CN108205195A - 摄像机透镜组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及摄像机透镜组件，更具体地涉及一种用于近距摄像机的透镜组件，该透镜组件包括设置在管状透镜壳体中的透镜堆。该透镜堆包括采用堆叠布置的数个透镜。透镜堆的最外透镜被设置在透镜壳体的开口端中，并且透镜堆的第二透镜沿在最外透镜与第二透镜之间的环形接触区邻接最外透镜的面向内表面。沿环形接触区提供密封件。在一些实施例中，该密封件是通过沿环形接触区使第一透镜融合到第二透镜而形成。

Description

摄像机透镜组件

背景技术

近距（near range）汽车摄像机可以单独地或者与其它摄像机一起被用于监视车辆外部的环境。在一些汽车摄像机系统中，将数个近距摄像机放置在车辆周围。例如，一个摄像机指向前方，另一个摄像机指向后方，并且将两个侧视摄像机并入车辆外部的后视镜。就各自具有190度光圈的摄像机而言，车辆的整个周边的景象被捕获。摄像机系统还包括（ECU），该ECU合并摄像机图像以形成360度的视域并且可将其与来自超声波传感器的距离信息相结合。这个数据可以用于生成代表在车辆附近物体的动态3D图像。

汽车摄像机经受高机械应力、相当大的温度波动，并且易受到湿气的影响。当不具有完全防渗设计的摄像机在汽车应用所特有的气候条件下使用时，这会导致在光程中的湿气凝结。这进而导致图像质量的退化。当已在高温下将摄像机的内部设置较高空气相对湿度达一段时间然后在较短的时间段内使摄像机冷却时，经常观察到湿气凝结。

自动驾驶车辆技术是如下领域中的一个例子，其中由近距摄像机所获得图像的质量对于该技术的安全操作是非常重要的。因此，期望提供包括具有改善的湿气渗透的不透性的透镜组件的汽车摄像机。

发明内容

在一些方面，摄像机透镜组件包括：具有开口端的透镜壳体、和设置在透镜壳体中的透镜堆。该透镜堆包括设置在透镜壳体开口端中的第一透镜。第一透镜提供透镜堆的最外透镜，并且包括第一面向外表面、与第一面向外表面间隔的第一面向内表面、和在第一面向外表面与第一面向内表面之间延伸的第一外周边缘。透镜堆包括设置在透镜壳体中的第二透镜。第二透镜包括第二面向外表面、与第二面向外表面间隔的第二面向内表面、和在第二面向外表面与第二面向内表面之间延伸的第二外周边缘。第二面向外表面面向第一面向内表面。摄像机透镜组件还包括设置在第二面向外表面与第一面向内表面之间的透镜密封件。

摄像机透镜组件可包括以下特征中的一个或多个特征：第二面向外表面的一部分邻接第一面向内表面的一部分，从而在第一透镜与第二透镜之间形成环形接触区；及，透镜密封件是第一透镜与第二透镜沿环形接触区的融合部。透镜密封件是设置在第一透镜与第二透镜之间的环形衬垫。摄像机透镜组件包括设置在第一外周边缘与透镜壳体的内表面之间的第一环形壳体密封件。透镜壳体包括：限定开口端的第一端、与第一端相对的第二端、和非均匀的内直径以便将肩部设置在第一端与第二端之间。另外，第二面向内表面被支撑在肩部上，并且第一环形壳体密封件被设置在第一外周边缘与透镜壳体的内表面之间在第一端与肩部之间的位置。透镜堆包括n个透镜，其中n为具有至少为4的值的正整数。第一面向内表面呈凸状，第二面向外表面呈平面状，并且第一密封空间存在于第一面向内表面、透镜密封件、和第二面向外表面之间。第一透镜和第二透镜各自是由玻璃构成。第一透镜是由玻璃构成并且第二透镜是由塑料构成。

在一些方面，摄像机包括：具有开口的摄像机壳体、和设置在该开口中的透镜堆。透镜堆包括提供透镜堆的最外透镜的第一透镜。第一透镜包括：第一面向外表面、与第一面向外表面间隔的第一面向内表面、和在第一面向外表面与第一向内表面之间延伸的第一外周边缘。透镜堆包括：具有第二面向外表面的第二透镜、与第二面向外表面间隔的第二面向内表面、和在第二面向外表面与第二面向内表面之间延伸的第二外周边缘。第二面向外表面面向第一面向内表面。摄像机还包括：设置在第一透镜与摄像机壳体之间的环形壳体密封件、和设置在第二面向外表面与第一面向内表面之间的透镜密封件。

