WO2023134818A1 - Optical system and vehicle having at least one optical system - Google Patents

Optical system and vehicle having at least one optical system Download PDF

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WO2023134818A1
WO2023134818A1 PCT/DE2022/200287 DE2022200287W WO2023134818A1 WO 2023134818 A1 WO2023134818 A1 WO 2023134818A1 DE 2022200287 W DE2022200287 W DE 2022200287W WO 2023134818 A1 WO2023134818 A1 WO 2023134818A1
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WO
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housing part
optical
optical system
compensation element
lever
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Application number
PCT/DE2022/200287
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German (de)
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Inventor
Ulrich Schaub
Tim Kreiser
Thomas Bopp
Original Assignee
Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/008—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements with means for compensating for changes in temperature or for controlling the temperature; thermal stabilisation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/028—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with means for compensating for changes in temperature or for controlling the temperature; thermal stabilisation

Definitions

  • the invention relates to an optical system, in particular for a vehicle, and to a vehicle, in particular a motor vehicle, with at least one such optical system.
  • optical lens systems are usually mounted either permanently on a camera housing or as an interchangeable lens by means of a high-precision bayonet.
  • the usually rectangular image sensor is installed in the camera housing and, for a high quality of the camera image in all spatial directions, must be precisely aligned with the optics, which are usually designed to be rotationally symmetrical. Longitudinal adjustment and perpendicular orientation to the optical axis are of great importance for constant image sharpness.
  • High-quality automotive cameras usually have an intrinsically calibrated and, after calibration, fixed and gas-tight system consisting of a housing with an image sensor and a lens body with a lens system. The effects of temperature expansion are measured and the systems are designed in such a way that tolerable, negative quality effects can be maintained in the required range.
  • the present invention therefore creates an optical system, in particular for a vehicle, comprising: an optical device which has a first housing part with an optics receptacle in which an optical component is accommodated, the first housing part having a first coefficient of thermal expansion having; a compensation element received in the first housing part and having a second coefficient of thermal expansion that is greater than the first coefficient of thermal expansion; a detection device which has a second housing part with a detection device accommodated therein for detecting the radiation transmitted by the optical component, the first housing part with its optical mount and the optical component and the second housing part with the detection device being connected to one another in the longitudinal direction, wherein the first housing part is designed with a lever arrangement which can be actuated by the compensation element in such a way that when the first housing part expands by an amount in the longitudinal direction due to a temperature increase, the lever arrangement pushes the first housing part in the opposite direction in the longitudinal direction, preferably by the same amount or in the essentially the same amount.
  • the invention therefore creates an optical system, in particular for a
  • the invention makes it possible to use a lever arrangement and a compensation element to equalize or compensate for temperature increases and the associated expansion of the housing part with the optical component, so that image acquisition in an optical system, such as an optical lens system with an image sensor, is not impaired and in particular is maintained geometrically at optimum quality over a wide temperature range.
  • the optical component accommodated in the optics receptacle and the detection device are arranged on a common longitudinal axis, in particular the optical axis.
  • the optical component has a predetermined detection distance in the longitudinal direction from the detection device. This detection distance is preferably chosen in such a way that an optimal image sharpness can be achieved in the case of an image sensor as the detection device.
  • the optical component is a lens, a mirror, a prism and/or an optical grating.
  • the detection device is an image sensor.
  • image sensors are used in particular in the automotive sector for object detection, etc.
  • the predetermined detection distance corresponds to the image distance, in particular the image distance at a predetermined reference temperature.
  • the image distance is selected, for example, with an image sensor (engl. Imager) as a detection device and is additionally selected or determined, for example, as a function of a desired target or reference temperature, in which the optical system is preferably used, for example.
  • the lever arrangement has a lever section and a base joint about which the lever section can be rotated.
  • the lever portion has a first lever arm and a second lever arm. The first lever arm is connected to the optical mount and the second lever arm is connected or coupled to the compensation element.
  • Such a lever arrangement can be formed very simply in one piece or integrally in a housing or, in this case, a housing part.
  • the base joint can, for example, be designed as a film hinge or be formed in the housing part. This is particularly simple and inexpensive to produce.
  • film hinges allow optical systems, in particular camera systems with lenses, to be produced in a gas-tight manner, which is usually necessary in automotive applications.
  • the length of the first lever arm and the length of the second lever arm are selected in such a way that the amount by which the first housing part expands in the longitudinal direction due to a temperature increase and the amount by which the lever arrangement expands the first housing part moved in the opposite direction by the pressure of the compensation element on the second lever arm, cancel each other out.
  • the length of the lever arms and thus their connection to the optics mount and the compensation element can be adapted very easily to the respective application and varied if necessary.
  • the lever ratios, in particular the length of the first and second lever arms can be freely and continuously adjusted and varied over a wide range. Due to the targeted adjustability of the lever ratios, fine compensation is possible in the optical system, in particular in the form of a camera system with a lens.
  • the first housing part has an additional joint for rotating the lever section of the lever arrangement.
  • the additional joint is provided on the first housing part, in particular between the optics mount for the optical component and the first lever arm.
  • the additional joint is a very simple way to ensure the rotatability of the lever portion in the first housing part.
  • the first housing part and/or the compensation element are made of metal and/or plastic.
  • the first housing part and the compensation element are produced, for example, as a multi-component injection molded part, e.g. as a two-component injection molded part.
  • An injection molded part is simple and inexpensive to manufacture and different plastics can be combined with one another.
  • the first housing part can be made of metal and, for example, the compensation element can be made of plastic or another metal, each with a larger coefficient of thermal expansion than the first housing part.
  • the first housing part has a compensation element receptacle in which the compensation element is received opposite the second lever arm, in particular opposite the second lever arm in the longitudinal direction of the first housing part.
  • the second lever arm has a support, in particular a projection, for supporting the compensation element.
  • the support has the advantage that the lever section provides a defined support for the compensation element.
  • the compensation element is a closed ring, which is arranged opposite the longitudinal axis of the first housing part and the second lever arm for actuating the lever arrangement.
  • a closed ring is particularly simple and inexpensive to manufacture and easy to assemble.
  • the compensation element in the form of at least one or more blocks is arranged opposite one another around the longitudinal axis of the first housing part and the second lever arm for actuating the lever arrangement. In the case of several blocks, these are provided, for example, distributed regularly or evenly around the longitudinal axis. Several blocks have the advantage that they can easily be fitted from the inside in the case of a first housing part, eg made of metal etc.
  • the base joint and/or the additional joint are designed as a film hinge, in particular as a closed film hinge.
  • a film hinge is particularly easy to manufacture, both in the case of a first housing part made of plastic and metal.
  • a film hinge can be closed and thus sealed, in particular liquid-tight, e.g. watertight, and/or gas-tight, so that no contaminants can penetrate through the joint into the first housing part.
  • the first housing part has a housing part connection, in particular a flange, for connecting the first housing part with its optics receptacle and the optical component and the second housing part with the detection device to one another in the longitudinal direction.
  • the first housing part can be attached to an associated opening of the second housing part, for example on the inside or outside of the second housing part.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the principle of the optical system according to the invention, consisting of an optical device and a detection device; and
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of an exemplary embodiment of the optical system according to the invention as shown in FIG. 1, and
  • Fig. 3 shows a schematic view of the lever portion of the optical system and the compensation element according to Fig. 2.
  • FIG. 1 shows a schematic and greatly simplified representation of the principle of the optical system 1 according to the invention, consisting of an optical device 2 and a detection device 3 . More precisely, a section of the system 1 according to the invention is shown in FIG. 1 .
  • the optical device 2 has an optical component 4 and a first housing part 5 with an optical mount 6 for receiving and fastening the optical component 4 and a housing part connection 7 for fastening of the first housing part 5 to a further housing part.
  • the optical component 4 is, for example, at least one lens 8, as shown in FIG. 1 and subsequent FIG. 2, but without being limited thereto.
  • the detection device 3 in turn has a second housing part 9 in which a detection device 30 is accommodated, as shown in FIG. 2 below.
  • the second housing part 9 of the detection device 3 is connected to the housing part connection 7 of the first housing part 5 and the two housing parts 5, 9 are thus fastened to one another.
  • the detection device 30 is designed in such a way that it detects the radiation transmitted by the optical component 4 .
  • the detection device 30 is, for example, an image sensor (engl. Imager) 10, but without being limited thereto.
  • the optical component, 4 eg lens 8, in the first housing part 5 and the detection device 30, eg image sensor (engl. Imager) 10, in the second housing part 9, are on a common longitudinal axis 11, in particular the optical axis 12 arranged.
  • the optical component 4 in the first housing part 5 has a predetermined detection distance from the detection device 30 in the second housing part 9 in the longitudinal direction.
  • the predetermined detection distance of the optical component 4 in the first housing part 5 from the detection device 30 in the second housing part 9 is chosen such that the detection device 30 detects the radiation, e.g. light rays, transmitted by the optical component 4 to a predetermined extent, e.g. in a predetermined Accuracy or image sharpness, in particular at a predetermined temperature or reference temperature, e.g. an ambient temperature at which the optical system is mainly or preferably operated.
  • the detection distance 31 does not necessarily have to correspond to the image distance.
  • a lens with a fixed focal length as an example of an optical component simply has a predetermined detection distance from the detection device 30, here from the image sensor 10 and in particular its sensor surface, in which it images sharply.
  • the specified or defined detection distance of the optical component 4, e.g. the lens 8, from the detection device 30, e.g. image sensor 10 can be selected depending on a desired or predefined detection quality, e.g.
  • This detection distance 31 is kept constant in a predetermined temperature range by means of a lever arrangement described below and an associated compensation element.
  • the light 13 incident from the outside passes through the lens 8 as the optical component 4 and is then detected by the detection device 30 in the second housing part 9 .
  • the optical axis 12 in FIG. 2 is the straight line perpendicular to the lens plane through the center of the lens.
  • the detection distance 31 between the lens 8 as the optical component 4 and the detection device 30, here image sensor 10 is selected in such a way that the detection device 30 detects the light beams 13 transmitted by the lens 8, e.g. in a predetermined detection quality, in particular image sharpness , can capture.
  • a distance required for the function or more precisely the detection quality, here detection distance 31, between the optical component, e.g. the lens 8, and the detection device 30, e.g. image sensor 10, is specified or defined and kept constant over a predetermined temperature range. According to the invention, this is achieved by the lever arrangement and the compensation element, which are described in detail below.
  • Temperature fluctuations can be compensated for by the interaction of the lever arrangement and the compensation element, and the predetermined detection distance 31 of optical component 4 and detection device 30 can thereby be kept constant in a predetermined or desired temperature range, e.g. a nominal or operating temperature range.
  • the first housing part 5 of the optical device 2 of the system 1 has a lever arrangement 14 with a compensation element 15.
  • the lever arrangement 14 and the compensation element 15 are provided or formed between the optics mount 6 and the housing part connection 7 on the first housing part 5 .
  • Housing part 5 of the optical device 2 prevent that when the first Housing part 5 with its optics receptacle 6 expands due to a temperature increase, the predetermined detection distance 31 of the optical component 4 in the first housing part 1 in relation to the detection device 3 in the second housing part 9 changes, for example increases in the exemplary embodiment in Fig. 2, or alternatively reduced (not shown).
  • an increase in the detection distance 31 between the optical component 4 and the detection device 30 has the effect that the radiation transmitted by the optical component 4 can no longer be detected by the detection device 30 to the predetermined extent, here for example the sharpness of the image. Instead, the detection distance increases and no longer corresponds, as intended, to the predetermined detection distance, here, for example, the image width.
  • the detection device 30 for example an image sensor 10 can only detect the image of the lens 8 insufficiently, in particular blurred.
  • the detection distance 31 can be kept constant over a predetermined temperature range, in particular the nominal or operating temperature range, by means of the lever arrangement according to the invention and the associated compensation element.
  • the detection distance 31, which is selected depending on the desired sharpness of the image, for example can be kept constant over the nominal or operating temperature range of the optical system. This is particularly advantageous when using such an optical system as a fixed-focus camera, since fixed-focus cameras themselves do not have a focusing device that would otherwise compensate for changes in the detection distance.
  • the lever arrangement 14 therefore has a lever section 16 with a base joint 17 about which the lever section 16 can be rotated or pivoted, as indicated by an arrow FB in FIG.
  • the lever section 16 forms a first lever arm 18 with the optics mount 6 around the base joint 17.
  • the lever section 16 forms a second lever arm 19 with the compensation element 15 around the base joint 17.
  • the first housing part 5 with its optics receptacle 6 for the optical component 4 consists of a first material with a first coefficient of thermal expansion aA.
  • the compensation element 15 in turn consists of a second material with a second coefficient of thermal expansion aB, the second coefficient of thermal expansion aB being greater than the first coefficient of thermal expansion aA. Accordingly, the compensation element 15 expands in the longitudinal direction and thus along the longitudinal axis 11, here the optical axis 12, in Fig. 1 and subsequent Fig. 2, when the temperature increases more than the first housing part 5 with the optics mount 6.
  • the compensation element 15 lengthens in the longitudinal direction and correspondingly presses on the second lever arm 19 of the lever section 16, as indicated by the arrow FB in FIG. 1, in order to actuate the lever section 16.
  • the lever section 16 is rotated about the base joint 17 and the pressure exerted by the compensation element 15 causes the second lever arm 19 to move by the amount AB in the longitudinal direction in the direction of the optics mount 6, while the first lever arm 18 moves with the optics mount 6 for the optical component 4 is moved in the opposite direction, i.e. in the direction of the detector 30, by the amount AA in the longitudinal direction.
  • the length L of the first housing part 5 thus changes, even if there is an increase in temperature, since this can be equalized or compensated for by the lever arrangement 14 and the compensation element 15 .
