WO2019158166A2 - Telekamera für ein fahrzeug sowie befestigung einer telekamera am fahrzeug - Google Patents

Telekamera für ein fahrzeug sowie befestigung einer telekamera am fahrzeug Download PDF

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WO2019158166A2
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camera
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telephoto lens
lens
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Conti Temic Microelectronic GmbH
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    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/021—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses for more than one lens
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G—PHYSICS
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    • G03B17/02—Bodies
    • G03B17/12—Bodies with means for supporting objectives, supplementary lenses, filters, masks, or turrets
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    • G03B17/56—Accessories
    • G03B17/561—Support related camera accessories
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof

Definitions

  • the invention relates to a telecamera for a vehicle and a mounting option of a telecamera on the vehicle.
  • Camera systems in vehicles often use a camera system for detecting objects in the environment of the vehicle, for example, in a lying in the direction of travel surrounding area.
  • Such camera systems are z. B. inside the vehicle interior behind the windshield and look in the direction of travel through the disc.
  • Some driver assistance systems require information about objects that are far ahead of the vehicle. With conventional wide-angle cameras (aperture angles typically> 50 degrees), such objects can not always be reliably detected and detected.
  • DE 101 62 652 Al shows a stereo camera arrangement in the vehicle, in particular for the classification of objects and distance determination.
  • a camera arrangement is provided with at least two camera modules, a holder, are recorded in the camera modules with a predetermined lateral distance from each other wherein the holding device is glued to an inside of a windshield.
  • a latching mechanism or Snap-Fit- Me mechanism for receiving the camera modules, for example, in their lens area, be provided in the holder to ensure safe positioning and firm recording.
  • WO 2011/107071 A1 shows an optical device for a semiconductor camera and a method for alignment and fixation an optical device for a semiconductor camera.
  • An optical device according to the invention has a carrier with at least one rotationally symmetrical opening and at least one camera module.
  • the camera module comprises an image sensor, at least one lens and a module housing with a housin opening through which electromagnetic radiation can reach the image sensor, wherein the module housing is rotationally symmetrical at least in a region between the housing opening and the image sensor, so that the camera module in the Opening of the carrier can be stored.
  • Automated driving requires a large number of cameras in and around the vehicle.
  • the requirements for individual camera modules are different and in some cases highly specialized.
  • the invention has for its object to provide an improved camera device.
  • a starting point for the solution is, for example, from surround view (all-round vision camera systems) in principle be known satellite cameras. While all-round camera modules are usually installed in the exterior of a vehicle, in the present case an attachment in the vehicle interior is sought.
  • a satellite camera is to be understood in particular as meaning a camera without an integrated image evaluation unit.
  • the satellite camera includes a lens, an image sensor (imager) and an output connection, via which the recorded images can be transmitted as a raw image signal to an external image evaluation unit, for example a central control unit (ECU).
  • ECU central control unit
  • a first aspect of the invention is to provide a camera that can reliably image distant objects.
  • a telephoto lens which made a high resolution within a narrow field of view angle light. Telecameras have not been used as standard in vehicles for detecting the vehicle environment.
  • a camera device for a vehicle is proposed.
  • the camera device is used to detect the surroundings. tion, in particular for detecting the front or rear surrounding area of the own vehicle out forms.
  • the camera apparatus comprises an objective and an image sensor housing connected to it mechanically.
  • the lens comprises at least one lens, preferably a plurality of lenses, and a lens holder, wherein the lens holder in particular simultaneously forms the lens housing.
  • the lens is a telephoto lens, preferably it has an opening angle of maximum 35 degrees or at least a focal length of 70mm.
  • the telephoto lens focuses on at least 10m to 50m, preferably 10m to 100m or in particular 10m to 250m focused on the image sensor.
  • the image sensor housing has an electrical connection option for image signal transmission.
  • the telephoto lens has a positioning element which allows attachment in a predetermined by the positioning element orientation of the telephoto lens. The fact that the telephoto lens is mechanically connected to the image sensor housing me, the orientation of the image sensor housing is advantageously determined by the attachment of Po séesstechniksijnsijnsijnsianas the telephoto lens in a corre sponding fastening device.
  • the camera device preferably has an optical system for the projection of light and an image sensor for detecting the light projected by the optical system.
  • the camera is a device in the vehicle interior behind a windshield or rear window to be mounted, thus directed in or against the direction of travel vehicle camera.
  • the camera device is in particular by way of a fastening device on an inner side of a vehicle window, in particular a windshield of the driver's vehicle. brought or attached.
  • the fastening device is directly connected to the inside of the vehicle window or connected, for example glued.
  • the camera device can be attached or attached in the wiping region of at least one windscreen wiper.
  • the camera device does not comprise an image evaluation unit in order to ensure the compactness of the camera device.
  • the camera device can be referred to in this case as a satellite camera.
  • the recorded images are transferred via a fast data connection to an external image evaluation unit.
  • the image evaluation unit is a central driver assistance or "automated driving" ECU of the own vehicle, but it is also possible that an image processing unit is integrated into the camera device, this is preferably based on a few image evaluation functions limited.
  • a camera device has the advantage that the tolerance chain of the optical axis in the direction of the driving tool axis or the fastening device is minimized on the vehicle.
  • the attachment to the lens reduces the stresses that would otherwise occur on the image sensor housing if it were to carry the heavy telephoto lens. Tensions at the lens end are also minimized.
  • the positioning element of the telephoto lens is a flange.
  • the positioning element is formed as part of the lens, so for example from the material of the lens holder of the lens.
