Gasdicht montierter Linsenstapel für ein Kameragehäuse
Technisches Gebiet
Kommen Kameramodule im Kfz-Betrieb zum Einsatz, so sind diese neben hohen mechanischen Beanspruchungen auch großen Temperaturschwankungen sowie Feuchtigkeitseinflüssen ausgesetzt. Der Einsatz eines nicht vollständig dicht ausgelegten Kameramoduls unter fahrzeugüblichen Klimabedingungen, kann einerseits zur Taubildung im optischen Pfad und andererseits zu einer Beeinträchtigung der Bildqualität führen. Eine Auskondensation der Feuchtigkeit ist häufig dann zu beobachten, wenn sich im Inneren des Kameramoduls über längere Zeit bei höheren Temperaturen eine relativ hohe Luftfeuchtigkeit eingestellt hat und das Kameramodul dann innerhalb kürzester Zeit abgekühlt wird.
Stand der Technik
Üblicherweise werden aus einem Objektiv und einem Sensorchip aufgebaute optische Aufnahmeeinheiten luftdicht ausgelegt. Das Eindringen von Feuchtigkeit als Folge der für viele eingesetzte Materialien nicht beliebig kleinen Wasserdampfdurchlässigkeit, kann durch den Einsatz von Adsorbermitteln, wie zum Beispiel Zeolith aufgefangen werden.
Neben dem Einkleben der Frontlinse eines Linsenstapels ist der Einsatz von Dichtringen, so zum Beispiel von O-Ringen aus verschiedenen Materialen denkbar und stellt einen sinnvollen Ansatz zum dichten Aufbau dar. Dichtringe, die zum Beispiel aus Elastomeren gefertigt sind, bieten gegenüber dem Kleben den Vorteil, dass eine Nachbearbeitung möglich ist. Ferner existiert das Risiko von Verschmutzungen bei Dichtringen nicht.
Damit die Abdichtung bei Verwendung eines Dichtringes sicher gewährleistet ist, wird durch die Verschraubung eine definierte Kompression des Dichtrings erzeugt. Bedingt durch die Fertigungsstreuungen der Aufbauhöhen innerhalb eines Linsenstapels, der mehrere Linsen umfassen kann, ist eine über alle Exemplare gleich bleibende Kompression jedoch nicht gewährleistet, falls die Klemmung eines Dichtringes zwischen der vordersten Linsenfläche und einem Anlagenmaß im Tubus des Objektivs, wie zum Beispiel einer Ringfläche erfolgt. Darüber hinaus muss gewährleistet sein, dass der Dichtring nicht ungleichmäßig geklemmt wird, was zum Beispiel durch lokale Überdehnung beim Verschrauben in der Montage auftreten kann. Für Objektive in den eingangs erwähnten Applikationsfällen ist es wichtig, die Anordnung der Einzellinsen mit möglichst kleinen Abweichungen zu erreichen, um die geforderte Bildqualität sicherzustellen. Damit ist eine gute Führung der Einzellinsen eines Linsenstapels erforderlich, die Führung der Einzellinsen darf nicht durch schief liegende Dichtringe beeinträchtigt werden. Von Nachteil bei einer auf einer Frontfläche aufliegenden Dichtung ist eine Beeinträchtigung des freien Strahldurchmessers, da die Randdicke der
Frontlinse nicht beliebig reduziert werden kann.
