch gezielte Ansteuerung einzelner Lichtquellen oder ein Mustererzeugungselement, wie ein DOE oder ein Mikrolinsenfeld, ein strukturiertes Beleuchtungsmuster zu erzeugen. The 3D camera 10 also has a lighting unit 18 to illuminate the scenery 12 with one or more light sources 20 which are preferably high power LEDs or laser diodes. For a light transit time method, the transmitted light of the illumination unit 18 be modulated in amplitude, for example, to generate a single pulsed single light pulses or for a phase method, a periodic modulation. Alternatively, it is conceivable to generate a structured illumination pattern by targeted activation of individual light sources or a pattern generation element, such as a DOE or a microlens field.

Mit dem Bildsensor 14 und der Beleuchtungseinheit 18 ist eine kombinierte Steuer- und Auswertungseinheit 22 verbunden. Darüber werden Belichtungszeiten und Modulation der Beleuchtungseinheit 18 vorgegeben und die Bilddaten des Bildsensors 14 ausgewertet. With the image sensor 14 and the lighting unit 18 is a combined control and evaluation unit 22 connected. In addition, exposure times and modulation of the lighting unit 18 specified and the image data of the image sensor 14 evaluated.

In einer bevorzugten Ausführungsform der 3D-Kamera 10 als 3D-TOF-Kamera fungiert die Auswertungseinheit 22 als Lichtlaufzeiteinheit, die in einem Puls- oder Phasenverfahren für jedes Pixel eine Lichtlaufzeit zwischen Aussenden von Sendelicht und Empfang von remittiertem Licht aus der Szenerie 12 und auf diese Weise dreidimensionale Bilder berechnet. Die Lichtlaufzeiteinheit kann alternativ auch zumindest teilweise direkt in den Bildsensor 14 integriert sein, beispielsweise in einem PMD-Chip (Photonmischdetektion). Die 3D-Kamera 10 kann auch als Stereokamera ausgebildet sein. In diesem Fall ist ein weiterer Bildsensor samt Objektiv vorgesehen, und die Auswertungseinheit 22 berechnet dreidimensionale Bilddaten mit einem Stereoskopiealgorithmus. Nochmals alternativ werden nicht wie bei der Stereoskopie zwei Bilder, sondern nur ein Bild und ein von der Beleuchtungseinheit 18 projiziertes Beleuchtungsmuster miteinander korreliert (Projektionsverfahren, structured light camera). In a preferred embodiment of the 3D camera 10 The evaluation unit acts as a 3D TOF camera 22 as a light time unit, which in a pulse or phase method for each pixel, a light transit time between emission of transmitted light and reception of remitted light from the scenery 12 and calculate three-dimensional images in this way. The light transit time unit can alternatively also at least partially directly into the image sensor 14 be integrated, for example in a PMD chip (photon mixing detection). The 3D camera 10 can also be designed as a stereo camera. In this case, another image sensor including lens is provided, and the evaluation unit 22 Computes three-dimensional image data with a stereoscopic algorithm. Again, alternatively, as in stereoscopy, two images are not taken, but only one image and one from the illumination unit 18 projected illumination pattern correlated with each other (projection method, structured light camera).

Über eine Datenschnittstelle 24 kann die Auswertungseinheit 22 und damit die 3D-Kamera 10 dreidimensionale Bilder oder andere Messergebnisse ausgeben, beispielsweise Rohbilddaten des Bildsensors 14, aber auch Auswertungsergebnisse wie Objektdaten oder die Identifizierung bestimmter Objekte. Speziell in einer sicherheitstechnischen Anwendung kann das Erkennen eines unzulässigen Eingriffs in Schutzfelder, die virtuell in der Szenerie 12 definiert wurden, zur Ausgabe eines sicherheitsgerichteten Abschaltsignals führen. Dazu ist die Datenschnittstelle 24 dann vorzugsweise als Sicherheitsausgang (OSSD, Output Signal Switching Device) ausgeführt und die 3D-Kamera 10 insgesamt im Sinne einschlägiger Sicherheitsnormen ausfallsicher aufgebaut. Via a data interface 24 can be the evaluation unit 22 and with it the 3D camera 10 output three-dimensional images or other measurement results, such as raw image data of the image sensor 14 , but also evaluation results such as object data or the identification of certain objects. Especially in a safety-related application, the detection of an impermissible intervention in protective fields can be virtual in the scenery 12 have led to the output of a safety-related shutdown signal. This is the data interface 24 then preferably as a safety output (OSSD, output signal switching device) running and the 3D camera 10 Total constructed in accordance with relevant safety standards fail-safe.

