CN104071084A - 用于车辆的摄像机和具有该摄像机的车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于车辆（1）的摄像机（6），所述摄像机具有：图像传感器（10）；摄像机光学器件（12），其用于在所述图像传感器（10）上成像检测区域（18）；其中，所述摄像机光学器件（12）具有至少一个透镜（14a，14b，14c，14d；28），其中，所述摄像机光学器件（12）和所述图像传感器确定所述摄像机的光轴（A，B）。在此提出，所述摄像机光学器件（12）还具有非平面的镜元件（15，30），所述非平面的镜元件使所述摄像机的光轴（A，B）转向。

Description

用于车辆的摄像机和具有该摄像机的车辆

背景技术

车辆中的摄像机不仅用于显示器上的显示而且用在驾驶辅助系统中。在此，前方摄像机从车辆的内部空间出发检测车辆前方的行车道区域；相应地，其通过摄像机光学器件和传感器定义的光轴基本上平行于车辆的纵轴定向。

因此，光路（Strahlengang）从待成像的外部检测区域通过车窗玻璃的光学穿透面和摄像机光学器件延伸至图像传感器。车窗玻璃的光学穿透面的大小一方面取决于摄像机光学器件的张角而另一方面取决于车窗玻璃相对于光轴的倾斜；如果窗玻璃更倾斜或者以更平的走向构造或张角更大，则相应地光学穿透面也更大。

然而，车窗玻璃的对于光学穿透面而言所需的自由区域通常是受限制的。除车辆摄像机以外，必要时安装其他的组件——如雨水传感器、光传感器以及例如用于在所述区域中施加后视镜的镜座。安装板、窗玻璃的上方区域中的用于衰减入射太阳光的黑色印刷物以及散射光遮板进一步限制了穿过前窗玻璃的自由透视。因此，对具有大的张角的摄像机能够在很大程度上检测车辆前方和必要时车辆中的道路场景的要求与前窗玻璃的受限制的自由区域、尤其车辆的前窗玻璃的上方区域中的受限制的自由区域相冲突。

为了在光学穿透面受限制时能够实现摄像机的大的张角，在《Assistenten hinter Glas》（Automobil-Elektronik，2008年8月）中已经提出：在窗玻璃与摄像机光学器件之间的光路中施加一个或多个棱镜。通过这样的棱镜能够减小光路的扩宽。然而，由此由原理决定地限制了光学穿透面的减小。可能出现更强烈的畸变，所述畸变在通常离散采样的图像传感器中可能导致几个图像区域中的不可忽略的信息损失。此外，在具有不同窗玻璃倾斜的相应车辆中应匹配棱镜的光学设计，尤其当应实现基本上恒定的向前视向时。

发明内容

根据本发明，除至少一个透镜元件以外，摄像机光学器件具有至少一个非平面的镜元件，其使摄像机的光轴转向。在此，“使光轴转向”优选理解为光轴延伸穿过镜元件并且相应地被折叠或者被反射。

因此，光轴通过镜元件分成（至少）两个部分轴，它们在镜元件中优选以不等于180°的角彼此相交。原则上也可以设有其他镜元件；但其原则上不是必需的。

因此，镜元件优选也不仅仅设置在光轴之外的边缘区域中，以便补充来自另一检测角的附加信息，如同在附加传感机构的情况下部分已知的那样；更确切地说，镜元件改变光轴走向。此外，镜元件起成像的作用，也就是说，镜元件非平面地构造。有利地，镜元件构造为凹镜或者凹面镜，也就是说其起聚焦的作用。

因此，可以通过至少一个起折叠和聚焦光轴作用的镜元件从该镜元件出发向前——朝向窗玻璃产生汇聚的光束。在此，优选地在摄像机光学器件前方的光路中、尤其在摄像机光学器件与车窗玻璃之间或者也在车窗玻璃内部构造光束腰部（Strahltaille）。

