DE102014211832A1

DE102014211832A1 - Halterung für ein Objektiv und einen Bildsensor, Objektiv, Imagermodul, Kamera und Fahrerassistenzsystem

Info

Publication number: DE102014211832A1
Application number: DE102014211832.8A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Seger; Nikolai Bauer; Uwe Apel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-06-20
Filing date: 2014-06-20
Publication date: 2015-12-24
Also published as: WO2015193034A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halterung für ein Objektiv und einem Bildsensor, ein Objektiv, ein Imagermodul, eine Kamera und ein Fahrerassistenzsystem. Die Halterung (300) umfasst einen um eine Achse (500) kreiszylindrischen Hohlraum und weist zum Halten des Objektivs (200) mindestens drei Aufnahmevorsprünge (310, 320, 330) auf, zwischen denen der Hohlraum besteht und die so angeordnet sind, dass sie das Objektiv (200) durch spielfreien Kontakt halten können. Die Halterung (300) ist weiterhin ausgebildet, einem Bildsensor (400) bezüglich des Objektivs (200) so zu halten, dass der Bildsensor (400) im Fokus des Objektivs (200) ist und das Objektiv (200) und der Bildsensor (400) eine gemeinsame optische Achse aufweisen, die mit der Achse (500) zusammenfällt. Mittels der erfindungsgemäßen Halterung kann mit geringem Montageaufwand ein lange haltbares Imagermodul realisiert werden, welches sowohl präzise die optischen Achsen von Bildsensor und Objektiv vereint, als auch den Bildsensor präzise im Fokus des Objektivs hält.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halterung für ein Objektiv und einen Bildsensor, ein Objektiv, ein Imagermodul, eine Kamera und ein Fahrerassistenzsystem.
Stand der Technik
Halterungen für Objektive und Bildsensoren dienen dazu, den Bildsensor und das Objektiv so zu halten, dass der Bildsensor im Fokus des Objektivs ist und das Objektiv und der Bildsensor eine gemeinsame optische Achse aufweisen.
Werden nämlich Bildsensor und Objektiv so gehalten, eignen sie sich als Imagermodul für Kameras. Unter einer Kamera im Sinne der Anmeldung ist dabei eine Fotokamera oder eine Videokamera oder eine kombinierte Video/Fotokamera zu verstehen. Kameras finden vielfältige Anwendung im professionellen wie im privaten Bereich. So sind heute zum Beispiel Videokameras und Fotokameras sowie kombinierte Video/Fotokameras als selbständige Endbenutzerprodukte erhältlich. Weiterhin sind solche Kameras Teil von Endbenutzerprodukten mit weiteren Funktionalitäten, wie beispielsweise Smartphones, Videobrillen oder Brillen erhöhter Realität („augmented reality glasses“). Weiterhin werden Kameras in industriellen Produktionsprozessen zur Überwachung und/oder Steuerung der Prozesse eingesetzt. Andere Anwendungen sind die Sicherheitsüberwachung von öffentlichen oder privaten Räumen. Schließlich finden Kameras vermehrt Einsatz in automobilen Anwendungen, zum Beispiel als Ersatz von oder in Ergänzung zu Rückspiegeln, für Fahrerassistenzsysteme oder in selbstfahrenden Fahrzeugen.
Die Qualität der Bilder oder Filme, die mittels Imagermodul basierter Kameras erzeugt werden können, hängt entscheidend davon ab, wie präzise die optischen Achsen von Bildsensor und Objektiv vereint werden können und wie präzise der Bildsensor durch die Halterung des Imagermoduls im Fokus des Objektiv gehalten werden kann.
Präziseres Halten kann gemeinhin durch einen höheren Montageaufwand erzielt werden.
Dabei geht normalweise ein präziseres Halten mit einer höheren mechanischen Belastung der Halterung einher, die wiederum nachteilig für die Haltbarkeit der Halterung ist.
Zudem bewirkt der erhöhte Montageaufwand erhöhte Herstellungskosten.
