CN110753169A - 具有2部件元件的照相机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有2部件元件的照相机，尤其是涉及一种用于获取车辆内部图像的装置，该装置包括：照明器，该照明器用于照明视场；图像传感器，该图像传感器被布置成从视场获取图像；以及光学元件，该光学元件具有透光部分和阻光部分，其中，透光部分被布置成使得照明器的被发射到视场的光穿过透光部分，并且其中，阻光部分被布置成阻挡照明器在朝向图像传感器的方向上发射的光。

Description

具有2部件元件的照相机
技术领域
本发明涉及一种用于获取车辆内部图像的装置，尤其是用于手势识别和/或疲劳检测的装置。
背景技术
这种用于获取车辆内部图像的装置可以被设计为集成部件，即，该装置必须被集成到车辆的安装空间中，例如集成到仪表板或车顶中。车辆的安装空间通常非常有限，因此需要一种具有紧凑的设计的用于获取车辆内部图像的装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于获取车辆内部图像的具有紧凑设计的装置。
本发明的装置包括照明器以照明视场。视场通常定义为当驾驶员驾驶车辆时他或她的头部所处的空间。该装置还包括图像传感器，该图像传感器被布置成从视场获取图像。如果视场被定义为驾驶员的头部所处的空间，则图像传感器可以从驾驶员的头部获取图像。此外，该装置包括具有透光部分和阻光部分的光学元件，其中，透光部分被布置成使得照明器的被发射到视场的光穿过透光部分，并且其中，阻光部分被布置成阻挡照明器在朝向图像传感器的方向上发射的光。
本发明的一个总的思想是提供一种在不同部分具有不同光学性能的光学元件。该光学元件是一个单独的预制部件，例如通过多部件注射成型工艺制造。
根据本发明的光学元件具有两个单独的功能：使照明器的光穿过其透光部分到达视场，并阻挡照明器的光传播到传感器以避免所谓的光泄漏。
在本教导中，由照明器发射的光通常可以是人眼可见的，但是优选地包括或基本上由人眼不可见的光组成，例如红外光形式的电磁辐射。
用于获取车辆内部图像的装置的有利实施方式可以从以下描述和附图中得到。
根据一个实施方式，透光部分形成至少一个透镜。透光部分可精确地形成一个透镜。可替代地，透光部分可形成不止一个透镜。这具有的优点是，光学元件可以用于更改视场的照明。通常应该将照明更改为在整个视场中是均匀的，并且在视场之外可能是最少的。
在本教导中，术语透光通常是指至少特定波长范围的光可以穿过该材料。
根据一个方面，透光部分被构造为不阻挡任何光，即，让任何波长的光穿过其自身。可替代地，透光部分被构造成仅让某波长范围的光穿过。在一个实施方式中，透光部分被构造成基本上仅让红外光穿过。这具有最小化所谓的红光效果的优点。
在另一方面，透光部分被构造成至少让红外光穿过，即，该部分是透红外光的。因此，红外光可以用于照明视场。
根据另一方面，照明器被布置成发射红外范围波长的光。照明器可以被布置成发射近红外光的光，特别是在780nm到1100nm的范围内的光。使用红外范围波长的光来照明视场的优点在于，驾驶员不能看到光，因此不会被光眩目。
在本发明的一个方面中，照明器包括至少一个激光器和/或至少一个发光二极管。照明器可以精确地包括一个激光器或一个LED。可替代地，照明器可以包括多个激光器或LED，该多个激光器或LED特别地可以被布置成矩阵。
照明器的至少一个LED可以是SMD LED或板上芯片LED。该至少一个激光器可以是垂直腔面发射激光器(VCSEL)。
根据一个方面，照明器包括被透光部分封装的光源。术语“被透光部分封装”是指透光部分包围光源，以便光源完全被透光部分密封，或者被透光部分结合装置的其它部分密封。
根据另一实施方式，该装置不包括单独的反射器部分。例如，透光部分可以具有反射涂层，该反射涂层使得单独的反射器部分是不必要的。没有单独的反射器部分的优点在于，该装置可以以特别紧凑的设计制造。
