CN110035238B - 用于汽车安全和驾驶系统的紧凑型红外相机 - Google Patents

用于汽车安全和驾驶系统的紧凑型红外相机 Download PDF

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Abstract

相机装置,包括:具有前端和后端的壳体;透镜,其中透镜设置在壳体的前端;以及热芯,其中热芯设置在透镜和壳体的后端之间,热芯还包括:电气组件;与电气组件电连接的至少一个基板;以及红外成像器,其固定到至少一个基板中的其中一个,用于捕获红外视频流。

Description

用于汽车安全和驾驶系统的紧凑型红外相机
技术领域
本公开一般涉及红外相机,更具体地涉及紧凑型红外相机。
背景技术
近年来,随着基于传感器的技术的显著改进,传感器已经有了新的用途。特别地,相机已得到广泛地应用。对于这些应用中的多数者,人们期望最小化相机的尺寸和重量以允许其在狭窄空间中部署并且最小化相机的成本。另外,尽管许多相机利用移动部件来捕获图像,但是在可能需要确保相机的可靠性的地方则希望尽可能避免使用移动部件。
其中在许多应用中使用的一类相机是热红外相机。热红外(IR)相机捕获的图像波长范围为七个半到十四个微米。典型的红外相机使用红外传感器(或探测器),通过相机镜头来探测引导至传感器的红外能量。IR相机可用于各种成像应用,包括但不限于被动运动检测、夜视、热测绘、医疗保健、建筑物检查、监视等。近来,在IR产业中,已经有尝试将IR相机集成在先进的驾驶员辅助系统和自动驾驶车辆系统中。
其中有一类IR传感器是具有小巧形状的非制冷型远红外(FIR)传感器。这种传感器通常可以使用低成本的技术批量生产。在典型的设置中,非冷却型传感器不需要低温冷却器来进行正确地操作,但是确实需要频繁地校准快门。快门是放置在镜头和FIR传感器之间的机械元件,用于交替地为传感器阻挡红外波长和将传感器暴露于红外波长。通常,快门包括呈扁叶型的镜头遮光罩、套筒以及将套筒连接到镜头遮光罩的臂。镜头遮光罩以预定义的时间间隔地打开和关闭。或者,可以使用图像质量算法来操作快门。
尽管使用快门可以改善由FIR传感器捕获的热图像的质量和精度,但是在某些应用中存在十分之一秒的黑色周期仍是不可接受的。例如,由于相机必须频繁地关闭数百毫秒,而这对于使用基于快门的FIR相机的先进驾驶员辅助系统和自动驾驶车辆系统而言,会带来高风险。此外,快门还包括随时间推移会逐渐磨损的移动部件。这可能会导致相机在驾驶过程中出现故障以及缩短相机的使用寿命。
专为先进驾驶辅助系统和自动驾驶车辆系统设计的FIR相机还应满足安全以外的其他条件。这些条件包括形状小巧、精确、低延迟的图像处理以及低功耗。对于基于车辆的用途,为了避免对驾驶员的视野或车辆系统产生干扰、为了最小化相机的制造成本、最小化燃料成本、最小化相机所需的维护、为相机的放置提供新的可能位置以及其他原因,通常希望最小化相机的形状。
现有的解决方案在减小相机的形状,特别是减小红外相机的形状方面面临着挑战。尽管存在涉及减小红外相机形状的解决方案,但是这些解决方案在散热、图像质量等方面经常面临其他挑战。因此,当相机的尺寸减小时,相机的性能通常也会降低。
此外,许多现有解决方案利用各种非集成电子组件,从而需要以印刷电路板和电源电压形式的多个电源。因此,现有解决方案通常导致制造过程复杂且昂贵。
因此,提供一种克服上述挑战的解决方案将是有利的。
发明内容
以下是本公开的若干示例实施例的概述。本发明内容是为了方便读者对这些实施例的基本理解,而并不完全限定本公开的范围。本发明内容并非所有预期实施例的广泛概述,并且既不旨在标识所有实施例的关键或重要元素,也不旨在描绘任何或所有方面的范围。其唯一目的仅仅是以简化形式呈现一个或多个实施例的一些概念,作为稍后呈现的更详细描述的序言。为方便起见,本文可使用术语“一些实施例”或“某些实施例”来指代本发明的单个实施例或多个实施例。
在此公开的实施例包括了相机装置。其中,相机装置包括:具有前端和后端的壳体;透镜,其中透镜设置在壳体的前端;以及热芯(thermal core),其中热芯设置在透镜和壳体的后端之间,热芯还包括:电气组件;与电气组件电连接的至少一个基板;以及红外成像器,其固定到至少一个基板中的其中一个,用于捕获红外视频流。
附图说明
在说明书结尾的权利要求中,特别地指出并清楚地声明了本文所公开的主题。通过以下结合附图的详细描述,所公开的实施例的前述和其他目的、特征和优点将显而易见。
图1是根据一实施例的相机装置的等距视图;
图2是相机装置的爆炸视图;
图3是热芯的等距视图。
具体实施方式
应当注意,本文公开的实施例仅仅是本文创新教导的许多有利用途的示例。通常,在本申请的说明书中做出的陈述不一定限制任何所要求保护的实施例。此外,一些陈述可能适用于某些发明特征而不适用于其他特征。通常,除非另有说明,否则单数元件可以是复数,反之亦然,不失其一般性。如附图所示,相同的标号在几个视图中均表示相同的部件。
各种公开的实施例包括远红外(FIR)相机,其不包括快门或在操作期间阻挡相机视野的任何其他移动部件。如此一来,该FIR相机是无快门相机。在一实施例中,FIR相机被优化以集成在先进驾驶员辅助系统、自动驾驶车辆系统以及其他驾驶辅助系统中,或被优化成能够在其中进行操作。
该FIR相机被实现为紧凑的红外相机装置。该相机装置包括壳体、设置在壳体中的热芯、以及固定设置在壳体前端的透镜。热芯包括耦合到一个或多个基板的电气组件、以及固定到其中一个基板上的红外成像器。每个基板均可以例如是印刷电路板(PCB)。热芯还可包括导热构件和热连接构件,其中,热连接构件构造成将热量从基板转移到壳体,从而允许将热量移除到相机装置周围的环境。
所公开实施例包括了红外相机形状小巧的优点,从而允许其在各种狭窄空间中部署。此外,与许多现有解决方案相比,所公开的实施例降低了设计复杂度,从而也降低了制造、组装和材料成本。因此,所公开的相机装置可以方便地用于各种应用,特别是集成到车辆中的自主或辅助驱动系统。例如,由于相机装置的尺寸形状小,因此允许将装置安装在车辆中的各种位置,而不会改变车辆的整体外观。此外,可以一次性安装多个相机装置也不会改变车辆的整体外观。
