CN110382312A - 集成相机和通信天线 - Google Patents

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CN110382312A CN201780078677.9A CN201780078677A CN110382312A CN 110382312 A CN110382312 A CN 110382312A CN 201780078677 A CN201780078677 A CN 201780078677A CN 110382312 A CN110382312 A CN 110382312A
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Abstract

本发明公开了一种装置，该装置包括相机镜头组件和附接到所述相机镜头组件的印刷电路板。相机镜头组件可以被配置为提供穿过车辆的挡风玻璃的向前视野。印刷电路板通常包括天线、接地层和图像传感器。天线通常被设置在印刷电路板的前表面上。接地层可以被设置在印刷电路板的前表面上或该印刷电路板的一层内。图像传感器通常被安装在印刷电路板的后表面上。相机镜头组件通常被配置为将穿过挡风玻璃的向前视野的图像聚焦在图像传感器上。

Description

集成相机和通信天线
技术领域
本发明整体涉及车辆感测系统，并且更具体地，涉及用于实现集成相机和通信天线的方法和/或装置。
背景技术
常规的光照/雨量传感器、相机和通信天线被实现为分开的独立模块。雨量传感器模块附接到车辆挡风玻璃。天线安装在仪表板的下面、挡风玻璃的后面或在车顶上的模块中，即所谓的鲨鱼鳍天线模块。后视镜后面的空间是非常可取的，由于该空间被擦拭的事实，该空间具有开阔的天空能见度，并且面向行进方向。然而，后视镜后面的空间有限，特别是在紧凑型车辆中。
期望实现集成相机和通信天线。
发明内容
本发明涉及一种装置，该装置包括相机镜头组件和附接到所述相机镜头组件的印刷电路板。相机镜头组件可以被配置为提供穿过车辆的挡风玻璃的向前视野。印刷电路板通常包括天线、接地层和图像传感器。天线通常被设置在印刷电路板的前表面上。接地层可以被设置在印刷电路板的前表面上或该印刷电路板的一层内。图像传感器通常被安装在印刷电路板的后表面上。相机镜头组件通常被配置为将穿过挡风玻璃的向前视野的图像聚焦在图像传感器上。
附图说明
从以下详细描述和所附权利要求和附图中，本发明的实施方案将显而易见，在附图中：
图1是示出根据本发明的实施方案的具有集成光照/雨量传感器和通信天线模块的车辆的图；
图2是示出根据本发明的示例性实施方案的集成光照/雨量传感器和通信天线模块的示例性具体实施的图；
图3是示出根据本发明的示例性实施方案的集成光照/雨量传感器和通信天线模块的顶视图的图；
图4是示出图1的集成光照/雨量传感器和通信天线模块的示例性通信天线的图；
图5是示出根据本发明的实施方案的集成光照/雨量传感器和通信天线模块的示例性垂直尺寸的图；
图6是示出根据本发明的示例性实施方案的集成光照/雨量传感器和通信天线模块的镜头组件的底(内)表面的图；
图7是示出根据本发明的示例性实施方案的集成光照/雨量传感器和通信天线模块的示例性光路的图；
图8是示出雨滴对图7的光路的影响的图：
图9是示出根据本发明的另一示例性实施方案的集成光照/雨量传感器和通信天线模块的另一示例性镜头组件的视野的图；
图10是示出与图9的镜头组件相关联的隧道和日光传感器的示例性光路的图：
图11是示出根据本发明的实施方案的集成光照/雨量传感器和通信天线模块在变化的挡风玻璃厚度下的相对光效率的曲线图；
图12是示出根据本发明的实施方案的集成光照/雨量传感器和通信天线模块的各种实施方案的载噪比(CNR)的曲线图；
图13是示出根据本发明的实施方案的集成光照/雨量传感器和通信天线模块的示例性电子部分的图；
图14是示出根据本发明的实施方案的集成光照/雨量传感器和通信天线模块的另选安装点的示例的图；
图15和图16是示出根据本发明的示例性实施方案的安装集成光照/雨量传感器和通信天线模块的另选技术的图；
图17是示出根据本发明的另一示例性实施方案的具有集成相机和通信天线模块的车辆的图；
图18是示出根据本发明的示例性实施方案的集成相机和通信天线模块的示例性具体实施的前视图的图；
图19是示出图17的集成相机和通信天线模块的视角的图：
图20是示出图17的集成相机和通信天线模块的图：
图21是示出集成相机和通信天线模块的图，该模块进一步与可选的光照/雨量传感器集成；
图22是示出图21的集成相机和通信天线模块的侧剖视图的图：
图23是从后面示出图22的集成相机和通信天线模块的剖视图的图；
图24是示出图22的集成相机和通信天线模块的示例性连接器的图：
图25是示出根据本发明的示例性实施方案的集成相机和通信天线模块的印刷电路板的底表面的布局的图；
图26是示出根据本发明的示例性实施方案的集成相机和通信天线模块的示例性电子部分的图；
图27是示出根据本发明的示例性实施方案的集成相机和通信天线模块的安装点的示例的图；并且
图28是示出被配置为制造根据本发明的示例性实施方案的镜头组件的注塑成型机的示例的图。
具体实施方式