为了改善视场的照明，可以使用具有内置透镜的LED。另外，透光部分可形成为透镜。在一个实施方式中，内置透镜和由透光部分形成的透镜光学串联连接，使得照明器的光穿过两个透镜。这有助于提供视场的均匀照明。
光源可以包括固定到印刷电路板(PCB)的至少一个LED和/或至少一个激光器。该PCB和透光部分可包覆该光源以密封该光源。为了避免在产品寿命周期内丧失密封性能，透光部分可以固定地连接到印刷电路板，例如粘合到印刷电路板。这也限制了由PCB的振动引起的噪声。
根据一个实施方式，透光部分包括弹性材料，特别地是由弹性材料制成。可替代地，阻光部分可以包括弹性材料，特别地是可以由弹性材料制成。优选地，透光部分和阻光部分都包括弹性材料，特别是都由弹性材料制成。使用弹性材料用于透光部分和/或阻光部分有助于避免装置中的噪声，并且另外有助于改善装置的密封。
可替代地，透光部分和阻光部分可以由诸如热塑性材料的非弹性材料制成。
根据一个方面，透光部分包括硅橡胶，并且特别地由硅橡胶组成。可替代地，阻光部分可以包括硅橡胶，并且特别地由硅橡胶组成。在优选实施方式中，透光部分和阻光部分都包括硅橡胶。优选地，透光部分和阻光部分都由硅橡胶组成。硅橡胶可用于制造复杂的几何形状，并具有良好的阻尼和密封性能。因此，其非常适于制造透光部分和/或阻光部分。
根据一个方面，透光部分包括面向照明器的光源的凸出表面。根据另一方面，透光部分限定了具有底切的内部空间，即透光部分限定了具有向内增大的内部圆周的空间。特别地，透光部分形成为包括开口，该开口具有比该部分内部的相邻空间的内部圆周小的内部圆周。
在另一方面，透光部分的表面至少部分地被涂覆。特别地，涂层可以是抗反射涂层。抗反射涂层可以放置在面向光源和/或视场的表面上。可选地或除此之外，涂层可包括反射涂层。反射涂层可以用于代替如前所述的反射器部分。在这种情况下，反射涂层可以放置在透光部分的侧表面上，即不面向光源或视场的表面上。作为一个实施例，反射涂层可以包括金属。
在一个方面，透光部分具有带扩散性能的光入射表面、带扩散性能的光出射表面和/或包括具有光扩散性能的材料。
根据另一方面，透光部分包括显微透镜和/或在透光部分的表面上形成的结构。
透光部分的表面上的结构的实施例可以是折射显微透镜、光束均化器和准直器。这种结构可以放置在面向光源的表面和/或面向视场的表面上。该结构也可以放置在透光部分的主体内部。
在一个实施方式中，照明器包括反射器，该反射器被设置成在视场的方向上偏转光源的光。特别地，反射器邻接透光部分和/或阻光部分。反射器甚至可以固定地连接到透光部分和/或阻光部分。当反射器邻接透光部分或阻光部分时，消除了由频繁照明造成的噪声引起的反射器的振动。当透光部分和/或阻光部分由诸如硅橡胶的弹性材料制成时尤其如此。
反射器可以至少部分地由金属或金属化材料制成。例如，反射器可以由包括铜和/或铝的材料制成。
根据实施方式，反射器和阻光部分彼此邻接或接触以形成密封表面。这有助于密封反射器的内部。特别地，反射器和阻光部分之间的密封表面沿着封闭形状延伸，例如封闭的圆形或正方形。
为了改善反射器内部的密封，反射器和透光部分可以彼此邻接以形成密封表面。特别地，反射器和透光部分之间的密封表面可以沿着封闭形状延伸。
照明器可以包括印刷电路板。在这种情况下，为了改善印刷电路板和透光部分之间的密封，透光部分和印刷电路板可以彼此邻接或接触以形成密封表面。如果透光部分与印刷电路板之间的密封表面沿封闭形状延伸，则可以是有利的。
根据另一方面，在装置的正面处设置有盖。该盖是可见光不能透过的，即，盖被构造成过滤可见光的至少大部分，否则可见光将进入或离开该装置。因此，盖对于人来说可能呈现黑色或暗色。
在另一实施方式中，阻光部分和盖彼此邻接以形成密封表面。而且，阻光部分和盖之间的密封表面可以沿着封闭形状延伸，例如正方形或圆形。特别地，密封唇可以形成在与盖接触的阻光部分上。第二密封唇可以形成在与装置的壳体接触的阻光部分上。
