(57)【要約】【課題】空間領域中に配置された自動化設備を保護するためのカメラシステムの、簡単で費用効率のよい取り付け構造を提供する。【解決手段】システム本体28は、画像センサ72と、結像光学系を形成する複数の光学素子84とを内蔵したカメラユニット30を有している。カメラユニット30は、取り付けフランジ78を有する対物レンズ本体部76を備え、取り付けフランジ78により受け部56内に固定されている。またカメラユニット30は、画像センサ72が固定される部品支持基体66を有し、部品支持基体66は、少なくとも1つの円錐整列ピン98を介して対物レンズ本体部76に固定されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間領域（12）を監視するための、特に、前記空間領域(12)に配置された自動化設備（14）を保護するためのカメラシステムであって、
画像センサ（72）及び結像光学系を形成するための複数の光学素子（84）を有する少なくとも1つのカメラユニット（30）と、前記カメラユニット（30）の、少なくとも1つの受け部（56）を有するシステム本体（28）と、前記空間領域（12）に対して前記システム本体（28）を整列させるための取り付け部（32）と、前記光学素子（84）を配置するとともに、取り付けフランジ（78）を有する対物レンズ本体部（76）とを備え、
前記対物レンズ本体部（76）は、前記取り付けフランジ（78）により前記受け部（56）内に固定されている、カメラシステム。
【請求項２】
前記カメラユニット（30）は、前記画像センサ（72）が固定される部品支持基体（66）を有しており、前記部品支持基体（66）は、少なくとも1つの円錐整列ピン（98）を介して前記対物レンズ本体部（76）に固定されている、請求項1に記載のカメラシステム。
【請求項３】
前記画像センサ（72）が、センサハウジングを介さず、前記部品支持基体（66）に直接接合されている、請求項2に記載のカメラシステム。
【請求項４】
前記部品支持基体（66）及び前記対物レンズ本体部（76）が、前記画像センサ（72）用の防塵のための封入部（104）を形成している、請求項2又は3に記載のカメラシステム。
【請求項５】
前記少なくとも1つの円錐整列ピン（98）が配置される支持リング（92）を有することを特徴とし、前記対物レンズ本体部（76）が、前記支持リング（92）に対して好ましくはねじ付けられることにより、前記支持リング（92）に対して正確に取り付けられて固定されている、請求項2ないし請求項4のいずれか1項に記載のカメラシステム。
【請求項６】
前記取り付けフランジ（78）が、前記対物レンズ本体部（76）と一体に形成されている、請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のカメラシステム。
【請求項７】
前記結像光学系が入射瞳孔（112）を有し、前記対物レンズ本体部（76）が、前記画像センサ(72)の反対側にあって、前記入射瞳孔（112）に対して実質的に平坦な外面（108）を有している、請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載のカメラシステム。
【請求項８】
前記システム本体（28）が、少なくとも第1及び第2のカメラユニット（30a、30b、30c）用の少なくとも2つの受け部（56a、56b、56c）を有しており、前記少なくとも2つの受け部（56a、56b、56c）は、所定の、好ましくは不変の位置に配置され、互いに整列されている、請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載のカメラシステム。
【請求項９】
前記システム本体（28）が、前記取り付け部（32）を取り外し可能に固定するための整列受け部（38）を有している、請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載のカメラシステム。
【請求項１０】
前記整列受け部（38）が、内周縁（40）を有する切り抜き部であり、少なくとも3つの整列面（42）が前記内縁（40）に沿って配置されており、前記少なくとも3つの整列面（42）が所定の位置にあり、前記カメラユニット（30）の前記少なくとも1つの受け部（56）に対して整列されている、請求項9に記載のカメラシステム。
【請求項１１】