本发明的实施方案包括提供集成相机和通信天线，该集成相机和通信天线可以：(i)实现汽车图像传感器与射频天线的物理集成，(ii)提供雨量感测，(iii)提供环境光感测，(iv)提供隧道检测，(v)提供日照感测，(vi)利用后视镜后面的空间；(vii)将若干特征部集成在一起，(viii)当与现有的独立解决方案相比时，提供更紧凑的解决方案，(ix)当与独立解决方案相比时，提供更低成本的解决方案，(x)实现更快的组装，(xi)实现光学雨量感测与相机和射频天线的物理集成，(xii)由一个或多个卫星星座诸如GPS-Glonass-北斗-Gallileo来促进全球定位确定，(xiii)促进连接诸如车辆到车辆(V2V)、车辆到基础设施(V2I)和车辆到一切(V2X)通信，(xiv)提供具有彩色高动态范围(HDR)功能的高清(HD)视频，(xv)在单个印刷电路板上实现，和/或(xvi)利用新型模制镜头结构。
参考图1，示出了图，示出根据本发明的示例性实施方案的集成光照/雨量传感器和通信天线模块在车辆环境中的放置。在各种实施方案中，车辆90的后视镜94后面的空间提供了用于安装根据本发明的实施方案的集成光照/雨量传感器和通信天线模块100的可取位置。集成光照/雨量传感器和通信天线模块100通常安装在车辆90的挡风玻璃92的后(内部)表面上。在各种实施方案中，使用透明粘合材料(或垫圈)将集成光照/雨量传感器和通信天线模块100附接到挡风玻璃。在后视镜后面(或附近)的挡风玻璃上的位置是可取的，因为该位置被擦拭，具有开阔的天空能见度，并且面向车辆90的行进方向。
参考图2，示出了图，示出图1的集成光照/雨量传感器和通信天线模块100的示例性具体实施。在各种实施方案中，集成光照/雨量传感器和通信天线模块100包括前(或上)盖102和后(或下)盖104。盖102和104通常包住具有通信天线的单个印刷电路板(用长虚线表示)。盖(或镜头组件)102通常包括多个模制细长特征部，该细长特征部包括成对的凸透镜(由短虚线表示)。在各种实施方案中，盖102可由不透明的红外透射滤光塑料形成。在各种实施方案中，模制镜头组件和盖102可包括电介质、微波和红外透明的可模制塑料材料(例如，丙烯酸红外透射树脂)。在各种实施方案中，模制镜头组件102可以被配置为提供至少四个光路和一个中庭。四个光路通常正交地布置，使得相邻光路彼此成直角(例如，在x-y平面中)。然而，可以相应地实现围绕中庭的其他数量的光路，其中每个光路与多边形(例如正方形、六边形、八边形等)的一条边对齐(或形成多边形的一条边)。在各种实施方案中，光路的正交(或多边形)布局在光路的中心提供开放的庭(或腔或空间)，通信天线可放置在该庭中。在各种实施方案中，盖102和104可以被配置为卡扣在一起以便于组装。然而，可以实现组装(紧固)盖102和104的其他方法(例如，粘合、胶合、熔合等)。
参考图3，示出了图，示出根据本发明的示例性实施方案的集成光照/雨量传感器和通信天线模块100的顶视图。在各种实施方案中，盖102和印刷电路板106被布置成使得：(i)由模制细长镜头特征部提供的四条光路与印刷电路板106的周边对齐，并且(ii)发射器和检测器(例如，位于印刷电路板的角部中)定位在模制细长镜头特征部的两条相邻光路的交点处。在各种实施方案中，发射器和检测器位于印刷电路板的相对的角部中(例如，发射器位于正方形印刷电路板的一条对角线上，并且检测器位于该正方形印刷电路板的另一条对角线上)。
在各种实施方案中，印刷电路板106被配置为将发射器-检测器间距保持在45mm×45mm内。在一些实施方案中，印刷电路板106被配置为提供40mm的最大发射器-检测器间距。在另外的其他实施方案中，印刷电路板106被配置为提供大约37mm的发射器-检测器间距。通信天线108可以或安装在印刷电路板106的中心区域中实现，并且适配在由盖102的模制细长镜头特征部限定的腔内。在各种实施方案中，印刷电路板106实现通信天线108的接地层。在一些实施方案中，接地层可以位于印刷电路板106的前(面向挡风玻璃)侧。在一些实施方案中，接地层可以在印刷电路板106的一层内实现。在各种实施方案中，检测器可以安装在印刷电路板106的后侧(例如，与面向挡风玻璃相背对/与接地层侧相背对)。在各种实施方案中，检测器可以被安装成经由印刷电路板106中的通孔显露。在一个示例中，通孔可以被实现为具有约1.2mm的直径。
参考图4，示出了图，示出图3的通信天线108的示例性具体实施。在一些实施方案中，印刷电路板106a可包括天线108a、接地层112a、一对发射器通孔114、一对检测器通孔116和射频连接器118a(例如，MOLEXFAKRA连接器)。在一些实施方案中，印刷电路板106b可包括天线108b、接地层112b、一对发射器120、一对检测器122和射频连接器118b(例如，MOLEX Mini50连接器)。在一个示例中，发射器120可安装在印刷电路板106b的面向挡风玻璃的侧上，并且检测器122可安装在印刷电路板106b的后侧上，与通孔124对准。在一些实施方案中，通孔发射器(例如，具有平坦的前表面)可允许发射器120安装在印刷电路板106a和106b的后侧上，与对应的通孔(未示出)对准。