根据另一方面，阻光部分形成框架，光源的光穿过该框架向视场发射光。因此，阻光部分形成开口，光穿过该开口进入到视场。因此，阻光部分用于限定照明器的光束的形状。附加地或可选地，阻光部分和透光部分可以形成连接区域，即连接表面，在该连接表面处这两个部分连接到彼此，该连接表面沿着封闭形状延伸。
附图说明
下面将参考附图描述本发明的各种实施方式的特征和优点。
图1示出了根据本发明的实施方式的具有反射器的装置的示意性横截面图；
图2示出了根据本发明的第二实施方式的光学元件的立体图，该光学元件被设置成用于如图1所示的具有反射器的装置中；
图3示出了根据本发明的第三实施方式的装置的示意性横截面图，该装置不具有单独的反射器部分；
图4A示出了根据本发明的第四实施方式的装置的示意性横截面图，该装置具有集成到SMD LED中的反射器；
图4B示出了SMD LED的示意性横截面图；
图5A示出了根据本发明的第五实施方式的装置的示意性横截面图，该装置具有COB LED且不具有单独的反射器部分；
图5B示出了COB LED的示意性横截面图；
图6示出了根据本发明的第六实施方式的装置的示意性横截面图，该装置不具有单独的反射器部分，但是具有带底切的透光部分；
图7示出了根据本发明的第七实施方式的具有底切的另一透光部分的示意性横截面图；
图8示出了根据本发明的第八实施方式的装置的详细的示意性横截面图；
图9示出了根据本发明的第九实施方式的装置的横截面立体图；
图10示出了根据本发明的第九实施方式的光学元件的立体图；
图11示出了根据本发明的第九实施方式的壳体的立体图。
附图标记列表
10 装置
12 照明器
14 视场
16 图像传感器
18 光学元件
18a 透光部分
18b 阻光部分
20 光源
22 印刷电路板(PCB)
24 反射器
24a 反射表面
25 空间
26 盖
28 框架
30 框架
32 框架
33 透镜
34 外围表面
36 外围表面
38 散热器
38a 反射表面
40 接合线
42 半导体晶体
44 磷层
46 集成透镜
48 半导体晶体
50 接合线
52 接合线
54 磷层
56 透镜
58 空腔
60 开口
62 空间
64 底切
66 凸出表面
68 第一扇区
70 第二扇区
72 密封唇
74 第二密封唇
76 壳体
78 框架
80 框架
82 框架
84 框架
86 冷却翅片
具体实施方式
图1至图11描述了根据本发明的实施方式。相同或相应的部件用相同的附图标记来标记，以简化几个实施方式的比较。
图1描述了用于获取车辆内部图像的装置10，特别是用于手势识别和/或疲劳检测的装置。装置10可集成到车辆(未示出)的仪表板或车顶中。用于获取车辆内部图像的装置10包括：两个照明器12，用于照明视场14；图像传感器16，该图像传感器16被布置成从视场14获取图像；以及光学元件18，该光学元件18具有透光部分18a和阻光部分18b。透光部分18a被布置成使得照明器12的发射到视场14的光穿过透光部分18a。阻光部分18b被布置成阻挡照明器12在朝向图像传感器16的方向上发射的光，以避免所谓的光泄漏。
在图1的实施方式中，照明器12各自包括光源20，该光源20为固定地连接到印刷电路板(PCB)22的发光二极管(LED)。照明器12还包括反射器24，该反射器24被设置成在视场14的方向上偏转光源20的光。反射器24以在反射器24和PCB 22之间建立密封表面的方式连接到PCB 22。例如，PCB 22和/或反射器24可以涂覆有弹性材料，使得每个反射器24和相应PCB 22之间的表面被适当地密封。
每个反射器24包括至少一个限定内部空间25的内部反射表面24a。该空间25被光学元件18的透光部分18a占据。如图1所示，反射表面24a的内部圆周朝向与光源20相对的端部增大。类似地，光学元件的透光部分18a的外部圆周沿着光从光源20行进到视场14的大致方向增加。
光源20被透光部分18a封装，从而密封光源20。在图1的实施方式中，每个透光部分18a沿着围绕光源20的封闭形状邻接相应的PCB 22。由于透光部分18a由诸如硅橡胶等弹性材料形成，因此改善了光源20的密封。