前記カメラユニット（30）の前記少なくとも1つの受け部（56）が、前記システム本体（28）に一体に形成されている、請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載のカメラシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間領域を監視するための、特に、空間領域中に配置された自動化設備を保護するためのカメラシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多くの産業及び非産業用途において、動作手順及び／又は生産工程は、自動化された仕方で実行されている。一般的な問題として、自動化された手順は、自動化設備の領域に存在する人又は物に対して危険を与え得る。保護目的で、光バリア、光グリッド、レーザスキャナ、安全ゲート及び防護ドアが通常使用されている。これらの要素は、自動化設備の周囲の空間領域を封鎖する目的で使用される。光バリア又は光グリッドに侵入すると、又は防護ドアが開くと、すぐに自動化設備の危険な動作が停止し、又は他の何らかの仕方で設備は安全な状態になる。
【０００３】
しかし、光バリア、光グリッド、防護ドア及び安全ゲートは柔軟性に限界があり、取り付け及び設置に比較的高い費用が必要である。レーザスキャナはいくぶん柔軟性があるが、危険な状況と安全な状況とを区別する能力の点で依然として限界がある。
ゆえに近年、危険の源となる自動化設備を保護するために、カメラシステムを利用する試みがなされている。例えば独国特許公報第199 38 639 A1号はそのような装置を開示しているが、この場合、カメラは依然として光バリア又は光グリッドに似た仕方で作動している。これは、カメラが設備の前に配置された公知の線形パターンを監視しているためである。例えば欧州特許第1 543 270 B1号に開示されているような最近の手法では、カメラシステムを使って、監視されている設備を含む空間領域の3次元画像を記録することを試みている。次いで、適切な画像評価により、柔軟な仕方で仮想の安全ゲートが設備の周囲に区画される。
【０００４】
しかし、このような手法は、3次元画像記録の解像度及び精度に対する要求が高い。さらに、カメラシステムに固有の安全性も確保する必要がある。つまり、好ましくない作動条件下及び／又はカメラシステムの機能不全の場合であっても、安全機能は作動する必要がある。
独国特許公報第10 2004 020 998 A1号は、先行技術装置、特に、安全関連のカメラシステム用の好ましい結像光学系（imaging optics）を開示している。しかし、この引例は、所望の機能的信頼性を確保し、その上、費用効率のよい取り付けが可能なこのようなカメラシステムの、安定していて信頼できる機械的設計についてなんら提案を行っていない。
【０００５】
むろん、カメラの設計についての機械的構造は、他の分野の用途にも見られる。例えば、米国特許公報第2003/0025826 A1号及び特開第2000-089 122号に言及することができる。これらの文献は、携帯電話、パーソナルコンピュータ、自動車又はドアカメラ（door spies）における用途に使用される小型カメラの機械設計についての提案を含んでいる。しかし、これらのカメラシステムは、その機能として、危険な設備を保護するために空間領域の3次元画像を記録することができず、この目的を想定してもいない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許第199 38 639 A1号公報
【特許文献２】欧州特許第1 543 270 B1号明細書
【特許文献３】独国特許第10 2004 020 998 A1号公報
【特許文献４】米国特許第2003/0025826 A1号公報
【特許文献５】特開第2000-089122号公報
【特許文献６】独国特許第01 2004 020 331 C1号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上に挙げた文献は、複数のカメラを費用効率のよい仕方で、非常に高い精度で統合し、立体カメラシステムを形成するための提案をなんら含んでいない。立体カメラシステムでは、立体画像評価により空間領域の3次元画像を生成するために、2台以上のカメラを使用する。これには、少なくとも2台のカメラを、互いに対して非常に正確に配置することが必要である。
【０００８】