Um die diversen Elektronikkomponenten unterzubringen, sind in der 3D-Kamera 10 eine erste Leiterplatte 26 für die Auswertungseinheit 22, eine zweite Leiterplatte 28 für den Bildsensor 14, eine dritte Leiterplatte 30 für die Beleuchtungseinheit 18 und eine vierte Leiterplatte 32 für die Datenschnittstelle 24 und sonstige Anschlüsse einschließlich einer Versorgung angeordnet. Die Anzahl der Leiterplatten, deren Anordnung und die Zuordnung zu den Elektronikkomponenten sind beispielhaft zu verstehen. Hinsichtlich der Wärmeabfuhr genauer zu betrachten ist die zweite Leiterplatte 28, weil sie bezüglich eines Gehäuses 34 wegen der ersten Leiterplatte 26 innen liegt. Die übrigen Leiterplatten 26, 30, 32 können ihre Wärme unproblematisch und direkt an das Gehäuse 34 abgeben. To accommodate the various electronic components are in the 3D camera 10 a first circuit board 26 for the evaluation unit 22 , a second circuit board 28 for the image sensor 14 , a third circuit board 30 for the lighting unit 18 and a fourth circuit board 32 for the data interface 24 and other connections including a supply arranged. The number of printed circuit boards, their arrangement and the assignment to the electronic components are to be understood as an example. Regarding the heat dissipation to look at more closely is the second circuit board 28 because they're talking about a case 34 because of the first circuit board 26 inside lies. The remaining circuit boards 26 . 30 . 32 Their heat can be unproblematic and directly to the housing 34 submit.

Das erfindungsgemäße Kühlkonzept befasst sich also mit einer Konfiguration, in der die erste Leiterplatte 26 und die zweite Leiterplatte 28 wie in 1 parallel zueinander angeordnet sind. Die äußere oder erste Leiterplatte 26 kann ihre Wärme über die parallele Gehäusewand 36 abgeben. Um die thermische Anbindung zu verbessern, sind zwischen der ersten Leiterplatte 26 und der Gehäusewand 36 Wärmeleitmatten 38 vorgesehen. Zur Entwärmung der inneren oder zweiten Leiterplatte 28 ist in der ersten Leiterplatte 26 eine zentrale Öffnung 40 vorgesehen. Durch diese Öffnung 40 ragt ein Teil des Gehäuses 34 als Kühlstempel oder Gehäusevorsprung 42 nach Innen und kontaktiert so die zweite Leiterplatte 28. Dies geschieht vorzugsweise im Bereich des Bildsensors 14 als größter Wärmequelle. Erneut wird die thermische Anbindung durch eine Wärmeleitmatte 44 verbessert. Auf diese Weise kann die Wärme sowohl der ersten Leiterplatte 26 als auch der zweiten Leiterplatte 28 über die Gehäusewand 36 nach außen abgegeben werden. Es ist natürlich abweichend von den Darstellungen denkbar, mehrere Öffnungen 40 und mehrere Gehäusevorsprünge 42 vorzusehen, um die zweite Leiterplatte 26 an mehreren Stellen zu kontaktieren. The cooling concept according to the invention therefore deals with a configuration in which the first printed circuit board 26 and the second circuit board 28 as in 1 are arranged parallel to each other. The outer or first circuit board 26 can their heat through the parallel housing wall 36 submit. In order to improve the thermal connection, are between the first circuit board 26 and the housing wall 36 Wärmeleitmatten 38 intended. For cooling the inner or second circuit board 28 is in the first circuit board 26 a central opening 40 intended. Through this opening 40 a part of the housing protrudes 34 as a cooling stamp or housing projection 42 inside and so contacted the second circuit board 28 , This is preferably done in the area of the image sensor 14 as the largest source of heat. Once again, the thermal connection is through a heat-conducting mat 44 improved. In this way, the heat of both the first circuit board 26 as well as the second circuit board 28 over the housing wall 36 be discharged to the outside. Of course, it is conceivable deviating from the representations, several openings 40 and a plurality of housing protrusions 42 provide to the second circuit board 26 to contact in several places.

