专利名称：用于连接第一光学部件与第二部件的装置及方法
技术领域：
本发明涉及用于连接第一光学部件与第二部件的装置及制造该装置的方法。
背景技术：
在一个光学部件、例如一个物镜与另一部件、例如一个图像传感器连接时，需要两个部件精确地配置，以便满足完好的光学功能。在此情况下需要补偿各部件本身或其支架精度的不足。
发明内容
本发明的任务在于，以简单的方式来克服上述的困难及获得这些部件的稳固的、长使用寿命的连接。
在本发明的装置上该任务被这样地解决在第一部件上与第二部件上的各一个支承面之间夹紧着至少两个环形的接合部件，它们的厚度楔形地分布，其中这些接合部件在它们的相互旋转及它们的相互移动方面处于这样的位置，使得第一部件与第二部件占有一个预定的相互位置。
在本发明的装置中，所述连接不使用粘接材料地实现，由此之前进行的调整的尺寸精度尽管受老化及环境影响总能被保持。可以使用成本合适的标准化接合部件，它们以高的刚度而著称。此外，本发明装置的调整及装配可用简单方式实现。并且在极端的气候条件下通过使用统一的材料可达到高的使用寿命。
通过两个环形接合部件的旋转可以调节出零度与每个接合部件所夹角度的两倍之间的任意倾斜位置上。两个待连接部件之间的距离可通过接合部件的相互间横向移动调节出。
根据本发明的装置的一个优选的应用例在于，第一部件是一个物镜及第二部件是一个图像传感器。但本发明的应用并不局限于此，而可在彼此精确调节地连接的所有部件上实施。
本发明装置的一个优选构型在于，为了夹紧接合部件设置了一些法兰，这些法兰借助螺钉被相互夹紧。借助螺钉的夹紧被证明是有利的。但原则上其它的可能性也可适用，例如使用弹性的夹子。
在本发明的一个进一步构型中，两个部件之间结构空间的气密封闭这样来实现，即这些接合部件至少部分地构成第一部件与第二部件之间一个封闭的空间的侧壁。由此达到用于EMV保护的屏蔽。
在本发明的装置上最好考虑接合部件由金属组成。对于专业人员来说，在稳定性，使用寿命及对环境影响的抵抗能力方面存在着合适的金属可供使用。需要时，本发明的装置尤其在外部可设有漆层或其它合适的涂层。
视应用情况而定在根据本发明的装置上可考虑环形接合部件的外部具有圆形的形状。在需要时也可设置其它形状的、例如矩形的接合部件。
只要根据本发明的装置不被一个外壳包围，而是接合部件构成壳体的至少一部分，在本发明的装置上可考虑接合部件的数目及楔角的大小被这样地选择，以致保证了所需的调节范围，而没有对接合部件的整体的外形的不良影响。
尤其当楔角大的情况下，有利的是为了提高附着，接合部件的接触面被结构化。
本发明还包括用于制造连接第一光学部件与第二部件的装置的方法，其中在第一部件上与第二部件上的各一个支承面之间夹紧着至少两个环形的接合部件，它们的厚度楔形地分布，及其中这些接合部件在它们的相互旋转及它们的相互移动方面处于这样的位置，使得第一部件与第二部件相互占有一个预定位置，在该方法中本发明提出这些部件借助一个合适的机械手彼此被移动到一个第一位置上，其中为环形接合部件所设的支承面被用预给定的力相互压在一起；存储该第一位置的各坐标；将这两个部件运动到一个第二位置，该位置在所需的光学功能上是最佳的；由这些位置的差计算这些接合部件的旋转及横向移动量；在考虑到所计算的横向移动及旋转量的情况下将这些接合部件置于并夹紧在这些部件之间。
这些方法步骤可尽可能地自动化，由此可保证本发明的装置的成本合适的制造。
在用于制造本发明的装置的另一方法中提出，为了制造接合部件设有两个载体，它们各具有一个平的表面，这两个载体夹有一个与一个接合部件的厚度分布相应的角度；在所述表面的与待制造的接合部件的支承面相应的部位上各沉积一个金属层；通过施加其它的金属使这些金属层彼此连接；并且使制成的接合部件由这两个载体的表面脱开。
通过该方法可实现这些接合部件成本有利的及精密的制造，其中在平面度、配合及表面粗糙度意义方面的精密性由一个制造好的工具转移到接合部件上。作为载体的材料适合的例如是玻璃陶瓷，玻璃或陶瓷。在此情况下载体可为条状的，由此可并列地制造多个接合部件。接合部件的接触面作为金属镜面通过蒸镀(溅射或真空蒸发)来沉积。对此适合的材料例如为铜，镍或银。在另一处理步骤中接合部件的被蒸镀上的接触面通过电解被增厚，直到达到约0.1mm的厚度。在此，可考虑用相同的材料。
