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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Objektiv für eine Halbleiterkamera, wie sie beispielsweise als Bestandteil eines Fahrerassistenzsystems in einem Fahrzeug eingesetzt werden kann. Ferner betrifft die Erfindung ein Werkzeug zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Objektivs.
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Stand der Technik
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Ein Objektiv für eine Halbleiterkamera mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der
DE 10 2009 056 658 B4 bekannt. Das bekannte Objektiv weist einen im Wesentlichen hülsenförmigen Objektivträger auf, der mehrere, in Richtung einer Längsachse des Objektivträgers übereinander angeordnete Linsen aufnimmt, wobei zwischen den einzelnen, aus Glaswerkstoff bestehen Linsen Abstandshalteringe angeordnet sind, um einen definierten Abstand zwischen den Linsen einzustellen. Ein derartiges Objektiv dient beispielsweise als Bestandteil einer Kamera eines Fahrerassistenzsystems dazu, ein Bild der Umgebung aufzunehmen und auf einem elektronischen Bauteil in Form eines Imagers zu fokussieren. Die unterschiedlichen Linsen dienen dazu, ein Bild mit den gewünschten optischen Eigenschaften bzw. einer bestimmten Qualität zu erzeugen. Dadurch, dass mehrere Linsen (in der genannten Schrift sind beispielsweise vier Linsen vorgesehen) benötigt werden, und die Linsen durch die Abstandshalteringe voneinander getrennt sind, weist das bekannte Objektiv für die Halbleiterkamera eine relativ große Bauhöhe auf. Dies schränkt den Einsatz des bekannten Objektivs insbesondere hinsichtlich eines Einbauorts im Fahrzeug ein, da eine relativ große Einbauhöhe am Einbauort erforderlich ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Objektiv für eine Halbleiterkamera mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es bezüglich seiner Baugröße, insbesondere bezüglich seiner Bauhöhe in Richtung einer Längsachse eines Objektivträgers, relativ kompakt ausgebildet ist. Dadurch kann das Objektiv an Einbauorten eingesetzt bzw. eingebaut werden, die für Objektive gemäß dem Stand der Technik nicht nutzbar sind. Dies ermöglicht wiederum zum Beispiel neuartige Blickwinkel bzw. Perspektiven, die im Zusammenhang mit einem Fahrerassistenzsystem zu einer verbesserten Funktion führen können.
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Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die Zwischenräume zwischen zwei aus Glaswerkstoff bestehenden Linsen, die beim Stand der Technik durch Abstandshalteringe sowie durch Luft ausgefüllt sind, als Bauraum für ein optisches Element bzw. zur Beeinflussung des Strahlengangs des durch die aus einem optisch wirkenden Werkstoff, vorzugsweise Glaswerkstoff, bestehenden Linsen hindurchtretenden Lichts zu verwenden. Daher schlägt es die Erfindung vor, dass in dem Zwischenraum zwischen den wenigstens zwei aus dem optischen Werkstoff bestehenden Linsen eine optische Linse angeordnet ist, die aus Kunststoff besteht. Mit einer derartigen, aus Kunststoff bestehenden optischen Linse lässt sich der Strahlengang beeinflussen, wenn der Brechungsindex des Materials des Kunststoffs beispielsweise sich (stark) vom Brechungsindex des Glaswerkstoffs der Linsen unterscheidet. Die wenigstens eine, aus Kunststoff bestehende optische Linse kann beispielsweise dazu genutzt werden, eine Farbkorrektur bzw. Farbeinstellung zu bewirken, für die ansonsten eine (zusätzliche) aus optischem Werkstoff bestehende Linse verwendet werden müsste.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Objekts für eine Halbleiterkamera sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Ein besonders kompakter Aufbau des Objektivs wird ermöglicht, wenn der Übergang zwischen der aus Kunststoff bestehenden Linse und der aus optischem Werkstoff bestehenden Linse spaltfrei ausgebildet ist, d.h. wenn die beiden genannten Linsen unmittelbar aneinander anschließen. Damit wird der gesamte Bauraum zwischen zwei aus optischem Werkstoff bestehenden Linsen für die aus Kunststoff bestehende optische Linse genutzt. Darüber hinaus ermöglicht es eine derartige Ausbildung, den Kunststoff insbesondere durch Einspritzen bzw. Einbringen in verflüssigter Form zwischen den zwei aus optischem Werkstoff bestehenden Linsen in das Objektivgehäuse einzubringen.