  • lens holder and positioning element are made in one piece.
  • the Positionie approximately element at least one stop surface perpendicular to the optical axis of the telephoto lens. This stop surface advantageously causes an adjustment of the pitch and yaw angle of the camera device relative to a receiving or fastening device and thus with respect to the vehicle to which the receiving or fastening device is fixed or is fixed.
  • the positioning element has at least one abutment surface parallel to the optical axis of the telephoto lens.
  • This stop surface advantageously causes an adjustment of the roll angle of the camera device relative to the receiving / fastening device or the vehicle.
  • the positioning element has two abutment surfaces (80 to 100 °) which are approximately perpendicular to one another and both run parallel to the optical axis of the telephoto lens.
  • the telephoto lens can be fixed spatially oriented in all degrees of freedom.
  • Another object of the invention is a fastening device (English: bracket) for receiving and fixing a corresponding camera device.
  • the fastening device itself can be attached to a vehicle window, for example glued, be or fastened.
  • the orientation of the frequencyvor direction with respect to the vehicle window is (essentially) defined by the connection to the positioning element of the Teleob jektivs the camera device.
  • the connection can be made both positively, for example by the concern of at least one stop surface of the positioning element on a korres pondierenden receiving surface of the fastening device, as well as non-positively, when a spring of the fastening tion device causes a pressing of the abutment surface of the posi tioning element to the corresponding receiving surface of the fastening device.
  • a flexible system may preferably be used to compensate for the remaining tolerances of the image sensor housing.
  • the fastening device has at least one first spring, which causes in the assembled state that the abutment surface is pressed perpendicular to the optical axis of the Kame ravorraum device on a corresponding surface of the fastening.
  • pitch and yaw angles are advantageously defined.
  • the image sensor housing is only touched by this at least one first spring on the part of the fastening device.
  • the fastening device has at least one second spring, which causes the abutment surface (s) to be pressed parallel to the optical axis of the camera device on one or two corresponding surface (s) of the fastening device.
  • the second spring contacts only the positioning device.
  • the invention relates to a camera attachment to a vehicle by means of such a fastening device and such a camera device.
  • Fig. 2 the composite camera device in one
  • FIG. 3 shows a prior art camera device in the nominal state and in the maximum tolerance state
  • Fig. 5 shows an embodiment of a telephoto lens and a
  • Fig. Figure 6 shows the assembled camera apparatus in an optimized fixture
  • FIG. 8 shows the effect of the displacement of the optical axis and the detection area compared with the area of interest of the optimally mounted camera device in the nominal state and in the state of maximum tolerance;
  • Fig. 11 windscreen with Befest whyseauvorrich device, camera device and Befest whysdeckelhal insurance (perspective view);
  • FIG. 12 is a perspective view of the windshield with cut-open fastening receiving device, camera device and Befest Trentsde- ckelhalterung.
  • FIG. 1 shows an objective 12 and an image sensor housing 14 of a camera device 20 as individual parts in a three-dimensional representation at the top left.
  • the positioning of the camera device is accomplished by an alignment of one or more surfaces 16 of the image sensor housing.
  • Fig. 1 below is a side view of the lens 12 and the image sensor housing 14 can be seen.
  • the optical axis 18 is shown as a dotted line.
  • the image sensor housing 14 is the image sensor, such as a CMOS sensor, which is not shown.
  • the image data is output and transmitted to an external processing unit.
  • Fig. 2 shows the composite of lens 12 and image sensor housing 14 camera device 20 in a dreidimensio-dimensional view (top left). Bottom rightatora the direction 20 is fixed in a fastening device 22 according to the prior art.
  • Fig. 3 shows on the left a camera device 20 in the nominal state (NSt), which is fixed according to the prior art.
  • the central axis 30, which predefines the fastening device 22, is shown as a dotted line and coincides with the optical axis 18 of the objective 12 of the camera device 20.
  • a camera device 20 is shown attached in the state with maximum tolerance (max TSt) in a fastening device 22 according to the prior art. In the state of maximum tolerance (max TSt), the lens 12 is tilted relative to the image sensor housing 14.
  • Fig. 4 illustrates the effect of the displacement of the optical axis 18 'of the camera apparatus 20 in the maximum tolerance state (max TSt) fixed in the prior art.
  • the left camera device in the nominal state (NSt) detects the area 42 from the vehicle surroundings 40 and focuses on this area of interest.
  • In the nominal state (NSt) fall in the described attachment optical axis 18 and central axis 30 of the fastening device 22 together.
  • a camera device 20 is shown on the right in the state with maximum tolerance (max TSt), differ in the optical axis 18 'and central axis 30 of the fastening device 22 as previously explained due to the attachment to the image sensor housing 14.
  • Fig. 5 shows in a first schematic representation of an embodiment of a camera device 60 from the one zel too telephoto lens 52 and image sensor housing 54.
  • the Dar setting way is similar to that in Fig. 1.
  • the Un difference is that the telephoto lens 52 is a Posi tioning element 56th having.
  • the optical axis 58 of the telephoto lens 52 is below as a dashed line Darge presents.
  • the positioning member 56 is a flange having a plurality of abutment surfaces, whereby an exact from direction with respect to roll, pitch and yaw angle is made possible.
  • FIG. 6 shows the composite camera device 60 in a spatial representation at the top left. Bottom right is a side view of the camera device 60, which is held via the positioning element 56 on the telephoto lens in a fastening 62.
  • Fig. 7 shows for this type of attachment on the left a Kame ravorraum in the nominal state (NSt) and right a Kame ravorcardi in the state with maximum tolerance (max TSt).
