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Dokumentenidentifikation DE10237554B4 26.04.2007
Titel Justierbare Kameraanordnung für Kraftfahrzeuge
Anmelder Hella KGaA Hueck & Co., 59557 Lippstadt, DE
Erfinder Schulte, Michael, 33106 Paderborn, DE;
Frye, Friedrich, 59597 Erwitte, DE;
Makaruk, Michael, 59555 Lippstadt, DE
DE-Anmeldedatum 16.08.2002
DE-Aktenzeichen 10237554
Offenlegungstag 11.03.2004
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 26.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.04.2007
IPC-Hauptklasse B60R 11/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B60R 1/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   G03B 17/56(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kameraanordnung für Kraftfahrzeuge mit einer am Fahrzeug angeordneten Halterung für eine Kamera/Kameragehäuse, wobei in dem Kameragehäuse ein Objektiv und ein Halbleiterbildsensor angeordnet sind.

Eine derartige Kameraanordnung ist aus der DE 40 16 570 A1 bekannt. Dort kann die Kamera für Überwachungszwecke über einen Stellmotor geschwenkt und gekippt werden, wobei der Stellmotor mit dem Kameragehäuse am Spiegelarm des Innenspiegels als Halterung befestigt ist. Eine eindeutige und feste Justage der Kamera im Fahrzeug, im Sinne einer Justierung des Kamerakoordinatensystems in bezug auf ein Referenzkoordinatensystem ist bei der Kameraanordnung gemäß DE 40 16 570 A1 nicht vorgesehen und auch nicht gewünscht, da die Kamera auf unterschiedliche Überwachungsbereiche gerichtet werden soll. Eine eindeutige und feste Justierung des Kamerakoordinatensystems in bezug auf ein Referenzkoordinatensystem ist jedoch notwendig, wenn mittels der Kamera zum Beispiel eine automatische Fahrspurerkennung durchgeführt werden soll. In diesem Fall muß sichergestellt werden, daß mit der Kamera ein definierter Bereich vor dem Fahrzeug erfasst wird. Die Problematik der Kamerajustage sowie ein Verfahren zur Justierung werden in der DE 101 15 043 A1 beschrieben, allerdings nicht eine justierbare Kameraanordnung im Fahrzeug. Die Verwendung der Kameraanordnung gemäß DE 40 16 570 A1 für eine Justage unter Verwendung einer Halterung mit einem Stellmotor ist jedoch sehr aufwendig und teuer.

Aus der EP 1 034 980 A2 ist eine Kameraanordnung für Kraftfahrzeuge bekannt, bei der die Kamera über ein Kugelgelenkt auf dem Armaturenbrett als Halterung befestigt ist. Dabei weist die Kamera an einem Befestigungsarm eine Gelenkkugel auf, während das Armaturenbrett als Halterung eine Gelenkpfanne aufweist.

Aus der DE 39 01 826 A1 ist eine Kameraanordnung für Kraftfahrzeuge mit einem Stativ bekannt, das an den oberen Rand einer Kraftfahrzeugscheibe aufgesteckt wird. Die Kamera selbst wird auf das Stativ aufgeschraubt, wobei die Kamera dann über das Kugelgelenk des Stativs verschwenkbar ist.

Die Kameraanordungen gemäß EP 1 034 980 A2 und DE 39 01 826 A1 sind jedoch nicht kompakt und daher ebenfalls relativ aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer justierbaren Kameraanordnung für Kraftfahrzeuge, die möglichst kompakt aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Dabei weist das Kameragehäuse zur Ausbildung des Kugelgelenks ein Kugelsegement und die Halterung eine Gelenkpfanne auf, wobei das Kugelsegment und die Gelenkpfanne in einer justierten Stellung gegeneinander arretiert sind. Erfindungsgemäß ist nun die Objektivöffnung der Kamera innerhalb des Kugelsegments angeordnet ist, wobei das Kameragehäuse innerhalb des Kugelsegments eine lichte Aussparung für das Objektiv aufweist und die Halterung innerhalb der Gelenkpfanne eine lichte Aussparung für die Objektivöffnung aufweist.

Auf diese Weise liegt der Mittelpunkt des Kugelgelenks auf der optischen Achse des Objektivs, wodurch eine sehr kompakte Bauweise der Kameraanordung erzielt wird.