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In Weiterbildung des zuletzt gemachten Vorschlags kann es vorgesehen sein, dass zwischen der aus Kunststoff bestehenden Linse und der aus optischem Werkstoff bestehenden Linse eine Haftverbindung ausgebildet ist. Dadurch können Spalte bei Temperaturwechselbeanspruchungen, die aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten des optischen Werkstoffs und des Kunststoffs zwischen den Linsen entstehen könnten, vermieden werden.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn mit Blick auf
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Temperaturwechselbeanspruchungen mechanische Belastungen im Material des optischen Werkstoffs bzw. des Kunststoffs möglichst reduziert bzw. durch die Werkstoffe aufgenommen werden können. Hierzu sieht es eine weitere Ausgestaltung des Objektivs vor, dass das Material der aus Kunststoff bestehenden Linse ein elastischer oder ein halbelastischer Kunststoff ist. Beispielhaft handelt es sich dabei um Silopren LSR der Firma Momentive oder um Lumisil LSR der Firma Wacker mit einem Brechungsindex von 1,53.
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Zur Definition bzw. Einstellung des axialen Abstands zwischen zwei, aus optischem Werkstoff bestehenden Linsen ist der Objektivträger im Querschnitt zumindest im Wesentlichen ringförmig ausgebildet, wobei der Objektivträger wenigstens einen, zwischen zwei aus optischem Werkstoff bestehenden Linsen angeordneten Abstandshaltering radial umgibt.
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In Weiterbildung des zuletzt gemachten Vorschlags ist es vorgesehen, dass in Höhe der aus Kunststoff bestehenden Linse wenigstens zwei, vorzugsweise senkrecht zur Längsachse verlaufende Durchgangsöffnungen im Objektivträger und im Abstandshaltering ausgebildet sind, die einen gemeinsamen Kanal ausbilden. Derartige Durchgangsöffnungen im Objektivträger und im Abstandshaltering ermöglichen es, über den Kanal das Material für die aus Kunststoff bestehende Linse in verflüssigter Form in den radialen Innenraum des Abstandshalterings einzubringen.
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In Weiterbildung des zuletzt gemachten Vorschlags ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass wenigstens zwei Kanäle vorgesehen sind, die in Bezug zur Längsachse gegenüberliegend, vorzugsweise um 180° zueinander versetzt, angeordnet sind. Dadurch wird eine optimale Ausfüllung des radialen Innenraums des Abstandshalterings mit dem Kunststoff bzw. ein vollständiges Ausleiten der zuvor vorhandenen Luft ermöglicht.
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Besonders kostengünstig bzw. einfach lässt sich ein Objektiv herstellen, wenn beim Vorhandensein von mehreren, aus Kunststoff bestehenden Linsen diese aus dem gleichen Kunststoff bestehen.
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Wie bereits oben erläutert, ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass die aus Kunststoff bestehende Linse im Spritzgussverfahren hergestellt ist.
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Die Erfindung umfasst auch ein Werkzeug zur Herstellung eines Objektivs, bei der die aus Kunststoff bestehende Linse im Spritzgussverfahren hergestellt ist. Das Werkzeug umfasst zwei Werkzeughälften mit einer im geschlossenen Zustand des Werkzeugs gemeinsamen Trennebene, mit von der Trennebene ausgehenden Ausnehmungen zur Ausbildung der aus Kunststoff bestehenden Linse und zeichnet sich dadurch, dass die Ausnehmungen zur Aufnahme einer aus dem Objektivträger und den aus optischem Werkstoff bestehenden Linsen sowie den Abstandshalteringen bestehenden Baueinheit ausgebildet sind, und dass in wenigstens einer Ausnehmung in Höhe der aus Kunststoff bestehenden wenigstens einen Linse wenigstens ein Angusskanal und ein Überlaufkanal ausgebildet ist. Eine derartige Gestaltung des Werkzeugs ermöglicht es, das Objektiv, mit Ausnahme der aus Kunststoff bestehenden Linsen, als Baueinheit in die Ausnehmungen des Werkzeugs einzulegen, sodass nach dem Einspritzen bzw. Einbringen des Kunststoffs in das geschlossene Werkzeug und anschließendem Öffnen des Werkzeugs nach der Aushärtung des Kunststoffs das Objektiv fertiggestellt ist bzw. mit einem Optikträger zur Positionierung zu einem bildaufnehmenden Element (Imager) verbunden werden kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt einen Teilbereich einer Kamera für ein Fahrerassistenzsystem eines Fahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Objektiv in einem Längsschnitt,
- 2 eine Draufsicht auf eine Werkzeughälfte eines Werkzeugs zum Herstellen eines Objektivs gemäß der 1 und
- 3 eine Schnittdarstellung des Werkzeugs gemäß 2 bei geschlossenen Werkzeughälften.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In der 1 ist ein Teilbereich einer Kamera 1 in Form einer Halbleiterkamera dargestellt, wie sie insbesondere als Bestandteil eines (Fahrer-) Assistenzsystems zur Überwachung eines Innenraums oder eines Außenraums eines Fahrzeugs verwendet wird.