每个反射器24定位成围绕光源20中的一个。在光源20的远端，反射器24邻接光学元件18的阻光部分18b。反射器24和阻光部分18b一起形成屏蔽，使得由照明器12发射的光不直接朝向图像传感器16照射。因此，反射器24和阻光部分18b被布置成阻挡照明器12在朝向图像传感器16的方向上发射的光，以避免所谓的光泄漏。
在面向视场14的一侧，即正面，装置10配备有盖26。该盖26是可见光不能透过的，并且因此对于驾驶员来说表现为黑色或暗色表面。阻光部分18b邻接盖26，从而建立密封表面。
当光源20发射红外光时，红外光穿过透光部分18a并穿过盖26进入到视场14。红外光被放置在视场14中的物体(例如驾驶员的头部)反射，然后被图像传感器16检测到。另一方面，不离开装置10并且将被图像传感器16检测到的光被阻光部分18b阻挡。
在图2中，描绘了用于四个光源20的光学元件18。光学元件18包括两个透光部分18a和连接两个透光部分18a的阻光部分18b。每个透光部分18a被构造成接收一对光源20。阻光部分18b形成三个框架28、框架30、框架32，一个框架28用于第一对光源20，一个框架32用于第二对光源20，并且一个框架30处在框架28、框架32之间用于图像传感器16。因此，光源20可以布置在图像传感器16的至少两侧上。
图3描述了第三实施方式。该实施方式不需要单独的反射器部分。透光部分18a包围光源20，并沿着封闭形状连接到PCB 22以密封光源20。阻光部分18b从PCB 22延伸到盖26，以便阻挡从光源20发射的光，否则，光将直接辐射到图像传感器16中，并因此导致光泄漏。
透光部分18a在光射出透光部分18a的一侧形成凸出表面。因此，为了更好地限定视场14的照明，透光部分18a形成透镜33。透光部分18a的外围表面34或阻光部分18b的外围表面36可以涂覆有反射涂层，以更好地限定视场14的照明。
透光部分18a与阻光部分18b均邻接PCB 22和盖26，以缓冲PCB 22和/或盖26的振动。透光部分18a和/或阻光部分18b可固定到PCB 22和/或盖26以确保振动被持续缓冲。
图4A描述了第四实施方式。它与图3的实施方式的不同之处在于，光源20是具有集成反射器的SMD(表面安装装置)LED。SMD LED具有更长的技术寿命，并且比常规LED更亮。
图4B示出了图4A的第四实施方式中使用的SMD LED。SMD LED包括具有安装在印刷电路板22上的反射表面38a的散热器38。接合线40将PCB 22与由磷层44覆盖的半导体晶体42连接。SMD LED可以具有如图4B所示的集成透镜46。可替代地，SMD LED不具有集成透镜，例如SMD LED是平的LED。
图5A描述了第五实施方式。它与图3和图4A至图4B的实施方式的变化在于，光源20是没有反射器的COB(板上芯片)LED。COB LED可以以紧凑的设计来构建并且非常可靠。在该实施方式中，透光部分18a不形成透镜，而是平放于盖26上。
图5B示出了在图5A的第五实施方式中使用的COB LED。COB LED包括半导体晶体48，该半导体晶体48例如被粘合地安装在印刷电路板22上。PCB 22还用于LED的冷却。两条接合线50、接合线52将半导体晶体48连接到PCB 22。半导体晶体48由磷层54覆盖。然后，具有磷层54的半导体晶体48和两条接合线50、接合线52被可以由环氧树脂制成的透镜56覆盖。
图6描绘了具有特殊形式的透光部分18a的第六实施方式。透光部分18a形成具有开口60的空腔58，并限定部分地被光源20(例如SMD LED或COB LED)占据的空间62。空腔的内部圆周(即在给定高度处围绕内表面一次测量的距离)的变化在于内部圆周在远离光源20的高度处变得更大。因此，空腔58相对于开口60限定底切64。在空腔58中，在面对光源20的一侧，透光部分18a具有凸出表面66。因此，透光部分18a形成透镜33。在背离光源20的相反方向上，透光部分18a具有平的表面，并且平放成抵靠盖20。