在各种实施方案中，天线108a和天线108b可以被实现为例如TAOGLAS表面安装SGP.18c GPS L1频带18mm×18mm陶瓷贴片天线，在1.2mm厚的印刷电路板上具有45mm×45mm的接地层。然而，可以为天线108a和/或108b考虑其他辐射元件，可以包括但不限于TYCO双频带GPS L1-V2x圆盘天线、其他GPS L1频带陶瓷贴片天线、堆叠多频带贴片天线、折叠偶极子天线、倒F型蜂窝频带天线、IEEE 802.11a/b/g/n“WiFi”天线、XM卫星无线电天线、IEEE 802.15.1蓝牙天线、IEEE 802.15.4ZIGBEE天线、用于车辆到车辆(V2V)或车辆到基础设施(V2I)(统称为车辆到一切(V2X))的IEEE 802.11p 5.9GHz天线等，IEEE 802.11p是对IEEE 802.11标准的批准修订，以增加车辆环境中的无线接入(WAVE)，这是一种车辆通信系统。IEEE 802.11p定义了对802.11(例如，在作为Wi-Fi销售的产品中发现的)的增强，这些增强支持智能交通系统(ITS)应用程序。
参考图5，示出了图，示出根据本发明的实施方案的集成光照/雨量传感器和通信天线模块的示例性垂直尺寸。在各种实施方案中，用透明粘合材料(或垫圈)110将集成光照/雨量传感器和通信天线模块100附接到挡风玻璃92的后侧。挡风玻璃92、盖102和垫圈材料110通常具有相似的折射率(例如，n＝～1.5)。在各种实施方案中，集成光照/雨量传感器和通信天线模块100可以被配置为适应一系列挡风玻璃厚度(例如，4.8mm至6.0mm)。在一个示例中，集成光照/雨量传感器和通信天线模块100可被配置用于5.4mm+/-0.6mm的挡风玻璃厚度范围，以及至少1400mm的挡风玻璃半径。
在各种实施方案中，在挡风玻璃的后侧(内部)上粘合的盖102的基本上平面的部分具有大约2mm的厚度。印刷电路板106通常附接到盖102，使得在盖102的平面部分的内部表面和印刷电路板106的前(面向挡风玻璃)表面之间存在大约10.7mm的间隙。该间隙通常适应盖102的模制细长镜头特征部部分的垂直尺寸(为清楚起见未示出)和天线108的垂直尺寸(例如4.7mm)。
参考图6，示出了图，示出根据本发明的实施方案的模制盖和镜头组件102的示例性底(内)表面。在各种实施方案中，盖和模制镜头组件102可包括四个模制细长镜头特征部130。在四光路实施方案中，模制细长镜头特征部130彼此正交地(垂直)布置。每个特征部130包括第一凸透镜部分132和第二凸透镜部分134。在一些实施方案中，填充的实心区136可以在一个或多个模制细长镜头特征部130的第一部分和第二部分之间形成。可以省略填充的实心区136而不影响镜头组件102的功能。填充的实心区136中的一个或多个填充的实心区可以被配置为提供其他光学传感器功能(例如，隧道传感器、日照传感器等)。
第一凸透镜部分132和第二凸透镜部分134通常是填充的固体。透镜部分132和134的曲率被配置为允许在一系列挡风玻璃厚度上操作。模制镜头组件和发射器-检测器间距通常被配置为实现一种光路，该光路提供用以在挡风玻璃92的前表面处获得全内折射的入射角。在各种实施方案中，凸透镜部分132和134被配置用于大于42度(例如，45度)的入射角。
参考图7，示出了图，示出具有图6的镜头组件的集成光照/雨量传感器和通信天线模块100的示例性光路。一般来讲，由安装在印刷电路板106的前表面上的发射器发射的光(例如，红外光)穿过透镜部分134并被准直并指向将细长镜头特征部130一分为二的平面138。在挡风玻璃92的外表面，光在内部折射并朝向透镜部分132行进。透镜部分132将折射光聚焦在检测器122上(例如，通过印刷电路板106中的通孔)。每个检测器122可以使用不同的光路/特征部130从每个发射器120接收光。在一些实施方案中，发射器120交替地接通，并且两个检测器122都被采样。在一些实施方案中，发射器120可以用不同的频率调制，以允许每个检测器122同时测量环境和这两个光路。
参考图8，示出了图，示出雨滴对图7的光路的影响。挡风玻璃92上的雨的量通常会影响反射/折射到检测器122的光的强度。当挡风玻璃92干燥时，发生光的全内折射。当存在雨滴时，一些光从挡风玻璃92“泄漏”，从而降低了检测器122所见的光的强度。检测器信号通常被解释为估计降雨率和产生的控制信号来自动控制车辆部件(例如，刮水器的速度)。
参考图9，示出了图，示出根据本发明的另一实施方案的另一示例性模制镜头组件的顶视图(a)和底视图(b)。在一些实施方案中，模制镜头组件和盖102'可包括附加光学器件140和/或150。在各种实施方案中，附加光学器件140和/或150可以在一个或多个模制细长透镜特征部130的填充实心区136中实现(形成、模制、机加工等)。在一些实施方案中，光学器件140和150在镜头组件102'的相对的两侧上实现。在一些实施方案中，光学器件140和150可以在镜头组件102'的相邻特征部130中形成。附加光学器件140和150可以包括在模制镜头组件中，以通过感测外部(环境)光水平和隧道光水平来促进对前大灯和仪表板灯的自动控制。