1 zeigt einen Imagermodul 100 nach Stand der Technik. Die Vereinigung der optischen Achsen, also die laterale Positionierung des Objektivs 200, wird durch eine Spielpassung zum kreiszylinderförmigen Tubus der Halterung 300 einerseits und eine Passungskombination zwischen Bildsensorträger und Halterung 300 andererseits umgesetzt. Die Fokussierung, also die axiale Positionierung, erfolgt über eine Gewindesteigung zwischen Objektiv 200 und Halterung 300.
Aus US5493452A ist ein Linsenhohlrohr mit einem zylindrischen Teil bekannt zur radialen Positionierung einer Linse und Widerlager zur Positionierung der Linse in Richtung der optischen Achse der Linse. Der zylindrische Teil hat eine Vielzahl von Vorsprüngen gleichmäßig und umlaufend um dessen Inneres beabstandet, sodass ein Kreis, der durch die Vorsprünge umschrieben ist, den gleichen Durchmesser wie die Linse hat, wobei der Mittelpunkt des Kreises mit der optischen Achse der Linse zusammenfällt. Weitere Linsenhalterungssysteme sind aus DE19623418A1 , US5808817A , US2009168204A und US2011292355A bekannt
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Halterung für ein Objektiv gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Dabei umfasst die Halterung einen um eine Achse kreiszylindrischen Hohlraum, der zum Halten des Objektivs mindestens drei Aufnahmevorsprünge aufweist, zwischen denen der Hohlraum besteht. Die Aufnahmevorsprünge sind so angeordnet, dass sie das Objektiv durch spielfreien Kontakt halten können. Die Halterung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung weiterhin ausgebildet ist, einem Bildsensor bezüglich des Objektivs so zu halten, dass der Bildsensor im Fokus des Objektivs ist und das Objektiv und der Bildsensor eine gemeinsame optische Achse aufweisen, die mit der Achse zusammenfällt.
Mittels der erfindungsgemäßen Halterung kann mit geringem Montageaufwand ein lange haltbares Imagermodul realisiert werden, welches sowohl präzise die optischen Achsen von Bildsensor und Objektiv vereint als auch den Bildsensor präzise im Fokus des Objektivs hält.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Halterung einen bezüglich der gemeinsamen optischen Achse zentrierten röhrenförmigen Teil, der abgesehen von den Aufnahmevorsprüngen einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Dabei ist eine Seite der Röhre teilweise durch eine Platte verschlossen, die eine bezüglich der Achse zentrierte Öffnung aufweist, die in ihrer Form dem Bildsensor entspricht, wobei die Öffnung mindestens die Größe des Bildsensors aufweist.
Die Aufnahmevorsprünge können Rippen sein, die sich parallel zu der Achse erstrecken und von denen jede zu den jeweils beiden anderen um 120° versetzt angeordnet ist.
Die Aufnahmevorsprünge können auch zwei lagedefinierende Rippen und eine Klemmrippe umfassen, wobei sich die lagedefinierenden Rippen in einem selben Winkelbereich teilkreisförmig in unterschiedlichen Ebenen um die Achse erstrecken und wobei die Klemmrippe bezüglich der gemeinsamen optischen Achse in einem Winkelbereich angeordnet ist, der zum selben Winkelbereich komplementär ist und sich in einer weiteren Ebene um die Achse erstreckt, wobei die weitere Ebene zwischen den unterschiedlichen Ebenen liegt.
Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Objektiv gemäß Anspruch 5 für die erfindungsgemäß vorgeschlagene Halterung vorgeschlagen. Das Objektiv umfasst ein sammelndes optisches System zur Erzeugung eines realen Abbilds und eine Hülle, die das System hält. Dabei weist die Hülle einen Exzentervorsprung auf und, abgesehen von dem Exzentervorsprung, einen kreisförmigen äußeren Umfang. Der Umfang ist so ausgebildet, dass das Objektiv von der Halterung gehalten werden kann, indem es in einer ersten Winkellage in den Hohlraum eingeführt wird und durch Drehung in eine zweite Winkellage mithilfe des Exzentervorsprungs und mindestens einem der Aufnahmevorsprünge zwischen den Aufnahmevorsprüngen verklemmt wird.