  • the tilt between the telephoto lens 52 and the image sensor housing 54 the right camera device 60 is comparable to the corresponding camera device 20 (max TSt) shown in FIG. 3, the deviation of the optical axis 58 'relative to the central axis of the fastening device 62 is minimal since the attachment is now made to the positioning element 56 of the telephoto lens 52.
  • FIG. 8 illustrates the significantly lower effect of the displacement of the optical axis and the detection area 82 and 86 relative to the area of interest 84.
  • a camera device 60 On the left, a camera device 60 is shown in the nominal state (NSt) and on the right in the state with maximum tolerance (max TSt) ,
  • FIG. 9a shows the camera device 60 with telephoto lens 52 and image sensor housing 54 in a spatial representation.
  • the impact on surface 96 is the precise orientation of the camera device 60 with respect to pitch and yaw angle in the loading fastening.
  • the stop surface 97 serves the Rollwinkelaus direction in the attachment.
  • a horizontal abutment surface e.g., the upper or lower horizontal surface of the flange
  • a spring force can cause the positioning element 56 of the telephoto lens 52 to be pressed downwards against corresponding receiving surfaces (viewed from the image sensor).
  • Fig. 9b illustrates the three axes of rotation of a vehicle 90 mounted in a camera device 60.
  • the rolling motion R takes place approximately to the vehicle longitudinal axis, the yaw G about the vehicle vertical axis and the pitching movement N to the driving transverse axis.
  • FIG. 10 shows a side view of a windscreen 105 of a vehicle glued Befest onlysauf receiving device 100, in which the camera device 60 inserted. is pushed.
  • the fixing receiving device 100 is fixed to the windshield 105, the camera device 60 is inserted from the "behind" (toward the windshield 105) into the mounting receiving device 100. Also, the electrical connection and attachment of the camera device 60 in the mounting receiving device 100 is made Subsequently, the camera device 60 is fastened by a fixing lid holder 101.
  • the fixing lid holder 101 has inside springs which press the camera device 60 against the Befest Trentsamvor direction 100, so that the stop surface (s) the Orientation
  • the springs serve here as equalization element: remaining tolerances of the camera device 60 are minimized In the mounted state, the loading fastening cover holder 101 engages on the fastening receiving device 100 a.
  • Fig. 11 shows a perspective view of mounting receiving device 100, camera device 60 and fastening cap cover 101 with springs.
  • Fig. 12 shows a perspective view, wherein the fastening receiving device 100 is shown vertically cut in the longitudinal direction.
  • the receiving surface 126 for defining the pitch and yaw angles of the camera device 60 corresponding to the stopper surface 96 in FIG. 9a and the receiving surface (s) 127 for defining the roll angle can be seen correspondingly to the stop surface (s) 97 in FIG. 9a.
  • Fig. 13 shows a ThomasZeichnung of assembled Be fastening device, ie fastening receiving device 100 and mounting cover holder 101, which hold the frequencyvor device 60.
  • Feathers 130 in the attachment deckeihai 101 causes the abutment surface 96 to be pressed against the receiving surface 126 in order to define the pitch and yaw angles of the camera device 60 relative to the vehicle.
  • One or more springs similarly provide for the definition of the roll angle by pressing one or two abutment surfaces 97 against the corresponding stop surface (s) 97 parallel to the optical axis of the telephoto lens 52 of the positioning member 56.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kameravorrichtung (60) für ein Fahrzeug (90) umfassend ein Objektiv (12, 52) und ein damit mechanisch verbundenes Bildsensorgehäuse (14, 54). Das Objektiv (12, 52) ist ein Teleobjektiv (52). Das Teleobjektiv (52) weist ein Positionierungselement (56) auf, welches eine Befestigung der Kameravorrichtung (60) in einer durch das Positionierungselement (56) des Teleobjektivs (52) vorgegebenen Orientierung ermöglicht. Die Erfindung betrifft zudem eine Befestigungsvorrichtung (62; 100, 101) zur Aufnahme und Fixierung einer solchen Kameravorrichtung (60) und eine Kamerabefestigung an einem Fahrzeug (90).

Description

Telekamera für ein sow e einer Telekamera
am Fahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Telekamera für ein Fahrzeug sowie eine Befestigungsmöglichkeit einer Telekamera am Fahrzeug.
Fahrerassistenzsysteme in Fahrzeugen verwenden häufig ein Kamerasystem zur Erkennung von Objekten im Umfeld des Fahrzeugs, beispielsweise in einem in Fahrtrichtung vorausliegenden Um gebungsbereich. Derartige Kamerasysteme sind z. B. im Fahr zeuginnenraum hinter der Windschutzscheibe angeordnet und blicken in Fahrtrichtung durch die Scheibe hindurch.
Einige Fahrerassistenzsysteme benötigen Informationen zu Ob jekten, die weit vor dem Fahrzeug liegen. Mit herkömmlichen Weitwinkelkameras (Öffnungswinkel typischerweise > 50 Grad) lassen sich solche Objekte nicht immer zuverlässig detektieren und erkennen.
DE 101 62 652 Al zeigt eine Stereo-Kamera-Anordnung im Fahrzeug, insbesondere zur Klassifizierung von Objekten und Abstands bestimmung. Um eine sichere Aufnahme und genaue Positionierung des Kamera-Systems, insbesondere eine Fixierung seiner seit lichen Position, zu gewährleisten, wird eine Kamera-Anordnung geschaffen mit mindestens zwei Kameramodulen, einer Halterung, in der Kamera-Module mit einem vorgegebenen seitlichen Abstand zueinander aufgenommen sind, wobei die Halteeinrichtung an einer Innenseite einer Windschutzscheibe festgeklebt ist. Zur Montage kann zum Beispiel ein Einrastmechanismus bzw. Snap-Fit- Me chanismus zur Aufnahme der Kamera-Module, zum Beispiel in ihrem Objektivbereich, in der Halterung vorgesehen sein, um eine sichere Positionierung und feste Aufnahme zu gewährleisten.
