CN107272164A - 用于在车辆上使用的多用途相机装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在车辆上使用的多用途相机装置。说明性示例相机装置(24)包括配置为检测辐射(60、62)的传感器(30)。传感器(30)的第一部分(36)具有第一视场，并且用于第一成像功能。畸变修正棱镜(40)将第一视场外部的辐射朝向传感器(30)引导。在畸变修正棱镜(40)和传感器(30)之间的透镜元件(44)包括相对于传感器轴(34)成倾斜角的表面(46)。透镜元件(40)将辐射从畸变修正棱镜(40)朝向具有第二视场的传感器(30)的第二部分(50)引导，并且用于第二成像功能。

Description

用于在车辆上使用的多用途相机装置
技术领域
本公开的主题总体上涉及相机。更具体地，本公开的主题涉及但不限于用于在车辆上使用的多功能相机装置。
背景技术
在过去的几十年，相机技术已经有了显著的变化。数码相机和相关技术的进步的激增已经使得在多种装置中包含相机成为可能。计算机以及诸如智能手机的移动通信设备例行地包括相机。在机动车上提供一个或多个相机以提供诸如停车辅助功能和防碰撞辅助的增强的特征也变得更加常见。能够提供包含或使用相机的更先进的驾驶员辅助功能将会是有用的。
与增强车辆上的相机能力相关联的挑战之一是不同的功能需要不同的相机配置。例如，用于主动安全功能的图像检测器通常具有相对较窄的视场。相比之下，提供DVR功能的相机通常具有更宽的视场。使用不同的装置来实现这些不同的功能增加了花费，并且需要占据车辆上的附加空间。
能够在机动车上以成本有效的和空间节约的方式提供更多的基于相机的功能将会是有用的。
发明内容
相机装置的说明性示例实施例包括配置为检测辐射的传感器。传感器的第一部分用于第一成像功能。传感器的第一部分具有第一视场。畸变修正棱镜在传感器的前方，并且将第一视场外部的辐射朝向传感器引导。透镜元件放置于畸变修正棱镜和传感器之间。透镜元件包括面向传感器的表面。表面相对于传感器轴成倾斜角。透镜元件将辐射从畸变修正棱镜朝向传感器的第二部分引导。传感器的第二部分用于不同于第一成像功能的第二成像功能。传感器的第二部分具有第一视场外部的第二视场。传感器基于在传感器的第一部分检测到的辐射提供用于第一成像功能的第一输出。传感器基于在第二部分检测到的辐射提供用于第二成像功能的第二输出。
操作车辆上的相机的说明性示例方法包括基于由配置为检测辐射的传感器的第一部分检测到的辐射来执行第一成像功能。传感器的第一部分具有第一视场。基于由传感器的第二部分检测到的辐射来执行第二成像功能。传感器的第二部分具有第一视场外部的视场。由第二部分检测到的辐射首先穿过畸变修正棱镜，并且然后穿过具有相对于传感器轴成倾斜角的表面的透镜元件。透镜元件表面面向传感器。
通过阅读以下详细描述，至少一个公开的示例实施例的多种特征和优点对于本领域的技术人员是显而易见的。伴随所述详细描述的附图可以被简要描述如下。
附图说明
图1图解示出了包含根据本发明实施例设计的至少一个相机装置的机动车。
图2是示出实施例的选定特征的示例性相机装置实施例的选定部分的截面图。
图3示意性示出图2的实施例的传感器配置。
图4示意性示出可替代的传感器配置。
图5示出另一个示例性传感器配置。
图6示意性示出图2的实施例的选定特征。
图7示出对于实现示例性相机装置实施例的畸变修正棱镜和透镜元件有用的部件。
具体实施方式
图1示出包括分别执行多个成像功能的相机装置24和26的机动车20。相机装置24以向前指向的方式放置于车辆20上，并且相机装置26以向后指向的方式定向。
参考图2和3，示出示例性相机装置的选定特征。出于讨论的目的示出相机装置24。相机装置26可具有相同的特征。相机装置24包括相机部分28，所述相机部分包括相机透镜29和配置为检测诸如可见光的辐射的传感器30。传感器30与包括合适的电子器件、程序、或者两者都有的图像处理器32相关联来基于来自对应于由传感器30检测到的辐射的传感器30的输出实现多个成像功能。