Mittels des erfindungsgemäßen Objektivs und der erfindungsgemäßen Halterung lässt sich dann mit geringem Montageaufwand das lange haltbare Imagermodul nach Anspruch 7 realisieren, welches erfindungsgemäß ebenfalls vorgeschlagen wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Objektivs ist dieses an die bevorzugte Ausführungsform der Halterung angepasst, indem die Hülle so ausgebildet ist, dass bei Kontakt einer Seite der Hülle mit der Platte der Bildsensor im Fokus des sammelnden optischen Systems ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Imagermoduls umfasst dieses weiterhin den Bildsensor, wobei der Bildsensor von der Halterung gehalten wird.
Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Kamera gemäß Anspruch 9 mit dem Imagermodul in der bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen. Schließlich wird noch ein Fahrerassistenzsystem gemäß Anspruch 10 mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kamera vorgeschlagen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Imagermodulaufbau nach Stand der Technik;
2 einen Imagermodulaufbau gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel im Aufschnitt;
3 einen Imagermodulaufbau gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
4 einen Imagermodulaufbau gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel im Schnitt.
Ausführungsformen der Erfindung
2 zeigt einen Imagermodulaufbau gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel im Aufschnitt. Das Imagermodul 100 umfasst ein Objektiv 200, eine Halterung 300 und einen Bildsensor 400. Objektiv 200 und Halterung 300 sind grundsätzlich kreiszylindrisch aufgebaut.
Die Halterung 300 ist eine Röhre mit kreisförmigem Querschnitt, die an einer Seite durch eine Platte 340 nur teilweise verschlossen ist, da die Platte 340 eine Öffnung aufweist, die in ihrer Form der Form des Bildsensors 400 entspricht und deren Größe der Größe des Bildsensors 400 entspricht oder geringfügig größer ist. In der Röhre ist ein bezüglich einer Achse 500 kreiszylindrischer freier Hohlraum. Dabei ist die Öffnung zum Hohlraum konzentrisch angeordnet. Auf der der Röhre abgewandten Seite der Platte ist konzentrisch mit dem Hohlraum der Bildsensor 400 angeordnet. Die optische Achse des Bildsensors fällt also mit der Achse des Hohlraums zusammen.
Die Halterung 300 weist in zwei unterschiedlichen Ebenen bezüglich einer Achse 500 des kreiszylindrischen Aufbaus Aufnahmevorsprünge 310, 320 auf. Im Beispiel sind die Aufnahmevorsprünge 310, 320 Rippen, die sich in einem selben Winkelbereich teilkreisförmig in unterschiedlichen Ebenen um die Achse 500 erstrecken. In einem zum selben Winkelbereich komplementären Winkelbereich und einer zwischen den unterschiedlichen Ebenen liegenden weiteren Ebene ist eine Klemmrippe 330 so angeordnet, dass ein freier Winkelbereich verbleibt, in dem sich keine Rippe erstreckt. Der Hohlraum ist durch die Rippen 310, 320, durch die Klemmrippe 330 und die Platte 340 begrenzt.
Im Hohlraum ist das Objektiv 200 angeordnet. Das Objektiv 200 umfasst ein sammelndes optisches System 210 und eine grundsätzlich kreiszylindrisch aufgebaute Hülle 220. Das sammelnde optische System 210 umfasst eine Sammellinse oder ein System mehrerer Linsen. Eine Abweichung vom kreiszylindrischen Aufbau der Hülle 220 besteht darin, dass die Hülle 220 einen auch als Exzentervorsprung bezeichneten exzentrischen Vorsprung 230 aufweist. Dabei ist der Exzentervorsprung 230 so weit von einem sensorseitigen Ende der Hülle 220 angeordnet, dass er in der weiteren Ebene liegt, wenn das sensorseitige Ende der Hülle 220 in Kontakt mit der Platte 340 der Halterung 300 ist. Weiterhin ist das sammelnde optische System 210 so in der Hülle 220 angeordnet, dass bei Kontakt des sensorseitigen Endes der Hülle 220 mit der Platte 340 der Bildsensor 400 im Fokus des sammelnden optischen Systems 210 liegt. Schließlich erstreckt sich der Exzentervorsprung 230 über einen Exzenterwinkelbereich, der höchstens so groß wie der freie Winkelbereich ist.
