CN113170034A - 用于相机和照明器的公共盖透镜 - Google Patents

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CN113170034A CN201980082134.3A CN201980082134A CN113170034A CN 113170034 A CN113170034 A CN 113170034A CN 201980082134 A CN201980082134 A CN 201980082134A CN 113170034 A CN113170034 A CN 113170034A
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容·博尚
约翰·奥里西赫
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Abstract

一种紧凑型数码相机和红外(IR)照明器设备，包括与数码相机相邻布置的IR照明器。数码相机具有相机透镜，每个IR照明器分别包括IR LED。单件式盖透镜被定位成覆盖至少一个IR LED和相机透镜。所述单件式盖透镜的覆盖IR LED的区域阻挡可见光，并且所述单件式盖透镜的覆盖相机透镜的区域是透射可见光的中性透镜。该单件式盖透镜是双射成型的透镜或三射成型的透镜。

Description

用于相机和照明器的公共盖透镜
技术领域
本公开总体上涉及一种用于车辆相机和照明器的盖透镜，并且特别地涉及一种用于相机和相邻的照明器的双射成型的透镜或三射成型的透镜。
背景技术
相机系统在自动驾驶车辆和用于辅助车辆驾驶员的多种驾驶员辅助应用中起着重要作用。在自动驾驶车辆中使用的多种传感器中，相机是可以捕捉颜色并且以能够进行对象分类的细节层面对比信息的主要传感器技术。视觉相机支持驾驶员辅助系统应用，例如，自适应巡航控制、自动紧急制动、前方碰撞警告、自动远光灯控制、交通标志识别、车道保持系统、停车辅助、交叉交通警报、和后视镜。视觉相机也可以被包括在车辆车厢内，用于诸如注视跟踪、在场检测和姿势识别之类的特征。尽管相机可以被安装在车辆的车顶上，但是相机越来越多地被布置在车辆的其他部段，例如沿着车辆的侧面或者甚至前部。被布置在包括侧面部段或前部段在内的车辆的较低区域中的视觉相机特别容易受到天气条件和光照变化的影响。
为了一般说明的目的，在图1中示出了用于自动驾驶车辆的典型的传感器布置。图1的布置可以包括多个视觉相机，诸如，前向立体相机、环绕相机、后置和侧面相机。视觉相机105、107、109可以促进包括交通标志识别、车道偏离警告、数字侧面镜、停车辅助和后视在内的特征。视觉相机可以安装在车辆的不同位置。期望的是将一些视觉相机安装在车辆的下部段，该下部段可以包括在车辆的轮舱附近的位置。但是，位于这些较下位置的相机很容易受到道路碎屑和其他物体的伤害，所述道路碎屑和其他物体可能与相机接触并有可能损坏相机透镜。
发明内容
(1)一种紧凑型数码相机和红外(IR)照明器设备包括：与所述数码相机相邻布置的多个IR照明器；具有相机透镜的所述数码相机；每一个IR照明器包括至少一个IR发光二极管(LED)；和被定位成覆盖所述至少一个IR LED和所述相机透镜的单件式盖透镜。所述单件式盖透镜的覆盖所述至少一个IR LED的区域阻挡可见光，并且所述单件式盖透镜的覆盖所述相机透镜的区域是透射可见光的中性透镜。
(2)特征(1)的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，所述单件式盖透镜是双射成型的透镜。
(3)特征(2)的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，所述单件式盖透镜的覆盖所述至少一个IR LED的区域的材料和所述单件式盖透镜的覆盖所述相机透镜的区域的材料是相同的。
(4)特征(2)或(3)的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，所述单件式盖透镜的覆盖所述至少一个IR LED的区域是透明黑色的。
(5)特征(2)至(4)中的任一项的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，所述单件式盖透镜的覆盖所述至少一个IR LED的区域和所述单件式盖透镜的覆盖所述相机透镜的区域的材料不同。
(6)特征(5)的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，所述单件式盖透镜的覆盖所述至少一个IR LED的区域的材料和所述单件式盖透镜的覆盖所述相机透镜的区域的材料是能够相容的树脂。
(7)特征(1)至(6)中的任一项的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，所述单件式盖透镜是三射成型的透镜。
(8)特征(7)的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，所述三射成型的透镜包括遮光区域，所述遮光区域在所述覆盖所述至少一个IR LED的区域与所述覆盖所述相机透镜的区域之间，其中，所述遮光区域具有光吸收特性。
(9)特征(8)的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，所述遮光区域防止IR辐射和可见光两者的透射。
(10)特征(1)至(9)中的任一项的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，所述单件式盖透镜的覆盖所述相机透镜的区域过滤预定波长的辐射。
(11)特征(1)至(10)中的任一项的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，所述单件式盖透镜包括边框，所述边框用于固定所述相机透镜。
(12)特征(1)至(11)中的任一项的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，所述单件式盖透镜包括边框，所述边框具有为所述单件式外透镜提供液体密封的部分、和为所述相机提供内部密封的部分。
(13)特征(1)至(12)中的任一项的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，所述数码相机具有沿聚焦方向的光学轴线，并且IR照明器的中心轴线倾斜大于或等于5度的角度。