  • an additional joint 20 is provided between the optics mount 6 for the optical component 4 and the first lever arm 18 .
  • This additional joint 20 enables the first lever arm 18 to be rotated about the base joint 17 with the second lever arm 19 .
  • a completely rigid connection of the optics receptacle 6 with its optical component 4 a likewise rigid lens 8, with the first lever arm 18 of the lever section 16, the first lever arm 18 could not move or only move insufficiently. Instead, without the auxiliary joint 20, the base joint 17 and lever portion 16 could be damaged as the compensating element 15 expands and presses on the second lever arm 19.
  • the first housing part 5 is connected with its housing part connection 7 to the second housing part 9 and fastened to it.
  • the housing part connection 7 in Figures 1 and 2 is greatly simplified, purely schematic and only as an example.
  • the compensation element 15 is arranged in the first housing part 5 in such a way, as indicated in FIGS. 1 -3, that when it expands due to a temperature increase, it presses on the lever section 16 and more precisely its second lever arm 19 and this around the base joint 17 can rotate.
  • the compensation element 15 can also be arranged and coupled to the lever arrangement in such a way that, instead of applying pressure to the associated lever arm 16, it exerts a pull on the lever arm 16 of the lever arrangement.
  • the compensation element 15 is connected to the first housing part in such a way that it is pretensioned against the first housing part.
  • the compensation element 15 is connected to the first housing part in such a way that the first housing part springs back and thus always keeps the compensation element under compressive stress.
  • the compensation element 15 can be accommodated in a compensation element receptacle 21 of the first housing part 5 in the greatly simplified illustration in FIG. 1 and subsequent FIG. 2 and fixed therein as a separate component (with one end), eg glued with the end in the receptacle , Clamped, latched and/or welded, etc., or formed in one piece with this, for example as a two-component injection-molded part made of plastic.
  • the other or free end of the compensation element 15 bears against a support 27 of the associated second lever arm 19 in FIGS.
  • the support 27 of the second lever arm 19 is described in more detail below.
  • the compensation element 15 can, for example, be a continuous ring, as indicated in Fig. 1 and the following Figs. 2 and 3, or be composed of several, e.g. arcuate, sections (not shown) which, preferably regularly, wrap around the lever section 16 or The longitudinal axis 11 are arranged.
  • FIG. 2 and 3 show an exemplary embodiment of an optical system 1, here for example a camera sensor, e.g. for a vehicle and in particular in the automotive sector.
  • FIG. 2 shows a longitudinal sectional view of the optical system 1 and
  • FIG. 3 shows the section A-A in FIG.
  • the optical system 1 has a first housing part 5 with an optics receptacle 6 , for example a recess, for a lens 8 , for example, as the optical component 4 .
  • the first housing part 5 also has a housing part connection 7, e.g. a flange 22 with which the first housing part 5 is accommodated, for example, in an opening 23 of the second housing part 9 and with a flange section 24 rests on the outside of the opening 23 of the second housing part 5 .
  • the invention is not limited to this special configuration of the housing part connection 7 . Any other housing part connection 7 that is suitable for being connected to a second housing part 9 of the optical system 1 can be provided.
  • a printed circuit board (PCB) 25 with an image sensor (imager) 10 as an example of a detection device 30 is arranged in the second housing part 9 .
  • the second housing part 9 has a plug connection 26 which is connected to the printed circuit board 25 inside the second housing part 9 .
  • the optical component 4, here the lens 8, and the image sensor 10 lie on a common longitudinal axis 11, which forms the optical axis 12 in the exemplary embodiment.
  • the first housing part 5 has a lever arrangement 14 with a compensation element 15 .
  • the lever arrangement 14 and the compensation element 15 are formed between the optics mount 6 and the housing part connection 7 on the first housing part 5, for example in one piece as a two-component injection molded part.
  • the lever arrangement 14 has a lever section 16 with a base joint 17 about which the lever section 16 can be rotated or pivoted, as previously indicated in FIG. 1 with an arrow FB.
  • the lever section 16 forms a first lever arm 18 which is connected to the optical mount 6 and a second lever arm 19 which is connected or coupled to the compensation element 15 .
  • the lever section 16 is designed in one piece with the first housing part 5 with the optics receptacle 6 and can also be designed in one piece with the compensation element 15 in one exemplary embodiment, for example as a two-component injection-molded part.
  • the compensation element 15 can also be fastened as a separate part to the first housing part 5 and in particular to the compensation element receptacle 21, as described above.
  • the first housing part 5 with its optics mount 6 for the optical component 4 consists of a first material, eg plastic and/or metal, with a first coefficient of thermal expansion aA.
  • the compensation element 15 in turn consists of a second material, for example plastic and/or metal, with a second coefficient of thermal expansion aB, the second coefficient of thermal expansion aB being greater than the first coefficient of thermal expansion aA. Therefore, the compensation element 15 expands in the longitudinal direction and thus along the longitudinal axis 11, here the optical axis 12, when the temperature increases more than the first housing part 5 with the optics mount 6.
  • the compensation element 15 expands in the longitudinal direction and thereby presses on the second lever arm 19 of the lever section 16, as previously indicated in FIG. 1 with the arrow FB.
  • the lever section 16 with its second lever arm 19 can additionally have a defined support 27, e.g. a projection, on which the compensation element 15, e.g. rests and when the temperature threshold value is exceeded, also a pressure on the Edition 27 and thus the second lever arm 19 exerts.
  • the compensation element 15 can also be additionally prestressed against the second lever arm 19 and its support 27, e.g. the projection, in the fully assembled state of the optical system.
  • the lever section 16 is rotated about the base joint 17 and the second lever arm 19 with the compensation element 15 moves by the amount AB in the longitudinal direction in direction of the optics receptacle 9, while the first lever arm 18 with the optics receptacle 6 moves in the opposite direction in the direction of the detection device 30 by the amount AA in the longitudinal direction.
  • an additional joint 20 is provided between the optics mount 6 for the optical component 4 and the first lever arm 18 .
  • This additional joint 20 has the advantage that the first lever arm 18 can be rotated in a defined manner around the additional joint 20 when the lever section 16 rotates around the base joint 17 .
  • the base joint 17 and the additional joint 20 are each designed as a film hinge 28, for example.
  • a film hinge as shown in Fig. 2 and 3, can easily be ring-shaped and completely closed all the way around, so that no dust or moisture can penetrate into the first housing part 5 via the base joint 17 and the additional joint 20, since the respective Film hinge itself is closed and accordingly tight.
  • the first housing part 5 with the lever arrangement can be produced very easily by means of an elastic geometry, in particular by using film hinges.
  • the housing part has a very simple structure and the number of parts can be kept to a minimum.
  • the compensation element can be provided as a separate component on the first housing part or, alternatively, can be produced with it as a two-component injection-molded part.
  • Such a first housing part 5 with such a base joint 17 and an additional joint 20, which are preferably additionally shot all around and are correspondingly tight, can also be made of metal and/or plastic.
  • the compensation element 15 can also be made of metal and/or Plastic can be made with a larger coefficient of thermal expansion aB.
  • the compensation element 15 can be designed as a ring, for example.
  • the compensation element 15 can, for example, also consist of a plurality of blocks or sections, e.g. arcuate blocks or sections, which are arranged in particular in a circle around the longitudinal axis 11, and here the optical axis 12, and around the base joint 17.
  • the optical component 4 can also be a mirror, a prism, an optical filter, an optical grating, etc., for example.
  • a detection device 30 suitable for detecting this respective radiation is provided as a detection device 30 for the respective optical component 4 and its transmitted radiation, e.g. light beams, laser beams, UV rays, radioactive rays, etc.
  • the invention is not limited to an image sensor 10 as the detection device 30 and a lens 8 as the optical component 4 .
  • the first housing part 5 or carrier part largely assumes the function of object detection with the housing part connection 7, e.g. fixing flange 22, to the second housing part 9, here e.g. a camera housing, the Geometry is designed in such a way that a flexible part geometry allows stretching in the longitudinal direction. The material is retained for functional reasons and has a given coefficient of thermal expansion.
  • the compensation element 15, a simple actuator ring made of a second material with greater thermal expansion, is integrated into the first housing part 5 or carrier part in such a way that its disproportionate change in length when the temperature changes means that it can press the first housing part 5 or carrier part via a freely configurable lever geometry, here the lever section 11 with the two joints 17, 20 is inversely proportionally influenced and thus counteracts its own thermal expansion.
  • a freely configurable lever geometry here the lever section 11 with the two joints 17, 20 is inversely proportionally influenced and thus counteracts its own thermal expansion.
  • the compensation function can be varied over a wide range and the compensation of several sources of error in the system can be taken over in one component and thermal influences can be largely eliminated.
  • the invention is based on a very simple, robust, solid-physical active principle with negligibly few sources of error.
  • the thermal expansion of the optical device and in particular of its first housing part can be compensated passively with its own means, i.e. the lever arrangement and the compensation element, and thus without a moving part that is critical in terms of tolerance and wear.
  • the lever arrangement with the compensation element can be varied very flexibly for a wide variety of optical systems and applications and, in particular, can also be designed in the form of a ring.
  • the first housing part with its optics mount, its lever arrangement, its compensation element and its housing part connection is designed once and does not require any readjustment. This enables very cost-effective mass production, e.g. as a two-component injection molded part.
  • the first housing part with its base joint and optional additional joint in the form of film hinges, allows a closed part geometry without affecting the technical function, e.g 1 and 2, and the operating principle on which the invention is based, the optical system is independent of environmental conditions.
  • the first housing part with its lever arrangement and the compensation element can be closed and sealed, in addition to the second housing part, thus applications of the optical system in a gas atmosphere, in vacuum and under water etc. are possible.
  • the optical system according to the invention is therefore particularly suitable for use in the automotive sector, particularly with an image sensor as the detection device and particularly in fixed-focus camera systems without a focusing device for setting or correcting the sharpness, and above all in the area of driver assistance systems. Since optical lens systems with an image sensor, as an example of optical systems, can very easily and efficiently compensate for a previous result-falsifying influence of thermal expansion in components, such optical systems are particularly suitable for use in areas where high precision is required. Furthermore, with the optical system according to the invention, the strict CMS guidelines and standards UNECE UN R.46 ISO 165005 and comparable international regulations for camera monitor systems can be complied with.
  • the optical system according to the invention can be used, for example, in automotive cameras. The usable temperature range of automotive cameras can be increased with the optical system according to the invention. In addition, a reduction or even elimination of temperature influences on the imaging quality of optical lens systems on digital image sensors can be achieved with the optical system according to the invention.

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Abstract

The invention relates to an optical system (1), in particular for a vehicle, having: an optical device (2) which has a first housing part (5) with a lens holder (6) in which an optical component (4) is held, the first housing part (5) having a first coefficient of thermal expansion; a compensation element (15) which is accommodated in the first housing part (5) and has a second coefficient of thermal expansion greater than the first coefficient of thermal expansion; a detection device (3) which has a second housing part (9) with a detection means (30) accommodated therein for detecting the radiation transmitted by the optical component (4), wherein the first housing part (5), with its lens holder (6) and the optical component (4), and the second housing part (9), with the detection means (30), are connected to one another in the longitudinal direction, wherein the first housing part (5) is designed with a lever assembly (14) which can be actuated by means of the compensation element (15) such that when the first housing part (5) expands by an amount in the longitudinal direction as a result of an increase in temperature, the lever assembly (14) presses the first housing part (5) in the opposite direction in the longitudinal direction, preferably by the same or substantially the same amount.

Description

Beschreibung Description
Optisches System und Fahrzeug mit wenigstens einem optischen System Optical system and vehicle with at least one optical system
Die Erfindung betrifft ein optisches System, insbesondere für ein Fahrzeug, sowie ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem solchen optischen System. The invention relates to an optical system, in particular for a vehicle, and to a vehicle, in particular a motor vehicle, with at least one such optical system.
Als optische Systeme werden optische Linsensysteme üblicherweise entweder fest auf ein Kameragehäuse oder mittels einem hochgenauen Bajonett als Wechselobjektiv montiert. Der meist rechteckige Bildsensor ist in dem Kameragehäuse eingebaut und muss für eine hohe Qualität des Kamerabildes in alle Raumrichtungen exakt auf die üblicherweise rotationssymmmetrisch ausgeführte Optik ausgerichtet sein. Für eine konstante Bildschärfe sind dabei eine longitudinale Justierung und eine lotrechte Orientierung zur optischen Achse von großer Bedeutung für eine konstante Bildschärfe. Hochwertige automotiv Kameras besitzen meist ein intrinsisch kalibriertes und nach Einmessung fest und gasdicht fixiertes System aus einem Gehäuse mit Bildsensor und einem Objektivkörper mit einem Linsensystem. Auswirkungen von Temperaturausdehnungen werden vermessen und die Systeme so ausgelegt, dass noch tolerierbare, negative Qualitätsauswirkungen im geforderten Bereich eingehalten werden können. As optical systems, optical lens systems are usually mounted either permanently on a camera housing or as an interchangeable lens by means of a high-precision bayonet. The usually rectangular image sensor is installed in the camera housing and, for a high quality of the camera image in all spatial directions, must be precisely aligned with the optics, which are usually designed to be rotationally symmetrical. Longitudinal adjustment and perpendicular orientation to the optical axis are of great importance for constant image sharpness. High-quality automotive cameras usually have an intrinsically calibrated and, after calibration, fixed and gas-tight system consisting of a housing with an image sensor and a lens body with a lens system. The effects of temperature expansion are measured and the systems are designed in such a way that tolerable, negative quality effects can be maintained in the required range.