出于讨论的目的，示出传感器轴34。在此示例中，传感器30包括一般是矩形的(如可在图3中理解的)平面的检测表面。传感器30的第一部分36一般是矩形的，并且关于传感器轴34对称。传感器30的第一部分36出于完成第一成像功能的目的检测辐射。传感器30的第一部分36具有示意性所示的具有外边缘38的第一视场。在此示例中的第一视场的外边缘38和传感器轴34之间的角度在25°和40°之间。
在此示例性布置中，相机装置24包括放置于依靠车辆20的风挡42的畸变修正棱镜40。畸变修正棱镜40促进将辐射从第一部分36的第一视场外部朝向传感器30的另一部分引导。透镜元件44放置于畸变修正棱镜40和传感器30之间。透镜元件44包括面向传感器30的表面46。表面46相对于传感器轴34成倾斜角A。在此示例中，角A是85°。在其他示例中的角A相对于传感器轴34在80°和89°之间。表面46的倾斜角A促进将已经穿过畸变修正棱镜40的辐射引导到传感器30的第二部分上。
如图3所示，传感器30的第二部分50配置为检测起始于第一部分36的第一视场外部的辐射。在此示例中，第二部分50一般是矩形，并且围绕第一部分36。在此示例中，传感器30的第二部分50包括在第一部分36的外边缘和传感器30的检测表面区域的外边缘之间的检测表面区域的部分。
如图2所示，传感器30的第二部分50拥有具有在52处示意性示出的外边缘的视场。此示例中，第二视场在具有外边缘38的第一视场外部。外边缘52以相对于传感器轴34成角S来放置。在此示例中的角S在40°和65°之间。
由在第二视场内的第二部分50检测到的辐射用于第二成像功能，该第二成像功能不同于由传感器30的第一部分36提供的第一成像功能。在此示例中，传感器30提供用于第一成像功能的第一输出和用于第二成像功能的不同的第二输出。图像处理器32由诸如合适的程序配置，针对提供不同成像功能的目的来适当地解释来自传感器30的不同输出。
在图2和3的示例中，相机装置24提供第三成像功能。传感器30的检测表面的第三部分54检测在第三视场内的辐射，所述第三视场具有在56处示意性示出的外边缘，所述外边缘相对于传感器轴34成角T。在此示例中，角T在60°和85°之间。第三视场56比第一视场宽得多，并且第三视场在第二视场外部。在此示例中的传感器30基于由传感器30的第三部分54检测到的辐射提供对应于第三成像功能的第三输出。
在一个示例性实施例中，传感器30包括具有彩色滤光片的3840x2880x 2.5um的11兆像素检测器。在一个示例性实施例中的第一成像功能是诸如对象检测的自动化驾驶员辅助功能，其可用于诸如防碰撞的多种特征。第二成像功能是可用于多种车载目的的数字视频记录器(DVR)成像功能。在此示例中的第三成像功能是用于检测车辆附近对象的前侧视野检测功能。在一个此类示例中，来自传感器的第一输出可包括单色图像数据或彩色图像数据，第二传感器输出包括彩色图像数据并且第三传感器输出包括彩色图像数据。
图4示意性示出另一个传感器配置，其中第一传感器部分36’相比较于图3所示的第一部分36占据更多的检测表面区域。在此示例中，传感器30的第二部分50’具有比第一部分36’的第一视场更宽的第二视场。在此示例中，仅提供有两种成像功能，所以传感器30的仅有两个不同部分提供对应于两种不同成像功能的输出。在一个此类示例中，传感器30包括两个兆像素1600x1200x 3um的检测器。在此示例中的第一成像功能可用于车载驾驶员辅助功能，并且第二成像功能可用于侧面视野对象检测。
图5示出另外一个示例性传感器配置，其中第一部分36”占据传感器检测表面区域的中心部分，并且第二部分50”一般占据靠近传感器检测表面区域的横向外部边缘的矩形部分。第一部分36”提供用于诸如驾驶员辅助功能的第一成像功能的输出。第二部分50”提供可用于例如前侧视野相机图像目的的第二输出。在一个此类示例中，传感器30包括2兆像素1920x 1080x 3um的检测器。
如从图6所能理解的，在60处示意性所示的在具有外边缘38的第一视场内的诸如可见光的辐射到达传感器30而不受畸变修正棱镜40或透镜元件44所影响。在此示例中，畸变修正棱镜40包括配置为不对在传感器30的第一视场内的辐射产生影响的中心部分。在此特定的示例中，畸变修正棱镜40的中心部分被取出或移除，并且畸变修正棱镜40具有环形。