参考图10，示出了图，示出用于与图9的盖102'的模制镜头组件相关联的隧道传感器和日光传感器的示例性光路。在一些实施方案中，可以包括光学器件140和/或150，用于分别感测外部(环境)光水平和/或隧道光水平。光学器件140可以充当提供广角太阳光检测的光管。光学器件150可以被配置为提供窄角度隧道传感器。
参考图11，示出了曲线图160，示出根据本发明的实施方案的集成光照/雨量传感器和通信天线模块在变化的挡风玻璃厚度下的相对光效率。曲线图160示出了在从4.2mm偏移至6.6mm的挡风玻璃厚度下根据本发明的实施方案的光照/雨量传感器的模拟。示出了平坦挡风玻璃和半径为1400mm(例如，从车辆90外部看是凸起的)的挡风玻璃的模拟。该模拟显示根据本发明的实施方案的光照/雨量传感器适用于覆盖大部分挡风玻璃的一系列厚度(例如，4.8mm至6.0mm)。
参考图12，示出了曲线图170，示出镜头组件和盖102对GPS信号的影响。具有或不具有模制细长镜头特征部130的塑料镜头组件和盖102通常将载噪比(CNR)降低大约1dB-2dB。然而，即使具有这种降低性能，仍然在可接受的操作范围内。
参考图13，示出了图，示出根据本发明的实施方案的集成光照/雨量传感器和通信天线模块的示例性电子部分。在各种实施方案中，集成光照/雨量传感器和通信天线模块100的电子电路安装在印刷电路板106的后侧上。在一个示例中，电子电路可以包括处理(或控制)电路200。在各种实施方案中，控制电路200包括处理器202和雨量光照传感器模块204。在一个示例中，雨量光照传感器模块204经由串行通信连接(例如，I2C、SPI等)与处理器202通信。雨量光照传感器模块240可以被配置为管理一对发射器206a和206b、以及多个检测器208a-208n。检测器208a-208n可以分为环境信道和雨量信道。在各种实施方案中，发射器206a和206b可以被实现为发光二极管(LED)，并且检测器208a-208n可以被实现为光电二极管或光电晶体管。在一个示例中，发射器206a和206b可以被实现为红外发射二极管或近红外发射二极管(例如，OSRAM SFH 4053，可从欧司朗光电半导体公司(OSRAMOptoSemiconductors GmbH)获得)，并且检测器208a-208n可以被实现为硅PIN光电二极管(例如，OSRAM SFH 2400FA，可从欧司朗光电半导体公司获得)。
处理器202可以连接到多个块(或电路)210-222。在一个示例中，块210可以被实现为车辆CAN总线，块212可以实现可移动存储器插槽(例如，SD、MMC等)，块214可以被实现为闪存存储器，块216可以被实现为随机存取存储器(RAM)，块218可以实现用于接收全球导航卫星系统(GNSS)信号的表面声波(SAW)滤波器，块220可以实现无线电(例如，蜂窝、GSM、UMTS、LTE、IEEE 802.11n等)通信调制解调器，并且块222可以实现时钟晶体。车辆CAN总线210通常允许处理器202控制车辆90的特征部(例如，前大灯、仪表灯、挡风玻璃刮水器等)。可移动存储器插槽212允许处理器202存取额外的存储器和/或应用程序(程序代码)。在一个示例中，闪存存储器214可以被实现为并行NOR闪存存储器。然而，可以相应地实现其他类型的闪存存储器以符合特定应用的设计标准。RAM 216可以被实现为并行存取静态RAM(SRAM)。SAW滤波器218可以被配置为将GPS(全球定位系统)或GNSS(全球导航卫星系统)天线(例如，天线108)耦接到处理器202的低噪声放大器(LNA)输入。调制解调器220可以连接到处理器202的通用异步接收器发送器(UART)端口。时钟晶体222可以提供用于对处理电路200的操作进行同步的定时信号。电路202还可以连接到电源224，该电源被配置为从车辆用蓄电池的蓄电池电压为电路200提供一个或多个供电电压(例如，VDC LPVR、VDD18等)。电源224还可以为发射器晶体振荡器(TXCO)226供电。
参考图14，示出了图，示出根据本发明的示例性实施方案的集成光照/雨量传感器和通信天线模块的示例性安装点。在各种实施方案中，车辆90的后视镜94后面(或附近)的空间提供用于安装集成光照/雨量传感器和通信天线模块100的可取位置。集成光照/雨量传感器和通信天线模块100通常安装在挡风玻璃92的后(内部)表面上，靠近安装后视镜的位置。在后视镜后面的挡风玻璃上的位置是可取的，因为该位置被擦拭，具有开阔的天空能见度，并且面向车辆90的行进方向。在各种实施方案中，使用透明粘合材料(或垫圈)254将集成光照/雨量传感器和通信天线模块100附接到挡风玻璃92。在一些实施方案中，可以使用附接到挡风玻璃92的安装框架250(图15中示出)，或通过将集成光照/雨量传感器和通信天线模块100滑动到附接到挡风玻璃92的安装框架的凹槽中(如图16所示)，来将集成光照/雨量传感器和通信天线模块100附接到挡风玻璃92。
参考图15，示出了图，示出将集成光照/雨量传感器和通信天线模块100可移除地安装到挡风玻璃92的另选技术。在一些实施方案中，可将集成光照/雨量传感器和通信天线模块100插入安装框架300中。首先使用透明粘合材料(或垫圈)254将安装框架300安装到挡风玻璃92。将集成光照/雨量传感器和通信天线模块100插入安装框架300中，并且将金属片夹302卡扣在突片304上，从而使集成光照/雨量传感器和通信天线模块100锁定就位。只需反转该过程即可移除集成光照/雨量传感器和通信天线模块100。