“光束腰部”理解为光路的明显缩窄，优选作为基本上点状的区域，例如作为反转点。

由此已实现以下重要优点：

一个优点在于摄像机、尤其图像传感器的安装位置的构造自由性和摄像机的容纳至少一个透镜元件的主光学器件的安装位置的构造自由性。通过借助镜元件的转向或者折叠可以与行驶轴无关来选择所述位置和方向。因此，例如也可以基本上平行于车窗玻璃和/或靠近车窗玻璃地定位摄像机的大部分，而无需小型地构造摄像机光学器件。因此，可以实现好的成像特性，而不在结构空间的有问题的区域中占据大量位置。

此外，在不同的车辆类型中以相对较少的开销使摄像机匹配于结构空间情况或者窗玻璃穿透面的情况；基本上仅仅考虑镜元件的定向。

在此，镜元件可以相对于摄像机壳体固定地构造或者也可以是可调整的，以便在此能够根据安装位置进行适当的构造。

一个特别有利的优点在于以下可能性：在摄像机光学器件的张角较大时也使窗玻璃穿透面保持得较小。通过从摄像机光学器件出发光路首先汇聚或者在其横截面中减小并且优选穿过光束腰部，也可以在较大的张角的构造中使车窗玻璃上的由光路覆盖的光学穿透面保持得较小。所基于的考虑在于，光学穿透面基本上取决于从摄像机光学器件出发的检测锥或者光束锥的张角以及所述光束锥的尖端与窗玻璃的距离；通过将所述光束锥的尖端设置为靠近车窗玻璃的反转点或光束腰部或者甚至也位于车窗玻璃中，在张角较大时也可以使窗玻璃的所检测的光学穿透面保持得较小。

因此，可以使通过车窗玻璃与摄像机光学器件之间的光路包围的体积保持得较小。

一方面，镜元件可以补充于由一个或多个透镜元件组成的主光学器件设置，优选设置在主光学器件前方。在此，镜元件例如也可以由主光学器件的透镜框保持或者构造为透镜框的一部分、例如透镜框的反射区域。

另一方面，镜元件可以与透镜元件组合地构造。因此，镜元件构造为透镜元件中一个的部分反射镜；因此所述透镜元件具有入射面、出射面和反射面区域，所述反射面区域向内起反射作用或者反光作用并且由此构造镜元件。因此，能够在无相关的设备附加开销的情况下实现镜元件的构造。在此，例如可以车辆特定地构造所述特殊的透镜元件，并且标准化地构造摄像机的其他元件以及（必要时）其他透镜元件。

因此，在这种具有透镜元件的反射镜（Verspiegelung）或者部分反射镜的构造中也可以保护镜面免于水汽和污物。

补充地，在所有实施方式中可以在光束腰部的位置处施加附加的光阑或者视场光阑，以便实现相对于干扰光的更高稳健性。

附图说明

以下根据一种实施方式的附图进一步阐述本发明。附图示出：

图1：具有根据本发明的一种实施方式的摄像机的车辆的风挡玻璃的区域的截面；

图2：具有镜元件与透镜元件的组合构造的实施方式；

图3：具有可调节的镜元件的另一种实施方式。

具体实施方式

在图1中示出车辆1的前窗玻璃（风挡玻璃）2，其相对于车辆周围环境4限界车辆内部空间3。

在车辆内部空间3中设有摄像机6，所述摄像机6通过在此仅仅简略示出的摄像机保持装置7可以施加在前窗玻璃2的内侧2a上，或者也可以施加在车顶上或另一个装置、例如后视镜或挡板上。

摄像机6具有摄像机壳体8，在所述摄像机壳体中设置有图像传感器10。此外，摄像机6具有摄像机光学器件12，所述摄像机光学器件在这种实施方式中通过主光学器件14和设置在主光学器件14前方的镜元件15构成。通过图像传感器10和摄像机光学器件12确定摄像机6的光轴A、B。所述光轴在第一部分轴A中垂直地并且在中心延伸穿过图像传感器10（相应于在主光学器件14的对称轴线的继续延伸中）并且延伸穿过镜元件15；在镜元件15中第一光学部分轴A随后以转向角α转向到第二光学部分轴B上。因此，部分轴A和B构成摄像机6的光轴A、B。在此，转向角a定义为光束走向的改变，即所述转向角大于0°（即确实存在转向）而小于180°（即不使轴A、B反射到彼此上）。因此，镜元件15的对称轴相对于光学部分轴A和B优选具有角度(180°-α)/2。摄像机6透过前窗玻璃2检测车辆周围环境4的检测区域18。