图1示出了根据一实施例的红外相机装置100的等距视图。相机装置100包括透镜120、设置在壳体140中的热芯110(热芯110参照图2和图3在下文有进一步的描述)。电气组件可以是但不限于同轴电缆。在一实施例中,相机装置100是无快门相机,其不需要内部移动部件来捕获红外图像。
热芯110包括用于捕获红外图像的组件,例如但不限于基板、红外成像器、导热构件(图1中未示出)以及电气组件130的至少一部分。在一实施例中,热芯110、透镜120和壳体140中的每一个均是呈圆柱形的或者是具有圆形的横截面,从而与例如是方形横截面的相机相比形状得以减小。
透镜120是光学透镜,用于收集、聚焦、校准红外光或其组合地处理红外光。红外光由成像器210捕获。
电气组件130配置为向热芯110提供电力,并将视频传输到例如视频解码器。为此,电气组件130可以是电缆(例如是,千兆多媒体串行链路电缆)。
由相机装置100输出的热视频流可用于检测车辆、行人、动物、两轮车、黑冰点、废弃物、碎片、坑洼、沟壑盖、路缘等。在一实施例中,计算机(未示出)可以是车载计算机或安装在车辆(未示出)中并与相机装置100通信连接的专用计算机。
应当注意,图1中所示的壳体140仅仅用于示例,并且壳体不限于图1中所示的特定结构。
图2示出了红外相机装置100的爆炸视图200。爆炸视图200示出了热芯110、透镜120、电气组件130、壳体140、设置在热芯110上的红外成像器210以及连接构件220-1至连接构件220-3。在示例性的实施方式中,连接构件220包括环220-1、保持器220-2和后盖220-3。
在一实施例中,红外成像器210设置在热芯110的基板(例如图3的基板310)上,使得红外成像器210电连接到基板。红外成像器210可以例如利用红外成像器210和基板的管芯之间的粘合剂固定到基板上。基板可以例如是印刷电路板(PCB)。管芯可以是单个管芯或管芯堆叠,并且可以是或可以包括专用集成电路(ASIC)。
图3示出了红外相机装置100的各种组件的等距视图300,特别是热芯110的组件。在一实施例中,热芯110包括基板310-1至基板310-3、导热构件320-1和导热构件320-2以及一个或多个连接构件330。基板310-1上设置有成像器210,成像器210可以通过例如粘合剂固定到基板310-1上。例如还可以通过引线接合将成像器210进一步连接到基板310。连接构件330例如可以是定位销,用于将基板310-1至基板310-3与导热构件320-1和导热构件320-2连接。基板310-1至基板310-3中的每一个均可以例如是PCB。
在一实施例中,导热构件320-1和导热构件320-2被配置为从热芯110移除热量,并且特别地,减少来自基板310-1至基板310-3的热量,其中这热量可能会导致成像器210的图像质量的失真或其他损失。如图3所示,热芯110包括第一导热构件320-1和第二导热构件320-2。导热构件320-1和导热构件320-2均由导热材料制成,例如但不限于黄铜、铜等。
在一实施例中,基板310的总表面可以是一固定面积。为此,所使用的基板的数量可以取决于每个基板的尺寸,具体地,取决于每个基板的表面积。图3所示的实施方案中,共使用了三个基板,即基板310-1至基板310-3。在其他实施方式中,可以使用数量更少但尺寸更大的基板或数量更多但尺寸更小的基板。
导热构件320-1用作基板310-1和基板310-2之间的间隔物,而导热构件320-2用作基板310-2和基板310-3之间的间隔物。因此,如图1所示,导热构件320-1允许热量从成像器210通过基板310-1的后侧并从壳体140中散出。导热构件320-1和320-2可以使用导热材料(例如,使用导热润滑脂、导热垫、同时使用两者等)以热连接到相应的PCB 310-1至PCB310-3。在示例性实施方式中,导热构件320-1经由导热润滑脂热连接到基板310-1,而导热构件320-2经由导热垫热连接到基板320-2和基板320-3。
在一些实施方案中,基板310-1可在其上设置有热均匀性构件(未示出),例如但不限于铜币插入件。热均匀性构件可以由导热材料(例如,铜)制成,使得来自基板310-1的热量不会集中在成像器210上的单个点上。成像器210可以固定到基板310-1的热均匀性构件。
应该注意的是,图3中示出的两个导热构件320-1和320-2,仅用于示例目的,而等同地,也可以使用其他数量的导热构件。具体地,在示例的实施方式中,如果添加或移除基板,则可以分别添加或移除相应的导电构件。
本文引用的所有示例和条件语言旨在用于教导目的以帮助读者理解所公开实施例的原理以及发明人为促进本领域所贡献的概念,并且应理解为不限于这些具体叙述的实例和条件。此外,在此叙述所公开实施例的原理、方面和实施例的所有陈述以及其具体示例均旨在包含其结构和功能的等同物。另外,这些等同物旨在包括当前已知的等同物以及将来开发的等同物,即,开发的执行相同功能的任何元件,而不管其结构如何。
应当理解,本文中使用诸如“第一”、“第二”等指定名称的对元件的任何引用,一般均不限制这些元件的数量或顺序。相反,这些指定名称在本文中通常用以便利地区分元件包括有两个或更多个元件或实例。因此,涉及第一元件和第二元件时并不意味着仅可以采用两个元件或者第一元件必须以某种方式在第二元件之前。而且,除非另有说明,否则一组元件包括一个或多个元件。
如在此所使用的,跟随在短语“至少一个”后列出的任何物品,意味着可以单独使用任何列出的物品,或者可以利用所列物品中的两个或更多个的任何组合。例如,如果系统被描述为包括“A、B和C中的至少一个”,则系统可以是仅包括A;仅包括B;仅包括C;包括A和B的组合;包括B和C的组合;包括A和C的组合;或者包括A、B和C的组合。