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Die innerhalb eines im Einzelnen nicht dargestellten Gehäuses angeordnete Kamera 1 weist einen Schaltungsträger 2 mit darauf angeordneten elektronischen Bauelementen 3 und einem Imager 4 auf. Der Imager 4 ist über Drahtbondverbindungen 5 mit dem Schaltungsträger 2 elektrisch kontaktiert, wobei die Drahtbondverbindungen 5 beispielsweise mit einer (elastischen) Abdeckmasse 6 überdeckt sind.
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Der Imager 4 der Kamera 1 wirkt mit einem Objektiv 10 der Kamera 1 zusammen. Das Objekt 10 weist einen Optikträger 12 auf, der beispielsweise aus Kunststoff besteht und als Spritzgussteil ausgebildet ist. Der Optikträger 12 ist rotationssymmetrisch zu einer Längsachse 14 ausgebildet und weist zwei zylindrisch ausgebildete Abschnitte 15, 16 auf, die sich parallel zur Längsachse 14 bzw. konzentrisch zur Längsachse 14 erstrecken. Die beiden Abschnitte 15, 16 sind durch einen senkrecht zur Längsachse 14 verlaufenden Zwischenabschnitt 17 miteinander verbunden. Der Abschnitt 16, der dem Schaltungsträger 2 zugewandt ist, ist über eine Klebeverbindung 18 o.ä. mit dem Schaltungsträger 2 verbunden bzw. zum Imager 4 ausgerichtet.
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Der Optikträger 12 dient der Aufnahme eines hülsenförmigen Objektivträgers 20. Der Objektivträger 20 dient der Anordnung von beispielhaft vier, aus optischem Werkstoff, vorzugsweise aus Glaswerkstoff bestehenden Linsen 21 bis 24, die entlang der Längsachse 14 übereinander bzw. parallel zueinander angeordnet sind. Zur Ausbildung genau definierter axialer Abstände zwischen den einzelnen Linsen 21 bis 24 sind zwischen den Linsen 21 bis 24 Abstandshalteringe 25 bis 27 vorgesehen.
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Die zwischen den Linsen 21 bis 24 und radial innerhalb der Abstandshalteringe 25 bis 27 ausgebildeten Zwischenräume sind von einem Kunststoff, insbesondere einem elastischen bzw. halbelastischem Kunststoff ausgefüllt, wobei das Material des Kunststoffs einen vom Glaswerkstoff der Linsen 21 bis 24 (stark) unterschiedlichen Brechungsindex aufweist. Dadurch bildet der Kunststoff optische Linsen 30, 31 und 32 aus. Bei dem Kunststoff handelt es sich beispielsweise um Silopren LSR der Firma Momentive oder um Lumisil LSR der Firma Wacker mit einem Brechungsindex von 1,53.
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Wie anhand der 1 darüber hinaus erkennbar ist, ist der gesamte Zwischenraum zwischen den Linsen 21 bis 24 von dem Kunststoff der optischen Linsen 30 bis 32 ausgefüllt, sodass eine Anlage, vorzugsweise unter Ausbildung einer Haftverbindung, zwischen dem Kunststoff der optischen Linsen 30 bis 32 und den Linsen 21 bis 24 ausgebildet ist.