图7描述了根据第七实施方式的透光部分18a。除了下面解释的一些例外之外，该实施方式类似于图6的透光部分18a。图7的透光部分18a不邻接PCB 22。第二个独立的区别在于，透光部分18a具有背离光源20的凸出的表面，从而形成透镜33。
图8示出了根据第八实施方式的装置10。用于获取车辆内部图像的装置10包括：多个LED 20，以照明视场14；图像传感器16，该图像传感器16被布置成从视场14获取图像；以及光学元件18，该光学元件18具有透光部分18a和阻光部分18b。透光部分18a被布置成使得LED 20的发射到视场14的光穿过透光部分18a。阻光部分18b布置在LED 20和图像传感器16之间，以阻挡LED 20在朝向图像传感器16的方向上发射的光，以避免所谓的光泄漏。
在图8的实施方式中，多个LED 20都固定地连接到一个印刷电路板(PCB)22。设置反射器24以在视场14的方向上反射LED 20的光。反射器24以在反射器24和PCB 22之间建立密封表面的方式例如粘合地连接到PCB 22。可替代地，PCB 22和/或反射器24可涂覆有弹性材料，以便使反射器24与PCB 22之间的表面被适当密封。此外，由诸如硅橡胶的弹性材料制成的透光部分18a邻接PCB 22以抑制PCB 22的振动。
反射器24定位成围绕透光部分18a，并包括面向透光部分18a的内部反射表面24a。如图8所示，反射表面24a的内部圆周在第一扇区68中增加，然后在第二扇区70中保持恒定。类似地，光学元件18的透光部分18a的外部圆周在第一扇区68中增大，并且在第二扇区70中保持恒定。如图8中可见，第一扇区68比第二扇区70更靠近光源20。
LED 20被透光部分18a封装，使得每个LED 20被密封。为此，透光部分18a沿着围绕每个LED 20的封闭形状邻接PCB 22。由于透光部分18a由诸如硅橡胶的弹性材料制成，因此能够确保每个LED 20的密封。
为了避免反射器24的振动引起噪声，透光部分18a邻接反射器24，因此抑制反射器24的振动。因此，可以成功地避免由于PCB 22的振动或由于光机械效应而引起的反射器24的振动。
反射器24和阻光部分18b一起形成屏蔽，使得由LED 20发射的光不直接到达图像传感器16，即，使得由LED 20发射的光在不离开装置的情况下不到达图像传感器16。换句话说，反射器24和阻光部分18b被布置成阻挡照明器12在朝向图像传感器16的方向上发射的光，以避免所谓的光泄漏。
在面向视场的一侧，根据图8的实施方式的装置10还配备有形成装置的正面侧的盖26。该盖26是可见光不能透过的，因此对于驾驶员来说表现为黑色或暗色表面。阻光部分18b形成与盖26接触的柔性密封唇72，从而建立密封表面。阻光部分18b还形成与装置10的壳体76接触的第二柔性密封唇74，从而建立第二密封表面。
如前所述，从LED 20发射的红外光可以穿过透光部分18a并穿过盖26照射到视场14中。红外光被放置在视场14中的物体(例如驾驶员的头部)反射，然后被图像传感器16检测到。另一方面，留在装置10内部并且通常将被图像传感器16检测到的光被阻光部分18b阻挡。
如从图8中可以看出，透光部分18a在透光部分18a的背离光源20的一侧形成透镜33。透镜33位于透光部分18a的第二扇区70中。
在图9中，可以看出，阻光部分18b形成多个矩形框架78、矩形框架80、矩形框架82，每个矩形框架限定用于照射到视场14中的光的开口。阻光部分18b还形成圆形框架84，使得光可以穿过而到达图像传感器16。
图10示出了具有透光部分18a和阻光部分18b的光学元件18。从该图中可以看出，每个透光部分18a具有与框架78、框架80和框架82的形式一致的矩形外部形式。
图11示出了用于包括散热器的装置的示例性壳体，该散热器具有用于冷却光源20的多个冷却翅片86。

Claims (15)

1.一种用于获取车辆内部图像的装置(10)，所述装置(10)包括：