Claims (3)

1.相机装置,包括:
壳体,其具有前端和后端;
透镜,其中透镜设置在壳体的前端;以及
热芯,其中热芯设置在透镜和壳体的后端之间,热芯还包括:
电缆;
至少第一基板和至少第二基板,与电缆电连接;
红外成像器,配置为捕获红外视频流,其中红外成像器固定到至少第一基板和至少第二基板中的其中一个,其中红外成像器设置在第一基板;以及
至少一个导热构件,其中该至少一个导热构件与该至少第一基板和该至少第二基板中的其中一个热连接、与壳体隔开并设置在至少第一基板和至少第二基板之间;以及
至少一个热连接构件,包括定位销,该定位销将至少第一基板和至少第二基板与至少一个导热构件连接在一起,以沿着至少第一基板、至少第二基板和至少一个导热构件的外周延伸到壳体,
其中,
该至少一个导热构件配置为经由该至少一个热连接构件将热量从热芯转移到壳体;
所述相机装置是不需要内部移动部件来捕获红外图像的无快门相机;以及
该至少第一基板和该至少第二基板是印刷电路板。
2.根据权利要求1所述的相机装置,其中壳体不是热绝缘的。
3.根据权利要求1所述的相机装置,还包括设置在第一基板和第二基板之间的第三基板,其中该至少一个导热构件包括第一导热构件和第二导热构件,其中第一导热构件设置在第一基板和第三基板之间,其中第二导热构件设置在第三基板和第二基板之间。
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