Der Hohlraum der Halterung 300 und die Hülle 210 des Objektivs 200 sind so dimensioniert, dass das Objektiv 200 in einer ersten Winkellage, bei der der Exzentervorsprung im freien Winkelbereich liegt, soweit in den Hohlraum eingeführt werden kann, dass das sensorseitige Ende der Hülle 220 mit der Platte 340 in Kontakt ist und dann durch Drehung mittels eines Moments in eine zweite Winkellage mithilfe des Exzentervorsprungs und der Klemmrippe 330 zwischen der Klemmrippe 330 und den Rippen so verklemmt werden kann, dass das sammelnde optische System 210 des Objektivs 200 und der Bildsensor 400 eine gemeinsame optische Achse aufweisen, die mit der Achse 500 zusammenfällt und der Bildsensor 400 im Fokus des sammelnden optischen Systems 210 liegt. Der Durchmesser des Hohlraums entspricht oder gleicht im Beispiel also dem Durchmesser der Hülle 220, sofern man von dem Exzentervorsprung 230 absieht.
Es lässt sich also mit geringem Montageaufwand ein lange haltbares Imagermodul 100 realisieren, welches sowohl präzise die optischen Achsen von Bildsensor 400 und Objektiv 200 vereint, als auch den Bildsensor 400 präzise im Fokus des Objektiv 200 hält.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind anstelle der teilkreisförmigen Rippen jeweils mindestens zwei Spitzen in den entsprechenden Ebenen angeordnet.
3 und 4 zeigen einen Imagermodulaufbau gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich lediglich in Form und Anordnung der Aufnahmevorsprünge 310, 320. Das zweite Ausführungsbeispiel ist in 3 aus der Perspektive entlang der Achse 500 und in 4 im Schnitt dargestellt, wobei die Achse 500 und eine Linie C in der Schnittebene liegen. Die Linie C ist in 3 dargestellt, sie schneidet die Achse und steht senkrecht zur Achse.
Diesmal sind die Aufnahmevorsprünge 310, 320 und die Klemmrippe 330 Rippen, die sich parallel zur Achse 500 erstrecken, wobei jede zu den jeweils beiden anderen um 120° versetzt angeordnet ist und wobei 360° dem Vollkreis entspricht. Die Line C schneidet die Klemmrippe 330. Wieder lässt sich das Objektiv 200 in einer ersten Winkellage soweit in den Hohlraum einführen, sodass das sensorseitige Ende der Hülle 220 mit der Platte 340 in Kontakt ist, und dann durch Drehung mittels eines Moments in eine zweite Winkellage mithilfe des Exzentervorsprungs und der Klemmrippe 330 zwischen der Klemmrippe 330 und den Rippen so verklemmt werden kann, dass das sammelnde optische System des Objektivs 200 und der Bildsensor 400 eine gemeinsame optische Achse aufweisen, die mit der Achse 500 zusammenfällt und der Bildsensor 400 im Fokus des sammelnden optischen Systems 210 liegt.
Da sich die Klemmrippe 330 als Rippe parallel zur Achse 500 erstreckt, ist es ausreichend, wenn der Exzentervorsprung 230 an der Hülle 220 entsprechend dem Erstreckungsbereich der Rippe angeordnet ist. Es ist für besonders gute Klemmwirkung möglich, dass sich der Exzentervorsprung 230 entsprechend der Rippe 330 parallel zur optischen Achse des Objektivs 200 erstreckt.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind anstelle der zur Achse parallelen Rippen jeweils mindestens zwei Spitzen auf einer entsprechenden Linie angeordnet, wobei die Spitzen auf den unterschiedlichen Linien in selben Ebenen angeordnet sind. Es sind also in mindestens zwei unterschiedlichen Ebenen jeweils drei zueinander um je 120° versetzte Spitzen so angeordnet, dass auf drei unterschiedlichen, zur Achse parallelen und zueinander um je 120° versetzten Linien mindestens zwei Spitzen angeordnet sind.