Aus JP 2002 090603 A ist eine wasserdichte Kamera bekannt. Die wasserdichte Kamera ist mit einem Kameragehäuse ausgestattet, welches einen vorderen Teil und einen rückwärtigen Teil umfasst. Innerhalb des Kameragehäuses ist ein Linsenstapel aufgenommen. Innerhalb des Linsenstapels ist hinter der Frontlinse ein Hohlraum gebildet. Eine Weitwinkelaufnahmen ermöglichende Linse ist innerhalb des Hohlraumes platziert. Die Frontlinse des Linsenstapels ist an der Öffnung des Linsenstapels vorgesehen und wird zudem als Dichtung eingesetzt. Ein Vorsprung an der Kante des Linsenstapels ist auf der Linsenseite mittels thermischem Fügen verstemmt. Ein O-Ring ist zwischen die äußere Peripherie der Linse und der Umfangsfläche einer inneren Wandung für den Linsenstapel zur Abdichtung des Ringspaltes zwischen diesen vorgesehen. Ferner wird ein weiterer O-Ring zwischen der äußeren Umfangsfläche des Kantenteils des Linsenstapels und der inneren Umfangsfläche des Kantenteils des vorderen Kameragehäuses platziert, um den Freiraum zwischen diesen zu versiegeln.
Aus JP 2001 352469 A ist ein optisches Gerät bekannt, bei dem die zu dessen Montage erforderlichen Teile hinsichtlich ihrer Anzahl minimiert sind. Eine Frontlinse dient als
Frontabdeckung eines Kameragehäuses. Die Frontlinse ist in einer Ausnehmung des Gehäuses eingelassen, dessen Kanten so ausgebildet sind, dass der optische
Aufiiahmebereich nicht beeinträchtigt ist. Durch die Formgebung des Kameragehäuses sind die Frontlinse und eine rückwärtige Linse hinsichtlich ihrer Positionen fixiert. Durch die Formgebung des Kameragehäuses der Kamera gemäß JP 2001 352469 kann keine kompakte Bauform der Kamera beibehalten werden.
Darstellung der Erfindung
Dem erfindungsgemäßen Vorschlag folgend, wird ein kompakter und dichter Aufbau einer für Kfz- Anwendungen geeigneten Kamera, die hinsichtlich der Anzahl der mechanischen Komponenten und der mechanischen Schnittstellen minimiert ist, vorgeschlagen, bei der der Bildsensor während der Montage mittels einer mechanischen
Justiereinheit relativ zum Objektiv positioniert wird. Die mechanische Justiereinheit kann zum Beispiel ein Hexapod sein, der in 6 Freiheitsgraden mit sehr hoher Präzision geführt werden kann.
Das Objektiv, welches durch einen mehrere Linsen aufweisenden Linsenstapel gebildet ist, ist starr mit dem Kameragehäuse, wie zum Beispiel einer ersten Gehäusehalbschale des Kameragehäuses verbunden. Dadurch ist auch die Lage des Objektivs zu Befestigungsvorrichtungen festgelegt, mit denen die für Kfz-Anwendungen geeignete
Kamera später im Fahrzeug angebracht und ausgerichtet wird. Der der Kamera zugeordnete Bildsensor wird während deren Montage aktiv betrieben und die Abbildung des über das Objektiv aufgenommenen Testbildes wird während der Montage hinsichtlich der Schärfe in verschiedenen Bildausschnitten und für verschiedene Positionierungen automatisch ausgewertet. Der der Kamera zugeordnete Bildsensor wird während deren
Montage relativ zum Linsenstapel hinsichtlich seiner Position variiert, um die optimale Einbauposition zu ermitteln. Somit sind während des Montagevorganges der Kamera noch Korrekturen hinsichtlich der Positionierung des Bildsensors möglich.
Dem erfindungsgemäßen Vorschlag folgend kann nunmehr ein Objektivgehäuse zur
Aufnahme eines mehrere Linsen umfassenden Linsenstapels sowie eine vordere Gehäuseschale der für Fahrzeuganwendungen geeigneten Kamera als ein Werkstück hergestellt werden. Dies wird bevorzugt aus metallischen Werkstoffen, wie zum Beispiel Aluminiumdruckguss, Thixomold oder auf dem Wege des Tiefziehens erhalten. Bei Verwendung metallischer Werkstoffe zur Herstellung der vorderen Gehäuseschale einer
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für Kfz-Applikation geeigneten Kamera ist die Dichtheit der Gehäuseschale gewährleistet. Anstelle der oben erwähnten metallischen Werkstoffe kann die vordere Gehäuseschale der für Kfz-Applikation geeigneten Kamera auch aus Glasfaser gefülltem Kunststoff hergestellt werden. Die Wasserdampfdichtigkeit dieses Werkstoffes wird über einen im Wege der Plasmabeschichtungstechnik aufgebrachten Metallfϊlm hergestellt.