WO 2011/107071 Al zeigt eine optische Vorrichtung für eine Halbleiterkamera und ein Verfahren zur Ausrichtung und Fixierung einer optischen Vorrichtung für eine Halbleiterkamera. Eine erfindungsgemäße optische Vorrichtung weist einen Träger mit mindestens einer rotationssymmetrischen Öffnung und mindestens einem Kameramodul auf. Das Kameramodul umfasst einen Bildsensor, mindestens eine Linse und ein Modulgehäuse mit einer Gehäu seöffnung, durch die elektromagnetische Strahlung auf den Bildsensor gelangen kann, wobei das Modulgehäuse zumindest in einem Bereich zwischen der Gehäuseöffnung und dem Bildsensor rotationssymmetrisch aufgebaut ist, so dass das Kameramodul in der Öffnung des Trägers gelagert werden kann.
Für automatisiertes Fahren werden eine große Anzahl an Kameras im und am Fahrzeug benötigt. Die Anforderungen an einzelne Kameramodule sind unterschiedlich und zum Teil hochspeziali siert .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Kameravorrichtung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Kameravorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Befestigungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 und eine Kamerabefestigung gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte oder bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der nachfolgenden Be schreibung und durch die Figuren dargelegt.
Ein Ausgangspunkt für die Lösung stellen beispielsweise aus Surround View (Rundumsichtkamerasystemen) grundsätzlich be kannte Satellitenkameras dar. Während Rundumsichtkameramodule in der Regel im Außenbereich eines Fahrzeugs verbaut sind, wird vorliegend eine Befestigung im Fahrzeuginneren angestrebt. Unter einer Satellitenkamera ist insbesondere eine Kamera ohne eine integrierte Bildauswerteeinheit zu verstehen. Die Sa tellitenkamera umfasst ein Objektiv, einen Bildsensor (Imager) und eine Ausgabeverbindung, über die die aufgenommenen Bilder als Rohbildsignal an eine externe Bildauswerteeinheit z.B. ein zentrales Steuergerät (ECU) übertragen werden können.
Ein erster Aspekt der Erfindung besteht darin, eine Kamera bereitzustellen, die in der Ferne liegende Objekte zuverlässig abbilden kann. Hierzu dient ein Teleobjektiv, welches eine hohe Auflösung innerhalb eines schmalen Bildwinkelbereichs ermög licht. Telekameras sind bisher nicht serienmäßig in Fahrzeugen für die Erfassung des Fahrzeugumfelds zum Einsatz gekommen.
Bei der Entwicklung von Lösungen für die Verwendung solcher Kameras im oder am Fahrzeug sind Fehlertoleranzen problematisch, da geringe Winkelabweichungen der Kamera zum Fahrzeug dafür sorgen, dass der Erfassungsbereich der Telekamera nicht mehr mit dem beabsichtigten Erfassungsbereich (Area of Interest) übereinstimmt. Bei Kameras mit einem weiteren Erfassungswinkel wird typischerweise das Kameragehäuse durch eine Halterung am Fahrzeug bzw. an der Windschutzscheibe befestigt. Eine Ver schiebung des Erfassungsbereichs ist hier nicht derart kritisch, da der Erfassungsbereich immer noch den überwiegenden Teil der Area of Interest abdeckt. Die Verschiebung kann im Rahmen der Bildverarbeitung ohne größere Probleme kompensiert werden. Bei Telekameras ist das dagegen nicht möglich.
Problematisch sind zudem die deutlich größeren Abmessungen und das deutlich höhere Gewicht von Teleobjektiven im Vergleich zu Objektiven mit einem weiteren Winkel. Die Verbindung zwischen Objektiv und Kameragehäuse muss stabiler sein. Das Objektiv steht weit aus dem Kameragehäuse und ggfs, der Kameragehäusehalterung heraus .
Es wird eine Kameravorrichtung für ein Fahrzeug vorgeschlagen. Beispielsweise ist die Kameravorrichtung zur Umgebungserfas- sung, insbesondere zur Erfassung des vorausliegenden oder rückwärtigen Umgebungsbereichs des eigenen Fahrzeugs ausge bildet .
Die Kameravorrichtung umfasst ein Objektiv und ein damit me chanisch verbundenes Bildsensorgehäuse. Das Objektiv umfasst mindestens eine Linse, vorzugsweise mehrere Linsen, und einen Linsenhalter, wobei der Linsenhalter insbesondere gleichzeitig das Objektivgehäuse bildet. Das Objektiv ist ein Teleobjektiv, bevorzugt weist es einen Öffnungswinkel von maximal 35 Grad auf bzw. mindestens eine Brennweite von 70mm. Bevorzugt werden durch das Teleobjektiv Erfassungsbereiche von mindestens 10m bis 50m, bevorzugt 10m bis 100m oder im speziellen 10m bis 250m fokussiert auf den Bildsensor ab. Das Bildsensorgehäuse weist eine elektrische Anschlussmöglichkeit für eine Bildsignalübertragung auf. Das Teleobjektiv weist ein Positionierungselement auf, welches eine Befestigung in einer durch das Positionierungs element vorgegebenen Orientierung des Teleobjektivs ermöglicht. Dadurch, dass das Teleobjektiv mit dem Bildsensorgehäuse me chanisch verbunden ist, wird die Orientierung des Bildsensorgehäuses vorteilhaft durch die Befestigung des Po sitionierungselementes des Teleobjektivs in einer entspre chenden Befestigungsvorrichtung vorgegeben.