この背景に照らして、本発明の目的は、空間領域を監視するための、特に、空間領域中に配置された自動化設備を保護するためのカメラシステムの、簡単で費用効率のよい取り付けを可能にする機械的構造を提供することである。特に、立体カメラシステムの、費用効率がよく信頼できる取り付けを可能にする機械的構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の目的は、画像センサ及び結像光学系を形成する複数の光学素子を有する少なくとも1つのカメラユニットと、カメラユニットのための少なくとも1つの受け部を有するシステム本体と、空間領域に対してシステム本体を整列させるための取り付け部とを備え、光学素子は、取り付けフランジを有する対物レンズ本体部内に配置され、対物レンズ本体部は、取り付けフランジにより受け部内に固定されているカメラシステムにより達成される。
【００１０】
ここで、受け部及び取り付けフランジは、対物レンズ本体部がシステム本体の受け部にぴったりはまって保持されるように、少なくとも部分的に補完し合うような形状であることが好ましい。
このカメラシステムにおいて、（複数のピクセルを有する）画像センサと光学素子とを本質的に含むカメラユニットは、その対物レンズにより、又はその対物レンズ上で、システム本体上に固定されている。対物レンズは、光学素子と、光学素子が固定される対物レンズ本体部とを備えている。対物レンズ本体部が、システム本体の受け部に適合する取り付けフランジを有していることにより、システム本体への取り付け時に、カメラユニットの結像光学系（imaging optics）が整列される。この場合、受け部及び取り付けフランジの少なくとも部分的に補完し合う設計により、高い精度が可能になる。
【００１１】
この手法は、複数のカメラユニット、好ましくは同じ種類の複数のカメラユニットが、共通の一体成形されたシステム本体に固定されている場合に、特に有利である。これは、さまざまなカメラの結像光学系を、このようにして、複雑な再調整の必要なしに、高い精度で互いに整列させることができるためである。つまり、本新規なカメラシステムにおける取り付け公差は、システム本体と対物レンズ本体部の取り付けフランジとを作成することができる精度に、実質的に依存している。システム本体及び対物レンズ本体部はともに、本発明の好ましい改良形態において、寸法の安定したCNC加工された材料、特に金属から製造されるため、複数のカメラユニットの結像光学系を、互いに対し非常に正確に、特に互いに対し平行に整列することができる。しかし、本発明は、1つのカメラユニット（例えば、光信号の伝播時間測定により、空間領域における対象への統合された距離測定を可能にするカメラユニット）しか持たないカメラシステムに適用することもできる。
【００１２】
通常、結像光学系は、カメラシステムの従来の取り付けにおいて、画像センサに整列されている。本明細書では、状況が逆である。対物レンズの取り付けフランジにより、結像光学系は、システム本体に対する正確に規定された接続を提供する。画像センサの取り付けが、関連する結像光学系に続く。
本新規な手法は、結像光学系を含むカメラユニットを比較的容易に取り換えることができ、好ましい設計において調整に特別な費用を必要としないというさらなる利点を有している。これは、取り換えユニットの整列が、実質的に取り付けフランジの製造公差のみに依存しており、この製造公差は、CNC加工された金属製の、又は金属を含む対物レンズの場合、非常に小さくできるためである。
【００１３】
ゆえに、上記目的を完全に達成することができる。
本発明の好ましい改良形態において、カメラユニットは、画像センサが固定される部品支持基体を有しており、この部品支持基体は、少なくとも1つの円錐整列ピンを介して対物レンズ本体部に固定されている。少なくとも1つの円錐整列ピンはその下端に、取り付けられた状態で部品支持基体が押し付けられる保持フランジ（bearing flange）を有しているのが好ましい。部品支持基体は、3つの円錐整列ピンを介して対物レンズ本体部に固定されているのが有利である。さらに、部品支持基体は、縁が保持フランジ上に乗る孔であって、整列ピンが大きめの寸法で（with an oversize）係合する孔を有しているのが好ましい。整列ピンはこの場合、対物レンズ上に配置されている。
【００１４】