在第三处理步骤中，将接合部件的上及下接触面彼此相连接。根据该方法的第一实施形式，这可这样来实现，即金属层的连接通过浸入浸焊槽来实现。
一个第二实施形式则在于为了连接两个金属层，将一个在尺寸精度上具有小的要求的中间件置于这些金属层之间；及通过浸入浸焊槽使这些金属层与中间件相连接。
在一个第三实施形式中提出这些金属层首先通过电解被增厚；及使被增厚的金属层彼此导电地连接并作为阴极浸入一个电解槽，直到金属层之间的空间被填满金属为止。
本发明的实施例借助多个图被表示在附图中及在以下的说明中详细地描述。附图为图1根据本发明的装置的一个概要视图，图2在实施本发明的方法时的几何关系及参数，及图3用于实施本发明的另外的方法的装置。
具体实施例方式
图1以剖视图概要地表示一个摄像机，它例如用于机动车技术中的光学传感器。一个概要表示为由一个透镜组成的物镜1被保持在一个支架2中，该支架同时为第一壳体部件。一个第二壳体部件3在一个冷却体4上承载有一个半导体图像传感器5。被摄取的场景借助该物镜1成像在该半导体图像传感器上。
为了调节物镜1及图像传感器5的正确位置，设有两个接合部件6，7，它们借助两个法兰8，9及分布在圆周上的螺钉10，11被夹紧在这两个壳体部件2，3之间。接合部件6，7的厚度具有一个楔形的分布，由此通过接合部件相互间的转动及移动可使壳体部件2，3及因此使物镜1及图像传感器5相互偏转及可调节它们的距离。
以下将参考图2中所示的参数来描述根据本发明的装置的制造方法。首先将壳体部件2夹紧。壳体部件3由一个机械手握住。该机械手具有六个自由度，因此它也被称为六足机器人(Hexapod)。该机械手使壳体部件3向着壳体部件2运动，以致使支承面12，13彼此靠放及用一个预给定力彼此相压着。接着这样地进行初始化，即存储坐标x，y及z。
然后，由机械手使壳体部件3运动，直到它处于一个位置上，在该位置上图像传感器5给出一个最佳的图像质量。因此已知了坐标x，y，z，u，v，w。对于图像质量的测量有合适的测量装置供使用。
两个接合部件6，7的位置由所述最佳位置的坐标来计算，即x1，y1，1，x2，y2，2。两个接合部件6及7被接合在一起，其中通过接合部件5，6相互转动1-2来调节u及v。当u及v低于一个极限值时，将通过横向移动来调节两个接合部件6，7高度h1+h2的总和的尺寸公差范围下限，这允许可靠的装配。
现在为了装配将两个接合部件6及7在移动方向(1，2)上定位。被定位的接合部件对被置入移动位置及为了装配被移动到壳体部件2及3之间。为了得到足够大的u，v现在在壳体部件2，3之间一直移动接合部件对6，7，直到力超过一个预定的阈值为止。然后通过面接触进行密封。当u，v过小时，该被调节的尺寸公差范围下限必需通过相反的横向移动来一直校正，直到这些力分别超过预定的阈值为止。
然后将壳体部件2及3用螺钉相互连接，以使得这些力分别正好低于一个预定的低阈值。因此通过力的自由度得到了尺寸精度。
图3用于说明制造接合部件的不同方法，其中每两个平面21，22形成了与楔角相对应的面。在第一步骤中，在载体23，24的表面21，22上施加接合部件的接触面(图3a)，由此在每个表面21，22上形成了一个由金属层25，26组成的环(图3b)。在其它的过程步骤中，带有两个金属层25，26的两个载体23，24被浸入一个浸焊槽中。通过合适的过程控制，金属层25及26被相互连接，由此当焊料硬化后通过载体23，24的加热可使制造好的接合部件27脱出(图3c)。
在根据图3d的第二方案中，在浸入浸焊槽中前在金属层25，26之间施加一个粗加工的中间件28，对该中间件的尺寸精度可提出小的要求并且它因此可作为冲压件来制造。在置入浸焊槽后进行与第一方案相同的处理步骤。
第三方案(图3e)在于两个金属层25，26作为共同的阴极29被触点接通及再被沉入到电解槽中。在合适的过程控制中，在足够小的沉积率下使两个金属层25，26电解地相互连接。在上侧及下侧完全连接后通过载体23的加热使接合部件脱出。