参考图16，示出了图，示出根据本发明的示例性实施方案的可移除地安装集成光照/雨量传感器和通信天线模块100的另选技术。在一些实施方案中，可使用例如粘合剂材料402将安装框架400附接到挡风玻璃92。集成光照/雨量传感器和通信天线模块100可以被配置为滑动到安装框架400中的凹槽中，从而使集成光照/雨量传感器和通信天线模块100与挡风玻璃92的后(内部)表面接触。
参考图17，示出了图，示出安装在车辆环境中的根据本发明的另一示例性实施方案的集成相机和通信天线模块。在各种实施方案中，集成相机和通信天线模块500可以安装在车辆90的挡风玻璃92的后侧(内部)表面上。集成相机和通信天线模块500可以安装在车辆90的挡风玻璃92和后视镜94之间。
参考图18，示出了图，示出图17的集成相机和通信天线模块500的示例性具体实施的前视图。在各种实施方案中，集成相机和通信天线模块500可以通过挡风玻璃安装架502安装到挡风玻璃92。光阱504可以附接到集成相机和通信天线模块500的相机镜头。
参考图19，示出了图，示出图17的集成相机和通信天线模块500的视场角。一般来讲，车辆90可以限制安装在挡风玻璃92上之后的集成相机和通信天线模块500的垂直视场。在一个示例中，集成相机和通信天线模块500的水平平面与车辆94的前部(或鼻部)之间的角度α可以是大约15.73度。在一个示例中，集成相机和通信天线模块500可以被配置为具有与水平平面成β度的视场(FOV)。在一个示例中，β可以为±15度。配置集成相机和通信天线模块500以从视野中消除车辆通常使可用图像区域最大化。
参考图20和图21，示出了图，示出图17的集成相机和通信天线模块500的示例性实施方案，该集成相机和通信天线模块仅具有通信天线组件(图20)并且进一步与可选的光照/雨量传感器组件(图21)集成。在各种实施方案中，集成相机和通信天线模块500可以包括前(或上)盖506和后(或下)盖508。盖506和508通常包住单个印刷电路板，该印刷电路板具有安装在顶表面上的通信天线(由长虚线示出)以及安装在底表面上的相机传感器和电子器件(在图24中示出)。
在一些实施方案中，上盖506还可以包括模制镜头组件(在图21中由短虚线表示)，如上文结合图2所述。在各种实施方案中，盖506可由不透明的红外透射滤光塑料形成。模制镜头组件通常被配置为提供至少四个光路和一个中心空间，通信天线配合到该中心空间中。在仅实施四个光路的实施方案中，四个光路通常正交地布置，使得相邻光路彼此成直角(例如，在x-y平面中)。在各种实施方案中，光路的正交布局在光路的中心提供开放的庭(或腔或空间)，并且通信天线可放置在该庭中。在一些实施方案中，盖506中的模制镜头组件还可以包括用于阳光感测和隧道光水平感测的光学器件。
在各种实施方案中，下盖508可以被配置为在集成相机和通信天线模块500内的印刷电路板的后侧上提供用于从相机镜头510到相机传感器的光路的空间。在各种实施方案中，盖506和508可以被配置为卡扣在一起以便于组装。例如，在一些实施方案中，可以实现卡扣配合连接。然而，可以实现组装(紧固)盖506和508的其他方法(例如，粘合、胶合、熔合等)。
参考图22，示出了图，示出图21的集成相机和通信天线模块500的侧剖视图。在一个示例中，穿过相机镜头510的光被引导到镜512上并聚焦到印刷电路板516的后侧上的相机传感器514上。在一些实施方案中，镜512可以由棱镜(例如，五棱镜)代替。在一些实施方案中，相机传感器514可以包括完全集成的片上系统(SoC)汽车图像传感器，该传感器将高清(HD)视频(例如，720p/30等)与彩色高动态范围(HDR)功能组合。相机传感器514可以被配置用于宽视场和多相机应用程序。相机传感器514可以具有同时传输高质量视频和场景信息内容的能力，从而允许相机传感器514支持涉及并发视觉和感测功能的汽车应用。在一个示例中，相机传感器514可以被配置为提供8位或10位YUV格式的完全处理的、可显示的彩色HDR视频输出，或者由用户完全控制格式化和数据转移的10位至18位组合RAW RGB HDR输出。集成相机和通信天线模块500通常允许下一代相机接口和高级汽车系统架构，诸如基于以太网、车辆到车辆(V2V)和车辆到基础设施(V2I)驾驶辅助解决方案。
参考图23，示出了图，示出旋转以暴露后正视图的图22的集成相机和通信天线模块500的剖视图。
参考图24，示出了图，示出集成相机和通信天线模块500的示例性连接。在一个示例中，集成相机和通信天线模块500可以具有连接器518和连接器520。可以使用MOLEXMini50连接系统来实现连接器518。可以使用MOLEX FAKRA连接器系统(例如，射频连接和/或视频FPD-Link III链路)来实现连接器520。