如尤其从图1和图2中可以看到的那样，光路41从镜元件15向前汇聚至窗玻璃2，其中所述光路构造光束腰部20，所述光束腰部在此位于镜元件15与窗玻璃的内侧2a之间，但也可以位于窗玻璃2自身中。因此，光束腰部20也表示光路的反转点。根据图1可以设有围绕光束腰部20并且用于遮蔽陌生光的视场光阑22。

从光束腰部20出发，光路41向前以光学张角β扩宽并且穿过前窗玻璃2向外至车辆周围环境4中。

在此，光路41在光学穿透面26中穿过前窗玻璃2。因此通过光束腰部20到前窗玻璃2或者到内表面2a和外表面2b的距离、张角β以及窗玻璃倾斜或者光学部分轴B与前窗玻璃2a或者内表面2和外表面2b之间的角来确定光学穿透面26的大小。

可以涂黑或通过其他功能覆盖窗玻璃穿透面之外的内表面2a的其他区域，以避免散射光。

主光学器件14基本上相应于传统的镜头并且有利地具有例如由矿物玻璃或塑料制成的各个透镜元件14a、14b、14c、14d，这些透镜元件容纳在透镜框24中。透镜框24在此有利地固定在摄像机壳体6上，所述摄像机壳体遮蔽图像传感器10。

在图1中，镜元件15构成次光学器件并且例如可以与透镜框连接或者也可以作为反射镜构造在透镜框的延长线中，从而透镜框和镜元件15例如可以构造为压铸部件。

替代地，镜元件15可以直接施加在摄像机壳体8上或者与摄像机壳体连接的部件上或者也可以施加在摄像机保持装置7上。

原则上，可以设有其他光学元件作为次光学器件15的一部分。然而根据本发明认识到，为了构造所期望的成像特性，一个唯一的镜元件15已经足够了，尤其作为凹镜。

在图2的实施方式中，镜元件30与透镜元件28组合地构造：镜元件30构造为镜元件28的凹的、反射的面区域28c。因此改变或者彻底改变镜元件28内的光轴走向：第一光学部分轴A首先延伸穿过透镜元件28，在镜元件30处再次以角度α偏转并且随后在出射面28b中从透镜元件28中射出。

相应地，透镜元件28具有更复杂的形状，因为例如入射面28a和出射面28b彼此不平行。因此，不需要用于镜元件30的支承结构的构造。透镜元件28可以再次容纳在具有其他透镜元件的共同的透镜框中。

在图3的实施方式中设有用于调节透镜元件15的调节装置32，从而可以调节光学部分轴A、B之间的角α。因此，图3的实施方式尤其适合使摄像机6与尤其具有前窗玻璃2的不同倾斜的不同车辆类型和/或摄像机6的不同安装位置和安装方向相匹配。为了避免费事的校准，对于不同的类型例如可以作为锁止位预给定不同的调节位置。

图4（极其示意性地）示出根据本发明的实施方式的具有摄像机光学器件12的摄像机6连同镜元件15相对于具有摄像机光学器件112的传统摄像机106的相对位置，所述摄像机光学器件112在没有镜元件的情况下朝向车辆周围环境4中的检测区域18。在相同的张角β和图像传感器10与前窗玻璃2或者光轴B穿过前窗玻璃2的穿透点的相同距离下，根据本发明得到更小的光学穿透面26。