Temperaturausdehnungen mit negativer Auswirkung auf die Bildqualität werden einkalkuliert, in dem das Optimum auf eine Zieltemperatur ausgelegt und die Anforderungen im gesamten Betriebstemperaturbereich bestmöglichst angepasst werden. Damit entstehen bei alle den Temperaturen, welche von einer vorgegebenen Referenztemperatur abweichen, linear zunehmende Beeinträchtigungen der Abbildungsrealität. Diese Abbilungsrealität aktiv nachzujustieren ist meist zu aufwändig. Bei Human Vision Systemen werden diese Beeinträchtigungen der Abbildungsrealität als unvermeidbar toleriert und fallen nur Experten auf. Bei strengen Richtlinien und deren Testverfahren, wie z.B. Temperature expansions with a negative impact on the image quality are taken into account by designing the optimum for a target temperature and adapting the requirements in the entire operating temperature range as best as possible. As a result, at all temperatures that deviate from a specified reference temperature, linearly increasing impairments of the imaging reality arise. Actively readjusting this depiction of reality is usually too time-consuming. With human vision systems, these impairments of the imaging reality are tolerated as unavoidable and are only noticed by experts. With strict guidelines and their test procedures, e.g.
Kamera-Monitor Systemen gemäß UN R. 46, können sie jedoch eine Homologation erschweren oder verhindern. Bei Computer Vision Systemen mit Objekterkennungsfunktion beinträchtigen diese Bildeinflüsse direkt die sichere Erkennung, insbesondere weiter entfernter Objekte und verringern damit die Sicherheit dieser Systeme für die Fahrerassistenz. Camera monitor systems according to UN R. 46, however, they can make homologation more difficult or prevent it. With computer vision systems In the object recognition function, these image influences directly impair reliable recognition, in particular of objects that are further away, and thus reduce the safety of these driver assistance systems.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches System bereitzustellen, welches Temperataureinflüsse ausgleichen kann, um einer Beeinträchtigung der Funktionsweise des optischen Systems entgegenzuwirken. It is therefore an object of the present invention to provide an optical system which can compensate for temperature influences in order to counteract an impairment of the functioning of the optical system.
Diese Aufgabe wird durch ein optisches System, insbesondere für ein Fahrzeug, und ein Fahrzeug mit wenigstens einem solchen optischen System mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. This object is achieved by an optical system, in particular for a vehicle, and a vehicle with at least one such optical system having the features of the independent patent claims.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche. Further preferred embodiments are the subject matter of the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung demnach ein optisches System, insbesondere für ein Fahrzeug, aufweisend: eine optische Vorrichtung, welche ein erstes Gehäuseteil mit einer Optik-Aufnahme aufweist, in welcher ein optisches Bauteil aufgenommen ist, wobei das erste Gehäuseteil einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist; ein Kompensationselement, welches in dem ersten Gehäuseteil aufgenommen ist und einen zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der größer als der erste Wärmeausdehnungskoeffizient ist; eine Erfassungsvorrichtung, welche ein zweites Gehäuseteil mit einer darin aufgenommenen Erfassungseinrichtung aufweist zum Erfassen der von dem optischen Bauteil übertragenen Strahlung, wobei das erste Gehäuseteil mit seiner Optik-Aufnahme und dem optischen Bauteil und das zweite Gehäuseteil mit der Erfassungseinrichtung in Längsrichtung miteinander verbunden sind, wobei das erste Gehäuseteil mit einer Hebelanordnung ausgebildet, welche durch das Kompensationselement betätigbar ist derart, dass wenn sich das erste Gehäuseteil aufgrund einer Temperaturerhöhung um einen Betrag in Längsrichtung ausdehnt, die Hebelanordnung das erste Gehäuseteil in die entgegensetzte Richtung in Längsrichtung drückt, vorzugsweise um denselben oder im Wesentlichen denselben Betrag. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem solchen optischen System. According to a first aspect, the present invention therefore creates an optical system, in particular for a vehicle, comprising: an optical device which has a first housing part with an optics receptacle in which an optical component is accommodated, the first housing part having a first coefficient of thermal expansion having; a compensation element received in the first housing part and having a second coefficient of thermal expansion that is greater than the first coefficient of thermal expansion; a detection device which has a second housing part with a detection device accommodated therein for detecting the radiation transmitted by the optical component, the first housing part with its optical mount and the optical component and the second housing part with the detection device being connected to one another in the longitudinal direction, wherein the first housing part is designed with a lever arrangement which can be actuated by the compensation element in such a way that when the first housing part expands by an amount in the longitudinal direction due to a temperature increase, the lever arrangement pushes the first housing part in the opposite direction in the longitudinal direction, preferably by the same amount or in the essentially the same amount. According to a second aspect, the invention relates to a vehicle, in particular a motor vehicle, with at least one such optical system.
Die Erfindung ermöglicht es, durch eine Hebelanordnung und ein Kompensationselement, Temperaturerhöhungen und damit verbundene Ausdehnungen des Gehäuseteils mit dem optischen Bauteil auszugleichen bzw. zu kompensieren, so dass eine Bilderfassung bei einem optischen System, wie z.B. einem optischen Linsensystem mit einem Bildsensor, nicht beeinträchtigt wird und insbesondere geometrisch über einen weiten Temperaturbereich im Qualitätsoptimum gehalten wird. The invention makes it possible to use a lever arrangement and a compensation element to equalize or compensate for temperature increases and the associated expansion of the housing part with the optical component, so that image acquisition in an optical system, such as an optical lens system with an image sensor, is not impaired and in particular is maintained geometrically at optimum quality over a wide temperature range.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des optischen Systems sind das in der Optik-Aufnahme aufgenommene optische Bauteil und die Erfassungseinrichtung auf einer gemeinsamen Längsachse, insbesondere der optischen Achse, angeordnet. Das optische Bauteil weist einen vorbestimmten Erfassungsabstand in Längsrichtung von der Erfassungseinrichtung auf. Dieser Erfassungsabstand ist dabei vorzugsweise derart gewählt, dass eine optimale Bildschärfe im Fall eines Bildsensors als Erfassungseinrichtung erzielt werden kann. According to a preferred development of the optical system, the optical component accommodated in the optics receptacle and the detection device are arranged on a common longitudinal axis, in particular the optical axis. The optical component has a predetermined detection distance in the longitudinal direction from the detection device. This detection distance is preferably chosen in such a way that an optimal image sharpness can be achieved in the case of an image sensor as the detection device.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des optischen Systems ist das optische Bauteil eine Linse, ein Spiegel, ein Prisma und/oder ein optisches Gitter ist. According to a preferred development of the optical system, the optical component is a lens, a mirror, a prism and/or an optical grating.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des optischen Systems ist die Erfassungseinrichtung ein Bildsensor. Solche Bildsensoren werden insbesondere im Bereich Automotiv zur Objekterfassung usw. eingesetzt. According to a preferred development of the optical system, the detection device is an image sensor. Such image sensors are used in particular in the automotive sector for object detection, etc.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des optischen Systems entspricht der vorbestimmte Erfassungsabstand dem Bildabstand, insbesondere dem Bildabstand bei einer vorbestimmten Referenztemperatur. Der Bildabstand wird beispielsweise bei einem Bildsensor (engl. Imager) als Erfassungseinrichtung gewählt und dabei beispielsweise zusätzlich in Abhängigkeit von einer gewünschten Ziel- oder Referenztemperatur gewählt bzw. bestimmt, in welchem das optische System z.B. bevorzugt eingesetzt wird. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des optischen Systems weist die Hebelanordnung einen Hebelabschnitt und ein Basisgelenk auf, um welchen der Hebelabschnitt drehbar ist. Der Hebelabschnitt weist einen ersten Hebelarm und einen zweiten Hebelarm auf. Der erste Hebelarm ist mit der Optik-Aufnahme verbunden und der zweite Hebelarm ist mit dem Kompensationselement verbunden oder gekoppelt. Eine solche Hebelanordnung lässt sich sehr einfach einstückig oder integral in einem Gehäuse bzw. hier Gehäuseteil ausbilden. Das Basisgelenk kann dabei beispielsweise als Filmscharnier ausgebildet oder in dem Gehäuseteil ausgeformt werden. Das ist besonders einfach und kostengünstig in der Herstellung. Des Weiteren erlauben solche Filmscharniere, dass optische Systeme, insbesondere Kamera-Systemen mit Linsen, gasdicht geschlossen hergestellt werden können, was bei Automotive Anwendungen meist erforderlich ist. According to a preferred development of the optical system, the predetermined detection distance corresponds to the image distance, in particular the image distance at a predetermined reference temperature. The image distance is selected, for example, with an image sensor (engl. Imager) as a detection device and is additionally selected or determined, for example, as a function of a desired target or reference temperature, in which the optical system is preferably used, for example. According to a preferred development of the optical system, the lever arrangement has a lever section and a base joint about which the lever section can be rotated. The lever portion has a first lever arm and a second lever arm. The first lever arm is connected to the optical mount and the second lever arm is connected or coupled to the compensation element. Such a lever arrangement can be formed very simply in one piece or integrally in a housing or, in this case, a housing part. The base joint can, for example, be designed as a film hinge or be formed in the housing part. This is particularly simple and inexpensive to produce. Furthermore, such film hinges allow optical systems, in particular camera systems with lenses, to be produced in a gas-tight manner, which is usually necessary in automotive applications.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des optischen Systems sind die Länge des ersten Hebelarms und die Länge des zweiten Hebelarms derart gewählt, dass sich der Betrag um den sich das erste Gehäuseteil aufgrund einer Temperaturerhöhung in Längsrichtung ausdehnt und der Betrag, um den die Hebelanordnung das erste Gehäuseteil dabei durch den Druck des Kompensationselements auf den zweiten Hebelarm in die entgegensetzte Richtung bewegt, gegenseitig aufheben. Die Länge der Hebelarme und damit ihre Anbindung an die Optik-Aufnahme und das Kompensationselement können sehr einfach angepasst an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst und bei Bedarf variiert werden. Insbesondere können die Hebelverhältnisse, insbesondere die Länge des ersten und zweiten Hebelarms, in einem weiten Bereich beliebig und stufenlos angepasst und variiert werden. Durch die gezielte E instel Ibarkeit der Hebelverhältnisse ist eine Feinkompensation bei dem optischen System, insbesondere in Form eines Kamera-Systems mit einer Linse, möglich. According to a preferred development of the optical system, the length of the first lever arm and the length of the second lever arm are selected in such a way that the amount by which the first housing part expands in the longitudinal direction due to a temperature increase and the amount by which the lever arrangement expands the first housing part moved in the opposite direction by the pressure of the compensation element on the second lever arm, cancel each other out. The length of the lever arms and thus their connection to the optics mount and the compensation element can be adapted very easily to the respective application and varied if necessary. In particular, the lever ratios, in particular the length of the first and second lever arms, can be freely and continuously adjusted and varied over a wide range. Due to the targeted adjustability of the lever ratios, fine compensation is possible in the optical system, in particular in the form of a camera system with a lens.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des optischen Systems weist das erste Gehäuseteil ein Zusatzgelenk auf zum Drehen des Hebelabschnitts der Hebelanordnung. Das Zusatzgelenk ist an dem ersten Gehäuseteil insbesondere zwischen der Optik-Aufnahme für das optische Bauteil und dem ersten Hebelarm vorgesehen. Im Falle eines relativ starren, ersten Gehäuseteils und einer Optik-Aufnahme mit einer starren Linse, stellt das Zusatzgelenk eine sehr einfache Möglichkeit dar, die Drehbarkeit des Hebelabschnitts in dem ersten Gehäuseteil sicherzustellen. According to a preferred development of the optical system, the first housing part has an additional joint for rotating the lever section of the lever arrangement. The additional joint is provided on the first housing part, in particular between the optics mount for the optical component and the first lever arm. In the case of a relatively rigid, first housing part and a Optical recording with a rigid lens, the additional joint is a very simple way to ensure the rotatability of the lever portion in the first housing part.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des optischen Systems sind das erste Gehäuseteil und/oder das Kompensationselement aus Metall und/oder Kunststoff hergestellt. Das erste Gehäuseteil und das Kompensationselement sind beispielsweise als Mehrkomponente-Spritzgussteil, z.B. als zwei Komponenten Spritzgussteil, hergestellt. Ein Spritzgussteil ist einfach und kostengünstig in der Herstellung und es können verschiedene Kunststoff miteinander kombiniert werden. Ebenso kann beispielsweise das erste Gehäuseteil aus Metall und z.B. das Kompensationselement aus Kunststoff oder einem anderen Metall mit einem jeweils größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das erste Gehäuseteil, hergestellt werden. According to a preferred development of the optical system, the first housing part and/or the compensation element are made of metal and/or plastic. The first housing part and the compensation element are produced, for example, as a multi-component injection molded part, e.g. as a two-component injection molded part. An injection molded part is simple and inexpensive to manufacture and different plastics can be combined with one another. Likewise, for example, the first housing part can be made of metal and, for example, the compensation element can be made of plastic or another metal, each with a larger coefficient of thermal expansion than the first housing part.