参考图25，示出了图，示出根据本发明的示例性实施方案的印刷电路板516的底表面的布局。在各种实施方案中，多个集成电路(或芯片)可以安装在印刷电路板516的后侧上。在一个示例中，芯片的数量可以包括但不限于GPS芯片组522、相机传感器芯片524、串行器芯片526和可选的雨量/光照传感器芯片528。在具有雨量/光照传感器能力的实施方案中，印刷电路板516还将包括多组发射器(例如，IRLED)和多组检测器(例如，光电二极管或光电晶体管)。在一个示例中，芯片522可以用具有高性能处理能力的完全集成的GPS/Galileo/Glonass/北斗/QZSS接收器(例如，来自意法半导体(STMicroelectronics)的TESEO STA8090EXG芯片)来实现。芯片524可以被实现为汽车图像传感器芯片(例如，豪威科技(OmniVision Technologies)的全景视觉OV10635相机传感器芯片)。芯片526可以使用25MHz至100MHz 10/12位FPD-Link III串行器(例如，来自德州仪器(Texas Instruments)的DS90UB913A串行器芯片)来实现。可选的雨量/光照传感器芯片528可以使用MelexisMLX75308雨量传感器芯片来实现。
参考图26，示出了图，示出根据本发明的示例性实施方案的集成相机和通信天线模块的示例性电子部分。在各种实施方案中，集成相机和通信天线模块500的电子电路安装在印刷电路板506的后侧上。在一个示例中，电子电路包括处理(或控制)电路600。控制电路600包括处理器602、相机传感器604和串行器606。在包括光照/雨量感测能力的实施方案中，控制电路600还可以包括可选的雨量光照传感器模块608。
可选的雨量光照传感器模块608可以经由串行通信连接总线(例如，I2C、SPI等)连接到处理器602。雨量光照传感器模块608可以被配置为管理一对发射器610a和610b、以及多个检测器612a-612n。检测器612a-612n可以分为环境信道和雨量信道。在各种实施方案中，发射器610a和610b可以被实现为发光二极管(LED)，并且检测器612a-612n可以被实现为光电二极管或光电晶体管。在一个示例中，发射器610a和610b可以被实现为红外发光二极管或近红外发光二极管。
在各种实施方案中，处理器602可以被实现为嵌入式处理器或控制器(例如，ARM核心等)。处理器602可以连接到多个块(或电路)614-626。在一个示例中，块614可以表示车辆CAN(控制器是网络)总线，块616可以实现可移动存储器插槽(例如，SD、MMC等)，块618实现闪存存储器，块620可以实现随机存取存储器(RAM)，块622可以实现表面声波(SAW)滤波器，块624实现无线电通信(例如，蜂窝、GSM、UMTS、LTE、WiFi、IEEE 802.11n等)调制解调器，并且块626可以实现时钟晶体。
处理器602可以被配置为经由车辆CAN总线614控制车辆的特征部(例如，前大灯、仪表灯、挡风玻璃刮水器等)。处理器602还可以被配置为经由车辆CAN总线614与车辆90交换惯性测量单元(IMU)数据。在各种实施方案中，处理器602可以被配置为支持标准ISO15765协议或扩展的ISO15765协议。然而，可以实现其他协议，包括但不限于ISO 15764-4(CAN)、ISO 14230-4(关键字协议2000)、ISO 9141-2(亚洲、欧洲、克莱斯勒汽车)、SAEJ1850VPW(通用汽车)、SAE J1850PWM(福特汽车)、SAE J2411(通用汽车LAN、单线CAN)和福特MSC(中速CAN)。
可移动存储器插槽616允许处理器602存取额外的存储器(例如，SD卡/MMC卡)、应用程序(程序代码)、订户信息模块(例如，SIM卡)等。在一个示例中，闪存存储器618可以被实现为并行NOR闪存存储器。然而，可以相应地实现其他类型的闪存存储器以符合特定应用的设计标准。在一个示例中，RAM 620可以被实现为并行存取静态RAM(SRAM)。然而，可以相应地实现其他类型的RAM以符合特定应用的设计标准。SAW滤波器622可以被配置为将GPS(全球定位系统)或GNSS(全球导航卫星系统)天线(例如，天线108)耦接到处理器602的低噪声放大器(LNA)输入。调制解调器624可以连接到处理器602的通用异步接收器发送器(UART)端口。时钟晶体626可以提供用于对处理电路600的操作进行同步的定时信号(例如，参考时钟)。电路602还可以连接到电源630，该电源被配置为从车辆用蓄电池的蓄电池电压为电路600提供一个或多个供电电压(例如，VDC LPVR、VDD18等)。
相机传感器604和串行器606通常连接在一起并被配置为将聚焦在相机传感器604上的图像转换为包含图像数据(例如，像素、同步信号等)的串行比特流。串行器608可以被配置为将串行比特流(例如，经由串行外围设备接口或SPI)传送到外部处理器628以进行进一步处理。在一个示例中，外部处理器628可以是自动驾驶辅助系统(ADAS)的一部分，该ADAS被配置为提供警告(例如，车道侵入、碰撞、车道交叉等)和/或车辆的控制特征部(例如，制动器、导航等)。