Vorzugsweise weist die Kameravorrichtung eine Optik zur Pro jektion von Licht sowie einen Bildsensor zur Erfassung des von der Optik projizierten Lichts auf. Bevorzugt ist die Kamera vorrichtung eine im Fahrzeuginnenraum hinter einer Wind schutzscheibe oder Heckscheibe anzubringende, somit in oder entgegen der Fahrtrichtung gerichtete Fahrzeugkamera.
Die Kameravorrichtung ist insbesondere über eine Befesti gungsvorrichtung an einer Innenseite einer Fahrzeugscheibe, im Speziellen einer Windschutzscheibe des eigenen Fahrzeugs an- bringbar oder angebracht. Vorzugsweise ist die Befestigungs vorrichtung unmittelbar mit der Innenseite der Fahrzeugscheibe verbindbar oder verbunden, z.B. verklebt.
Bevorzugt ist die Kameravorrichtung im Wischbereich mindestens eines Scheibenwischers anbringbar bzw. angebracht.
Vorzugsweise umfasst die Kameravorrichtung keine Bildauswer- teeinheit, um die Kompaktheit der Kameravorrichtung zu ge währleisten. Die Kameravorrichtung kann in diesem Fall als Satellitenkamera bezeichnet werden. Die aufgenommenen Bilder werden über eine schnelle Datenverbindung an eine externe Bildauswerteeinheit übertragen. Beispielsweise ist die Bild- auswerteeinheit eine zentrale Fahrerassistenz- bzw. „Automa tisiertes Fahren"-ECU (electronic control unit) des eigenen Fahrzeugs. Es ist aber auch möglich, dass eine Bildauswer teeinheit in die Kameravorrichtung integriert ist, bevorzugt ist diese auf wenige Bildauswertungsfunktionen beschränkt.
Eine erfindungsgemäße Kameravorrichtung bietet den Vorteil, dass die Toleranzkette der optischen Achse in Richtung der Fahr zeugachse bzw. der Befestigungsvorrichtung am Fahrzeug minimiert wird. Die Befestigung am Objektiv reduziert Spannungen, die sonst am Bildsensorgehäuse auftreten würden, wenn dieses das schwere Teleobjektiv tragen müsste. Spannungen am Objektivende werden ebenfalls minimiert.
Bevorzugt ist das Positionierungselement des Teleobjektivs ein Flansch .
Vorzugsweise ist das Positionierungselement als Bestandteil des Objektivs, also z.B. aus dem Material des Linsenhalters des Objektivs ausgebildet. Mit anderen Worten sind Linsenhalter und Positionierungselement einstückig ausgeführt. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Positionie rungselement mindestens eine Anschlagsfläche senkrecht zur optischen Achse des Teleobjektivs auf. Diese Anschlagsfläche bewirkt in vorteilhafter Weise eine Einstellung des Nick- und des Gierwinkels der Kameravorrichtung gegenüber einer Aufnahme- bzw. Befestigungsvorrichtung und somit gegenüber dem Fahrzeug, an dem die Aufnahme- bzw. Befestigungsvorrichtung fixiert ist bzw. fixiert wird.
Vorzugsweise weist das Positionierungselement mindestens eine Anschlagsfläche parallel zur optischen Achse des Teleobjektivs auf. Diese Anschlagsfläche bewirkt in vorteilhafter Weise eine Einstellung des Rollwinkels der Kameravorrichtung gegenüber der Aufnahme-/Befestigungsvorrichtung bzw. dem Fahrzeug.
Besonders bevorzugt weist das Positionierungselement zwei zueinander etwa rechtwinklige Anschlagsflächen (80 bis 100°) auf, die beide parallel zur optischen Achse des Teleobjektivs verlaufen. Durch drei zueinander etwa senkrechte Anschlags flächen kann das Teleobjektiv in allen Freiheitsgraden räumlich orientiert befestigt werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Befestigungs vorrichtung (Englisch: bracket) zur Aufnahme und Fixierung einer entsprechenden Kameravorrichtung. Die Befestigungsvorrichtung selbst kann an einer Fahrzeugscheibe befestigt, z.B. verklebt, sein oder befestigt werden. Die Orientierung der Kameravor richtung gegenüber der Fahrzeugscheibe ist (im Wesentlichen) durch die Verbindung zum Positionierungselement des Teleob jektivs der Kameravorrichtung definiert. Die Verbindung kann sowohl formschlüssig, z.B. durch das Anliegen mindestens einer Anschlagsfläche des Positionierungselements an einer korres pondierenden Aufnahmefläche der Befestigungsvorrichtung, als auch kraftschlüssig erfolgen, wenn eine Feder der Befesti- gungsvorrichtung ein Andrücken der Anschlagsfläche des Posi tionierungselements an die korrespondierende Aufnahmefläche der Befestigungsvorrichtung bewirkt.
Um die verbleibenden Toleranzen beim Befestigen der Kamera in der Befestigungsvorrichtung zu minimieren kann vorzugsweise ein flexibles System verwendet werden, um die verbleibenden To leranzen des Bildsensorgehäuses zu kompensieren.