Das soeben anhand der schematischen Darstellung in 1 erläuterte Kühlkonzept wird in den 2 bis 8 in einer konkreten Ausführungsform der 3D-Kamera 10 weiter illustriert. Dabei werden jeweils gleiche Merkmale durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. This is just on the basis of the schematic representation in 1 explained cooling concept is in the 2 to 8th in a concrete embodiment of the 3D camera 10 further illustrated. In each case, the same features are identified by the same reference numerals.

2 ist eine dreidimensionale Gesamtansicht der 3D-Kamera 10 von außen. An der Frontfläche sind die Beleuchtungseinheit 18 mit ihren Lichtquellen 20 und die Öffnung für das Objektiv 16 zu erkennen. Das Gehäuse 34 weist gebogene Kühlrippen 46 auf, um die Oberfläche zur Wärmeabgabe an die Umgebung besonders effizient zu vergrößern. Die Kühlrippen 46 finden sich insbesondere an der Rückseite, wo die Wärme der beiden Leiterplatten 26, 28 abzuführen ist, und beispielhaft auch auf der Oberseite. 2 is a three-dimensional overall view of the 3D camera 10 from the outside. On the front surface are the lighting unit 18 with their light sources 20 and the opening for the lens 16 to recognize. The housing 34 has curved cooling fins 46 to particularly efficiently increase the surface area for dissipating heat to the environment. The cooling fins 46 especially on the back, where the heat of the two printed circuit boards 26 . 28 can be removed, and exemplary also on the top.

In 3 ist gegenüber 2 die Frontfläche geöffnet und die dritte Leiterplatte 30 der Beleuchtungseinheit 18 entfernt. Dadurch wird die zweite Leiterplatte 28 des Bildsensors 14 mit dem Objektiv 16 sowie im unteren Bereich noch die vierte Leiterplatte 32 für die Anschlüsse erkennbar. In 3 is opposite 2 the front surface is open and the third circuit board 30 the lighting unit 18 away. This will make the second circuit board 28 of the image sensor 14 with the lens 16 and in the lower area still the fourth circuit board 32 recognizable for the connections.

In 4 sind zusätzlich die zweite Leiterplatte 28 samt Objektiv 16 sowie die vierte Leiterplatte 32 entfernt. Auf der dadurch sichtbaren ersten Leiterplatte 26 sind die Elektronikbausteine für die Auswertungseinheit 22 zur besseren Übersicht weggelassen. Durch die zentrale Öffnung 40 in der ersten Leiterplatte 26 ragt der Gehäusevorsprung 42 nach vorn, an dessen Stirnfläche die Wärmeleitplatte 44 zur Kontaktierung der zweiten Leiterplatte 28 auf der Rückseite des Bildsensors 14 angeordnet ist. In 4 are also the second circuit board 28 including lens 16 as well as the fourth circuit board 32 away. On the thus visible first circuit board 26 are the electronic components for the evaluation unit 22 omitted for clarity. Through the central opening 40 in the first circuit board 26 protrudes the housing projection 42 forward, at the end face of the heat conduction 44 for contacting the second circuit board 28 on the back of the image sensor 14 is arranged.