これらの好ましい改良形態により、画像センサ及びさらに対物レンズの取り付けが簡単になり、画像センサを結像光学系と整列させる際に、特に高い精度が可能になる。好ましいCNC加工により、円錐整列ピンを、高い精度及び低い製造公差で、寸法が安定した材料、好ましくは金属から製造することができる。部品支持基体の3つの対応する孔に係合する3つの整列ピンを使用することで、あらゆる取り付け公差がさらに平均化される。大き目の寸法の整列ピンと部品支持基体が（例えばねじで）押し付けられる保持フランジとを使用することは、調整に費用をかけることなく、高い再現性を可能にする非常に正確に規定された位置及び非常に安定した耐振性の支持につながる。整列ピンを対物レンズ上に配置することは好ましい。これは、それによって部品支持基体を画像センサに対し、より費用効率のよい仕方で実施できるためである。
【００１５】
さらなる改良形態において、画像センサ（チップ）は、センサハウジングなしで、部品支持基体に直接接合されている。
この改良形態には、画像センサの重要なアクティブなピクセル面が、カメラユニットの結像光学系と正確に整列されるという利点がある。画像センサとセンサハウジングとの間の取り付け公差（ここでは存在せず）は回避される。画像センサはここで、部品支持基体の孔に直接整列され、他の種類の特別な位置マークを有していないのが有利である。これは、整列に対する製造公差の影響が、それによってさらに減少するためである。
【００１６】
さらなる改良形態において、部品支持基体及び対物レンズ本体部は、画像センサ用の防塵の封入部（encapsulation）を形成している。
この改良形態は封入部が、特にＯリング、又は以下に記載する支持リングなどのさらなる取り付け要素の形態の、1つ以上の封止を含むことを妨げない。これには、画像センサがセンサハウジングなしで形成されている場合でも、画像センサのアクティブな面を環境の影響から保護することができるという利点がある。さらに、小さくてコンパクトなカメラユニットは、特に簡単で費用効率のよい仕方でシステム本体に固定することができ、これにより、欠陥のあるカメラユニットをあとで取り換えることも容易になる。
【００１７】
さらなる改良形態において、カメラシステムは、少なくとも1つの円錐整列ピンが配置されている支持リングを含んでおり、対物レンズ本体部は正確にはめ込まれて支持リングに固定されている。少なくとも1つの円錐整列ピンは、支持リングと一体に形成されているのが好ましく、これにより取り付け時の精度がさらに向上する。さらに、本改良形態において、対物レンズ本体部は支持リングに直接ねじ込まれているのが好ましい。この場合、対物レンズ本体部及び支持リングはそれぞれ、ねじ筋を有しており、ねじ筋は互いに同心であり、互いに係合する。
【００１８】
これらの改良形態により、対物レンズ本体部を画像センサに対して簡単に軸方向に移動することができ、それにより簡単に焦点を合わせることができる。さらに、直接ねじ込むことで、支持リングと対物レンズ本体部との間に、非常に正確で安定した接続を提供できる。
さらなる改良形態において、取り付けフランジは、対物レンズ本体部と一体に形成されている。対物レンズ本体部は回転対称であるのが好ましく、そのため、１回のチャック動作で（with a single chucking）回転部分として製造することができる。その結果、取り付けフランジは、光学素子用の受け部を、実質的に同心に囲んでいるのが好ましい。
【００１９】
これらの改良形態により、対物レンズ本体部の特に簡単で費用効率のよい製造が可能になる。さらに、これらは、取り付け公差のさらなる減少に貢献する。
さらなる改良形態において、結像光学系は入射瞳孔（entry pupil）を有し、対物レンズ本体部は、画像センサの反対側を向く外側であって、入射瞳孔に対して実質的に平坦である外側を有している。
【００２０】
この改良形態において、対物レンズ本体部の外側は、入射瞳孔に対し実質的に平坦なシステム開口を形成している。このような結像光学系は、冒頭に述べた種類のカメラシステムに対して、大きな利点を有している。これは、検知の信頼性を損なうカメラ光学系の汚れを効果的に抑える（master soiling）ことができるためである。特に、このような結像光学系は、カメラ光学系の1つの汚れが画像センサの1つの閉塞（singular occlusion）につながらないという利点がある。
【００２１】