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Weiterhin erkennt man in Höhe der optischen Linsen 30 bis 32 auf gegenüberliegenden Seiten der Längsachse 14, d.h. um 180° zueinander versetzt angeordnete Durchbrüche im jeweiligen Abstandshaltering 25 bis 28 und im Objektivträger 20, die einen Kanal 36 ausbilden, und die von dem Kunststoff der optischen Linse 30, 32 ebenfalls ausgefüllt sind, verursacht durch die Herstellung der optischen Linsen 30 bis 32.
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Auch ist in der 1 erkennbar, dass ein Teilbereich der aus dem Abschnitt 15 herausragenden Linse 24 bzw. optischen Linse 32 radial um die Längsachse 14 von einer Klebenaht 35 umfasst bzw. umgeben ist.
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Die Herstellung des Objektivträgers 20 des Objektivs 10 erfolgt mittels eines in den 2 und 3 dargestellten Werkzeugs 100. Das Werkzeug 100 umfasst ein Werkzeugoberteil 101 und Werkzeugunterteil 102, die jeweils eine Werkzeughälfte ausbilden, und die zum Ausbilden der optischen Linsen 30 bis 32 entsprechend der Darstellung der 3 senkrecht zu einer gemeinsamen Trennebene 104 gegeneinander bewegt werden können, sodass das Werkzeug 100 nach außen hin abgedichtet ist. Beispielhaft sind in dem Werkzeugoberteil 101 Heizkanäle 105, 106 zur Temperierung vorgesehen.
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Entsprechend der Darstellung der 2 ist in dem Werkzeugunterteil 102 ein Angusskanal 108 ausgebildet, der eine Abzweigung 109 aufweist und in vier Formnestern 110 mündet. Die Formnester 110 sind durch im Werkzeugoberteil 101 und im Werkzeugunterteil 102 gebildete Ausnehmungen 112, 114 gebildet, in die der Objektivträger 20 mit den vormontierten Linsen 21 bis 24 und Abstandshalteringen 25 bis 27 als Baueinheiten einsetzbar ist. Der Angusskanal 108 mündet im Bereich der Ausnehmungen 112, 114 im Bereich der Kanäle 36. Auf der dem Angusskanal 108 abgewandten Seite sind die Kanäle 36 mit einem gemeinsamen Überlaufkanal 116 miteinander verbunden. Weiterhin erkennt man in der 3 mehrere Auswerferstifte 118, die bei geöffnetem Werkzeug 100 zum Auswerfen bzw. Freistellen der Objektivträger 20 aus dem Werkzeug 100 dienen, wie dies an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Ansaugkanal 108 ist beispielsweise mit einer Extruder- bzw. Dosierschnecke 120 verbunden, über die der verflüssigte Kunststoff in das Werkzeug 100 bzw. die Formnester 110 zuführbar ist.
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Zum Herstellen der vier Objektivträger 20 werden die vorab mit den Linsen 21 bis 24 und den Abstandshalteringen 25 bis 27 montierten Baueinheiten in die Formnester 110 eingebracht. Anschließend wird das Werkzeug 100 verschlossen und der Kunststoff zur Ausbildung der optischen Linsen 30 bis 32 über den Angusskanal 108 in die Formnester 110 eingebracht. Dabei füllt der Kunststoff die Zwischenräume zwischen den Linsen 21 bis 24 vollständig aus und bildet dadurch gleichzeitig die optischen Linsen 30 bis 32 aus. Nach dem Erstarren des Kunststoffs kann das Werkzeug 100 geöffnet und die Objektivträger 20 aus dem Werkzeug 100 entnommen werden. Die Komplettierung zu den Objektiven 10 erfolgt anschließend durch Montage der Optikträger 12.
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Das soweit beschriebene Objektiv 10 bzw. das Werkzeug 100 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist es beispielsweise grundsätzlich denkbar, zur Ausbildung der einzelnen Linsen 30 bis 32 nicht ein und demselben Kunststoff, sondern unterschiedliche Kunststoffe zu verwenden, um unterschiedliche optische Eigenschaften durch die Linsen 30 bis 32 zu erzielen. In diesem Fall ist es dann vorgesehen, dass das Werkzeug 100 zur Ausbildung jeder optischen Linse 30 bis 32 vorzugsweise einen separaten Angusskanal 108 aufweist. Auch ist es denkbar, den Optikträger 12 zusammen mit dem Objektivträger 20 als einstückiges bzw. monolithisches Bauteil auszubilden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009056658 B4 [0002]