权利要求
1.用于连接第一光学部件(1，2)与第二部件(5，3)的装置，其特征在于在第一部件(1，2)上与第二部件(5，3)上的各一个支承面(12，13)之间夹紧着至少两个环形的接合部件(6，7)，它们的厚度楔形地分布，其中这些接合部件(6，7)在它们的相互旋转及它们的相互移动方面处于这样的位置，使得第一部件(1，2)与第二部件(5，3)占有一个预定的相互位置。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于第一部件是一个物镜(1)及第二部件是一个图像传感器(5)。
3.根据权利要求1或2的装置，其特征在于为了夹紧这些接合部件(6，7)设置了一些法兰(8，9)，这些法兰借助螺钉(10，11)被相互夹紧。
4.根据以上权利要求中一项的装置，其特征在于接合部件(6，7)至少部分地构成第一部件(1，2)与第二部件(5，3)之间一个封闭的空间的侧壁。
5.根据以上权利要求中一项的装置，其特征在于接合部件(6，7)由金属组成。
6.根据以上权利要求中一项的装置，其特征在于环形接合部件(6，7)的外部具有圆形的形状。
7.根据以上权利要求中一项的装置，其特征在于这些接合部件(6，7)的数目及楔角的大小被这样地选择，使得保证所需的调节范围，而没有对接合部件(6，7)的整体的外形的不良影响。
8.根据以上权利要求中一项的装置，其特征在于为了提高附着，接合部件(6，7)的接触面被结构化。
9.用于制造连接第一光学部件与第二部件的装置的方法，其中在第一部件上与第二部件上的各一个支承面之间夹紧着至少两个环形的接合部件，它们的厚度楔形地分布，及其中这些接合部件在它们的相互旋转及它们的相互移动方面处于这样的位置，使得第一部件与第二部件相互占有一个预定位置，其特征在于这些部件借助一个合适的机械手彼此被移动到一个第一位置上，其中为环形接合部件所设的支承面被用预给定的力相互压在一起；存储该第一位置的各坐标；将这两个部件运动到一个第二位置，该位置在所需的光学功能上是最佳的；由这些位置的差计算这些接合部件的旋转及横向移动量；在考虑到所计算的横向移动及旋转量的情况下将这些接合部件置于并夹紧在这些部件之间。
10.用于制造连接第一光学部件与第二部件的装置的方法，其中在第一部件上与第二部件上的各一个支承面之间夹紧着至少两个环形的接合部件，它们的厚度楔形地分布，及其中这些接合部件在它们的相互旋转及它们的相互移动方面处于这样的位置，使得第一部件与第二部件相互占有一个预定位置，其特征在于为了制造接合部件设有两个载体，它们各具有一个平的表面，这两个载体夹有一个与一个接合部件的厚度分布相应的角度；在所述表面的与待制造的接合部件的支承面相应的部位上各沉积一个金属层；通过施加其它的金属使这些金属层彼此连接；并且使制成的接合部件由这两个载体的表面脱开。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于这些金属层的连接通过浸入浸焊槽来实现。
12.根据权利要求10的方法，其特征在于为了连接这两个金属层将一个在尺寸精度上具有小要求的中间件置于这些金属层之间；及通过浸入浸焊槽使这些金属层与该中间件相连接。
13.根据权利要求10的方法，其特征在于这些金属层首先通过电解被增厚；及使被增厚的金属层彼此导电地连接并作为阴极浸入一个电解槽，直到这些金属层之间的空间被填满金属为止。
全文摘要
在用于连接第一光学部件(1，2)与第二部件(5，3)的装置和方法中建议，在第一部件(1，2)上与第二部件(5，3)上的各一个支承面(12，13)之间夹紧着至少两个环形的接合部件(6，7)，它们的厚度楔形地分布，其中这些接合部件(6，7)在它们的相互旋转及它们的相互移动方面处于这样的位置，使得第一部件(1，2)与第二部件(5，3)占有一个预定的相互位置。
文档编号G02B7/02GK101069114SQ200580041166
公开日2007年11月7日 申请日期2005年10月20日 优先权日2004年11月30日
发明者J·希克, G·弗伦茨 申请人:罗伯特·博世有限公司