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des optischen Systems weist das erste Gehäuseteil eine Kompensationselement-Aufnahme auf, in welcher das Kompensationselement dem zweiten Hebelarm gegenüberliegend aufgenommen ist, insbesondere in Längsrichtung des ersten Gehäuseteils dem zweiten Hebelarm gegenüberliegend aufgenommen ist. Der zweite Hebelarm weist eine Auflage, insbesondere einen Vorsprung, zur Auflage für das Kompensationselement auf. Eine vorzugsweise ringförmige (im Schnitt z.B. spitze) Auflage an dem zweiten Hebelarm, welche insbesondere koaxial mit der optische Achse 12 in Fig. 1 und 2 ist, als Auflage für das Kompensationselement sorgt dafür, dass die Hebellängen über den Hub weitestgehend konstant bleiben. Die Auflage hat den Vorteil, dass der Hebelabschnitt eine definierte Auflage für das Kompensationselement bereitstellt. According to a preferred development of the optical system, the first housing part has a compensation element receptacle in which the compensation element is received opposite the second lever arm, in particular opposite the second lever arm in the longitudinal direction of the first housing part. The second lever arm has a support, in particular a projection, for supporting the compensation element. A preferably ring-shaped (e.g. pointed in section) support on the second lever arm, which is in particular coaxial with the optical axis 12 in FIGS. 1 and 2, as a support for the compensation element ensures that the lever lengths remain largely constant over the stroke. The support has the advantage that the lever section provides a defined support for the compensation element.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des optischen Systems ist das Kompensationselement ein geschlossener Ring, welcher um die Längsachse des ersten Gehäuseteils und dem zweiten Hebelarm zur Betätigung der Hebelanordnung gegenüberliegend angeordnet ist. Ein geschlossener Ring ist besonders einfach und kostengünstig in der Herstellung und leicht zu montieren. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des optischen Systems ist das Kompensationselement in Form wenigstens eines oder mehrerer Blöcke um die Längsachse des ersten Gehäuseteils und den zweiten Hebelarm gegenüberliegend angeordnet zum Betätigung der Hebelanordnung. Im Falle von mehreren Blöcken, sind diese beispielsweise regelmäßig oder gleichmäßig um die Längsachse verteilt vorgesehen. Mehrere Blöcke haben den Vorteil, dass sie bei einem ersten Gehäuseteil, z.B. aus Metall usw., leicht von innen montiert werden können. According to a preferred development of the optical system, the compensation element is a closed ring, which is arranged opposite the longitudinal axis of the first housing part and the second lever arm for actuating the lever arrangement. A closed ring is particularly simple and inexpensive to manufacture and easy to assemble. According to a preferred development of the optical system, the compensation element in the form of at least one or more blocks is arranged opposite one another around the longitudinal axis of the first housing part and the second lever arm for actuating the lever arrangement. In the case of several blocks, these are provided, for example, distributed regularly or evenly around the longitudinal axis. Several blocks have the advantage that they can easily be fitted from the inside in the case of a first housing part, eg made of metal etc.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des optischen Systems sind das Basisgelenk und/oder das Zusatzgelenk als Filmscharnier ausgebildet, insbesondere als geschlossenes Filmscharnier. Ein Filmscharnier ist besonders einfach in der Herstellung, sowohl bei einem ersten Gehäuseteil aus Kunststoff als auch Metall. Insbesondere kann ein Filmscharnier geschlossen und damit dicht, insbesondere flüssigkeitsdicht, z.B. wasserdicht, und/oder gasdicht ausgebildet werden, so dass keine Verunreinigungen durch das Gelenk in das erste Gehäuseteil eindringen können. According to a preferred development of the optical system, the base joint and/or the additional joint are designed as a film hinge, in particular as a closed film hinge. A film hinge is particularly easy to manufacture, both in the case of a first housing part made of plastic and metal. In particular, a film hinge can be closed and thus sealed, in particular liquid-tight, e.g. watertight, and/or gas-tight, so that no contaminants can penetrate through the joint into the first housing part.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des optischen Systems weist das erste Gehäuseteil eine Gehäuseteil-Anbindung insbesondere einen Flansch auf, zur Verbindung des ersten Gehäuseteils mit seiner Optik-Aufnahme und dem optischen Bauteil und dem zweiten Gehäuseteil mit der Erfassungseinrichtung in Längsrichtung miteinander. Das erste Gehäuseteil kann dabei eine zugeordnete Öffnung des zweiten Gehäuseteils beispielsweise ein- oder außen auf das zweite Gehäuseteil aufgesteckt werden. According to a preferred development of the optical system, the first housing part has a housing part connection, in particular a flange, for connecting the first housing part with its optics receptacle and the optical component and the second housing part with the detection device to one another in the longitudinal direction. The first housing part can be attached to an associated opening of the second housing part, for example on the inside or outside of the second housing part.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. The present invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments given in the schematic figures of the drawings.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Prinzips des erfindungsgemäßen optischen Systems aus einer optischen Vorrichtung und einer Erfassungsvorrichtung; und Fig. 2 eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Systems gemäß Fig. 1 , und 1 shows a schematic representation of the principle of the optical system according to the invention, consisting of an optical device and a detection device; and FIG. 2 shows a schematic sectional view of an exemplary embodiment of the optical system according to the invention as shown in FIG. 1, and
Fig. 3 eine schematische Ansicht des Hebelabschnitts des optischen Systems und des Kompensationselements gemäß Fig. 2. Fig. 3 shows a schematic view of the lever portion of the optical system and the compensation element according to Fig. 2.
In Fig. 1 ist eine schematisch und stark vereinfachte Darstellung des Prinzips des erfindungsgemäßen optisches Systems 1 aus einer optischen Vorrichtung 2 und einer Erfassungsvorrichtung 3 gezeigt. Genauer ist in Fig. 1 ein Ausschnitt des erfindungsgemäßen Systems 1 dargestellt. 1 shows a schematic and greatly simplified representation of the principle of the optical system 1 according to the invention, consisting of an optical device 2 and a detection device 3 . More precisely, a section of the system 1 according to the invention is shown in FIG. 1 .
Wie in Fig. 1 und nachfolgender Fig. 2 gezeigt ist, weist die optische Vorrichtung 2 ein optisches Bauteil 4 und ein erstes Gehäuseteil 5 mit einer Optik-Aufnahme 6 zur Aufnahme und Befestigung des optischen Bauteils 4 auf und eine Gehäuseteil-Anbindung 7 zur Befestigung des ersten Gehäuseteils 5 an einem weiteren Gehäuseteil. Das optische Bauteil 4 ist beispielsweise wenigstens eine Linse 8, wie in Fig. 1 und nachfolgender Fig. 2 gezeigt ist, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. As shown in FIG. 1 and subsequent FIG. 2, the optical device 2 has an optical component 4 and a first housing part 5 with an optical mount 6 for receiving and fastening the optical component 4 and a housing part connection 7 for fastening of the first housing part 5 to a further housing part. The optical component 4 is, for example, at least one lens 8, as shown in FIG. 1 and subsequent FIG. 2, but without being limited thereto.
Die Erfassungsvorrichtung 3 weist wiederum ein zweites Gehäuseteil 9 auf, in welchem eine Erfassungseinrichtung 30 aufgenommen ist, wie in nachfolgender Fig. 2 gezeigt ist. Die Erfassungsvorrichtung 3 ist mit ihrem zweiten Gehäuseteil 9 mit der Gehäuseteil-Anbindung 7 des ersten Gehäuseteils 5 verbunden und so die beiden Gehäuseteile 5, 9 aneinander befestigt. Des Weiteren ist die Erfassungseinrichtung 30 derart ausgebildet, die von dem optischen Bauteil 4 übertragene Strahlung zu Erfassen. In der nachfolgenden Fig. 2 ist die Erfassungseinrichtung 30 beispielsweise ein Bildsensor (engl. Imager) 10, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. The detection device 3 in turn has a second housing part 9 in which a detection device 30 is accommodated, as shown in FIG. 2 below. The second housing part 9 of the detection device 3 is connected to the housing part connection 7 of the first housing part 5 and the two housing parts 5, 9 are thus fastened to one another. Furthermore, the detection device 30 is designed in such a way that it detects the radiation transmitted by the optical component 4 . In the following FIG. 2, the detection device 30 is, for example, an image sensor (engl. Imager) 10, but without being limited thereto.
Das optische Bauteil, 4 z.B. Linse 8, in dem ersten Gehäuseteil 5 und die Erfassungseinrichtung 30, z.B. Bildsensor (engl. Imager) 10, in dem zweiten Gehäuseteil 9, sind auf einer gemeinsamen Längsachse 11 , insbesondere der optischen Achse 12, angeordnet. Das optische Bauteil 4 in dem ersten Gehäuseteil 5 weist dabei in Längsrichtung einen vorbestimmten Erfassungsabstand zu der Erfassungseinrichtung 30 in dem zweiten Gehäuseteil 9 auf. The optical component, 4 eg lens 8, in the first housing part 5 and the detection device 30, eg image sensor (engl. Imager) 10, in the second housing part 9, are on a common longitudinal axis 11, in particular the optical axis 12 arranged. The optical component 4 in the first housing part 5 has a predetermined detection distance from the detection device 30 in the second housing part 9 in the longitudinal direction.
Der vorbestimmte Erfassungsabstand des optischen Bauteils 4 in dem ersten Gehäuseteil 5 von der Erfassungseinrichtung 30 in dem zweiten Gehäuseteil 9 ist derart gewählt, dass die Erfassungseinrichtung 30 die von dem optischen Bauteil 4 übertragene Strahlung, z.B. Lichtstrahlen, in einem vorbestimmten Maß, z.B. in einer vorbestimmten Genauigkeit oder Bildschärfe, insbesondere bei einer vorbestimmten Temperatur oder Referenztemperatur erfassen kann, z.B. einer Umgebungstemperatur, bei welcher das optische System hauptsächlich oder vorzugsweise betrieben wird. The predetermined detection distance of the optical component 4 in the first housing part 5 from the detection device 30 in the second housing part 9 is chosen such that the detection device 30 detects the radiation, e.g. light rays, transmitted by the optical component 4 to a predetermined extent, e.g. in a predetermined Accuracy or image sharpness, in particular at a predetermined temperature or reference temperature, e.g. an ambient temperature at which the optical system is mainly or preferably operated.
Bei einer Linse 8 als optischem Bauteil 4 und einem Bildsensor 10 als Erfassungseinrichtung 30 kann der Erfassungsabstand 31 der Linse 8 von dem Bildsensor 10, wie in Fig. 2 angedeutet, derart gewählt werden, dass der Erfassungsabstand 31 beispielsweise der Bildweite entspricht, um das Bild der Linse 8 mit einer maximalen Bildschärfe durch den Bildsensor 10 zu erfassen. Je nach z.B. optischer Linseneigenschaft muss der Erfassungsabstand 31 aber nicht zwingend der Bildweite entsprechen. Eine Linse mit Festbrennweite als Beispiel für ein optisches Bauteil hat einfach einen vorbestimmten Erfassungsabstand zur Erfassungseinrichtung 30, hier zu dem Bildsensor 10 und insbesondere seiner Sensorfläche, in dem sie scharf abbildet. Mit andere Worten, der vorgegebene oder definierte Erfassungsabstand des optischen Bauteils 4, z.B. der Linse 8, von der Erfassungseinrichtung 30, z.B. Bildsensor 10, kann beispielsweise abhängig von einer gewünschten oder vorgegebenen Erfassungsqualität, z.B. Bildschärfe usw., gewählt werden. Dieser Erfassungsabstand 31 wird mittels einer nachfolgend beschriebenen Hebelanordnung und einem zugeordneten Kompensationselement in einem vorbestimmten Temperaturbereich konstant gehalten. With a lens 8 as the optical component 4 and an image sensor 10 as the detection device 30, the detection distance 31 of the lens 8 from the image sensor 10, as indicated in FIG of the lens 8 to be detected by the image sensor 10 with maximum image sharpness. Depending on the optical lens property, for example, the detection distance 31 does not necessarily have to correspond to the image distance. A lens with a fixed focal length as an example of an optical component simply has a predetermined detection distance from the detection device 30, here from the image sensor 10 and in particular its sensor surface, in which it images sharply. In other words, the specified or defined detection distance of the optical component 4, e.g. the lens 8, from the detection device 30, e.g. image sensor 10, can be selected depending on a desired or predefined detection quality, e.g. This detection distance 31 is kept constant in a predetermined temperature range by means of a lever arrangement described below and an associated compensation element.
Wie in nachfolgender Fig. 2 gezeigt ist, tritt das von außen einfallende Licht 13 durch die Linse 8 als optisches Bauteil 4 hindurch und wird anschließend von der Erfassungseinrichtung 30 in dem zweiten Gehäuseteil 9 erfasst. Die optische Achse 12 in Fig. 2 ist dabei die auf der Linsenebene senkrecht stehende Gerade durch die Linsenmitte. As shown in FIG. 2 below, the light 13 incident from the outside passes through the lens 8 as the optical component 4 and is then detected by the detection device 30 in the second housing part 9 . The optical axis 12 in FIG. 2 is the straight line perpendicular to the lens plane through the center of the lens.
Wie zuvor ausgeführt, ist der Erfassungsabstand 31 zwischen der Linse 8 als optischem Bauteil 4 und der Erfassungseinrichtung 30, hier Bildsensor 10, derart gewählt, dass die Erfassungseinrichtung 30, die von der Linse 8 übertragenen Lichtstrahlen 13, z.B. in einer vorbestimmten Erfassungsqualität, insbesondere Bildschärfe, erfassen kann. Im Automotive Bereich kommen derzeit vorallem Fixfokus-Kameras zum Einsatz. Autofokus- Kameras werden in diesem Bereich dagegen seltener eingesetzt. Erfindungsgemäß wird ein für die Funktion oder genauer die Erfassungsqualität erforderlicher Abstand, hier Erfassungsabstand 31 , zwischen dem optischen Bauteil, z.B. der Linse 8, und der Erfassungseinrichtung 30, z.B. Bildsensor 10, vorgegeben bzw. definiert und über einen vorbestimmten Temperaturbereich konstant gehalten. Dies geschieht erfindungsgemäß durch die Hebelanordnung und das Kompensationselement, welche im Folgenden noch im Detail beschrieben werden. Durch das Zusammenwirken der Hebelanordnung und des Kompensationselements können Temperaturschwankungen ausgeglichen und dadurch der vorbestimmte Erfassungsabstand 31 von optischen Bauteil 4 und Erfassungseinrichtung 30 in einem vorbestimmten oder gewünschten Temperaturbereich, z.B. einem Nenn- oder Betriebstemperaturbereich, konstant gehalten werden. As stated above, the detection distance 31 between the lens 8 as the optical component 4 and the detection device 30, here image sensor 10, is selected in such a way that the detection device 30 detects the light beams 13 transmitted by the lens 8, e.g. in a predetermined detection quality, in particular image sharpness , can capture. In the automotive sector, mainly fixed focus cameras are currently used. Autofocus cameras, on the other hand, are used less frequently in this area. According to the invention, a distance required for the function or more precisely the detection quality, here detection distance 31, between the optical component, e.g. the lens 8, and the detection device 30, e.g. image sensor 10, is specified or defined and kept constant over a predetermined temperature range. According to the invention, this is achieved by the lever arrangement and the compensation element, which are described in detail below. Temperature fluctuations can be compensated for by the interaction of the lever arrangement and the compensation element, and the predetermined detection distance 31 of optical component 4 and detection device 30 can thereby be kept constant in a predetermined or desired temperature range, e.g. a nominal or operating temperature range.