対物レンズ本体部の外側は、入射瞳孔と同心であるのが好ましく、結像光学系の開口よりも何倍も（10倍又はそれ以上）（factor 10 and higher）大きく、これにより、外側はカメラシステムの「外壁」の一部を形成する。この改良形態により、結像光学系の広い視覚が得られ、清掃が簡単になる。
さらなる改良形態において、システム本体は、少なくとも第1及び第2のカメラユニット用の少なくとも2つの受け部を有しており、少なくとも2つの受け部は所定の位置にあり、互いに整列配置されている。システム本体は、少なくとも2つの受け部が共通の平面において互いに規定の距離を置いている実質的な平板であるのが好ましい。
【００２２】
この改良形態は、立体的に作動するカメラシステムにとって特に好ましい。しかし、これは、冗長性目的で複数のカメラユニットが使用されるカメラシステムにも使用することができる。この改良形態において、少なくとも2つのカメラユニットが互いに対して配置され整列される精度は、システム本体の製造の精度に依存している。現在のCNC製造技術により、非常に高い寸法安定性が達成されるため、少なくとも2つのカメラユニットを、非常に費用効率よく高い精度で互いに対して取り付けることができる。
【００２３】
実質的な平板としてのシステム本体の設計には、少なくとも2つのカメラユニットにより記録される画像を、互いに容易に変換できるという利点がある。しかし、少なくとも2つのカメラユニットを、互いに対し規定の角度で整列させることも考えられる。
さらなる改良形態において、システム本体は、取り付け部を取り外し可能に固定するための整列受け部を有している。取り付け部は、少なくとも1つの軸に沿って変位することのできる関節のあるアームであって、カメラシステムを建物の壁又は建物の天井、カラム、マストなどに取り付けるための固定要素を有する関節のあるアームであるのが好ましい。
【００２４】
取り付け部をシステム本体に対して取り外し可能に固定することにより、新たに機械的整列を行うことなしに、カメラシステムの非常に簡単で費用効率のよい取り換えが可能になる。
さらなる改良形態において、整列受け部は、内周縁を有する切り抜き部であり、少なくとも3つの整列面が内縁に沿って配置されており、少なくとも3つの整列面は所定の位置にあり、カメラユニット用の少なくとも1つの受け部に対して整列されている。
【００２５】
内周縁に沿った少なくとも3つの別個の整列面を使用することにより、取り外し可能な取り付け部の、システム本体への非常に正確に規定された接続が可能になる。さらに、少なくとも3つの配置面が、カメラユニット用の受け部に対して、整列された状態で、正確な位置にあるため、カメラユニットの正確な整列が、システム本体と取り付け部との間の機械的接続のみによって達成される。すでに上述した改良形態とともに、本改良形態は、複数のカメラユニットを有する立体カメラシステムが関係している場合であっても、調整に大きな費用をかけずに本新規なカメラシステムを取り付け、適切であれば、取り換えることができるという事実に貢献する。
【００２６】
さらなる改良形態において、カメラユニット用の少なくとも1つの受け部が、システム本体に一体に形成されている。
この改良形態において、システム本体は、少なくとも1つの受け部と一体に形成されている。この改良形態は有利なことに、取り付け公差をさらに削減することに貢献する。カメラユニットの整列の精度がさらに向上する。
【００２７】
言うまでもなく、上述した、及び以下にさらに説明する特徴は、本発明の請求の範囲を逸脱することなく、個々に詳述した組み合わせだけでなく、他の組み合わせ、又は単独でも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るカメラシステムを有する安全装置の略図である。
【図２】本新規なカメラシステムの好ましい例示的な実施形態の、斜め下方から見た斜視図である。
【図３】図2のカメラシステムの斜め上方から見た斜視図である。
【図４】全部で3つのカメラユニットのうちの2つを有する、図2及び図3のカメラシステムのシステム本体を示す図である。
【図５】図2〜図4のカメラシステムのカメラユニットの横断面図である。
【図６】光学活性の入射瞳孔の模式図を含む、図5のカメラユニット用の結像光学系の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の例示的な実施形態を図面に示し、以下の詳細な説明において、より詳しく説明する。