Anhand der beigefügten Zeichnungen soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden. Es zeigt:

1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kameragehäuses mit einem angeformten Kugelsegment,

2 eine Ansicht wie in 1, jedoch mit teilweise aufgebrochenem Kameragehäuse,

3 eine Seitenansicht der an einer Scheibeninnenseite angeordneten Kameraanordnung,

4 einen Schnitt durch eine an der Scheibe angeordnete Halterung mit Gelenkpfanne und ein in die Gelenkpfanne einzuführendes Kameragehäuse,

5 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kameragehäuses mit einem angeformten Kugelsegment und darauf befindlichen Erhöhungen als Auflagestellen,

6 eine Darstellung wie in 4, jedoch mit einem Kameragehäuse gemäß 5,

7 einen Schnitt durch eine an der Scheibe angeordnete Halterung mit Gelenkpfanne und ein in die Gelenkpfanne einzuführendes Kameragehäuse, wobei das Kameragehäuse Erhöhungen aufweist, die in Aussparungen in der Gelenkpfanne zur formschlüssigen Arretierung eingreifen,

8 eine Draufsicht auf die Kameraanordnung bestehend aus der Halterung, welche eine licht- und staubdichte Abdeckkappe aufweist, und dem daran angeordneten Kameragehäuse,

9 eine perspektivische Ansicht der Kameraanordnung gemäß 8.

In 1 ist eine erste Ausführungsform eines Kameragehäuses (1) gezeigt, das für eine erfindungsgemäße Kameraanordnung ausgebildet ist. Das Kameragehäuse (1) besteht aus zwei Kunststoff-Gehäusehälften, und zwar einer ersten Gehäusehälfte (1A) und einer zweiten Gehäusehälfte (1B), die über Rastverbindungen (2) miteinander verbunden sind. In der ersten Gehäusehälfte (1A) befindet sich eine Aussparung zur Aufnahme des Objektivs (3). Diese Aussparung ist als Tubus ausgebildet, der aus der Oberfläche des ersten Gehäuseteils (1A) herausragt. Darüber hinaus weist das erste Gehäuseteil (1A) ein Kugelsegment (6) auf, das zur justierbaren Verbindung mit der an der Halterung (8) angeordneten Gelenkpfanne (9) dient. Dabei ist das Kugelsegment (6) vorzugsweise einstückig aus Kunststoff mit der ersten Gehäusehälfte (1A) im Spritzgussverfahren hergestellt, da diese einstückige Ausführung sehr kostengünstig ist.

2 zeigt das Kameragehäuse (1) in einer teilweise aufgebrochenen Darstellung zur Veranschaulichung des inneren Aufbaus. In der zweiten Gehäusehälfte (1B) befindet sich eine Leiterplatte (4) auf der der Halbleiterbildsensor (nicht dargestellt) angeordnet ist. Oberhalb der Leiterplatte (4) befindet sich ein Träger (5), auf dem das Objektiv (3) angeordnet ist. Die Leiterplatte (4) mit dem Halbleiterbildsensor und der Träger (5) mit dem Objektiv (3) sind fest mit der zweiten Gehäusehälfte (1B) verschraubt.

Eine Justage der Kameraanordnung ist schon allein deshalb notwendig, weil bereits der Kameraaufbau an sich aufgrund von Toleranzen mit einer Ungenauigkeit behaftet ist, so daß das von der Kamera aufgenommene Bild horizontal und/oder vertikal gegenüber einer Soll-Lage verschoben und/oder verdreht sein kann. Eine definierte, nicht justierbare Montage einer solchen Kamera im Fahrzeug ist daher nicht möglich. Toleranzen im Kameraaufbau, die zu einer Bildverschiebung/Verdrehung gegenüber einer Soll-Lage führen, sind:

  • – Lage der sensitiven Fläche des Halbleiterbildsensors im Halbleitergehäuse,
  • – Lage des Halbleiterbildsensors auf der Leiterplatte,
  • – Lage der Leiterplatte mit dem Halbleiterbildsensor zum Objektiv,
  • – Lage der optischen Achse des Objektivs,
  • – Gehäusetoleranzen.