照明器(12)，所述照明器(12)用于照明视场(14)，
图像传感器(16)，所述图像传感器(16)被布置成从所述视场(14)获取图像，以及
光学元件(18)，所述光学元件(18)具有透光部分(18a)和阻光部分(18b)，其中所述透光部分(18a)被布置成使得所述照明器(12)的被发射到所述视场(14)的光穿过所述透光部分(18a)，并且其中所述阻光部分(18b)被布置成阻挡所述照明器(12)在朝向所述图像传感器(16)的方向上发射的光。
2.根据权利要求1所述的用于获取车辆内部图像的装置，其特征在于，
所述透光部分(18a)形成至少一个透镜(33)。
3.根据权利要求1或2所述的用于获取车辆内部图像的装置，其特征在于，
所述照明器(12)被布置成发射红外范围波长的光，特别是780nm到1100nm范围的光。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于获取车辆内部图像的装置，其特征在于，
所述照明器(12)包括至少一个光源(20)，所述至少一个光源(20)为激光器和/或发光二极管。
5.根据前述权利要求中任一项所述的用于获取车辆内部图像的装置，其特征在于，
所述照明器(12)包括被所述透光部分(18a)封装的光源(20)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的用于获取车辆内部图像的装置，其特征在于，
所述透光部分(18a)和/或所述阻光部分(18b)包括弹性材料，特别是硅橡胶。
7.根据前述权利要求中任一项所述的用于获取车辆内部图像的装置，其特征在于，
所述透光部分(18a)限定了具有底切(64)的内部空间(62)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的用于获取车辆内部图像的装置，其特征在于，
所述透光部分(18a)的表面至少部分地被涂覆，特别是涂覆有抗反射涂层和/或反射涂层。
9.根据前述权利要求中任一项所述的用于获取车辆内部图像的装置，其特征在于，
所述透光部分(18a)具有带扩散性能的光入射表面、带扩散性能的光出射表面和/或包括具有光扩散性能的材料。
10.根据前述权利要求中任一项所述的用于获取车辆内部图像的装置，其特征在于，
所述照明器(12)包括反射器(24)，所述反射器(24)被设置成在所述视场的方向上偏转光源的光，特别地，其中所述反射器(12)邻接所述透光部分(18a)和/或所述阻光部分(18b)。
11.根据权利要求10所述的用于获取车辆内部图像的装置，其特征在于，
所述反射器(12)和所述阻光部分(18b)彼此邻接以形成密封表面，特别地，其中所述密封表面沿封闭形状延伸。
12.根据权利要求10或11所述的用于获取车辆内部图像的装置，其特征在于，
所述反射器(12)和所述透光部分(18a)彼此邻接以形成密封表面，特别地，其中所述密封表面沿封闭形状延伸。
13.根据前述权利要求中任一项所述的用于获取车辆内部图像的装置，其特征在于，
所述照明器(12)包括印刷电路板(22)，并且所述透光部分(18a)和所述印刷电路板(22)彼此邻接以形成密封表面，特别地，其中所述密封表面沿封闭形状延伸。
14.根据前述权利要求中任一项所述的用于获取车辆内部图像的装置，其特征在于，
在所述装置的正面处设置有可见光不能透过的盖(26)，特别地，其中所述阻光部分(18b)和所述盖(26)彼此邻接以形成密封表面。
15.根据前述权利要求中任一项所述的用于获取车辆内部图像的装置，其特征在于，
所述阻光部分(18b)形成至少一个框架(28，32；78，80，82)，所述光源(20)的光穿过所述至少一个框架向所述视场发射光，和/或
其中所述阻光部分(18b)和所述透光部分(18a)形成沿封闭形状的连接区域。
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