摄像机可包括以下特征中的一个或多个特征：第二面向外表面的一部分邻接第一面向内表面的一部分，从而在第一透镜与第二透镜之间形成环形接触区；及，透镜密封件是第一透镜与第二透镜沿环形接触区的融合部。透镜密封件是设置在第一透镜与第二透镜之间的环形衬垫。摄像机包括设置在开口中并且从摄像机壳体向外突出的透镜壳体，透镜堆被设置在透镜壳体中，其中第一面向外表面被设置在透镜壳体的开口端中。环形壳体密封件被设置在第一外周边缘与透镜壳体的内表面之间。透镜壳体包括：限定开口端的第一端、与第一端相对的第二端、和非均匀的内直径以便将肩部设置在第一端与第二端之间。第二面向内表面被支撑在肩部上，环形壳体密封件被设置在第一外周边缘与透镜壳体的内表面之间在位于第一端与肩部之间的位置，并且第二环形壳体密封件被设置在肩部与摄像机壳体之间。透镜堆包括n个透镜，其中n为具有至少为4的值的正整数。第一透镜和第二透镜各自是由玻璃构成。第一透镜是由玻璃构成并且第二透镜是由塑料构成。

在一些实施例中，用于近距摄像机的透镜组件包括设置在管状透镜壳体中的透镜堆。该透镜堆包括采用堆叠布置的数个透镜。透镜堆的最外透镜被设置在透镜壳体的开口端中，并且使透镜堆的第二透镜沿在最外透镜与第二透镜之间的环形接触区融合到最外透镜的面向内表面。使最外透镜与第二透镜沿环形接触区融合到一起具有若干益处。例如，防止湿气渗透进入在最外透镜与第二透镜之间的空间，因为此空间被环形融合区所包围。如果最外透镜和第二透镜是由玻璃而不是由塑料所构成，那么这是尤其有效的，因为玻璃的湿气透过率远小于塑料的湿气透过率。例如，在25摄氏度下，湿气进入玻璃的扩散系数超过塑料的扩散系数的10⁶倍。

使最外透镜与第二透镜沿环形接触区融合到一起的另一个益处与以下事实有关：在被限定于最外透镜、第二透镜、和环形融合区之间的空间中的滞留空气体积远小于在一些常规透镜组件（其中密封件设置在最外透镜的周边与透镜壳体之间）中的滞留空气体积。因为滞留空气体积小得多，所以在该空间中可凝结的湿气的量也小得多。在另一个实例中，通过使透镜堆的最外透镜融合到第二透镜，而防止在摄像机主体内部的湿气像渗透常常由塑料所构成的管状透镜壳体和摄像机壳体的湿气那样进入该空间。

使最外透镜与第二透镜沿环形接触区融合到一起的又一个益处与以下事实有关：接触表面从最外透镜转移到内透镜（例如第二透镜）。因为第二透镜并不与外部环境接触，所以在第二透镜处的湿气凝结是不太可能发生的。

在一些实施例中，在透镜堆的所选择透镜与透镜壳体之间提供密封件，用以防止湿气进入摄像机壳体。另外，通过放置在位于透镜堆的所选择透镜与透镜壳体之间的策略性位置，可以将在最外透镜与第二透镜之间的空气体积与摄像机壳体的内部空间和其所容纳的任何湿气相隔离。

附图说明

图1是近距汽车摄像机的透视图。

图2是图示说明透镜组件的、图1的摄像机的剖视图。

图3是被图示为与透镜组件隔离的第一（最外）和第二透镜的剖视图。

图4是沿图3的线4-4所看见的第一（最外）透镜的端视图。

图5是图示说明替代的透镜组件的、图1的摄像机的剖视图。

具体实施方式

参照图1和图2，用于监视车辆环境的汽车摄像机系统可包括一个或多个摄像机。在一些实施例中，该摄像机系统包括至少一个近距摄像机1。近距摄像机1包括：支撑并保护透镜组件30的摄像机壳体2、印刷电路板（PCB）12、和设置在PCB 12上的各种电子元件。这些电子元件可包括例如：电子控制单元14；存储器16；图像传感器18；用于操作摄像机1、存储检测的图像并且将信息传输至摄像机1和将信息从摄像机1中传输出的其它附属元件。可将信息经由有线连接（未图示）并且/或者以无线的方式传输至摄像机1和从摄像机1中传输出。摄像机壳体2限定内部空间10，并且包括与图像传感器18对准的开口4、和包围开口4的管状套圈6。套圈6在垂直于外表面的方向上从摄像机壳体2的外表面向外突出。透镜组件30被支撑在套圈6内，从而相对于摄像机壳体2被固定并且使得透镜组件30的光轴52与图像传感器18相交，如下面详细地论述。