Durch die erfindungsgemäße Kameraanordnung werden diese Toleranzen der Kamera in einfacher Weise kompensiert, so daß die so justierte und arretierte Kameraanordnung dann ihrerseits lediglich an definierter Position im Fahrzeug montiert werden muß. Wenn sichergestellt wird, daß die Kameraanordnung insgesamt richtig montiert wurde, ist eine weitere Justage bei der Fahrzeugmontage nicht mehr notwendig.

4 zeigt eine an der Innenseite der Windschutzscheibe (14) angeordnete Halterung (8) mit einer Gelenkpfanne (9) zur justierbaren Aufnahme des Kameragehäuses (1) über das korrespondierende Kugelsegment (6). Die Gelenkpfanne (9) kann die Form einer Kugel oder zumindest eines Kugelsegments aufweisen. Es ist jedoch genau so gut möglich, daß die Gelenkpfanne (9) die Form eines Kegel oder zumindest eines Kegelstumpfes aufweist. Ebenso wie das Kameragehäuse (1) mit dem Kugelsegment (6) ist die Halterung (8) vorzugsweise einstückig aus Kunststoff im Spritzgussverfahren mit der Gelenkpfanne (9) hergestellt.

Besonders vorteilhaft ist, daß der Mittelpunkt des Kugelgelenks auf der optischen Achse des Objektivs (3) liegt, wodurch eine sehr kompakte Bauweise der Kameraanordnung erzielt wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die Aussparung für das Objektiv in der ersten Gehäusehälfte (1A) bzw. der Objektiv-Tubus konzentrisch innerhalb des Kugelsegments (6) angeordnet ist. Dementsprechend weist die Gelenkpfanne (9) in der Halterung (8) eine konzentrische lichte Aussparung (10) für die Objektivöffnung auf.

Vorzugsweise weist die Halterung (9) der Windschutzscheibe (14) nicht nur die Gelenkpfanne (9) auf, sondern bildet auch noch eine licht- und staubdichte Abdeckkappe aus, die mit ihrem umlaufenden Rand (8A) an der Windschutzscheibe anliegt. Diese Abdeckkappe ist nur zur Windschutzscheibe hin offen, wo sie jedoch durch diese abgeschlossen wird. Diese Abdeckkappe umschließt die Objektivöffnung derart, daß nur Licht, was von außen durch die Windschutzscheibe (14) einfällt, auch in das Objektiv (3) gelangen kann. Streulicht aus dem Fahrzeuginneren, das ohne Abdeckkappe an der Scheibeninnenseite reflektiert würde und dann ins Objektiv gelangen könnte, wird so vermieden. Damit durch Reflexionen an der Innenwandung der Abdeckkappe kein Streulicht erzeugt wird, ist diese vorzugsweise schwarz. Durch die Abdeckkappe wird ferner ein staubdichter Raum geschaffen, der das Eindringen und die Ablagerung von störendem Staub auf der Objektivlinse und/der Scheibeninnenseite verhindert. Die Befestigung der Halterung (8), welche auch als Abdeckkappe dient, an der Scheibeninnenseite erfolgt, wie in 3, 8 und 9 dargestellt, über ein an der Scheibe angeklebtes Befestigungselement, insbesondere über einen Befestigungsring (12), wobei die Halterung (8) über eine Feder (13) zwischen dem Befestigungsring (12) und der Halterung (8) gegen die Scheibe gedruckt wird. In einer nicht dargestellten Ausführungsform ist es jedoch auch vorgesehen, die Halterung selbst unmittelbar an die Scheibe zu kleben.

Zur Justage der Kameraanordnung wird das Kameragehäuse (1) gegenüber der Halterung (8) verdreht, indem das in der Gelenkpanne (9) anliegende Kugelsegment (6) gegenüber der Gelenkpfanne (9) verdreht wird. Die Justage erfolgt vorzugsweise beim Lieferanten der Kameraanordnung und nicht beim Fahrzeughersteller. Zu diesem Zweck wird die Halterung lösbar in einer definierten Lage in einer Aufnahmevorrichtung befestigt. Dann wird das Kameragehäuse (1) mit dem Kugelsegment (6) in die Gelenkpfanne (9) eingeführt und mit der Kamera ein Testbild aufgenommen, wobei das Kameragehäuse (1) solange relativ zur Halterung (8) bewegt wird, bis das Kamerabild mit einer Soll-Lage des Testbildes übereinstimmt. In dieser Stellung wird das Kugelsegment (6) gegenüber der Gelenkpfanne (9) arretiert.