自動化設備全体を保護する装置を、図1に参照番号10で示す。装置10は、自動化設備（ここではロボット14）が配置される空間領域12を監視する。装置10は、空間領域12に向けられたカメラシステム16を含んでいる。カメラシステム16は、制御器18に接続されている。制御器18は、カメラシステム16により記録された空間領域12の画像を評価し、危険な状況が検知されたときに、その機能としてロボット14を停止するよう設計されている。
【００３０】
図1の代替案として、カメラシステム16及び制御器18を共通のハウジングに統合することもでき、その場合、制御器18はカメラ画像を使って設備14のスイッチを切るための切り換え信号を生成し、それを出力19において供給する。
参照番号20は、空間領域12を照明するために任意で設けることができる光源を示している。本発明のいくつかの例示的な実施形態では、光源20は、空間領域12内の物体までの距離を判断できるようにする伝播時間を有する光信号を生成することができる。しかし、現在の好ましい実施形態では、光源20は単に空間領域12を照明するだけである。空間領域12の3次元の検知は、立体画像記録により行われる。その結果、現在の好ましい例示的な実施形態のカメラシステム16は、図2〜図4を参照して以下に説明するように、少なくとも2つのカメラユニットを有する。
【００３１】
参照番号22は、観察される空間領域12内に配置される2つの参照マークを示している。参照マーク22は、好ましい例示的な実施形態において、カメラシステム12が作動しているときの正確な方向を監視するのに使用する。
カメラシステム16の好ましい例示的な実施形態を、図2〜図4に示す。カメラシステム16はここで、実質的に平板の形態のシステム本体28（図4）を有している。板28はここで、おおよそ菱形のベース面を有している。システム本体28の4つの「角部」のうち3つに、全部で3つのカメラユニット30a、30b、30cが配置されている。カメラユニット30a、30b、30cの設計については、図5を参照しながら以下にさらに詳細に記載する。カメラユニット30の、システム本体28への固定については、図4を参照して以下にさらに説明する。
【００３２】
参照番号32は、カメラシステム16を壁、マストなど（ここには図示せず）に固定することのできる取り付け部を示している。取り付け部32はここで、少なくとも2つの互いに直交する回転軸の回りをシステム本体28が回転できるようにする複数のピボット継ぎ手（pivot joints）34及び36を有する取り付けアームである。
システム本体16は、取り付け部32をシステム本体16に接続するための整列受け部38を有している（図4参照）。整列受け部38はここで、内周縁40を有する実質的に三角形の開口部又は切り抜き部（cutout）である。内縁40に沿って、1本の直線上にはない3つの別個の整列面42が形成されている。各整列面42はここで、内縁40に沿った段差の形態である。
【００３３】
参照番号44は、偏心要素45に配置された取っ手を示している。偏心要素45は、整列受け部38において、取り付けアーム32の下側の自由端につなぎ部（mating part）46を固定するために使用することができる。配置面42により、つなぎ部46はシステム本体28に対して正確に規定された位置に置かれる。くわえて、システム本体28に配置される3つのねじ48があり、これらのねじは三角形の整列受け部38の周りに分散配置されている。ねじ48は、取り付け部32の根元（foot）49の対応するねじ孔に係合され、取り付け部32の根元をシステム本体28の上側平坦面に引き付ける。全体として、システム本体28と取り付け部32との間で、安定しているが容易に分離できる接続が、整列受け部38、整列面42、つなぎ部46、ねじ48及び根元49の平坦面及びシステム本体28により達成される。システム本体28及び取り付け部32の互いに対する位置はここで、高い精度で再現可能である。
【００３４】
参照番号50は、システム本体28の裏側に配置される覆いを示している。覆い50は、システム本体28と組み合わさってカメラユニット30a、30b、30c及びさらなる電子的部品のためのハウジングを形成し、これらの構成要素を保護している。