Bevorzugt weist die Befestigungsvorrichtung mindestens eine erste Feder auf, die im zusammengebauten Zustand bewirkt, dass die Anschlagsfläche senkrecht zur optischen Achse der Kame ravorrichtung an eine korrespondierende Fläche der Befesti gungsvorrichtung gepresst wird. Hierdurch werden vorteilhaft Nick- und Gierwinkel definiert. Vorteilhaft wird das Bildsensorgehäuse nur von dieser mindestens einen ersten Feder seitens der Befestigungsvorrichtung berührt.
Vorzugsweise weist die Befestigungsvorrichtung mindestens eine zweite Feder auf, die bewirkt, dass die Anschlagsfläche (n) parallel zur optischen Achse der Kameravorrichtung an eine oder zwei korrespondierende Fläche (n) der Befestigungsvorrichtung gepresst wird bzw. werden. Hierdurch wird insbesondere der Rollwinkel definiert. Vorteilhaft berührt die zweite Feder nur die Positionierungsvorrichtung.
Schließlich betrifft die Erfindung eine Kamerabefestigung an einem Fahrzeug mittels einer solchen Befestigungsvorrichtung und einer solchen Kameravorrichtung.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen: Fig. 1 ein Objektiv und ein Bildsensorgehäuse einer nach dem Stand der Technik befestigbaren Kameravorrichtung als Einzelteile ;
Fig . 2 die zusammengesetzte Kameravorrichtung in einer
Befestigungsvorrichtung nach dem Stand der Technik;
Fig . 3 eine nach dem Stand der Technik befestigte Kamera vorrichtung im Nominalzustand und im Zustand mit maximaler Toleranz;
Fig. 4 die Auswirkung der Verschiebung der optischen Achse und des Erfassungsbereichs gegenüber der Area of Interest einer nach dem Stand der Technik befestigten Kameravorrichtung im Nominalzustand und im Zustand mit maximaler Toleranz;
Fig . 5 ein Ausführungsbeispiel eines Teleobjektivs und eines
Bildsensorgehäuses einer vorteilhaft befestigbaren Kameravorrichtung als Einzelteile;
Fig . 6 die zusammengesetzte Kameravorrichtung in einer optimierten BefestigungsVorrichtung;
Fig. 7 eine optimiert befestigte Kameravorrichtung im No minalzustand und im Zustand mit maximaler Toleranz;
Fig. 8 die Auswirkung der Verschiebung der optischen Achse und des Erfassungsbereichs gegenüber der Area of Interest der optimiert befestigten Kameravorrichtung im Nominalzustand und im Zustand mit maximaler To leranz; Fig. 9 a) Anschlagsflächen des Positionierungselements am Teleobjektiv der Kameravorrichtung zur winkelopti mierten Befestigung;
b) Fahrzeug mit Drehachsen;
Fig. 10 Windschutzscheibe mit Befestigungsaufnahmevorrich tung, Kameravorrichtung und Befestigungsdeckelhal terung (Seitenansicht) ;
Fig. 11 Windschutzscheibe mit Befestigungsaufnahmevorrich tung, Kameravorrichtung und Befestigungsdeckelhal terung (perspektivische Darstellung) ;
Fig. 12 eine perspektivische Darstellung von Windschutz scheibe mit aufgeschnittener Befestigungsaufnahme vorrichtung, Kameravorrichtung und Befestigungsde- ckelhalterung;
Fig. 13 SchnittZeichnung Windschutzscheibe mit zusammenge fügter Befestigungsaufnahmevorrichtung, Kameravor richtung und Befestigungsdeckelhalterung mit Federn.
Einander entsprechende Teile sind i. d. R. in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt ein Objektiv 12 und ein Bildsensorgehäuse 14 einer Kameravorrichtung 20 als Einzelteile in einer dreidimensionalen Darstellung oben links. Die Positionierung der Kameravorrichtung erfolgt über eine Ausrichtung von einer oder mehrerer Flächen 16 des Bildsensorgehäuses. In Fig. 1 unten ist eine Seitenansicht von Objektiv 12 und Bildsensorgehäuse 14 zu sehen. Die optische Achse 18 ist als strichpunktierte Linie dargestellt. Im Inneren des Bildsensorgehäuses 14 befindet sich der Bildsensor, z.B. ein CMOS-Sensor, der nicht dargestellt ist. Die Bilddaten werden ausgegeben und an eine externe prozessierende Einheit über mittelt .
Fig. 2 zeigt die aus Objektiv 12 und Bildsensorgehäuse 14 zusammengesetzte Kameravorrichtung 20 in einer dreidimensio nalen Ansicht (oben links) . Unten rechts ist die Kameravor richtung 20 in einer Befestigungsvorrichtung 22 nach dem Stand der Technik befestigt.
Fig. 3 zeigt links eine Kameravorrichtung 20 im Nominalzustand (NSt) , die nach dem Stand der Technik befestigt ist. Die Mittelachse 30, die die Befestigungsvorrichtung 22 vorgibt ist als gepunktete Linie dargestellt und stimmt mit der optischen Achse 18 des Objektivs 12 der Kameravorrichtung 20 überein. Rechts ist eine Kameravorrichtung 20 im Zustand mit maximaler Toleranz (max TSt) in einer Befestigungsvorrichtung 22 nach dem Stand der Technik befestigt dargestellt. Im Zustand maximaler Toleranz (max TSt) ist das Objektiv 12 gegenüber dem Bildsensorgehäuse 14 verkippt. Da die Kameravorrichtung 20 über die Ebene (n) 16 des Bildsensorgehäuses 14 in der Befesti gungsvorrichtung 22 befestigt ist, ergibt sich eine Abweichung D der optischen Achse 18' der Kameravorrichtung 20 gegenüber der Mittelachse 30 der Befestigungsvorrichtung 22.