透镜组件30包括：相对于摄像机壳体2支撑透镜堆50的透镜壳体32、和图像传感器18。透镜壳体32是圆柱形管，该圆柱形管具有开放的第一端34、与第一端相对的第二端36、和在第一端34与第二端36之间延伸的纵向轴线46。透镜壳体32具有非均匀的直径使得第一端34的直径大于第二端36的直径，并且肩部40被设置在第一端34与第二端36之间。具体地，第一端34的直径相当于套圈6的外直径，并且第二端36的直径小于套圈6的内直径。透镜壳体32的第二端36的形状和尺寸被设计成可嵌入套圈6中，并且透镜壳体32的第二端36包括中心开口44，光经过该开口进入摄像机壳体2。透镜壳体32被部分地接纳于套圈6内使得第二端36留在摄像机壳体开口4内，并且肩部40被支撑在套圈的末端上。另外，透镜壳体32的第一端34留在摄像机壳体2的外部。

透镜堆50被设置在透镜壳体32中并且被透镜壳体32包围。在图示说明的实施例，透镜堆50包括采用堆叠布置的五个单独的透镜60、70、80、90、100。具体地，这五个透镜60、70、80、90、100被布置成使得各透镜的光轴、和因此透镜堆50的光轴52与透镜壳体32的纵向轴线46重合。

透镜堆50包括设置在透镜壳体开放第一端34中的第一透镜60。第一透镜60是透镜堆50的最外透镜，并且包括第一面向外表面62、与第一面向外表面62间隔的第一面向内表面64、和在第一面向外表面62与第一面向内表面64之间延伸的第一外周边缘66。第一透镜60是弯月形透镜，因此第一面向外表面62是向外凸的并且第一面向内表面64是凹面。第一面向外表面62的曲率半径大于第一面向内表面的曲率半径。

第二透镜70被设置在透镜壳体32中与第一透镜60相邻。第二透镜70包括：面向第一面向内表面64的第二面向外表面72、与第二面向外表面72间隔的第二面向内表面74、和在第二面向外表面72与第二面向内表面74之间延伸的第二外周边缘76。第二透镜70是平凹透镜，因此第二面向外表面72呈平面状，并且第二面向内表面74是凹面。第一面向内表面64的曲率半径大于第二面向内表面74的曲率半径。

空间68存在于弯曲的第一面向内表面64与平面状的第二面向外表面72之间。已知在一些常规的近距摄像机中，在某些操作条件下，湿气在空间68内部在第一面向内表面64上发生不合需要的凝结。摄像机1包括使发生这种凝结的可能性最小化的密封特征，如将在下面详细地论述。

第三透镜80被设置在透镜壳体32中与第二透镜70相邻。第三透镜80包括：面向并且邻接第二面向内表面74的第三面向外表面82、与第三面向外表面82间隔的第三面向内表面84、和在第三面向外表面82与第三面向内表面84之间延伸的第三外周边缘86。第三透镜80是凸平透镜，因此第三面向外表面82的中央部是向外凸的，并且第三面向内表面84呈平面状。第三面向外表面82的曲率半径小于第二面向内表面74的曲率半径，因此在这两个弯曲表面之间存在空间78。

第四透镜90被设置在透镜壳体32中与第三透镜80相邻。第四透镜90包括：面向并且邻接第三面向内表面84的第四面向外表面92、与第四面向外表面92间隔的第四面向内表面94、和在第四面向外表面92与第四面向内表面94之间延伸的第四外周边缘96。第四透镜90是平面透镜，因此第四面向外表面92和第四面向内表面94各自呈平面状。

第五透镜100被设置在透镜壳体32中与第四透镜90相邻。第五透镜100包括：面向并且邻接第四面向内表面94的第五面向外表面102、与第五面向外表面102间隔的第五面向外表面104、和在第五面向外表面102与第五面向内表面104之间延伸的第五外周边缘106。第五透镜100是平凸透镜，因此第五面向外表面102呈平面状，并且第五面向内表面104的中央部是向内凸的。

摄像机1包括密封特征，这些密封特征减少可以进入摄像机主体的湿气量并因此使在透镜组件50内部的湿气凝结最小化。密封特征包括设置在第一透镜第一外周边缘66与透镜壳体32的内表面之间的环形第一壳体密封件140。该第一壳体密封件140防止湿气经由在透镜堆50与透镜壳体32之间延伸的路径进入摄像机壳体2。将第一壳体密封件140相对于第一（最外）透镜60的第一面向内表面64向外地放置使此表面对外部湿气的暴露最小化。