参考图27，示出了图，示出根据本发明的示例性实施方案的雨量传感器和集成相机和通信天线模块500的示例性安装点。在各种实施方案中，车辆94的后视镜后面的空间提供用于安装集成相机和通信天线模块500的可取位置。集成相机和通信天线模块500通常安装在挡风玻璃92的后(内)表面上，靠近车辆90的后视镜94的安装位置。在后视镜后面94的挡风玻璃上的位置是可取的，因为该位置被擦拭，具有开阔的天空能见度，并且面向车辆94的行进方向。在各种实施方案中，使用透明粘合材料(或垫圈)将集成相机和通信天线模块500附接到挡风玻璃92。在一些实施方案中，光照/雨量传感器可以被集成在集成相机和通信天线模块500中或附接到挡风玻璃92上的单独位置。
参考图28，示出了图，示出用于制造根据本发明的示例性实施方案的镜头组件和盖的示例性过程的注塑成型机700。在一个示例中，制造如上结合图2所述的模制镜头组件和盖的过程(或方法)可以包括将树脂小球装载到注塑成型机700的料斗702中。在各种实施方案中，树脂小球可以包括电介质、微波和红外透明的可模制塑料材料(例如，丙烯酸红外透射树脂)。注塑成型机700可以被配置为加热树脂小球直到小球熔融，并将熔融树脂注入模具704中。模具704被配置为由熔融树脂形成根据本发明的示例性实施方案的模制镜头组件和盖。注塑成型机700使模具704冷却直到熔融树脂凝固。然后将根据本发明的示例性实施方案的模制镜头组件和盖从模具取出并重复该过程。
模具704通常被配置为形成至少一个模制镜头组件和盖。在示例性实施方案中，模制镜头组件和盖通常包括基本上平面的盖部分，该基本上平面的盖部分具有在平面部分的周边处向下延伸的侧面；和四个模制细长特征部，这些模制细长特征部延伸离开平面部分并且被布置成使得相邻模制细长特征部相互垂直并限定直线空间。每个模制细长特征部包括第一凸透镜部分和第二凸透镜部分。在一些实施方案中，模具可以被进一步配置为在第一凸透镜部分和第二凸透镜部分之间形成一个或多个填充区。在一些实施方案中，模具可以被进一步配置为形成一个或多个特征部，用于支持以下项中的中的一项或多项：(i)环境光感测，(ii)隧道检测和(iii)日照感测。附加特征可以在第一凸透镜部分和第二凸透镜部分之间的一个或多个填充区中形成。
模制之外的其他方法可以用于形成根据本发明的实施方案的镜头组件和盖。例如，存在并且正在开发使用三维(3D)打印来生产镜片的技术。在一些实施方案中，可以使用此类3D打印技术来制造根据本发明的实施方案的镜头组件和盖。
在各种方面，本发明的实施方案可以包括但不限于集成雨量/光照传感器和通信天线模块、集成相机和通信天线模块，以及与雨量/光照传感器一起使用的模制镜头组件。在不影响性能的情况下，雨量传感器的尺寸通常不能减小。感测到的挡风玻璃的表面越大，对刮水器速度的控制、降雨量的估计就可以越准确。雨量/光照传感器的发射器和光电二极管之间需要最小间隙。
镜头组件通常被配置为将来自一个或多个发射器的光有效地耦合到挡风玻璃中。前表面上的大感测区域通常更灵敏。根据本发明的示例性实施方案的模制镜头组件可以在挡风玻璃的前表面上提供足迹/感测区域，该足迹/感测区域包括四个大约5mm×5mm的光斑，具有更强的光，并且每个光斑几乎达到10mm×10mm。根据本发明的示例性实施方案的雨量/光照传感器可以适应不同的近红外(NIR)透射率(例如，16％-85％)、不同的挡风玻璃厚度(例如，4.2mm至6.0mm)和材料，以及在传感器位置处大于或等于1400mm的挡风玻璃曲率。通常，假设挡风玻璃的折射率n接近1.5。模制镜头组件的光学器件与挡风玻璃之间的结合需要接近1.5的n。在各种实施方案中，模制镜头组件的载体/基板(或平面)部分具有大约2.0mm的厚度。如果需要，可以增加平面部分的厚度。
在一个示例中，使用微型SMD红外发射器和通孔光电二极管检测器根据本发明的实施方案设计的雨量传感器可以使用用于发射器和光电二极管的简单折射光学器件适配在挡风玻璃和印刷电路板之间大约12.7mm的空间中。在一个示例中，两个LED(IRED)和两个光电二极管可以由根据本发明的实施方案的模制镜头组件光学耦合。每个LED向两个光电二极管提供光。可以实现0.6×0.6mm2至1×1mm2的检测器区域。较小的区域可以由于安装、不同厚度、曲率等提供更严格的公差。
发射器发出的光中约有20％的光通过上述设计到达检测器(不考虑挡风玻璃中的衰减)。在一个示例中，可以使用SFH2400FA光电二极管来实现检测器(具有可见波段)；可以使用vsmy1850或SFH 4053LED来实现发射器；可以使用SFH3410光电二极管来实现太阳(例如，可见波长)检测器。
当在本文中结合“是”和动词使用时，术语“可以”和“通常”意味着传达该描述是示例性的并且被认为足够宽以包含本公开中呈现的两个具体示例以及可以基于本公开得出的替代示例的意图。如本文所用的术语“可以”和“通常”不应该被解释为必然意味着省略对应元件的愿望或可能性。
虽然已经参考其实施方案具体示出和描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。

Claims (15)

1.一种装置，包括：
相机镜头组件，所述相机镜头组件被配置为提供穿过车辆的挡风玻璃的向前视野；