Um die Genauigkeit, hier z.B. Bildschärfe, aufgrund von Temperaturschwankungen nicht zu beeinträchtigen bzw. über einen definierten Temperaturbereich konstant zu halten, weist das erste Gehäuseteil 5 der optischen Vorrichtung 2 des erfindungsgemäßen Systems 1 eine Hebelanordnung 14 mit einem Kompensationselement 15 auf. Die Hebelanordnung 14 und das Kompensationselement 15 sind zwischen der Optik-Aufnahme 6 und der Gehäuseteil-Anbindung 7 an dem ersten Gehäuseteil 5 vorgesehen oder ausgebildet. In order not to impair the accuracy, here e.g. image sharpness, due to temperature fluctuations or to keep it constant over a defined temperature range, the first housing part 5 of the optical device 2 of the system 1 according to the invention has a lever arrangement 14 with a compensation element 15. The lever arrangement 14 and the compensation element 15 are provided or formed between the optics mount 6 and the housing part connection 7 on the first housing part 5 .
Die Hebelanordnung 14 und das Kompensationselement 15 des erstenThe lever assembly 14 and the compensation element 15 of the first
Gehäuseteils 5 der optischen Vorrichtung 2 verhindern, dass wenn sich das erste Gehäuseteil 5 mit seiner Optik-Aufnahme 6 aufgrund einer Temperaturerhöhung ausdehnt, sich der vorbestimmte Erfassungsabstand 31 des optischen Bauteils 4 in dem ersten Gehäuseteil 1 gegenüber der Erfassungsvorrichtung 3 in dem zweiten Gehäuseteil 9 verändert, beispielsweise in dem Ausführungsbeispiel in Fig. 2 vergrößert, oder alternativ verkleinert (nicht dargestellt). Eine Vergrößerung des Erfassungsabstands 31 zwischen dem optischen Bauteil 4 und der Erfassungseinrichtung 30 bewirkt jedoch, dass die von dem optischen Bauteil 4 übertragene Strahlung nicht mehr in dem vorbestimmten Maß, hier z.B. der Bildschärfte, von der Erfassungseinrichtung 30 erfasst werden kann. Stattdessen vergrößert sich der Erfassungsabstand und entspricht nicht mehr, wie vorgesehen, dem vorbestimmten Erfassungsabstand, hier z.B. der Bildweite. Dem entsprechend kann durch die Vergrößerung des Erfassungsabstandes von optischem Bauteil 4 und Erfassungseinrichtung 30, die Erfassungseinrichtung 30, z.B. ein Bildsensor 10, das Bild der Linse 8 nur noch unzureichend, insbesondere unscharf, erfassen. Insbesondere bei optischen Systemen mit einer fixierten, unveränderlichen Entfernungseinstellung, wie bei Fixfokus-Kameras, kann mittels der erfindungsgemäßen Hebelanordnung und dem zugeordneten Kompensationselement der Erfassungsabstand 31 über einen vorbestimmten Temperaturbereich, insbesondere den Nenn- oder Betriebstemperaturbereich, konstant gehalten werden. Dadurch kann der Erfassungsabstand 31 , welcher beispielsweise abhängig von der gewünschten Bildschärfe gewählt ist, über den Nenn- oder Betriebstemperaturbereich des optischen Systems konstant gehalten werden. Dies ist insbesondere beim Einsatz eines solchen optischen Systems als Fixfokus-Kamera von Vorteil, da Fixfokus-Kameras selbst keine Fokussiereinrichtung haben, mit der ansonsten Veränderungen des Erfassungsabstands ausgeglichen würden. Housing part 5 of the optical device 2 prevent that when the first Housing part 5 with its optics receptacle 6 expands due to a temperature increase, the predetermined detection distance 31 of the optical component 4 in the first housing part 1 in relation to the detection device 3 in the second housing part 9 changes, for example increases in the exemplary embodiment in Fig. 2, or alternatively reduced (not shown). However, an increase in the detection distance 31 between the optical component 4 and the detection device 30 has the effect that the radiation transmitted by the optical component 4 can no longer be detected by the detection device 30 to the predetermined extent, here for example the sharpness of the image. Instead, the detection distance increases and no longer corresponds, as intended, to the predetermined detection distance, here, for example, the image width. Accordingly, due to the increase in the detection distance between the optical component 4 and the detection device 30, the detection device 30, for example an image sensor 10, can only detect the image of the lens 8 insufficiently, in particular blurred. Particularly in optical systems with a fixed, unchangeable distance setting, such as in fixed-focus cameras, the detection distance 31 can be kept constant over a predetermined temperature range, in particular the nominal or operating temperature range, by means of the lever arrangement according to the invention and the associated compensation element. As a result, the detection distance 31, which is selected depending on the desired sharpness of the image, for example, can be kept constant over the nominal or operating temperature range of the optical system. This is particularly advantageous when using such an optical system as a fixed-focus camera, since fixed-focus cameras themselves do not have a focusing device that would otherwise compensate for changes in the detection distance.
Die Hebelanordnung 14 weist daher einen Hebelabschnitt 16 mit einem Basisgelenk 17 auf, um den der Hebelabschnitt 16 drehbar oder schwenkbar ist, wie mit einem Pfeil FB in Fig. 1 angedeutet ist. Der Hebelabschnitt 16 bildet dabei einen ersten Hebelarm 18 mit der Optik-Aufnahme 6 um das Basisgelenk 17. Des Weiteren bildet der Hebelabschnitt 16 einen zweiten Hebelarm 19 mit dem Kompensationselement 15 um das Basisgelenk 17. Wie in der schematischen Ansicht in Fig. 1 angedeutet ist, besteht das erste Gehäuseteil 5 mit seiner Optik-Aufnahme 6 für das optische Bauteil 4 aus einem ersten Material mit einem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten aA. Das Kompensationselement 15 besteht wiederum aus einem zweiten Material mit einem zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten aB, wobei der zweite Wärmeausdehnungskoeffizienten aB größer ist als der erste Wärmeausdehnungskoeffizienten aA. Dem entsprechend dehnt sich das Kompensationselement 15 in Längsrichtung und damit entlang der Längsachse 11 , hier optischen Achse 12, in Fig. 1 und nachfolgender Fig. 2, bei einer Temperaturerhöhung stärker aus als das erste Gehäuseteil 5 mit der Optik-Aufnahme 6. The lever arrangement 14 therefore has a lever section 16 with a base joint 17 about which the lever section 16 can be rotated or pivoted, as indicated by an arrow FB in FIG. The lever section 16 forms a first lever arm 18 with the optics mount 6 around the base joint 17. Furthermore, the lever section 16 forms a second lever arm 19 with the compensation element 15 around the base joint 17. As indicated in the schematic view in FIG. 1, the first housing part 5 with its optics receptacle 6 for the optical component 4 consists of a first material with a first coefficient of thermal expansion aA. The compensation element 15 in turn consists of a second material with a second coefficient of thermal expansion aB, the second coefficient of thermal expansion aB being greater than the first coefficient of thermal expansion aA. Accordingly, the compensation element 15 expands in the longitudinal direction and thus along the longitudinal axis 11, here the optical axis 12, in Fig. 1 and subsequent Fig. 2, when the temperature increases more than the first housing part 5 with the optics mount 6.
Genauer verlängert sich das Kompensationselement 15 in Längsrichtung und drückt dem entsprechend auf den zweiten Hebelarm 19 des Hebelabschnitts 16, wie mit dem Pfeil FB in Fig. 1 angedeutet ist, um den Hebelabschnitt 16 zu betätigen. Dadurch wird der Hebelabschnitt 16 um das Basisgelenk 17 gedreht und der zweite Hebelarm 19 bewegt sich dabei durch den Druck des Kompensationselements 15 um den Betrag AB in Längsrichtung in Richtung der Optik-Aufnahme 6, während sich der erste Hebelarm 18 mit der Optik-Aufnahme 6 für das optische Bauteil 4 in die entgegensetzte Richtung, d.h. in Richtung der Erfassungseinrichtung 30, um den Betrag AA in Längsrichtung bewegt. Die Länge des ersten Hebelarms 18 der Optik-Aufnahme 6 und des zweiten Hebelarms 19 des Kompensationselements 15 sind so gewählt, dass die beiden Beträge AA und AB sich möglichst gegenseitig aufheben, so dass gilt AA ~ AB und sich vorzugsweise gegenseitig vollständig aufheben, so dass gilt AA = AB gilt. Damit ändert sich die Länge L des ersten Gehäuseteils 5, auch wenn eine Temperaturerhöhung auftritt, da diese durch die Hebelanordnung 14 und das Kompensationselement 15 ausgeglichen bzw. kompensiert werden kann. More precisely, the compensation element 15 lengthens in the longitudinal direction and correspondingly presses on the second lever arm 19 of the lever section 16, as indicated by the arrow FB in FIG. 1, in order to actuate the lever section 16. As a result, the lever section 16 is rotated about the base joint 17 and the pressure exerted by the compensation element 15 causes the second lever arm 19 to move by the amount AB in the longitudinal direction in the direction of the optics mount 6, while the first lever arm 18 moves with the optics mount 6 for the optical component 4 is moved in the opposite direction, i.e. in the direction of the detector 30, by the amount AA in the longitudinal direction. The length of the first lever arm 18 of the optics mount 6 and the second lever arm 19 of the compensation element 15 are selected in such a way that the two amounts AA and AB cancel each other out as far as possible, so that AA ~ AB applies and preferably cancel each other out completely, so that holds AA = AB holds. The length L of the first housing part 5 thus changes, even if there is an increase in temperature, since this can be equalized or compensated for by the lever arrangement 14 and the compensation element 15 .
Dies hat den Vorteil, dass bei einer Temperaturerhöhung, der vorbestimmte Erfassungsabstand des in der Optik-Aufnahme 6 des ersten Gehäuseteils 5 aufgenommenen optischen Bauteils 4 von der Erfassungseinrichtung 30 unverändert oder nahezu unverändert bleibt und dadurch beispielsweise die Bildschärfe nicht beeinträchtigt wird, im Falle einer Linse 8 als optischem Bauteil 4 und eines Bildsensors 10 als Erfassungseinrichtung 30. This has the advantage that if the temperature rises, the predetermined detection distance of the optical component 4 accommodated in the optics receptacle 6 of the first housing part 5 from the detection device 30 remains unchanged or almost unchanged and as a result, for example, the sharpness of the image is not impaired, in the case of a lens 8 as the optical component 4 and an image sensor 10 as the detection device 30.
Um das Drehen des Hebelabschnitts 16 um das Basisgelenk 17 zu ermöglichen oder zu erleichtern, ist zwischen der Optik-Aufnahme 6 für das optische Bauteil 4 und dem ersten Hebelarm 18 ein Zusatzgelenk 20 vorgesehen. Dieses Zusatzgelenk 20 ermöglich, dass der erste Hebelarm 18 sich mit dem zweiten Hebelarm 19 um das Basisgelenk 17 drehen lässt. Bei einer völlig starren Verbindung der Optik-Aufnahme 6 mit ihrem optischen Bauteil 4, einer ebenfalls starren Linse 8, mit dem ersten Hebelarm 18 des Hebelabschnitts 16, könnte der erste Hebelarm 18 sich nicht oder nur ungenügend bewegen. Stattdessen könnte das Basisgelenk 17 und der Hebelabschnitt 16 ohne das Zusatzgelenk 20 beschädigt werden, wenn das Kompensationselement 15 sich ausdehnt und auf den zweiten Hebelarm 19 drückt. In order to enable or facilitate the rotation of the lever section 16 about the base joint 17 , an additional joint 20 is provided between the optics mount 6 for the optical component 4 and the first lever arm 18 . This additional joint 20 enables the first lever arm 18 to be rotated about the base joint 17 with the second lever arm 19 . With a completely rigid connection of the optics receptacle 6 with its optical component 4, a likewise rigid lens 8, with the first lever arm 18 of the lever section 16, the first lever arm 18 could not move or only move insufficiently. Instead, without the auxiliary joint 20, the base joint 17 and lever portion 16 could be damaged as the compensating element 15 expands and presses on the second lever arm 19.
Wie in Fig. 1 und nachfolgender Fig. 2 gezeigt ist, ist das erste Gehäuseteil 5 mit seiner Gehäuseteil-Anbindung 7 mit dem zweiten Gehäuseteil 9 verbunden und an diesem befestigt. Die Gehäuseteil-Anbindung 7 in den Fig.1 und 2 ist stark vereinfacht, rein schematisch und lediglich beispielhaft. As shown in FIG. 1 and subsequent FIG. 2, the first housing part 5 is connected with its housing part connection 7 to the second housing part 9 and fastened to it. The housing part connection 7 in Figures 1 and 2 is greatly simplified, purely schematic and only as an example.