因此，通过使用镜元件15能够在大的光学距离、大的张角B并且因此好的成像特性的情况下实现小的光学穿透面26。此外，摄像机、尤其主光学器件14的位置和方向在很大程度上与前窗玻璃的位置和倾斜以及摄像机的安装位置无关；可以通过镜元件15实现匹配。

Claims (15)

1.一种用于车辆（1）的摄像机（6），所述摄像机具有：

图像传感器（10）；

摄像机光学器件（12），其用于在所述图像传感器（10）上成像检测区域（18）；

其中，所述摄像机光学器件（12）具有至少一个透镜（14a，14b，14c，14d；28），其中，所述摄像机光学器件（12）和所述图像传感器确定所述摄像机的光轴（A，B），

其特征在于，所述摄像机光学器件（12）还具有非平面的镜元件（15，30），所述非平面的镜元件使所述摄像机的光轴（A，B）转向。

2.根据权利要求1所述的摄像机（6），其特征在于，所述镜元件（15，30）构造为凹镜或凹面镜。

3.根据权利要求1或2所述的摄像机（6），其特征在于，光路（41）从所述镜元件（15）出发向前构造为汇聚光束。

4.根据以上权利要求中任一项所述的摄像机（6），其特征在于，所述摄像机光学器件（12）如此构造，使得从所述检测区域（18）至所述摄像机光学器件（12）的光路（41）在所述摄像机光学器件（12）前方穿过光束腰部（20）或反转点。

5.根据权利要求4所述的摄像机（6），其特征在于，在所述光束腰部（20）或所述反转点的区域中设有用于防止散射光的光阑（22）。

6.根据以上权利要求中任一项所述的摄像机（6），其特征在于，所述镜元件（15）在所述光路（41）中设置在所述透镜（14a，14b，14c，14d；28）前方。

7.根据权利要求6所述的摄像机（6），其特征在于，所述摄像机光学器件具有主光学器件（14）和在所述主光学器件（14）前方设置的次光学器件（15），其中，所述主光学器件（14）具有所述至少一个透镜元件（14a，14b，14c，14d）和一个透镜框（24），并且所述次光学器件（15）具有所述镜元件（15）。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的摄像机（6），其特征在于，所述镜元件（30）与至少一个透镜元件（28）组合地构造。

9.根据权利要求8所述的摄像机（6），其特征在于，所述透镜元件（30）中的至少一个至少部分地构造为所述至少一个透镜元件（28）的一个面区域（28c）的反射镜。

10.根据权利要求9所述的摄像机（6），其特征在于，所述透镜元件（28）具有用于构造所述镜元件（30）的反射面区域（28c）、光入射面（28a）和不平行于所述光入射面（28a）的光出射面（28b）。

11.根据以上权利要求中任一项所述的摄像机（6），其特征在于，所述镜元件（15）使所述光轴（A，B）转向大于90°的角（α）。

12.根据以上权利要求中任一项所述的摄像机（6），其特征在于，设有用于相对于所述至少一个透镜元件（14a，14b，14c，14d）和/或相对于所述图像传感器（10）来调节所述镜元件（15）的调节装置（32）。

13.一种车辆（1），所述车辆至少具有：

窗玻璃（2）；

根据以上权利要求中任一项所述的摄像机（6），所述摄像机借助摄像机保持装置（7）定位在所述车辆（1）内部并且设置用于穿过所述窗玻璃（2）成像设置在所述车辆（1）外部的检测区域（18）；

其中，在所述摄像机（6）与车窗玻璃（2）之间的光路（41）中或者在所述车窗玻璃（2）中构造有光束腰部（20）或反转点。

14.根据权利要求13所述的车辆（1），其特征在于，所述摄像机（6）的光轴（A；B）通过所述摄像机（6）的镜元件（15，30）分为具有不等于180°的角的第一部分轴和第二部分轴（A、B），其中，所述第二部分轴（B）延伸穿过所述前窗玻璃（2），其中，所述光束腰部（20）构造在所述第二部分轴（B）中。

15.根据权利要求14所述的车辆（1），其特征在于，所述窗玻璃是所述车辆（1）的前窗玻璃（2）。