Die Arretierung erfolgt vorzugsweise über eine punktweise oder umlaufende Laserverschweißung zwischen dem Kugelsegment (6) und der Gelenkpfanne (9). Zu diesem Zweck wird für die Gelenkpfanne (9) ein Kunststoffmaterial verwendet, daß für die Laserstrahlung zumindest teilweise transparent ist, während für das Kugelsegment (6) ein Kunststoffmaterial verwendet wird, das für die Laserstrahlung zumindest teilweise absorbierend ist. Dabei wird die Laserstrahlung von außen durch das Material der Gelenkpfanne (9) hindurch auf das Material des Kugelsegments (6) gerichtet, wo die Laserstrahlung absorbiert wird, wodurch das Material in der Fügezone aufschmilzt. Damit die Laserverschweißung wirkungsvoll und zuverlässig durchgeführt werden kann, müssen sich die beiden Materialien von Gelenkpfanne (9) und Kugelsegment (6) für einen guten Energieeintrag in der Fügezone vor dem Verschweißen berühren. Dies wird vorzugsweise durch eine Dreipunktlagerung erreicht, wobei entweder das Kameragehäuse (1) oder die Halterung (8) drei auf einer Kugelsegmentfläche liegende Punkte (7) als Auflagestellen aufweist und der Energieeintrag beim Schweißen über diese Auflagestellen (7) erfolgt. Gemäß 5 und 6 sind diese Auflagestellen (7) in der Fügezone durch einstückige Erhebungen auf dem Kugelsegment (6) des Kameragehäuses (1) ausgebildet. In einer alternativen Ausführungsform (nicht dargestellt) sind die Auflagestellen als Erhebungen auf der Gelenkpfanne der Halterung ausgebildet. Die Laserverschweißung stellt eine besonders kostengünstige und zuverlässige Art der Arretierung dar.

In 7 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Arretierung über einen Formschluß erfolgt. Zu diesem Zweck sind in der Gelenkpfanne (9) Aussparungen (11) zur Aufnahme der Erhöhungen (7) zur Ausbildung einer formschlüssigen Arretierung vorgesehen. Selbstverständlich können sich die Aussparungen auch im Kugelsegment des Kameragehäuses befinden, wobei die Erhöhungen dann auf der Gelenkpfanne der Halterung ausgebildet sind (nicht dargestellte Ausführungsform).

1
Kameragehäuse
1A
1. Gehäusehälfte des Kameragehäuses
1B
2. Gehäusehälfte des Kameragehäuses
2
Rastverbindungen zwischen den beiden Gehäusehälften
3
Kamera-Objektiv
4
Leiterplatte im Kameragehäuse
5
Träger für Objektiv im Kameragehäuse
6
Kugelsegment am Kameragehäuse
7
Erhöhungen auf dem Kugelsegment des Kameragehäuses
8
Halterung für die Kamera
8A
Unlaufender Rand der Halterung
9
Gelenkpfanne in der Halterung
10
Lichte Aussparung in der Gelenkpfanne für die Objektivöffnung
11
Aussparung in der Gelenkpfanne für eine formschlüssige Arretierung des Kameragehäuses
12
Befestigungsring an der Scheibeninnenseite
13
Feder zur Befestigung und zum Andrücken der Halterung an die Scheibe
14
Scheibe


Anspruch[de]
Justierbare Kameraanordnung für Kraftfahrzeuge mit

– einer am Fahrzeug angeordneten Halterung (8),

– einem Kameragehäuse (1), in dem ein Objektiv (3) und ein Halbleiterbildsensor angeordnet sind,

– wobei das Kameragehäuse (1) über ein Kugelgelenk mit der Halterung (8) justierbar verbunden ist,

– wobei das Kameragehäuse (1) ein Kugelsegment (6) aufweist und die Halterung (8) eine Gelenkpfanne (9) aufweist,