Die Aufnahme für den Linsenstapel, d.h. der Tubusabschnitt des Objektivgehäuses kann auf dem Wege der spanabhebenden Fertigungsverfahren, so zum Beispiel im Wege des Nachdrehens eines Aluminiumdruckgussteiles hergestellt werden. Dabei lässt sich eine präzise Ausrichtung des Tubusabschnittes des Objektivgehäuses präzise zu den außen an der Gehäuseschale liegenden Befestigungsvorrichtungen erreichen. Die Bestückung des Objektivs, d.h. der Einbau des mehrere Linsen enthaltenden Linsenstapels in die vordere Gehäuseschale und deren Prüfung kann gegebenenfalls bei einem Zulieferer erfolgen. Die Bestückung der in der vorderen Gehäuseschale ausgebildeten Objektivaufnahme kann sowohl von der Außenseite als auch von der Innenseite wie auch von beiden Richtungen aus erfolgen. Bei der Bestückung der Objektivaufnahme der vorderen Gehäuseschale an der Hinterseite und bei Verschraubung des Linsenstapels mittels eines Einschraubelementes kann ein Dichtring eingebaut werden, der eine der Außenseite des Gehäuses zuweisende Linse gegen das innere der einstückig an der vorderen Gehäuseschale ausgebildeten Objektivaufnahme und damit gegen die Innenseite der vorderen Gehäuseschale abdichtet.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann ein sonst separat in das Gehäuse einer für Kfz-Applikation geeigneten Kamera einzubauende Objektivaufnahme zur Aufnahme des Linsenstapels entfallen. Damit kann die Toleranzkette hinsichtlich fertigungsbedingter Ungenauigkeiten verkürzt werden und die Anzahl der Bauteile herabgesetzt werden. Zudem ist eine einfach zu erreichende Abdichtung des Kameragehäuses möglich. Des Weiteren bietet die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung den Vorteil, die Länge der Objektivaufnahme, d.h. des Tubus bei der spanabhebenden Nachbearbeitung so zum Beispiel beim Nachdrehen auf verschiedene
Applikationen anzupassen, das das Gleichteilekonzept unterstützt. So lässt sich die vordere Gehäusehalbschale mit integrierter Objektivaufnahme als zum Beispiel ein Aluminiumdruckgussteil herstellen, welches im Wege der spanabhebenden Fertigungsverfahren an den jeweiligen Applikationszweck angepasst werden kann.
Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Die einzige Figur zeigt einen Schnitt durch eine Gehäusehalbschale einer für Kfz-
Anwendung geeigneten Kamera mit integrierter Objektivaufnahme und darin angeordneten Linsenstapel.
Ausfuhrungsvarianten
Der Darstellung gemäß Figur 1 ist eine vordere Gehäuseschale 3 einer für Fahrzeugapplikationen geeigneten Kamera zu entnehmen. Die vordere Gehäuseschale 3 eines Gehäuses 2 umfasst eine Objektivaufnahme 4 zur Aufnahme eines mehrere Linsen umfassenden Linsenstapels 5. Der Linsenstapel 5 bildet ein Objektiv 1 der für
Kraftfahrzeuganwendungen geeigneten Kamera.