Das Kompensationselement 15 ist in dem ersten Gehäuseteil 5 derart angeordnet, wie in den Fig. 1 -3 angedeutet ist, dass es, wenn es sich aufgrund einer Temperaturerhöhung ausdehnt, auf den Hebelabschnitt 16 und genauer dessen zweiten Hebelarm 19 drücken und diesen um das Basisgelenk 17 drehen kann. Umgekehrt kann das Kompensationselement 15 auch derart angeordnet und mit der Hebelanordnung gekoppelt sein, dass es statt einem Druck auf den zugeordneten Hebelarm 16 einen Zug auf den Hebelarm 16 der Hebelanordnung aufbringt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kompensationselement 15 derart mit dem ersten Gehäuseteil verbunden, dass es gegen das erste Gehäuseteil vorgespannt ist. Mit anderen Worten, das Kompensationselement 15 ist derart mit dem ersten Gehäuseteil verbunden, dass das erste Gehäuseteil zurückfedert und das Kompensationselement so immer unter Druckbeanspruchung hält. Das Kompensationselement 15 kann in der stark vereinfachten Darstellung in Fig. 1 und nachfolgender Fig. 2 in einer Kompensationselement-Aufnahme 21 des ersten Gehäuseteils 5 aufgenommen und als separates Bauteil (mit einem Ende) darin befestigt werden, z.B. mit dem Ende in der Aufnahme eingeklebt, eingeklemmt, eingerastet und/oder eingeschweißt usw., oder einstückig mit diesem ausgebildet werden, beispielsweise als Zweikomponenten-Spritzgussteil aus Kunststoff. Mit dem anderen oder freien Ende liegt das Kompensationselement 15 dagegen an einer Auflage 27 des zugeordneten zweiten Hebelarms 19 in Fig. 1 und 2 an und ist vorzugsweise gegen die Auflage 27, z.B. einen Vorsprung, des zweiten Hebelarms 19 zusätzlich vorgespannt. Die Auflage 27 des zweiten Hebelarms 19 wird im Folgenden noch näher beschrieben. The compensation element 15 is arranged in the first housing part 5 in such a way, as indicated in FIGS. 1 -3, that when it expands due to a temperature increase, it presses on the lever section 16 and more precisely its second lever arm 19 and this around the base joint 17 can rotate. Conversely, the compensation element 15 can also be arranged and coupled to the lever arrangement in such a way that, instead of applying pressure to the associated lever arm 16, it exerts a pull on the lever arm 16 of the lever arrangement. In a preferred embodiment, the compensation element 15 is connected to the first housing part in such a way that it is pretensioned against the first housing part. In other words, the compensation element 15 is connected to the first housing part in such a way that the first housing part springs back and thus always keeps the compensation element under compressive stress. The compensation element 15 can be accommodated in a compensation element receptacle 21 of the first housing part 5 in the greatly simplified illustration in FIG. 1 and subsequent FIG. 2 and fixed therein as a separate component (with one end), eg glued with the end in the receptacle , Clamped, latched and/or welded, etc., or formed in one piece with this, for example as a two-component injection-molded part made of plastic. By contrast, the other or free end of the compensation element 15 bears against a support 27 of the associated second lever arm 19 in FIGS. The support 27 of the second lever arm 19 is described in more detail below.
Das Kompensationselement 15 kann beispielsweise ein durchgehender Ring sein, wie in Fig. 1 und nachfolgenden Fig. 2 und 3 angedeutet ist, oder sich aus mehreren, z.B. bogenförmigen, Teilstücken (nicht dargestellt) zusammensetzen, die, vorzugsweise regelmäßig, um den Hebelabschnitt 16 bzw. die Längsachse 11 angeordnet sind. The compensation element 15 can, for example, be a continuous ring, as indicated in Fig. 1 and the following Figs. 2 and 3, or be composed of several, e.g. arcuate, sections (not shown) which, preferably regularly, wrap around the lever section 16 or The longitudinal axis 11 are arranged.
In den Fig. 2 und 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines optischen Systems 1 , hier beispielsweise eines Kamerasensors, z.B. für ein Fahrzeug und insbesondere im Bereich Automotiv, gezeigt. Fig. 2 zeigt dabei eine Längsschnittansicht des optischen Systems 1 und Fig. 3 den Schnitt A-A in Fig. 2. 2 and 3 show an exemplary embodiment of an optical system 1, here for example a camera sensor, e.g. for a vehicle and in particular in the automotive sector. FIG. 2 shows a longitudinal sectional view of the optical system 1 and FIG. 3 shows the section A-A in FIG.
Das optische System 1 weist dabei ein erstes Gehäuseteil 5 mit einer Optik-Aufnahme 6, z.B. eine Vertiefung, für beispielsweise eine Linse 8 als optischem Bauteil 4 auf. Das erste Gehäuseteil 5 weist des Weiteren eine Gehäuseteil-Anbindung 7 auf, z.B. einen Flansch 22 mit dem das erste Gehäuseteil 5 beispielsweise in einer Öffnung 23 des zweiten Gehäuseteils 9 aufgenommen ist und mit einem Flanschabschnitt 24 außen auf der Öffnung 23 des zweiten Gehäuseteils 5 aufliegt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese spezielle Ausgestaltung der Gehäuseteil-Anbindung 7 beschränkt. Es kann jede andere Gehäuseteil-Anbindung 7 vorgesehen werden, die geeignet ist mit einem zweiten Gehäuseteil 9 des optischen Systems 1 verbunden zu werden. In dem zweiten Gehäuseteil 9 ist eine Leiterplatte (engl. Printed Circuit Board PCB) 25 mit einem Bildsensor (engl. Imager) 10 als Beispiel für eine Erfassungseinrichtung 30 angeordnet. Das zweite Gehäuseteil 9 weist einen Steckeranschluss 26 auf, der mit der Leiterplatte 25 im Inneren des zweiten Gehäuseteils 9 verbunden ist. In this case, the optical system 1 has a first housing part 5 with an optics receptacle 6 , for example a recess, for a lens 8 , for example, as the optical component 4 . The first housing part 5 also has a housing part connection 7, e.g. a flange 22 with which the first housing part 5 is accommodated, for example, in an opening 23 of the second housing part 9 and with a flange section 24 rests on the outside of the opening 23 of the second housing part 5 . However, the invention is not limited to this special configuration of the housing part connection 7 . Any other housing part connection 7 that is suitable for being connected to a second housing part 9 of the optical system 1 can be provided. A printed circuit board (PCB) 25 with an image sensor (imager) 10 as an example of a detection device 30 is arranged in the second housing part 9 . The second housing part 9 has a plug connection 26 which is connected to the printed circuit board 25 inside the second housing part 9 .
Das optische Bauteil 4, hier die Linse 8, und der Bildsensor 10 liegen auf einer gemeinsamen Längsachse 11 , welche in dem Ausführungsbeispiel die optische Achse 12 bildet. The optical component 4, here the lens 8, and the image sensor 10 lie on a common longitudinal axis 11, which forms the optical axis 12 in the exemplary embodiment.
Um, wie zuvor beschrieben, die Genauigkeit, hier Bildschärfe, aufgrund von Temperaturschwankungen nicht zu beeinträchtigen, weist das erste Gehäuseteil 5 eine Hebelanordnung 14 mit einem Kompensationselement 15 auf. Die Hebelanordnung 14 und das Kompensationselement 15 sind zwischen der Optik-Aufnahme 6 und der Gehäuseteil-Anbindung 7 an dem ersten Gehäuseteil 5 ausgebildet, beispielsweise einstückig als Zweikomponenten-Spritzgussteil. In order not to impair the accuracy, here image sharpness, due to temperature fluctuations, as described above, the first housing part 5 has a lever arrangement 14 with a compensation element 15 . The lever arrangement 14 and the compensation element 15 are formed between the optics mount 6 and the housing part connection 7 on the first housing part 5, for example in one piece as a two-component injection molded part.
Die Hebelanordnung 14 weist einen Hebelabschnitt 16 mit einem Basisgelenk 17 auf, um den der Hebelabschnitt 16 drehbar oder schwenkbar ist, wie mit einem Pfeil FB zuvor in Fig. 1 angedeutet ist. The lever arrangement 14 has a lever section 16 with a base joint 17 about which the lever section 16 can be rotated or pivoted, as previously indicated in FIG. 1 with an arrow FB.
Der Hebelabschnitt 16 bildet dabei einen ersten Hebelarm 18, der mit der Optik-Aufnahme 6 verbunden ist, und einen zweiten Hebelarm 19, der mit dem Kompensationselement 15 verbunden oder gekoppelt ist. Der Hebelabschnitt 16 ist dabei einstückig mit dem ersten Gehäuseteil 5 mit der Optik-Aufnahme 6 ausgebildet und kann beispielsweise auch einstückig mit dem Kompensationselement 15 in einem Ausführungsbeispiel, z.B. als Zweikomponenten-Spritzgussteil ausgebildet sein. Ebenso kann das Kompensationselement 15 auch als separates Teil an dem ersten Gehäuseteil 5 und insbesondere der Kompensationselement-Aufnahme 21 befestigt sein, wie zuvor beschrieben. Das erste Gehäuseteil 5 mit seiner Optik-Aufnahme 6 für das optische Bauteil 4 besteht dabei aus einem ersten Material, z.B. Kunststoff und/oder Metall, mit einem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten aA. Das Kompensationselement 15 besteht wiederum aus einem zweiten Material, z.B. Kunststoff und/oder Metall, mit einem zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten aB, wobei der zweite Wärmeausdehnungskoeffizienten aB größer ist als der erste Wärmeausdehnungskoeffizienten aA. Daher dehnt sich das Kompensationselement 15 in Längsrichtung und damit entlang der Längsachse 11 , hier optischen Achse 12, bei einer Temperaturerhöhung stärker aus als das erste Gehäuseteil 5 mit der Optik-Aufnahme 6. The lever section 16 forms a first lever arm 18 which is connected to the optical mount 6 and a second lever arm 19 which is connected or coupled to the compensation element 15 . The lever section 16 is designed in one piece with the first housing part 5 with the optics receptacle 6 and can also be designed in one piece with the compensation element 15 in one exemplary embodiment, for example as a two-component injection-molded part. Likewise, the compensation element 15 can also be fastened as a separate part to the first housing part 5 and in particular to the compensation element receptacle 21, as described above. The first housing part 5 with its optics mount 6 for the optical component 4 consists of a first material, eg plastic and/or metal, with a first coefficient of thermal expansion aA. The compensation element 15 in turn consists of a second material, for example plastic and/or metal, with a second coefficient of thermal expansion aB, the second coefficient of thermal expansion aB being greater than the first coefficient of thermal expansion aA. Therefore, the compensation element 15 expands in the longitudinal direction and thus along the longitudinal axis 11, here the optical axis 12, when the temperature increases more than the first housing part 5 with the optics mount 6.
Dem entsprechend dehnt sich das Kompensationselement 15 in Längsrichtung und drückt dabei auf den zweiten Hebelarm 19 des Hebelabschnitts 16, wie zuvor in Fig. 1 mit dem Pfeil FB angedeutet ist. Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, kann der Hebelabschnitt 16 mit seinem zweiten Hebelarm 19 zusätzlich eine definierte Auflage 27, z.B. einen Vorsprung, aufweisen, auf dem das Kompensationselement 15, z.B. aufliegt und wenn der Temperaturschwellenwert überschritten ist, außerdem einen Druck auf die Auflage 27 und damit den zweiten Hebelarm 19 ausübt. Wie zuvor beschrieben, kann das Kompensationselement 15 auch gegen den zweiten Hebelarm 19 und seine Auflage 27, z.B. den Vorsprung, in fertig montiertem Zustand des optischen Systems zusätzlich vorgespannt vorgesehen sein. Accordingly, the compensation element 15 expands in the longitudinal direction and thereby presses on the second lever arm 19 of the lever section 16, as previously indicated in FIG. 1 with the arrow FB. As shown in Fig. 1 and 2, the lever section 16 with its second lever arm 19 can additionally have a defined support 27, e.g. a projection, on which the compensation element 15, e.g. rests and when the temperature threshold value is exceeded, also a pressure on the Edition 27 and thus the second lever arm 19 exerts. As described above, the compensation element 15 can also be additionally prestressed against the second lever arm 19 and its support 27, e.g. the projection, in the fully assembled state of the optical system.
Drückt das Kompensationselement 15 aufgrund einer Temperaturerhöhung und damit verbundenen Ausdehnung des Kompensationselements 15 auf den zweiten Hebelarm 19, so wird der Hebelabschnitt 16 um das Basisgelenk 17 gedreht und der zweite Hebelarm 19 mit dem Kompensationselement 15 bewegt sich dabei um den Betrag AB in Längsrichtung in Richtung der Optik-Aufnahme 9, während sich der erste Hebelarm 18 mit der Optik-Aufnahme 6 in die entgegensetzte Richtung in Richtung der Erfassungseinrichtung 30 um den Betrag AA in Längsrichtung bewegt. Die Länge des ersten Hebelarms 18 der Optik-Aufnahme 6 und des zweiten Hebelarms 19 des Kompensationselements 15 sind so gewählt, dass die beiden Beträge AA und AB sich im Wesentlichen gegenseitig aufheben, so dass gilt AA ~ AB oder sich vorzugsweise gegenseitig vollständig aufheben, so dass gilt AA = AB gilt. If the compensation element 15 presses on the second lever arm 19 due to a temperature increase and the associated expansion of the compensation element 15, the lever section 16 is rotated about the base joint 17 and the second lever arm 19 with the compensation element 15 moves by the amount AB in the longitudinal direction in direction of the optics receptacle 9, while the first lever arm 18 with the optics receptacle 6 moves in the opposite direction in the direction of the detection device 30 by the amount AA in the longitudinal direction. The length of the first lever arm 18 of the optics mount 6 and of the second lever arm 19 of the compensation element 15 are selected such that the two amounts AA and AB essentially cancel each other out, so that AA ~ applies AB or preferably cancel each other out completely, so that AA = AB.