Fig. 4 veranschaulicht die Auswirkung der Verschiebung der optischen Achse 18' der Kameravorrichtung 20 im Zustand mit maximaler Toleranz (max TSt) , die nach dem Stand der Technik befestigt ist. Die linke Kameravorrichtung im Nominalzustand (NSt) erfasst den Bereich 42 aus der Fahrzeugumgebung 40 und bildet diese Area of Interest fokussiert ab. Im Nominalzustand (NSt) fallen bei der beschriebenen Befestigung optische Achse 18 und Mittelachse 30 der Befestigungsvorrichtung 22 zusammen. Dagegen ist rechts eine Kameravorrichtung 20 im Zustand mit maximaler Toleranz (max TSt) dargestellt, bei der optische Achse 18' und Mittelachse 30 der Befestigungsvorrichtung 22 wie zuvor erläutert aufgrund der Befestigung am Bildsensorgehäuse 14 voneinander abweichen. Dies bewirkt, dass entgegen der beab sichtigten Area of Interest 44, ein deutlich verschobener Bereich 46 vom Bildsensor abgebildet wird. In der Darstellung gemäß Fig. 4 führt die Nickwinkelabweichung dazu, dass ein näher am Fahrzeug befindlicher Umgebungsbereich 46 abgebildet wird. Dadurch können Objekte im eigentlich interessierenden entfernteren Umge bungsbereich 44 nicht oder nicht vollständig abgebildet werden.
Fig. 5 zeigt in einer ersten schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer Kameravorrichtung 60 aus den Ein zelteilen Teleobjektiv 52 und Bildsensorgehäuse 54. Die Dar stellungsweise ist vergleichbar mit der in Fig. 1. Der Un terschied besteht darin, dass das Teleobjektiv 52 ein Posi tionierungselement 56 aufweist. Die optische Achse 58 des Teleobjektivs 52 ist unten als strichpunktierte Linie darge stellt. Das Positionierungselement 56 ist ein Flansch, der mehrere Anschlagsflächen aufweist, wodurch eine exakte Aus richtung hinsichtlich Roll-, Nick- und Gierwinkel ermöglicht wird .
Fig. 6 zeigt die zusammengesetzte Kameravorrichtung 60 in räumlicher Darstellung oben links. Unten rechts ist eine seitliche Darstellung der Kameravorrichtung 60, die über das Positionierungselement 56 am Teleobjektiv in einer Befesti gungsvorrichtung 62 gehalten wird.
Fig. 7 zeigt für diese Art der Befestigung links eine Kame ravorrichtung im Nominalzustand (NSt) und rechts eine Kame ravorrichtung im Zustand mit maximaler Toleranz (max TSt) . Obwohl die Verkippung zwischen Teleobjektiv 52 und Bildsensorgehäuse 54 der rechten Kameravorrichtung 60 vergleichbar der entsprechenden in Fig. 3 gezeigten Kameravorrichtung 20 (max TSt) ist, die Abweichung der optischen Achse 58 ' gegenüber der Mittelachse der Befestigungsvorrichtung 62 minimal, da die Befestigung nun am Positionierungselement 56 des Teleobjektivs 52 erfolgt.
Fig. 8 veranschaulicht die deutlich geringere Auswirkung der Verschiebung der optischen Achse und des Erfassungsbereichs (82 bzw. 86 gegenüber der Area of Interest 84. Links ist eine Kameravorrichtung 60 im Nominalzustand (NSt) und rechts im Zustand mit maximaler Toleranz (max TSt ) dargestellt .
Fig. 9a zeigt die Kameravorrichtung 60 mit Teleobjektiv 52 und Bildsensorgehäuse 54 in räumlicher Darstellung. Die An schlagsfläche 96 dient der präzisen Orientierung der Kamera vorrichtung 60 in Bezug auf Nick- und Gierwinkel bei der Be festigung. Die Anschlagsfläche 97 dient der Rollwinkelaus richtung bei der Befestigung. Neben der vertikalen An schlagsfläche 97 dient auch eine horizontale Anschlagsfläche (z.B. die obere oder die untere horizontale Fläche des Flansches) der stabilen Rollwinkelausrichtung. Beispielsweise kann eine Federkraft bewirken, dass das Positionierungselement 56 des Teleobjektivs 52 nach unten links (vom Bildsensor aus betrachtet) gegen korrespondierende Aufnahmeflächen gedrückt wird.
Fig. 9b veranschaulicht die drei Drehachsen einer in einem Fahrzeug 90 befestigten Kameravorrichtung 60. Die Rollbewegung R erfolgt in etwa um die Fahrzeuglängsachse, die Gierbewegung G um die Fahrzeughochachse und die Nickbewegung N um die Fahr zeugquerachse .