Der Linsenstapel 5 umfasst eine Außenlinse 6, die mittels eines Dichtringes 7 gegen die vordere Gehäuseschale 3 abgedichtet ist. Die vordere Gehäuseschale 3 weist dazu eine Ausnehmung 8 für den Dichtring 7 auf. Die Ausnehmung 8 für den Dichtring 7 ist an der vorderen Gehäuseschale 3 so ausgebildet, dass Umgreifkanten 9 den Dichtring 7 umschließen, wobei die Umgreifkanten 9 gleichzeitig eine Anlagefläche für die Außenlinse 6 bilden. Diese ist an ihrer nach außen weisenden Seite mit einer konvexen Wölbung 10 und an ihrer in das innere der vorderen Gehäuseschale 3 weisenden Seite mit einer konkaven Wölbung 11 versehen. Die Außenlinse 6 liegt auf einem Distanzring 12 auf, der in die Objektivaufnahme 4 eingelassen ist.
Am Distanzring 12 ist einerseits eine Auflagefläche 13 ausgebildet, auf der die Außenlinse 6 mit ihrer konkaven Wölbung 11 aufliegt und andererseits eine federnde Zone 14. Mit der federnden Zone 14 stützt sich der Distanzring 12 an einer zweiten Linse
15 des Linsenstapels 5 ab. Die zweite Linse 15 ist der Darstellung gemäß Figur 1 an ihrer der Außenlinse 6 zuweisenden Seite ebenfalls mit einer konvex verlaufenden Wölbung versehen, während die dem Gehäuseinneren der vorderen Gehäuseschale 3 zuweisende Seite der zweiten Linse 15 konkav gewölbt ausgebildet ist. Unterhalb der zweiten Linse 15 befindet sich eine dritte Linse 19. Die dritte Linse 19 weist eine Planfläche 20 auf und
liegt an Wandflächen 18 eines in die Objektivaufiiahme 4 einbringbaren Einschraubelementes 17 an. Die zweite Linse 15 stützt sich auf der Planfläche 20 der dritten Linse 19 sowie an einer ringförmig konfigurierten Kontaktfläche 16 ab.
Die dritte Linse 19 des Linsenstapels 5 umfasst neben der Planfläche 20 eine konkave
Wölbung 21. Die konkave Wölbung 21 der dritten Linse 19 wird durch eine Ringfläche begrenzt. An dieser Ringfläche liegt die dritte Linse 19 auf einem Blendenring 22 auf. Der Blendenring 22 seinerseits stützt sich an einem Auflagering 23 des Einschraubelementes 17 ab. Der Blendenring 22 fixiert eine vierte Linse 24 des Linsenstapels 5 im Einschraubelement 17. Die vierte Linse 24, die zum Beispiel eine erste konvexe Wölbung 25 sowie eine zweite konvexe Wölbung 26 aufweisen kann, wird durch eine Auflagekante 27, die an der Unterseite des Einschraubelementes 17 ausgebildet ist, untergriffen und im Einschraubelement 17 gehalten.
In der Darstellung gemäß Figur 1 werden die zweite Linse 15, die dritte Linse 19 und die vierte Linse 24 durch das Einschraubelement 17 geführt und aneinander angestellt, wobei das Einschraubelement 17 ein Außengewinde 30 umfasst, welches mit einem an der Innenwand der Objektivaufnahme 4 ausgebildeten Innengewinde 28 zusammenwirkt. Die beim Einschrauben des Einschraubelementes 17 in das Innengewinde 28 der Objektivaufnahme 4 gebildete Schraubverbindung 29 fixiert den Linsenstapel 5 innerhalb der Objektivaufnahme.
Die in Figur 1 dargestellte vordere Gehäuseschale des Gehäuses 2 einer für Kfz- Applikationen einsetzbaren Kamera kann aus einem metallischen Werkstoff hergestellt werden. Als metallische Werkstoffe bieten sich zum Beispiel Aluminiumdruckguss an sowie Thixomold. Die in Figur 1 dargestellte vordere Gehäuseschale 3 kann auch im Wege des Tiefziehens hergestellt werden. Bei Verwendung eines metallischen Werkstoffes ist die vordere Gehäuseschale 3 gegen Wasserdampfeintritt abgedichtet.