Um das Drehen des Hebelabschnitts 16 um das Basisgelenk 17 zu erleichtern oder zu ermöglich, ist zwischen der Optik-Aufnahme 6 für das optische Bauteil 4 und dem ersten Hebelarm 18 ein Zusatzgelenk 20 vorgesehen. Dieses Zusatzgelenk 20 hat den Vorteil, dass der erste Hebelarm 18 sich definiert um das Zusatzgelenk 20 drehen lässt, wenn der Hebelabschnitt 16 sich um das Basisgelenk 17 dreht. In order to facilitate or enable the rotation of the lever section 16 about the base joint 17 , an additional joint 20 is provided between the optics mount 6 for the optical component 4 and the first lever arm 18 . This additional joint 20 has the advantage that the first lever arm 18 can be rotated in a defined manner around the additional joint 20 when the lever section 16 rotates around the base joint 17 .
Das Basisgelenk 17 und das Zusatzgelenk 20 sind dabei beispielsweise jeweils als Filmscharnier 28 ausgebildet. Ein solches Filmscharnier, kann wie in Fig. 2 und 3 gezeigt ist, problemlos ringförmig und um laufend vollständig geschlossen ausgebildet sein, so dass kein Staub oder Feuchtigkeit in das erste Gehäuseteil 5 über das Basisgelenk 17 und das Zusatzgelenk 20 eindringen können, da das jeweilige Filmscharnier selbst geschlossen und dem entsprechend dicht ist. The base joint 17 and the additional joint 20 are each designed as a film hinge 28, for example. Such a film hinge, as shown in Fig. 2 and 3, can easily be ring-shaped and completely closed all the way around, so that no dust or moisture can penetrate into the first housing part 5 via the base joint 17 and the additional joint 20, since the respective Film hinge itself is closed and accordingly tight.
Auf diese Weise kann die Optik-Aufnahme 6, wie in Fig. 2 gezeigt, sehr stabil zur Aufnahme des optischen Bauteils 4 ausgebildet werden und trotzdem durch das Zusatzgelenk 20 ein Schwenken des Hebelabschnitts 16 um das Basisgelenk 17 gewährleistet werden. Erfindungsgemäß kann das erste Gehäuseteil 5 mit der Hebelanordnung sehr einfach mittels einer elastischen Geometrie hergestellt werden, insbesondere durch Verwendung von Filmscharnieren. Dadurch weist das Gehäuseteil einen sehr einfachen Aufbau auf und die Teilezahl kann dabei auf ein Minimum beschränkt werden. Beispielsweise kann lediglich das Kompensationselement als separates Bauteil an dem ersten Gehäuseteil vorgesehen werden oder alternativ mit diesem als Zweikomponenten-Spritzgussteil hergestellt werden. In this way, the optics holder 6, as shown in FIG. According to the invention, the first housing part 5 with the lever arrangement can be produced very easily by means of an elastic geometry, in particular by using film hinges. As a result, the housing part has a very simple structure and the number of parts can be kept to a minimum. For example, only the compensation element can be provided as a separate component on the first housing part or, alternatively, can be produced with it as a two-component injection-molded part.
Ein solches erstes Gehäuseteil 5 mit solch einem Basisgelenk 17 und einem Zusatzgelenk 20, welche vorzugsweise zusätzlich um laufend geschossen und dem entsprechend dicht sind, kann auch aus Metall und/oder Kunststoff hergestellt werden. Das Kompensationselement 15 kann ebenfalls aus Metall und/oder aus Kunststoff mit einem größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aB hergestellt sein. Such a first housing part 5 with such a base joint 17 and an additional joint 20, which are preferably additionally shot all around and are correspondingly tight, can also be made of metal and/or plastic. The compensation element 15 can also be made of metal and/or Plastic can be made with a larger coefficient of thermal expansion aB.
Wie in Fig. 3 mit einer gestrichelten Linie angedeutet ist, kann das Kompensationselement 15 z.B. als Ring ausgebildet sein. Alternativ kann das Kompensationselement 15 z.B. auch aus mehreren Blöcken oder Teilstücken, z.B. bogenförmigen Blöcken oder Teilstücken, ausgebildet sein, die insbesondere in einem Kreis um die Längsachse 11 , und hier optische Achse 12, und um das Basisgelenk 17 angeordnet sind. As indicated by a dashed line in FIG. 3, the compensation element 15 can be designed as a ring, for example. Alternatively, the compensation element 15 can, for example, also consist of a plurality of blocks or sections, e.g. arcuate blocks or sections, which are arranged in particular in a circle around the longitudinal axis 11, and here the optical axis 12, and around the base joint 17.
Neben einer Linse 8 als optischem Bauteil 4, kann das optische Bauteil 4 aber ebenso beispielsweise ein Spiegel, ein Prisma, ein optischer Filter, ein optisches Gitter usw. sein. Dem entsprechend ist als Erfassungseinrichtung 30 für das jeweilige optische Bauteil 4 und seine Übertragene Strahlung, z.B. Lichtstrahlen, Laserstrahlen, UV-Strahlen, radioaktive Strahlen usw., eine zur Erfassung dieser jeweiligen Strahlung geeignete Erfassungseinrichtung 30 vorgesehen. Die Erfindung ist nicht auf einen Bildsensor 10 als Erfassungseinrichtung 30 und eine Linse 8 als optischem Bauteil 4 beschränkt. In addition to a lens 8 as the optical component 4, the optical component 4 can also be a mirror, a prism, an optical filter, an optical grating, etc., for example. Accordingly, a detection device 30 suitable for detecting this respective radiation is provided as a detection device 30 for the respective optical component 4 and its transmitted radiation, e.g. light beams, laser beams, UV rays, radioactive rays, etc. The invention is not limited to an image sensor 10 as the detection device 30 and a lens 8 as the optical component 4 .
Bei dem mit Bezug auf die Fig. 1 bis 3 beschriebenen erfindungsgemäßen System übernimmt das erste Gehäuseteil 5 oder Trägerteil weitestgehend die Funktion z.B. der Objekterfassung mit der Gehäuseteil-Anbindung 7, z.B. Fixierflansch 22, zum zweiten Gehäuseteil 9, hier z.B. einem Kameragehäuse, wobei die Geometrie so ausgeführt ist, dass eine flexible Teilegeometrie eine Dehnung in Längsrichtung erlaubt. Das Material wird aus funktionalen Gründen beibehalten und besitzt einen gegebenen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Das Kompensationselement, 15, ein einfacher gestalteter Aktor-Ring aus einem zweiten Material mit einer größeren Wärmeausdehnung wird so in das erste Gehäuseteil 5 oder Trägerteil integriert, dass es durch seine überproportionale Längenänderung bei Temperaturänderung das erste Gehäuseteil 5 oder Trägerteil über eine frei gestaltbare Hebelgeometrie, hier den Hebelabschnitt 11 mit den beiden Gelenken 17, 20 umgekehrt proportional beeinflusst und somit seiner eigenen Wärmeausdehnung entgegenwirkt. Durch individuelle Materialauswahl, insbesondere die Wahl des ersten und zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten, und die Gestaltung der Hebelgeometrie, z.B. die Position des Hebelabschnitts mit seinem Basisgelenk in dem ersten Gehäuseteil, die Länge des ersten Hebelarms und des zweiten Hebelarms des Hebelabschnitts, die Position des Zusatzgelenks in dem ersten Gehäuseteil, die Position des Kompensationselements und damit die Länge des zweiten Hebelarms usw., kann die Kompensationsfunktion in einem weiten Bereich variiert werden und die Kompensation mehrerer Fehlerquellen des Systems in einem Bauteil übernommen und Wärmeeinflüsse weitestgehend eliminiert werden. In the system according to the invention described with reference to FIGS. 1 to 3, the first housing part 5 or carrier part largely assumes the function of object detection with the housing part connection 7, e.g. fixing flange 22, to the second housing part 9, here e.g. a camera housing, the Geometry is designed in such a way that a flexible part geometry allows stretching in the longitudinal direction. The material is retained for functional reasons and has a given coefficient of thermal expansion. The compensation element 15, a simple actuator ring made of a second material with greater thermal expansion, is integrated into the first housing part 5 or carrier part in such a way that its disproportionate change in length when the temperature changes means that it can press the first housing part 5 or carrier part via a freely configurable lever geometry, here the lever section 11 with the two joints 17, 20 is inversely proportionally influenced and thus counteracts its own thermal expansion. Through individual material selection, in particular the choice of the first and second thermal expansion coefficients, and the design of the lever geometry, e.g. the position of the lever section with its base joint in the first housing part, the length of the first lever arm and the second lever arm of the lever section, the position of the additional joint in the first housing part, the position of the compensation element and thus the length of the second lever arm, etc., the compensation function can be varied over a wide range and the compensation of several sources of error in the system can be taken over in one component and thermal influences can be largely eliminated.
Der Erfindung liegt ein sehr einfaches, robustes, festkörperphysikalisches Wirkprinzip zu Grunde mit vernachlässigbar wenig Fehlerquellen. Die Wärmeausdehnung der optischen Vorrichtung und insbesondere ihres ersten Gehäuseteils kann passiv mit eigenen Mitteln, d.h. der Hebelanordnung und dem Kompensationselement, und damit ohne toleranzkritische und verschleißkritische bewegte Teil kompensiert werden. Die Hebelanordnung mit dem Kompensationselement ist sehr flexibel variierbar für verschiedenste optische Systeme und Anwendungen und insbesondere auch ringförmig ausführbar. Das erste Gehäuseteil mit seiner Optik-Aufnahme, seiner Hebelanordnung, seinem Kompensationselement und seiner Gehäuseteil-Anbindung wird einmalig ausgelegt und bedarf keiner Nachjustierung. Damit ist eine sehr kostengünstige Massenfertigung z.B. als Zwei-Komponenten Spritzgussteil möglich. The invention is based on a very simple, robust, solid-physical active principle with negligibly few sources of error. The thermal expansion of the optical device and in particular of its first housing part can be compensated passively with its own means, i.e. the lever arrangement and the compensation element, and thus without a moving part that is critical in terms of tolerance and wear. The lever arrangement with the compensation element can be varied very flexibly for a wide variety of optical systems and applications and, in particular, can also be designed in the form of a ring. The first housing part with its optics mount, its lever arrangement, its compensation element and its housing part connection is designed once and does not require any readjustment. This enables very cost-effective mass production, e.g. as a two-component injection molded part.
Das erste Gehäuseteil erlaubt mit seinem Basisgelenk und optionalen Zusatzgelenk in Form von Filmscharnieren, eine geschlossene Teilegeometrie ohne Beeinflussung der technischen Funktion z.B. Umweltbeständigkeit, IP Dichtigkeitsklasse usw.. Durch das geschlossene Gehäuse des optischen Systems aus erstem und zweiten Gehäuseteil, wie zuvor mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschrieben, und das Wirkprinzip, welches der Erfindung zugrunde liegt, ist das optische System von Umweltbedingungen unabhängig. Da insbesondere das erste Gehäuseteil mit seiner Hebelanordnung und dem Kompensationselement geschlossen und dicht ausgebildet werden kann, neben dem zweiten Gehäuseteil, sind somit Anwendungen des optischen Systems in einer Gasatmosphäre, in Vakuum und unter Wasser usw. möglich ist. The first housing part, with its base joint and optional additional joint in the form of film hinges, allows a closed part geometry without affecting the technical function, e.g 1 and 2, and the operating principle on which the invention is based, the optical system is independent of environmental conditions. In particular, since the first housing part with its lever arrangement and the compensation element can be closed and sealed, in addition to the second housing part, thus applications of the optical system in a gas atmosphere, in vacuum and under water etc. are possible.
Daher eignet sich das erfindungsgemäße optische System insbesondere für den Einsatz im Bereich Automotiv, besonders mit einem Bildsensor als Erfassungseinrichtung und besonders bei FixFokusKamera-Systemen ohne Fokussiereinrichtung zur Einstellung bzw. Korrektur der Schärfe, und vor allem im Bereich von Fahrassistenzsystemen. Da optische Linsensysteme mit einem Bildsensor, als Beispiel für optische Systeme, einen bisherigen ergebnisverfälschenden Einfluss von Wärmeausdehnung bei Bauteilen, sehr einfach und effizient kompensieren können, eignen sich solche optischen Systeme besonders für den Einsatz in Bereichen, wo eine hohe Präzision erforderlich ist. Des Weiteren können mit dem erfindungsgemäßen optischen System die strengen CMS Richtlinien und Normen UNECE UN R.46 ISO 165005 und vergleichbare internationale Regelungen für Kamera-Monitor Systeme eingehalten werden. Das erfindungsgemäße optische System kann z.B. bei Automotive Kameras eingesetzt werden. Dabei lässt sich der nutzbare Temperaturbereich von Automotive Kameras mit dem erfindungsgemäßen optischen System erhöhen. Außerdem lässt sich eine Verringerung oder sogar Eliminierung von Temperatureinflüssen auf die Abbildungsqualität von optischen Linsensystemen auf digitale Bildsensoren bei dem erfindungsgemäßen optischen System erzielen. The optical system according to the invention is therefore particularly suitable for use in the automotive sector, particularly with an image sensor as the detection device and particularly in fixed-focus camera systems without a focusing device for setting or correcting the sharpness, and above all in the area of driver assistance systems. Since optical lens systems with an image sensor, as an example of optical systems, can very easily and efficiently compensate for a previous result-falsifying influence of thermal expansion in components, such optical systems are particularly suitable for use in areas where high precision is required. Furthermore, with the optical system according to the invention, the strict CMS guidelines and standards UNECE UN R.46 ISO 165005 and comparable international regulations for camera monitor systems can be complied with. The optical system according to the invention can be used, for example, in automotive cameras. The usable temperature range of automotive cameras can be increased with the optical system according to the invention. In addition, a reduction or even elimination of temperature influences on the imaging quality of optical lens systems on digital image sensors can be achieved with the optical system according to the invention.