Fig. 10 zeigt in seitlicher Ansicht eine an einer Wind schutzscheibe 105 eines Fahrzeugs geklebte Befestigungsauf nahmevorrichtung 100, in die die Kameravorrichtung 60 einge- schoben wird. Da zunächst die Befestigungsaufnahmevorrichtung 100 an der Windschutzscheibe 105 fixiert wird, wird die Ka meravorrichtung 60 von „hinten" (zur Windschutzscheibe 105 hin) in die Befestigungsaufnahmevorrichtung 100 eingeschoben. Auch die elektrische Verbindung und die Befestigung der Kamera vorrichtung 60 in der Befestigungsaufnahmevorrichtung 100 erfolgt an der Rückseite der Kameravorrichtung 60 bzw. des Bildsensorgehäuses 54. Anschließend wird die Kameravorrichtung 60 durch einen Befestigungsdeckelhalterung 101 befestigt. Die Befestigungsdeckelhalterung 101 weist im Inneren Federn auf, die die Kameravorrichtung 60 gegen die Befestigungsaufnahmevor richtung 100 drücken, so dass die Anschlagsfläche (n) die Orientierung definieren. Die Federn dienen hierbei als Aus gleichselement: verbleibende Toleranzen der Kameravorrichtung 60 werden minimiert. Im befestigten Zustand rastet die Be festigungsdeckelhalterung 101 auf der Befestigungsaufnahme vorrichtung 100 ein.
Fig. 11 zeigt perspektivische Darstellung von Befestigungs aufnahmevorrichtung 100, Kameravorrichtung 60 und Befesti gungsdeckelhalterung 101 mit Federn.
Fig. 12 zeigt eine perspektivische Darstellung, wobei die Befestigungsaufnahmevorrichtung 100 in Längsrichtung vertikal geschnitten dargestellt ist. Dadurch ist die Aufnahmefläche 126 zur Definition von Nick- und Gierwinkel der Kameravorrichtung 60 korrespondierend zur Anschlagsfläche 96 in Fig. 9a und die Aufnahmefläche (n) 127 zur Definition des Rollwinkels korres pondierend zu der/den Anschlagsflächen 97 in Fig. 9a zu erkennen.
Fig. 13 zeigt eine SchnittZeichnung von zusammengefügter Be festigungsvorrichtung, also Befestigungsaufnahmevorrichtung 100 und Befestigungsdeckelhalterung 101, die die Kameravor richtung 60 halten. Federn 130 in der Befestigungsdeckeihai- terung 101 bewirken das Anpressen der Anschlagsfläche 96 an die Aufnahmefläche 126 zur Definition von Nick- und Gierwinkel der Kameravorrichtung 60 gegenüber dem Fahrzeug. Eine oder mehrere Federn (nicht dargestellt) sorgen in vergleichbarer Weise für die Definition des Rollwinkels, indem eine oder zwei Anschlags flächein) 97 parallel zur optischen Achse des Teleobjektivs 52 des Positionierungselements 56 gegen die korrespondierende (n) Anschlagsfläche (n) 97 gepresst werden.

Claims

Patentansprüche
1. Kameravorrichtung (60) für ein Fahrzeug (90) umfassend ein Objektiv (12, 52) und ein damit mechanisch verbundenes Bildsensorgehäuse (14, 54), wobei das Objektiv (12, 52) ein Teleobjektiv (52) ist und wobei das Teleobjektiv (52) ein Positionierungselement (56) aufweist, welches eine Befestigung der Kameravorrichtung (60) in einer durch das Positionie rungselement (56) des Teleobjektivs (52) vorgegebenen Orien tierung ermöglicht.
2. Kameravorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Positionie rungselement (56) ein Flansch ist.
3. Kameravorrichtung (60) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Positionierungselement (56) als Bestandteil eines Linsenhalters des Teleobjektivs (52) ausgebildet ist.
4. Kameravorrichtung (60) nach einem der vorhergehenden An sprüche, wobei das Positionierungselement (56) mindestens eine Anschlagsfläche (96) senkrecht zur optischen Achse (58) des Teleobjektivs (52) aufweist.
5. Kameravorrichtung (60) nach einem der vorhergehenden An sprüche, wobei das Positionierungselement (56) mindestens eine Anschlagsfläche (97) parallel zur optischen Achse (58) des Teleobjektivs (52) aufweist.
6. Kameravorrichtung (60) nach Anspruch 5, wobei das Positi onierungselement (56) zwei zueinander etwa rechtwinklige An schlagsflächen (97) aufweist, die beide parallel zur optischen Achse (58) des Teleobjektivs (52) verlaufen.
7. Befestigungsvorrichtung (62; 100, 101) zur Aufnahme und Fixierung einer Kameravorrichtung (60) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Befestigungsvorrichtung (62; 100, 101) an einer Fahrzeugscheibe (105) befestigbar ist, und die Orien tierung der Kameravorrichtung (60) gegenüber der Fahrzeugscheibe (105) im Wesentlichen durch die Verbindung zum Positionie rungselement (56) des Teleobjektivs (52) der Kameravorrichtung (60) definiert ist.
8. Befestigungsvorrichtung (62; 100, 101) nach Anspruch 7, wobei die Befestigungsvorrichtung (62; 100, 101) mindestens eine erste Feder (130) aufweist, die im zusammengebauten Zustand bewirkt, dass die Anschlagsfläche (96) senkrecht zur optischen Achse (58) der Kameravorrichtung (60) an eine korrespondierende Fläche (126) der Befestigungsvorrichtung (62; 100, 101) gepresst wird.
9. Befestigungsvorrichtung (62; 100, 101) nach Anspruch 8, wobei die Befestigungsvorrichtung (62; 100, 101) mindestens eine zweite Feder aufweist, die bewirkt, dass die Anschlagsfläche (n) (97) parallel zur optischen Achse (58) der Kameravorrichtung (60) an eine oder zwei korrespondierende Fläche (n) (127) der Be festigungsvorrichtung (62; 100, 101) gepresst wirdbzw. werden.
10. Kamerabefestigung an einem Fahrzeug (90) umfassend eine Befestigungsvorrichtung (62; 100, 101) nach einem der Ansprüche 7 bis 9 und eine Kameravorrichtung (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
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