Mittels des Imagermoduls gemäß den Ausführungsbeispielen lässt sich beispielsweise eine Kamera, sei es eine Fotokamera oder eine Videokamera oder eine Foto/Videokamera, aufbauen, die als oder in Endverbrauchergeräten, in industriellen Anwendungen oder in Fahrerassistenzsystemen verwendet werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5493452 A [0009]
DE 19623418 A1 [0009]
US 5808817 A [0009]
US 2009168204 A [0009]
US 2011292355 A [0009]

Claims

Halterung (300) für ein Objektiv (200), wobei die Halterung (300) einen um eine Achse (500) kreiszylindrischen Hohlraum umfasst und zum Halten des Objektivs (200) mindestens drei Aufnahmevorsprünge (310, 320, 330) aufweist, zwischen denen der Hohlraum besteht und die so angeordnet sind, dass sie das Objektiv (200) durch spielfreien Kontakt halten können, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (300) weiterhin ausgebildet ist, einen Bildsensor (400) bezüglich des Objektivs (200) so zu halten, dass der Bildsensor (400) im Fokus des Objektivs (200) ist und das Objektiv (200) und der Bildsensor (400) eine gemeinsame optische Achse aufweisen, die mit der Achse (500) zusammenfällt.
Halterung (300) nach Anspruch 1, wobei die Halterung (300) einen bezüglich der gemeinsamen optischen Achse (500) zentrierten röhrenförmigen Teil umfasst, der abgesehen von den Aufnahmevorsprüngen (310, 320, 330) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, wobei eine Seite der Röhre teilweise durch eine Platte (340) verschlossen ist, die eine bezüglich der Achse zentrierte Öffnung aufweist, die in ihrer Form dem Bildsensor (400) entspricht, wobei die Öffnung mindestens die Größe des Bildsensors (400) aufweist.
Halterung nach Anspruch 2, wobei die Aufnahmevorsprünge (310, 320, 330) Rippen sind, die sich parallel zu der Achse (500) erstrecken und von denen jede zu den jeweils beiden anderen um 120° versetzt angeordnet ist.
Halterung nach Anspruch 2, wobei die Aufnahmevorsprünge zwei lagedefinierende Rippen (310, 320) und eine Klemmrippe (330) umfassen, wobei sich die lagedefinierenden Rippen (310, 320) in einem selben Winkelbereich teilkreisförmig in unterschiedlichen Ebenen um die Achse (500) erstrecken und wobei die Klemmrippe (330) bezüglich der Achse (500) so in einem Winkelbereich angeordnet ist, der zum selben Winkelbereich komplementär ist und sich in einer weiteren Ebene um die Achse (500) erstreckt, dass ein freier Winkelbereich verbleibt, in dem sich keine Rippe erstreckt, wobei die weitere Ebene zwischen den unterschiedlichen Ebenen liegt.
Objektiv (200) für eine Halterung (300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Objektiv (200) ein sammelndes optisches System (210) zur Erzeugung eines realen Abbilds und eine Hülle (220) umfasst, die das System hält, wobei die Hülle (220) einen Exzentervorsprung (230) und, abgesehen von dem Exzentervorsprung (230), einen kreisförmigen äußeren Umfang aufweist, wobei der Umfang so ausgebildet ist, dass das Objektiv (200) von der Halterung (300) gehalten werden kann, indem es in einer ersten Winkellage in den Hohlraum eingeführt wird und durch Drehung in eine zweite Winkellage mithilfe des Exzentervorsprungs (230) und mindestens einem der Aufnahmevorsprünge (330) zwischen den Aufnahmevorsprüngen (310, 320, 330) verklemmt wird.
Objektiv (200) nach Anspruch 5 für eine Halterung (300) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Hülle (220) so ausgebildet ist, dass bei Kontakt einer Seite der Hülle (220) mit der Platte (340) der Bildsensor (400) im Fokus des sammelnden optischen Systems (210) ist.
Imagermodul (100) mit einem Objektiv (200) nach Anspruch 5 oder 6, welches von der Halterung (300) gehalten wird.
Imagermodul (100) nach Anspruch 7, weiterhin umfassend den Bildsensor (400), wobei der Bildsensor (400) von der Halterung (300) gehalten wird.
Kamera mit einem Imagermodul (100) nach Anspruch 8.
Fahrerassistenzsystem mit einer Kamera nach Anspruch 9.