– wobei das Kugelsegment (6) und die Gelenkpfanne (9) in einer justierten Stellung gegeneinander arretiert sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

– die Objektivöffnung der Kamera innerhalb des Kugelsegments (6) angeordnet ist,

– das Kameragehäuse (1) innerhalb des Kugelsegments (6) eine lichte Aussparung für das Objektiv (3) aufweist,

– die Halterung (8) innerhalb der Gelenkpfanne (9) eine lichte Aussparung (10) für die Objektivöffnung aufweist.
Justierbare Kameraanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

– das Kugelsegment (6) und die Gelenkpfanne (9) aus Kunststoff bestehen,

– das Kugelsegment (6) und die Gelenkpfanne (9) zur Arretierung mittels Laserschweißen unlösbar miteinander verbunden werden, wobei das Kunststoffmaterial der Gelenkpfanne (9) für die verwendete Laserstrahlung zumindest teilweise transparent ist, während das Kunststoffmaterial des Kugelsegments (6) für die verwendete Laserstrahlung zumindest teilweise absorbierend ist.
Justierbare Kameraanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

– das Kugelsegment (6) und die Gelenkpfanne (9) aus Kunststoff bestehen,

– das Kugelsegment (6) und die Gelenkpfanne (9) zur Arretierung mittels Ultraschallschweißen unlösbar miteinander verbunden werden.
Justierbare Kameraanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kameragehäuse (1) drei auf einer Kugelsegmentfläche (6) liegende Punkte als Auflagestellen (7) für die Gelenkpfanne (9) der Halterung (8) aufweist. Justierbare Kameraanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Auflagestellen (7) bildenden Punkte als Erhöhungen im Kugelsegment (6) ausgebildet sind. Justierbare Kameraanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (8) drei auf einer Kugelsegmentfläche liegende Punkte als Auflagestellen für das Kugelsegment (6) des Kameragehäuses (1) aufweist. Justierbare Kameraanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die Auflagestellen bildenden Punkte als Erhöhungen in der Gelenkpfanne (9) ausgebildet sind. Justierbare Kameraanordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3 und nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Energieeintrag beim Schweißvorgang über die die Auflagestellen (7) bildenden Punkte erfolgt. Justierbare Kameraanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gelenkpfanne (9) Aussparungen (11) zur Aufnahme der Erhöhungen (7) zur Ausbildung einer formschlüssigen Arretierung vorgesehen sind. Justierbare Kameraanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Kugelsegment (6) Aussparungen zur Aufnahme der Erhöhungen zur Ausbildung einer formschlüssigen Arretierung vorgesehen sind. Justierbare Kameraanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kugelsegment (6) und die Gelenkpfanne (9) zur Arretierung mittels eines Klebers unlösbar miteinander verbunden werden. Justierbare Kameraanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe an der Innenseite einer Fahrzeugscheibe (14), insbesondere an der Windschutzscheibe angeordnet ist, wobei die Halterung (8) an der Scheibe befestigt ist. Justierbare Kameraanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (8) eine licht- und staubdichte, zur Scheibe (14) hin offene Abdeckkappe ausbildet, die mit einem umlaufenden Rand (8A) an der Scheibe (14) anliegt. Justierbare Kameraanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß an der Scheibe (14) ein Befestigungselement, insbesondere ein Befestigungsring (12), angeklebt ist, wobei die Halterung (8) über eine Feder (13) zwischen dem Befestigungselement (12) und der Halterung (8) gegen die Scheibe (14) gedrückt wird. Justierbare Kameraanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (8) selbst an die Scheibe geklebt wird. Justierbare Kameraanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kameragehäuse (1) ein Kugelsegment (6) aufweist, das einstückig mit zumindest einem Gehäuseteil des Kameragehäuses aus Kunststoff im Spritzgussverfahren hergestellt ist. Justierbare Kameraanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (8) eine Gelenkpfanne (9) aufweist, die einstückig mit der Halterung (8) aus Kunststoff im Spritzgussverfahren hergestellt ist. Justierbare Kameraanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkpfanne (9) die Form einer Kugel oder zumindest eines Kugelsegments aufweist. Justierbare Kameraanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkpfanne (9) die Form eines Kegel oder zumindest eines Kegelstumpfes aufweist.






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