印刷电路板，所述印刷电路板附接到所述相机镜头组件，所述印刷电路板包括天线、接地层和图像传感器，其中，(i)所述天线被设置在所述印刷电路板的前表面上，(ii)所述接地层被设置在所述印刷电路板的所述前表面上或所述印刷电路板的一层内，(iii)所述图像传感器被安装在所述印刷电路板的后表面上，并且(iv)所述相机镜头组件被配置为将穿过所述挡风玻璃的所述向前视野的图像聚焦在所述图像传感器上。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述天线被配置为接收全球定位卫星系统的信号。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述天线包括蜂窝通信天线。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述天线包括车辆到车辆(V2V)、车辆到基础设施(V2I)，或车辆到一切(V2X)通信天线。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述相机镜头组件还包括镜，所述镜被配置为将通过所述相机镜头接收的光引导到所述图像传感器上，其中，所述相机镜头组件还包括棱镜，所述棱镜被配置为将通过所述相机镜头接收的光引导到所述图像传感器上。
6.根据权利要求1所述的装置，还包括控制电路，所述控制电路安装在所述印刷电路板的所述后表面上，其中，所述控制电路被配置为管理所述图像传感器，根据权利要求7所述的装置，其中，所述控制电路被进一步配置为控制一个或多个光照/雨量传感器的发射器和检测器。
7.根据权利要求6所述的装置，还包括：
镜头组件，所述镜头组件安装到所述印刷电路板的所述前表面并且被配置为提供至少四个正交光路和一个中庭，其中，所述中庭与所述天线对齐；
第一发射器和第二发射器，所述第一发射器和所述第二发射器安装在所述印刷电路板上，所述第一发射器位于所述四个正交光路的第一对之间，并且所述第二发射器位于所述四个正交光路的第二对之间；
第一检测器和第二检测器，所述第一检测器和所述第二检测器安装在所述印刷电路板上，所述第一检测器位于所述四个正交光路的第三对之间，并且所述第二检测器位于所述四个正交光路的第四对之间。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述印刷电路板为正方形的，所述第一发射器和所述第二发射器被安装在所述印刷电路板的所述前侧上的相对的角部中，并且所述第一检测器和所述第二检测器被安装在所述印刷电路板的所述后侧上并与所述印刷电路板中的相应通孔对准。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置被配置为被安装在所述车辆的后视镜附近，其中，所述装置被配置为被安装在所述车辆的后视镜的前面。
10.一种生成自动驾驶辅助信息的方法，包括：
将相机镜头组件安装到车辆的挡风玻璃的后表面，其中，所述相机镜头组件被配置为提供穿过车辆的所述挡风玻璃的向前视野；
将印刷电路板附接到所述相机镜头组件，所述印刷电路板包括天线、接地层和图像传感器，其中，所述天线被设置在所述印刷电路板的前表面上，所述接地层被设置在所述印刷电路板的所述前表面上或所述印刷电路板的一层内，所述图像传感器被安装在所述印刷电路板的后表面上，并且所述相机镜头组件被配置为将穿过所述挡风玻璃的所述向前视野的图像聚焦在所述图像传感器上。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述天线被配置为接收和/或发送全球定位卫星系统的信号，蜂窝通信系统的信号，车辆到车辆(V2V)、车辆到基础设施(V2I)或车辆到一切(V2X)通信系统的信号中的一个或多个信号，以及无线通信频谱的一个或多个部分。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述相机镜头组件还包括镜，所述镜被配置为将通过所述相机镜头接收的光引导到所述图像传感器上，其中，所述相机镜头组件还包括棱镜，所述棱镜被配置为将通过所述相机镜头接收的光引导到所述图像传感器上。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述相机镜头组件还包括控制电路，所述控制电路安装在所述印刷电路板的所述后表面上，其中，所述控制电路被配置为管理所述图像传感器，进一步包括配置所述图像传感器以同时传递高质量视频和场景信息内容。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述图像传感器被配置为支持涉及并发视觉和感测功能的汽车应用。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
在所述印刷电路板的所述前表面和所述挡风玻璃的所述后表面之间安装光照/雨量传感器镜头组件，其中，(i)所述光照/雨量传感器镜头组件被配置为提供至少四个正交光路和一个中庭，(ii)所述中庭与所述天线对齐，(iii)所述印刷电路板包括第一发射器、第二发射器、第一检测器和第二检测器，所述第一发射器位于所述四个正交光路的第一对之间，所述第二发射器位于所述四个正交光路的第二对之间，所述第一检测器位于所述四个正交光路的第三对之间，并且所述第二检测器位于所述四个正交光路的第四对之间。
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