図4に示すように、この例示的な実施形態では、システム本体28は、それぞれカメラユニット30を挿入することのできる3つの受け部56を有している。受け部56は、段差縁輪郭（stepped edge profile）60を有する貫通開口部58の形態である。好ましい例示的な実施形態では、貫通開口部は、閉じた円形の延びた縁輪郭60を有する円形の貫通開口部58である。各貫通開口部58の内径は、システム本体28の裏側（図4の平面図の上側）において、システム本体28の反対の表側よりも大きい。これによって段差縁輪郭60は、対応するつなぎフランジを有するカメラユニット30をシステム本体28の裏側からはめることのできる円形の延びたフランジを形成している。
【００３５】
縁輪郭60の両側に、締め付け部材62、64が配置されており、締め付け部材62、64により、挿入されたカメラユニット（図4のカメラユニット30ｂ，30ｃ）を受け部56に固く押し込むことができる。
好ましい例示的な実施形態では、締め付け部材62、64は、取り付けフランジの裏側をつかんでいる。取り付けフランジについては、図5を参照して以下にさらに詳細に記載する。締め付け部材64はこの場合、部品支持基体66の切り抜き部68に係合しており、各カメラユニット30の回転位置も、受け部56の内側に独特の仕方で固定されている。
【００３６】
この例示的な実施形態では、システム本体28は、システム本体28の平面において三角形を区画する全部で3つの受け部56を有している。この例示的な実施形態では、受け部56a、56bの互いからの距離及び受け部56a、56cの互いからの距離は、正確に同じであり、それぞれ不変である。これら2つの距離はそれぞれ、カメラの対30a、30b及び30a、30cそれぞれの立体評価用の基準幅を形成する。原則として、カメラの対30b、30cを別個の立体評価用に使用することもできる。2つのカメラの対30a、30b及び30a、30cは共通の直線に沿って配置されていないため、例えば他の物体に隠されているなど、個々のカメラの対に見えない空間領域12中の物体を検知することができる。さらに、3つのカメラユニットにより、空間領域におけるあらゆる所望の物体からの距離を確実に決定することができる。2つのカメラユニットのみを試用する場合、基準幅に平行に延びる細長い輪郭からの距離を決定するのが不可能なことがある。
【００３７】
カメラユニット30の機械的設計を、図5の横断面図に示す。各カメラユニット30は、互いにマトリックス状に配置された複数のピクセルを有する画像センサ72を有している。
本発明の好ましい例示的な実施形態では、これは、参照により組み込まれる独国特許第01 2004 020 331 C1号に記載のCMOS画像センサである。画像センサ72は、部品支持基体66の下側に配置されている。好ましい例示的な実施形態では、画像センサ72は、専用のセンサハウジングなしで、部品支持基体66に直接接合されている。適切なボンディングワイヤを参照番号74で示している。ゆえに、画像センサ72を有する半導体チップは、部品支持基体66に「裸」で固定されている。
【００３８】
参照番号76は、周方向の取り付けフランジ78を有する対物レンズ本体部を示している。締め付け部材62、64は、取り付けフランジ78を受け部56内へ、その裏側（図5では上側）から押し込んでいる。
好ましい例示的な実施形態では、対物レンズ本体部76は回転対称の回転部分であって、取り付けフランジ78は外側に向かって突き出しており（outwardly pointing）、対物レンズ本体部76の最大外径を決定する周方向のフランジである。しかし、原則として、対物レンズ本体部76は、曲がった（angular）基本形状を有していてもよい。
【００３９】
取り付けフランジ78の下方には、周方向の環状溝80が配置されている。この環状溝80は、システム本体28の受け部56にカメラユニット30を挿入する際に、Ｏリング（ここでは図示せず）を保持するためのものである。この場合、取り付けフランジ78の環状面82は、図5では下方を向いており、縁輪郭60の対応するつなぎ面に押し当てられる（bears against）。
【００４０】
対物レンズ本体部78の長手方向の中心軸と同心に、光学素子84用の受け部が配置されている。つまり、対物レンズ本体部78は、光学軸85が対物レンズ本体部78の長手方向の中心軸と同一になるように、結像光学系の光学素子84を保持している。ここで、光学素子84は、環状ギャップ88により同心に囲まれる中央環状部86内に配置されている。環状ギャップ88の径方向外側90は、対物レンズ本体部78を支持リング92にねじ止めするためのねじ溝（ここでは図示せず）を有している。参照番号94は、対物レンズ本体部78上方で（すなわち、対物レンズ本体部78と部品支持基体66との間で）、支持リング92の外部ねじ溝に対してねじ込まれるロックナットを示している。ロックナット94は、部品支持基体66及び画像センサ72に対する、対物レンズ本体部78の軸方向の調整位置を固定する。Ｏリング96は、あそびなしで予備負荷を達成するために、対物レンズ本体部78とロックナット94との間に配置されている。