另外，环形第二壳体密封件142被设置在肩部40的外表面与套圈60之间。连同第一壳体密封件140，第二壳体密封件142防止外部湿气经由在透镜壳体32与套圈6之间的路径进入摄像机壳体2。

另外参照图3和图4，密封特征还包括设置在第一透镜60与第二透镜70之间的透镜密封件120。具体地，第二面向外表面72的外周部72a邻接第一面向内表面64的外周部64a，从而在第一透镜60与第二透镜70之间形成环形接触区124。透镜密封件120是第一透镜60与第二透镜70沿环形接触区124的融合部（fusion）。在第一透镜60和第二透镜70的接触表面之间的融合部可以利用例如激光焊接而实现。融合部可以在通常的大气条件下完成，或者可替代地可以在惰性气体环境中完成以使湿气不存在于空间68内部。

将透镜密封件120放置在位于第一透镜60和第二透镜70的接触表面之间防止湿气（例如可存在于摄像机壳体2内或者可渗透经过摄像机壳体2或透镜壳体32的壁的湿气）进入空间68。相对于一些常规透镜组件，将透镜密封件120放置在此位置也减小空间68的大小，由此也减少可用于凝结的空间68。最后，将透镜密封件120放置在此位置使可能发生凝结的位置转移到在第二透镜70与第三透镜80之间的空间78。然而，因为利用第一透镜60和第一壳体密封件140的存在而使此位置与外部环境的接触被隔离，所以使在第二透镜70的面向内表面74上形成凝结变难。

在图2-图4中图示说明的实施例中，至少第一透镜60和第二透镜70是由相同的材料（例如，玻璃）构成，使得这些透镜可以沿接触区可靠地融合到一起。另外，提供作为玻璃透镜的第一（最外）透镜60在使用期间提供了耐划伤性。

参照图5，可想到替代实施例的透镜密封件220可用于透镜组件250，其中第一透镜60和第二透镜70中的一个或两个不是由相同的材料构成并且/或者两者不都是由玻璃构成。例如，第一透镜60和第二透镜70中的一个或两者可由塑料构成。在此实例中，透镜密封件220是由设置在第一透镜60和第二透镜70的面向内表面64和面向外表面72之间的环形衬垫222所提供。将透镜密封件220放置在第一和第二透镜60、70的面向表面64、72之间提供受限空间68，其中仅可用于形成凝结的湿气是位于该空间68内。

在图示说明的实施例中，透镜堆50包括采用堆叠布置的五个单独的透镜60、70、80、90、100。应理解的是，透镜堆50可包括与在图示说明的实施例中所示出的透镜相比更多或更少数量的透镜，并且多个透镜的使用提高经由透镜所检测图像的图像质量。还应当理解的是，包括在透镜堆中的透镜数量是由具体应用的要求所决定的。

尽管各透镜60、70、80、90、100已被描述为具有特定的形状和/或方位或在透镜堆内的排序，但透镜60、70、80、90、100并不局限于所描述的布置。相反，对透镜形状、方位和透镜在透镜堆内部排序的选择可以变化。另外，可以改变各透镜在透镜堆内部的纵向间距，使得在一对或更多对的相邻透镜之间存在间隙。对具体透镜和透镜布置的选择是由具体应用的要求所决定的。

上面较为详细地描述了摄像机透镜组件和摄像机系统的选择性的说明性实施例。应当理解的是，在本文中仅已描述了被认为对于说明该组件和系统为必需的结构。其它常规的结构、及该组件和系统的附属和辅助部件假设由本领域技术人员所了解和理解。此外，虽然上面已描述了该组件和系统的一个实施例，但该组件和系统并不局限于上述实施例，但在不背离在权利要求中所陈述的组件和系统的前提下可实施各种设计变更。

Claims (18)

1.一种摄像机透镜组件，包括：

具有开口端的透镜壳体；

设置在所述透镜壳体中的透镜堆，所述透镜堆包括：

设置在所述透镜壳体开口端中的第一透镜，所述第一透镜提供所述透镜堆的最外透镜，所述第一透镜包括第一面向外表面、与所述第一面向外表面间隔的第一面向内表面、和在所述第一面向外表面与所述第一面向内表面之间延伸的第一外周边缘；和

设置在所述透镜壳体中的第二透镜，所述第二透镜包括第二面向外表面、与所述第二面向外表面间隔的第二面向内表面、和在所述第二面向外表面与所述第二面向内表面之间延伸的第二外周边缘，所述第二面向外表面面向所述第一面向内表面；和