Bezugszeichenliste Reference List
1 optisches System 1 optical system
2 optische Vorrichtung 2 optical device
3 Erfassungsvorrichtung 3 detection device
4 optisches Bauteil 4 optical component
5 erstes Gehäuseteil 5 first housing part
6 Optik-Aufnahme 6 optics mount
7 Gehäuseteil-Anbindung 7 housing part connection
8 Linse 8 lens
9 zweites Gehäuseteil 9 second housing part
10 Bildsensor 10 image sensor
11 Längsachse 11 longitudinal axis
12 optische Achse 12 optical axis
13 Lichtstrahl 13 light beam
14 Hebelanordnung 14 lever arrangement
15 Kompensationselement 15 compensation element
16 Hebelabschnitt 16 lever section
17 Basisgelenk 17 base joint
18 erster Hebelarm 18 first lever arm
19 zweiter Hebelarm 19 second lever arm
20 Zusatzgelenk 20 auxiliary joint
21 Kompensationselement-Aufnahme21 Compensation element recording
22 Flansch 22 flange
23 Flanschabschnitt 23 flange section
24 Öffnung des zweiten Gehäuseteils24 Opening of the second housing part
25 Leiterplatte 25 circuit board
26 Steckeranschluss 26 plug connector
27 Auflage 27 edition
28 Filmscharnier 28 film hinge
29 Brennpunkt 29 focal point
30 Erfassungseinrichtung 30 detection device
31 Erfassungsabstand 31 detection distance

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Optisches System (1 ), insbesondere für ein Fahrzeug, aufweisend: eine optische Vorrichtung (2), welche ein erstes Gehäuseteil (5) mit einer Optik-Aufnahme (6) aufweist, in welcher ein optisches Bauteil (8) aufgenommen ist, wobei das erste Gehäuseteil (5) einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten (aA) aufweist, ein Kompensationselement (15), welches in dem ersten Gehäuseteil (5) aufgenommen ist und einen zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten (aB) aufweist, der größer als der erste Wärmeausdehnungskoeffizient (aA) ist, eine Erfassungsvorrichtung (3), welche ein zweites Gehäuseteil (9) mit einer darin aufgenommenen Erfassungseinrichtung (30) aufweist zum Erfassen der von dem optischen Bauteil (8) übertragenen Strahlung, wobei das erste Gehäuseteil (5) mit seiner Optik-Aufnahme (6) und dem optischen Bauteil (8) und das zweite Gehäuseteil (9) mit der Erfassungseinrichtung (30) in Längsrichtung miteinander verbunden sind, wobei das erste Gehäuseteil (5) mit einer Hebelanordnung (14) ausgebildet, welche durch das Kompensationselement (15) betätigbar ist derart, dass wenn sich das erste Gehäuseteil (5) aufgrund einer Temperaturerhöhung um einen Betrag (AA) in Längsrichtung ausdehnt, die Hebelanordnung (14) das erste Gehäuseteil (5) in die entgegensetzte Richtung in Längsrichtung drückt, vorzugsweise um denselben oder im Wesentlichen denselben Betrag (AB). 1. Optical system (1), in particular for a vehicle, comprising: an optical device (2) which has a first housing part (5) with an optical mount (6) in which an optical component (8) is accommodated, wherein the first housing part (5) has a first thermal expansion coefficient (aA), a compensation element (15) which is accommodated in the first housing part (5) and has a second thermal expansion coefficient (aB) which is greater than the first thermal expansion coefficient (aA). , a detection device (3) which has a second housing part (9) with a detection device (30) accommodated therein for detecting the radiation transmitted by the optical component (8), the first housing part (5) with its optics receptacle (6 ) and the optical component (8) and the second housing part (9) with the detection device (30) are connected to one another in the longitudinal direction, the first housing part (5) being formed with a lever arrangement (14) which can be actuated by the compensation element (15). is such that when the first housing part (5) expands longitudinally by an amount (AA) due to a temperature increase, the lever arrangement (14) pushes the first housing part (5) in the opposite longitudinal direction, preferably by the same or substantially the same amount (AB).
2. Optisches System nach Anspruch 1 , wobei das in der Optik-Aufnahme (6) aufgenommene optische Bauteil (4) und die Erfassungseinrichtung (30) auf einer gemeinsamen Längsachse (11 ), insbesondere der optischen Achse, angeordnet sind und das optische Bauteil (4) einen vorbestimmten Erfassungsabstand in Längsrichtung von der Erfassungseinrichtung (30) aufweist. 2. Optical system according to claim 1, wherein the optical component (4) accommodated in the optics receptacle (6) and the detection device (30) are arranged on a common longitudinal axis (11), in particular the optical axis, and the optical component ( 4) a predetermined longitudinal detection distance from the detection means (30).
3. Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, wobei das optische Bauteil (4) eine Linse (8), ein Spiegel, ein Prisma, ein optischer Filter und/oder ein optisches Gitter ist. 3. Optical system according to claim 1 or 2, wherein the optical component (4) is a lens (8), a mirror, a prism, an optical filter and/or an optical grating.
4. Optisches System nach Anspruch 1 , 2 oder 3, wobei die Erfassungseinrichtung (30) ein Bildsensor (10) ist. 4. Optical system according to claim 1, 2 or 3, wherein the detection device (30) is an image sensor (10).
5. Optisches System nach Anspruch 4, wobei der vorbestimmte Erfassungsabstand dem Bildabstand entspricht, insbesondere dem Bildabstand bei einer vorbestimmten Referenztemperatur. 5. Optical system according to claim 4, wherein the predetermined detection distance corresponds to the image distance, in particular the image distance at a predetermined reference temperature.
6. Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Hebelanordnung (14) einen Hebelabschnitt (16) und ein Basisgelenk (17) aufweist, um welchen der Hebelabschnitt (16) drehbar ist, wobei der Hebelabschnitt (16) einen ersten Hebelarm (18) und einen zweiten Hebelarm (19) aufweist, wobei der erste Hebelarm (18) mit der Optik-Aufnahme (6) verbunden ist und der zweite Hebelarm (19) mit dem Kompensationselement (15) verbunden oder gekoppelt ist. 6. Optical system according to one of the preceding claims, wherein the lever arrangement (14) has a lever section (16) and a base joint (17) about which the lever section (16) can be rotated, the lever section (16) having a first lever arm (18 ) and a second lever arm (19), wherein the first lever arm (18) is connected to the optical mount (6) and the second lever arm (19) is connected or coupled to the compensation element (15).
7. Optisches System nach Anspruch 6, wobei die Länge des ersten Hebelarms (18) und die Länge des zweiten Hebelarms (19) derart gewählt sind, dass sich der Betrag (AA) um den sich das erste Gehäuseteil (5) aufgrund einer Temperaturerhöhung in Längsrichtung ausdehnt und der Betrag (AB), um den die Hebelanordnung (14) das erste Gehäuseteil (5) dabei durch den Druck des Kompensationselements (15) auf den zweiten Hebelarm (19) in die entgegensetzte Richtung bewegt, gegenseitig aufheben. 7. Optical system according to claim 6, wherein the length of the first lever arm (18) and the length of the second lever arm (19) are selected in such a way that the amount (AA) by which the first housing part (5) moves due to a temperature increase in In the longitudinal direction and the amount (AB) by which the lever arrangement (14) moves the first housing part (5) in the opposite direction due to the pressure of the compensation element (15) on the second lever arm (19), cancel each other out.
8. Optisches System nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei das erste Gehäuseteil (5) ein Zusatzgelenk (20) aufweist zum Drehen des Hebelabschnitts (16) der Hebelanordnung (14), wobei das Zusatzgelenk (20) an dem ersten Gehäuseteil (5) insbesondere zwischen der Optik-Aufnahme (6) für das optische Bauteil (4) und dem ersten Hebelarm (18) vorgesehen ist. 8. Optical system according to one of claims 6 or 7, wherein the first housing part (5) has an additional joint (20) for rotating the lever section (16) of the lever arrangement (14), the additional joint (20) being attached to the first housing part (5 ) is provided in particular between the optics receptacle (6) for the optical component (4) and the first lever arm (18).
9. Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste Gehäuseteil (5) und/oder das Kompensationselement (15) aus Metall und/oder Kunststoff hergestellt sind, und wobei das erste Gehäuseteil (5) und das Kompensationselement (15) vorzugsweise als zwei Komponenten Spritzgussteil hergestellt sind. 9. Optical system according to one of the preceding claims, wherein the first housing part (5) and / or the compensation element (15) are made of metal and / or plastic, and wherein the first housing part (5) and the compensation element (15) preferably as two-component injection molded part are produced.
10. Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste Gehäuseteil (5) eine Kompensationselement-Aufnahme (21 ) aufweist, in welcher das Kompensationselement (21 ) dem zweiten Hebelarm (19) gegenüberliegend aufgenommen ist, insbesondere in Längsrichtung des ersten Gehäuseteils (5) dem zweiten Hebelarm (19) gegenüberliegend aufgenommen ist, wobei der zweite Hebelarm (19) eine Auflage, insbesondere einen Vorsprung, zur Auflage für das Kompensationselement (15) aufweist. 10. Optical system according to one of the preceding claims, wherein the first housing part (5) has a compensation element receptacle (21) in which the compensation element (21) is accommodated opposite the second lever arm (19), in particular in the longitudinal direction of the first housing part ( 5) is accommodated opposite the second lever arm (19), the second lever arm (19) having a support, in particular a projection, for supporting the compensation element (15).
11 . Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kompensationselement ein geschlossener Ring ist, welcher um die Längsachse11 . Optical system according to one of the preceding claims, in which the compensation element is a closed ring which extends around the longitudinal axis
(11 ) des ersten Gehäuseteils (5) und dem zweiten Hebelarm (19) zur Betätigung der Hebelanordnung (14) gegenüberliegend angeordnet ist, oder wobei das Kompensationselement in Form wenigstens eines oder mehrerer Blöcke um die Längsachse (11 ) des ersten Gehäuseteils (5) und dem zweiten Hebelarm (19) zur Betätigung der Hebelanordnung (14) gegenüberliegend angeordnet ist. (11) of the first housing part (5) and the second lever arm (19) for actuating the lever arrangement (14) is arranged opposite one another, or the compensation element in the form of at least one or more blocks around the longitudinal axis (11) of the first housing part (5) and is arranged opposite the second lever arm (19) for actuating the lever arrangement (14).
12. Optisches System nach Anspruch 1 , wobei das Basisgelenk (17) und/oder das Zusatzgelenk (20) als Filmscharnier ausgebildet sind, insbesondere als geschlossenes Filmscharnier. 12. Optical system according to claim 1, wherein the base joint (17) and/or the additional joint (20) are designed as a film hinge, in particular as a closed film hinge.
13. Optisches System nach Anspruch 1 , wobei das erste Gehäuseteil (5) eine Gehäuseteil-Anbindung (7), insbesondere einen Flansch (22), aufweist, zur Verbindung des ersten Gehäuseteils (5) mit seiner Optik-Aufnahme (6) und dem optischen Bauteil (8) und dem zweiten Gehäuseteil (9) mit der Erfassungseinrichtung (30) in Längsrichtung miteinander. 13. Optical system according to claim 1, wherein the first housing part (5) has a housing part connection (7), in particular a flange (22), for connecting the first housing part (5) with its optics receptacle (6) and the optical component (8) and the second housing part (9) with the detection device (30) in the longitudinal direction with each other.
14. Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem optischen System (1 ) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche. 14. Vehicle, in particular motor vehicle, with at least one optical system (1) according to one of the preceding claims.
15. Fahrzeug nach Anspruch 14, wobei die Erfassungseinrichtung (30) des optischen Systems (1 ) ein Bildsensor (10) ist und das optische Bauteil (4) eine Linse (8), ein Spiegel, ein Prisma, ein optischer Filter und/oder ein optisches Gitter ist. 15. Vehicle according to claim 14, wherein the detection device (30) of the optical system (1) is an image sensor (10) and the optical component (4) is a lens (8), a mirror, a prism, an optical filter and/or is an optical lattice.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003172864A (en) * 2001-12-07 2003-06-20 Konica Corp Camera
DE102011110167A1 (en) * 2011-08-13 2013-02-14 Connaught Electronics Ltd. Image pickup apparatus for camera of driver assistance system of motor vehicle, particularly goods vehicle, has error compensation element, which is formed and arranged during thermally induced change in length of retaining element

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4445087C1 (en) 1994-12-16 1996-04-04 Rodenstock Optik G Temp. compensation device for optical system
DE102008047277A1 (en) 2008-09-16 2010-04-15 Hella Kgaa Hueck & Co. Optical device for use as fixed focus camera system that is utilized as image pickup camera in motor vehicle, has compensation body provided with material including thermal expansion coefficient

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003172864A (en) * 2001-12-07 2003-06-20 Konica Corp Camera
DE102011110167A1 (en) * 2011-08-13 2013-02-14 Connaught Electronics Ltd. Image pickup apparatus for camera of driver assistance system of motor vehicle, particularly goods vehicle, has error compensation element, which is formed and arranged during thermally induced change in length of retaining element

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