在此示例中的透镜元件44也被取出中心部分或将它的中心部分移除来避免在被传感器30检测到之前辐射60的任何不期望的衍射。
如在62所示，第一视场外部的辐射首先由畸变修正棱镜40衍射，并且然后由透镜元件44衍射，使得即使辐射在第一视场外部也被引导至传感器30。在透镜元件44上的表面46有效地将传感器30的焦点移位使得穿过畸变修正棱镜40的来自更宽的视场的辐射可由传感器30的第二或第三部分检测到。
在一个示例中，透镜元件44包括三合透镜。在移除透镜元件44的中心部分之前，示例性三合透镜在图7中示意性示出。在此示例中，第一透镜部分70具有非球面的表面，其面向远离传感器30。第二透镜部分72是非球面的平凸透镜。表面46提供在透镜部分74上，其中表面46以相对于传感器轴34的倾斜角倾斜。如从图7可理解的，在所示条件中，表面46一般是锥形并且关于传感器轴34对称。
考虑到期望具有比具有外边缘38的第一视场宽得多的视场，将畸变修正棱镜40制造成非球面的平凸透镜是有挑战性的。用于实现宽视场的此类透镜的凹面深度导致如此薄的中心部分，使得其有利于移除中心部分或者将畸变修正棱镜40制造成没有中心部分的环。移除透镜元件44的中心部分避免在第一视场内的光(或感兴趣的其他辐射)的任何不期望的衍射。
鉴于这样的描述，本领域技术人员将有能力选择合适的透镜材料和制造工艺来满足他们的特定需求。例如，畸变修正棱镜40和透镜元件44可由料心制造，所述料心然后被移除或可被制成在中心部分没有任何透镜材料的环形。
示例性相机装置配置允许使用单个检测器来实现多种成像功能。显著不同的视场被利用于不同的图像目的。畸变修正棱镜40和具有相对于传感器轴成倾斜角的表面46的透镜元件44提供来自更宽视场的辐射，允许更大的多功能性和来自单个相机装置的不同的图像能力。所公开的示例性实施例提供了用于机动车的成本有效的、空间节约的、多用途的相机装置。
上文描述本质上是示例性的，而不是限制性的。对所公开的示例的不背离本发明的实质的变化和修改对于本领域技术人员而言可变得显而易见。赋予本发明的法律保护范围只能由以下权利要求确定。

Claims (20)

1.一种相机装置(24)，包括：
传感器(30)，配置为检测辐射(60、62)，所述传感器(30)的第一部分(36)，其用于第一成像功能，所述传感器的所述第一部分(36)具有第一视场；
畸变修正棱镜(40)，在所述传感器(30)的前方，所述畸变修正棱镜(40)将所述第一视场外部的辐射朝向所述传感器(30)引导；以及
透镜元件(44)，其在所述畸变修正棱镜(40)和所述传感器(30)之间，所述透镜元件(44)包括面向所述传感器(30)的表面(46)，所述表面(46)相对于传感器轴(34)成倾斜角，所述透镜元件(40)将辐射从所述畸变修正棱镜(40)朝向所述传感器(30)的第二部分(50)引导，所述传感器的所述第二部分(50)用于不同于所述第一成像功能的第二成像功能，所述传感器(30)的所述第二部分具有在所述第一视场外部的第二视场，
其中所述传感器(30)基于在所述传感器(30)的所述第一部分(36)检测到的辐射(60)提供用于所述第一成像功能的第一输出，并且所述传感器(30)基于在所述第二部分(50)检测到的辐射(62)提供用于所述第二成像功能的第二输出。
2.如权利要求1所述的相机装置(24)，其特征在于，所述第二视场比所述第一视场更宽。
3.如权利要求1所述的相机装置(24)，其特征在于
所述第一成像功能包括驾驶员辅助功能；并且
所述第二成像功能包括数字视频记录器(DVR)功能和侧面视野传感器功能中的至少一个。
4.如权利要求1所述的相机装置(24)，其特征在于
所述第一成像功能基于在可见光光谱中的辐射；并且
所述第二成像功能基于在可见光光谱中的辐射。
5.如权利要求4所述的相机装置(24)，其特征在于
所述第一输出是单色图像数据或彩色图像数据中的一个；并且
所述第二输出包括彩色图像数据。
6.如权利要求1所述的相机装置(24)，其特征在于，所述表面(46)的所述倾斜角相对于所述传感器轴(34)在80°和89°之间。
7.如权利要求1所述的相机装置(24)，其特征在于，所述表面(36)是锥形并且关于所述传感器轴(34)对称。