设置在所述第二面向外表面与所述第一面向内表面之间的透镜密封件。

2.根据权利要求1所述的摄像机透镜组件，其中，

所述第二面向外表面的一部分邻接所述第一面向内表面的一部分，从而在所述第一透镜与所述第二透镜之间形成环形接触区；并且

所述透镜密封件是所述第一透镜与所述第二透镜沿所述环形接触区的融合部。

3.根据权利要求1所述的摄像机透镜组件，其中，所述透镜密封件是设置在所述第一透镜与所述第二透镜之间的环形衬垫。

4.根据权利要求1所述的摄像机透镜组件，包括设置在所述第一外周边缘与所述透镜壳体的内表面之间的第一环形壳体密封件。

5.根据权利要求1所述的摄像机透镜组件，其中，所述透镜壳体包括：

限定所述开口端的第一端，

与所述第一端相对的第二端，和

非均匀的内直径以便将肩部设置在所述第一端与所述第二端之间，

其中，

所述第二面向内表面被支撑在所述肩部上，并且

所述第一环形壳体密封件被设置在所述第一外周边缘与所述透镜壳体的内表面之间在位于所述第一端与所述肩部之间的位置。

6.根据权利要求1所述的摄像机透镜组件，其中，所述透镜堆包括n个透镜，其中n为具有至少为4的值的正整数。

7.根据权利要求1所述的摄像机透镜组件，其中，

所述第一面向内表面呈凸状，所述第二面向外表面呈平面状，并且

第一密封空间存在于所述第一面向内表面、所述透镜密封件、和所述第二面向外表面之间。

8.根据权利要求1所述的摄像机透镜组件，其中，所述第一透镜和所述第二透镜各自是由玻璃构成。

9.根据权利要求1所述的摄像机透镜组件，其中，所述第一透镜是由玻璃构成并且所述第二透镜是由塑料构成。

10.一种摄像机，包括：

具有开口的摄像机壳体；

设置在所述开口中的透镜堆；所述透镜堆包括：

提供所述透镜堆的最外透镜的第一透镜，所述第一透镜包括第一面向外表面、与所述第一面向外表面间隔的第一面向内表面、和在所述第一面向外表面与所述第一面向内表面之间延伸的第一外周边缘；和

包括第二面向外表面、与所述第二面向外表面间隔的第二面向内表面、和在所述第二面向外表面与所述第二面向内表面之间延伸的第二外周边缘的第二透镜，所述第二面向外表面面向所述第一面向内表面；

设置在所述第一透镜与所述摄像机壳体之间的环形壳体密封件；和

设置在所述第二面向外表面与所述第一面向内表面之间的透镜密封件。

11.根据权利要求10所述的摄像机，其中，

所述第二面向外表面的一部分邻接所述第一面向内表面的一部分，从而在所述第一透镜与所述第二透镜之间形成环形接触区；并且

所述透镜密封件是所述第一透镜与所述第二透镜沿所述环形接触区的融合部。

12.根据权利要求10所述的摄像机，其中，所述透镜密封件是设置在所述第一透镜与所述第二透镜之间的环形衬垫。

13.根据权利要求10所述的摄像机，包括设置在所述开口中并且从所述摄像机壳体向外突出的透镜壳体；其中，

所述透镜堆被设置在所述透镜壳体中并且所述第一面向外表面被设置在所述透镜壳体的开口端中。

14.根据权利要求13所述的摄像机，其中，所述环形壳体密封件被设置在所述第一外周边缘与所述透镜壳体的内表面之间。

15.根据权利要求13所述的摄像机，其中，所述透镜壳体包括：

限定所述开口端的第一端，

与所述第一端相对的第二端，和

非均匀的内直径以便将肩部设置在所述第一端与所述第二端之间，

其中，

所述第二面向内表面被支撑在所述肩部上，

所述环形壳体密封件被设置在所述第一外周边缘与所述透镜壳体的内表面之间在位于所述第一端与所述肩部之间的位置，并且

第二环形壳体密封件被设置在所述肩部与所述摄像机壳体之间。

16.根据权利要求10所述的摄像机，其中，所述透镜堆包括n个透镜，其中n为具有至少为4的值的正整数。

17.根据权利要求10所述的摄像机，其中，所述第一透镜和所述第二透镜各自是由玻璃构成。

18.根据权利要求10所述的摄像机，其中，所述第一透镜是由玻璃构成并且所述第二透镜是由塑料构成。