Alternativ kann die vordere Gehäuseschale 3, an welcher eine Anschlussstelle 32 für eine in Figur 1 nicht dargestellte hintere Gehäuseschale der für Kfz-Applikationen einsetzbaren Kamera anschließbar ist, auch aus Glasfaser gefülltem Kunststoff hergestellt werden. Wird dieses Material gewählt, kann dessen Wasserdampfdichtigkeit über einen im Wege der Plasmabeschichtungstechnik aufgebrachten Metallfilm erzielt werden. Die vorderen Gehäuseschalen 3 des Gehäuses 2 der für Kfz-Applikationen einsetzbaren
Kamera, werden bevorzugt im Wege des Gleichteileverfahrens hergestellt. Wird ein metallischer Werkstoff eingesetzt, so kann eine Nachbearbeitung der Objektivaufnahme 4 im Wege spanabhebender Fertigungsverfahren, wie zum Beispiel des Nachdrehens erfolgen, um die Länge der Objektivaufnahme 4 an die Höhe des Linsenstapels 5, d.h. an die Anzahl der in diesem enthaltenen Einzellinsen anzupassen. Ein Grundkörper einer vorderen Gehäuseschale 3 ist somit für mehrere Varianten von Kameras für Kfz- Applikationen einsetzbar. Zudem kann bei einer Nachbearbeitung der Objektivaufnahme 4 in der vorderen Halbschale 3, präzise zu außen an der vorderen Gehäuseschale 3 liegenden Befestigungsvorrichtungen ausgerichtet werden.
Die Bestückung der Objektivaufnahme 4 der vorderen Gehäuseschale 3 des Gehäuses 2 mit den einzelnen Linsen 6, 15, 19 und 24 kann gegebenenfalls auch durch einen Zulieferer erfolgen. Das Einbringen der Linsen 6, 15, 19 und 24 in die Objektivaufnahme 4 kann sowohl von der Innenseite 34 der Objektivaufnahme 4 erfolgen. Auch eine Montage einzelner Linsen 6, 15, 19 und 24 sowohl von der Außenseite 33 als auch von dessen Innenseite 34 ist möglich. Wird die vordere Gehäuseschale 3 vom Gehäusehohlraum 31 her bestückt, so wird in vorteilhafter Weise der Dichtring 7 in die Ausnehmungen 8, die von Umgreifkanten 9 umschlossen sind, eingebracht, bevor die Außenlinse 6 des Linsenstapels 5 in die Objektivaufnahme 4 eingebracht wird. Der Dichtring 7 kann - wie in Figur 1 dargestellt - als O-Ring ausgebildet sein; daneben kommen noch andere Querschnittskonfigurationen von Dichtringen 7 in Betracht. Die Umgreifkanten 9 fungieren gleichzeitig als Anschlag für die konvexe Wölbung 10 der Außenlinse 6 des Linsenstapels 5.
Durch die erfϊndungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann in vorteilhafter Weise auf eine separat in die vordere Gehäuseschale 3 einzubauende und zu befestigende Objektivaufnahme verzichtet werden. Damit lässt sich die Toleranzkette bei der Montage von für Kfz-Applikationen geeignete Kameras weiter reduzieren. Ferner ist durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung auf einfache Art und Weise eine Abdichtung des Gehäusehohlraumes 31 der Kamera erzielbar.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass an der Anschlussstelle 32 die in Figur 1 nicht dargestellte hintere Gehäuseschale des Gehäuses 2 mit der in Figur 1 dargestellten vorderen Gehäuseschale 3 verbunden werden kann. Die Anschlussstelle 32 kann zum Beispiel als eine Nut/Feder- Anordnung ausgebildet sein, welche den Eintritt von
Wasserdampf, Feuchtigkeit oder Schmutzpartikeln in den Gehäusehohlraum 31 der für Kfz-Applikation geeigneten Kamera wirksam unterbindet. Zum Schutz gegen eindringende Feuchtigkeit sowie als EMV-Schutz wird bevorzugt die Innenseite 34 des Gehäuses 2 im Wege der Plasmabeschichtung beschichtet, so z.B. mit einem Metallfϊlm versehen.