8.如权利要求7所述的相机装置(24)，其特征在于
所述透镜元件(44)包括中心部分；
所述表面(46)放置于所述中心部分外部；
由所述传感器(30)的所述第一部分(36)检测到的辐射(60)穿过所述中心部分；以及
由所述传感器(30)的所述第二部分(50)检测到的辐射(62)穿过所述表面(46)。
9.如权利要求1所述的相机装置(24)，其特征在于
所述传感器(30)的第三部分(54)用于第三成像功能；
所述传感器(30)的所述第三部分(54)具有第二视场外部的第三视场；以及
所述传感器(30)的所述第三部分(54)检测穿过所述畸变修正棱镜(40)和所述透镜元件(44)的所述表面(46)的辐射(62)。
10.如权利要求9所述的相机装置(24)，其特征在于
所述第一成像功能包括驾驶员辅助功能；
所述第二成像功能包括数字视频记录器(DVR)功能；以及
所述第三成像功能包括侧面视野传感器功能。
11.如权利要求9所述的相机装置(24)，其特征在于
所述第一视场具有自所述传感器轴(34)的在25°和40°之间的第一外边缘；
所述第二视场具有自所述传感器轴(34)的在40°和65°之间的第二外边缘；以及
所述第三视场具有自所述传感器轴(34)的在60°和85°之间的第三外边缘；
12.如权利要求1所述的相机装置(24)，其特征在于，所述畸变修正棱镜(40)包括环形棱镜。
13.如权利要求11所述的相机装置(24)，其特征在于
由所述传感器(30)的所述第一部分(36)检测到的辐射(60)不受所述畸变修正棱镜(40)影响；以及
由所述传感器(30)的所述第一部分(36)检测到的辐射(60)不受所述包括所述表面(46)的透镜元件(44)的部分影响。
14.如权利要求1所述的相机装置(24)，其特征在于
所述传感器(30)具有通常矩形的检测表面区域；
所述传感器(30)的所述第一部分(36)对应于所述传感表面区域的第一矩形部分，所述第一矩形部分在感测表面区域内居中，所述第一矩形部分关于所述传感器轴(34)对称；
所述传感器(30)的所述第二部分(50)对应于在所述第一矩形部分和所述感测表面区域的外边缘之间的所述感测表面区域的第二矩形部分。
15.如权利要求14所述的相机装置，包括用于第三成像功能的第三传感器部分(54)并且其中
所述第三传感器部分(34)对应于在所述感测表面区域的所述第二矩形部分和所述感测表面区域的所述外边缘之间的所述感测表面区域的第三矩形部分。
16.如权利要求14所述的相机装置，其特征在于，所述第二矩形部分放置于所述第一矩形部分的所有四条边上。
17.一种操作车辆上的相机(24)的方法，所述方法包括：
基于由配置为检测辐射的传感器(30)的第一部分(36)检测到的辐射(60)来执行第一成像功能，所述传感器(30)的所述第一部分(36)具有第一视场；
基于由所述传感器(30)的第二部分(50)检测到的辐射(62)来执行第二成像功能，所述传感器(30)的所述第二部分(50)具有所述第一视场外部的视场，其中由所述第二部分(50)检测到的辐射(62)首先穿过畸变修正棱镜(40)，并且然后穿过包括相对于传感器轴(34)成倾斜角的表面(46)的透镜元件(44)，所述透镜元件表面面向所述传感器(30)。
18.如权利要求17所述的方法，包括：
基于由所述传感器(30)的第三部分检测到的辐射(62)来执行第三成像功能，所述传感器(30)的所述第三部分(54)具有所述第二视场外部的第三视场，其中由所述传感器(30)的所述第三部分(54)检测到的辐射(62)首先穿过所述畸变修正棱镜(40)，并且然后穿过所述透镜元件表面(46)。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，
所述第一成像功能包括驾驶员辅助功能；
所述第二成像功能包括数字视频记录器(DVR)功能；以及
所述第三成像功能包括侧面视野传感器功能。
20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述倾斜角在80°和89°之间。
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