5 zeigt eine ganz ähnliche Teilkonfiguration der 3D-Kamera 10 wie 3, jedoch aus einer Perspektive von unten durch eine Öffnung, die durch Weglassen der vierten Leiterplatte 32 entsteht. So ist erkennbar, wie der Gehäusevorsprung 42 die Rückseite der zweiten Leiterplatte 28 im Bereich des Bildsensors 14 kontaktiert. 5 shows a very similar partial configuration of the 3D camera 10 as 3 but from a perspective from below through an opening made by omitting the fourth circuit board 32 arises. This makes it clear how the housing protrusion 42 the back of the second circuit board 28 in the area of the image sensor 14 contacted.

6 entspricht in der Perspektive der 5, zeigt aber nur das Gehäuse 34 mit dem Gehäusevorsprung 42 und der dort stirnseitig angebrachten Wärmeleitmatte 44 ohne Leiterplatten 26, 28. 6 corresponds in the perspective of 5 , but only shows the case 34 with the housing projection 42 and the heat-conducting mat attached there on the front side 44 without printed circuit boards 26 . 28 ,

7 zeigt nur die erste Leiterplatte 26 mit dem Bildsensor 14 und die in dieser Perspektive von vorne nahezu verdeckte zweite Leiterplatte 28. 8 ist eine entsprechende Rückansicht auf die zweite Leiterplatte 28 mit der zentralen Öffnung 40 für den Gehäusevorsprung 42. 7 shows only the first circuit board 26 with the image sensor 14 and in this perspective from the front almost hidden second circuit board 28 , 8th is a corresponding rear view of the second circuit board 28 with the central opening 40 for the housing projection 42 ,

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 7433024 [0006]

Claims

Camera ( 10 ), in particular 3D camera, which has a housing ( 34 ) and at least one first printed circuit board ( 26 ) and a second circuit board ( 28 ), on which an image sensor ( 14 ) for capturing image data from a surveillance area ( 12 ) and an evaluation unit ( 22 ) are arranged for further processing of the image data, characterized in that the printed circuit boards ( 26 . 28 ) are arranged parallel to each other, that the first circuit board ( 26 ) at least one breakthrough ( 40 ) and the housing ( 34 ) at least one inwardly projecting housing projection ( 42 ) and that the housing projection ( 42 ) through the breakthrough ( 40 ) through the second circuit board ( 28 ) to dissipate their heat to the outside.

Camera ( 10 ) according to claim 1, wherein the first printed circuit board ( 26 ) parallel to a housing wall ( 36 ) of the housing ( 34 ) is arranged.

Camera ( 10 ) according to claim 1 or 2, wherein the first printed circuit board ( 26 ) at least one digital module for data processing of the evaluation unit ( 22 ) having.

Camera ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the second printed circuit board ( 28 ) the image sensor ( 14 ) having.

Camera ( 10 ) according to claim 4, wherein the housing projection ( 42 ) the second circuit board ( 28 ) in an area of the image sensor ( 14 ) contacted.

Camera ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the first printed circuit board ( 26 ) a central opening ( 40 ) and the housing projection ( 42 ) is designed as a cooling stamp.

Camera ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein between housing projection ( 42 ) and second circuit board ( 28 ) a heat-conducting mat ( 44 ) is arranged.

Camera ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein between the housing ( 34 ) and the first circuit board ( 26 ) at least one heat-conducting mat ( 38 ) is arranged.

Camera ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the housing ( 34 ) a plurality of curved cooling fins ( 46 ) having.

Camera ( 10 ) according to one of the preceding claims, which is designed as a light-time camera and to a lighting unit ( 18 ) and a light time unit ( 14 . 22 ) in order to determine the light transit time of a light signal emitted by the illumination unit ( 18 ) to objects in the surveillance area ( 12 ) and in the image sensor ( 14 ) is detected.