【００４１】
光学素子84とともに、対物レンズ本体部78はカメラユニット30の対物レンズを形成している。この対物レンズは支持リング92を介して部品支持基体66に接続されている。この目的で、支持リング92は、部品支持基体66の対応する孔100に係合する3つの円錐整列ピン98を有している。この例示的な実施形態では、整列ピン98は、各孔100の縁領域が乗る環状の保持フランジ101を有している。ここで部品支持基体は、ねじ102によって保持フランジ101に押し付けられる。くわえて、円錐整列ピン98は、孔66の内径に関し、保持フランジ101の領域において大き目の寸法を有しており、それゆえに、ピン98は孔100に押し込まれる。つまり、各整列ピン98の外径は、保持フランジ101の上方の領域において、各孔66の内径よりもわずかに大きい。これにより、確実で特に耐衝撃性の接続が得られる。
【００４２】
図4のカメラユニット30b、30cの平面図に示すように、ねじ102及び対応する整列ピン98は、その中心に画像センサ72が配置される正三角形を区画するように配置されている。好ましい例示的な実施形態では、部品支持基体66上の画像センサ72が、取り付け公差をさらに最小化するために、孔100（可能なマークのない）と整列されている。3つの孔100が画像センサ72を囲んでおり、整列ピン98が大き目の寸法のその外部円錐に基づきセンタリングを行っているため、取り付け公差は事実上除去されている。
【００４３】
部品支持基体66及び対物レンズ本体部78は、さらなるＯリング106により外部から防塵されて封止されている内部空間104を形成している。好ましい例示的な実施形態では、Ｏリング106は、部品支持基体66の下側の画像センサ72の周りに配置された円形の銅表面（ここでは図示せず）上にある。さらに、Ｏリング106は、支持リング92の段状の環状輪郭内に保持されている。これにより、画像センサ72の特に密で耐衝撃性の封入部が実現する。
【００４４】
カメラユニット30は取り付けフランジ78によりシステム本体28に固定されているため、部品支持基体66の反対側を向いている対物レンズ本体部76の端面108が、カメラシステム16の前側の一部を形成する。つまり、対物レンズ本体部76の外側108は、受け部56の中で大部分を見ることができる。外側108の中央には、結像光学系の前側ガラス面110が配置されている。この前側ガラス面110は、結像光学系の清掃を容易にするために、外側108に対して平坦である。さらに、前側ガラス面110は、これと同心である対物レンズ本体部76の外側108の数分の一の大きさである。くわえて、結像光学系の入射瞳孔112は前側ガラス面110上にあり、それゆえに、対物レンズ本体部76の外側108を形成する機械的システム開口に対して平坦である。入射瞳孔112のこの位置を、図6に模式的に示している。これにより、1つの汚れによる画像センサ72の小領域の1つの閉塞（a singular occlusion）を避けることができる。
【００４５】
全体として、「画像センサの孔100との整列、整列ピン98の係合、支持リング92の対物レンズ本体部へのねじ込み、カメラユニット30の取り付けフランジ78への整列及び固定、受け部56の配置面42との整列、及び配置面42を介した取り付け部32のシステム本体28への接続」を含む一連の作用の効果により、個々のカメラユニット30が、調整に追加の費用をかけずに、取り付けられて互いに整列され、整列及び取り付けの精度がシステム本体28、対物レンズ本体部76及び支持リング92の製造公差に依存するカメラシステム16を実現する。これら3つの構成要素は、CNC加工により非常に高い精度で製造されるのが好ましいため、カメラシステム16の、費用効率がよく安定した構成が達成される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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