(14)特征(1)至(13)中的任一项的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，所述单件式盖透镜的覆盖所述至少一个IR LED的区域的顶表面定位在所述相机的视场下方。
(15)特征(13)的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，IR辐射的发射图案的视场相对于所述光学轴线成大致正负80度或更大。
(16)特征(1)至(15)中的任一项的紧凑型数码相机和IR照明器设备，还包括安装结构；其中，一对安装基板与所述数码相机相邻布置，并且所述至少一个IR LED安装到所述安装基板中的每个安装基板。所述一对安装基板中的每个安装基板以及安装在该安装基板上的IR LED是相同的。
(17)特征(1)至(16)中的任一项的紧凑型数码相机和IR照明器设备，还包括支撑所述多个IR照明器和所述相机的单个安装结构。
(18)特征(1)至(17)中的任一项的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，所述单件式盖透镜的覆盖所述至少一个IR LED的区域向所述IR辐射施加光学特性。
(19)特征(18)的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，所施加的所述光学特性是增加或减小相应IR照明器的IR辐射的视场的光学衍射。
(20)特征(17)的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，所述单件式盖透镜通过卡扣闩锁附接到所述安装结构，所述卡扣闩锁的一个端部是所述单件式盖透镜的一体的部分。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，将容易获得对本发明更完整的理解以及本发明许多附带优点，并且本发明许多附带优点变得更好的理解，在附图中：
图1示出了用于自动驾驶车辆的典型的传感器布置；
图2示出了根据本公开的示例性方面的紧凑型相机和照明器结构的截面；
图3示出了具有外透镜的紧凑型相机和照明器结构的立体图；
图4示出了具有双射成型的外透镜的紧凑型相机和照明器结构的立体图；以及
图5示出了用于紧凑型相机和照明器结构的外透镜的安装座的立体图。
具体实施方式
如本文所使用的，对“一个实施例”或“一些实施例”或“实施例”的任一引用表示结合该实施例描述的特定元件、特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。在说明书的多个地方出现的短语“在一个实施例中”不一定都指的是同一实施例。除非以其他方式另外具体地说明、或在所使用的上下文中被以其他方式理解，否则本文使用的条件语言，诸如“可以”、“能够”、“可能”、“可”、“例如”等等，通常意在表达某些实施例包括某些特征、元件和/或步骤，而其他实施例不包括这些特征、元件和/或步骤。另外，除非以其他方式另外指明，否则本申请和所附权利要求书中所使用的冠词“一”和“一种”应被解释为意指“一个或多个”或“至少一个”。
此外，术语“约”、“接近”、“大约”“较少/小”和类似术语通常是指在某些实施例中包括在20％、10％或优选5％的裕度内的标示的值以及标示的值之间的任何值的范围。
现在参考附图，其中贯穿多个视图，相同的附图标记表示相同或相对应的部分。
为了获得用于检测车辆的视觉相机的视场中的物体的视频信息，该视觉相机需要在各种照明条件下捕捉视频信息。视觉相机能够在具有充足日光的正常照明条件下工作。但是，车辆也必须在由于阴影而导致的以及当然在清晨时段或傍晚时段期间照明不足的条件下工作。车辆必须在夜间能够工作。在夜间时段，照明可以由路灯或包括车辆自身的前照灯和倒车灯(backup light)在内的其他(光)源来提供，但这些源可能不足以提供用于该相机可能聚焦的特定物体的照明。需要提供在所有照明条件下(尤其是在弱光条件和黑暗条件期间)覆盖视觉相机的视场的光。弱光条件和黑暗条件与可见光低到不存在的条件有关，但是可以使用其他波长的电磁辐射。可以使用诸如相机闪光灯或其他相机照明源之类的可见光源来增强照明条件。但是，因为车辆出于安全和其他原因而通常具有特定的照明限制，相机闪光灯或其他相机照明需要是明亮的，并且不适合在车辆上使用。另外，车辆通常配备有前照灯、远光束灯、雾灯和倒车灯，这些灯可能会掩盖相机灯。在安全方面，相机闪光灯和相机照明会使行人和其他驾驶员眼花。
一种用于为弱光条件和黑暗条件提供照明的方法是使用红外辐射。红外辐射通常是对于人类来说不可见的电磁光谱范围，但是处在可以被相机捕捉的范围内。被用作相机照明源的红外辐射包含接近可见范围的波长，其称为近红外。近红外被定义为在0.75微米到1.4微米范围内的电磁辐射。
类似于可见光，红外辐射可以被物体反射，所述物体甚至包括一些黑色物体。视觉相机可以设置有红外辐射，以便在弱光条件和夜间条件期间增强图像捕捉。随后，红外辐射可以被用来增强可获得的环境光。
存在可以被用作红外辐射源的多种装置。发光二极管(LED)由于其能量高效并且可以在较小的空间中实施而被越来越多地用于发射红外辐射。当红外(IR)LED被用于发射红外(IR)辐射时，该红外(IR)LED通常被盖封闭，所述盖保护该LED免受环境影响和损坏。所述IR LED、盖、和相关联的安装结构在本文中称为IR照明器。使用具有低红外反射率的黑色颜料可以将用于IR LED的盖制成红外黑体(IR Black)。深色透镜允许IR辐射通过，并且通常被称为透明黑色。透明黑色的盖防止可见光的透射。
为了向物体提供不受阻碍的辐射，可以提供没有次级光学结构的用于IR照明器的盖，例如中性盖。在本公开中，中性盖是在不应用光学结构的情况下允许可见光和红外辐射通过的盖。用于IR照明器的盖可以是透明的或者可以包含黑色颜料以用于制成透明黑色的透镜。
车载的视觉相机和IR照明器优选地被设置成模组，或者至少将与视觉相机相关联的IR照明器定位成紧邻该相机，以便提供在相机的视场内的IR辐射。车载的视觉相机在尺寸方面正变得更小，但是通常结合有广角透镜，并且受到焦距的限制。
将相机放置在车辆的下部段，例如放置成靠近地面或靠近车辆的轮舱，这会使相机暴露于碎屑或物体，该碎屑或物体可以潜在地损坏相机透镜或甚至相机电路本身。用于向相机提供红外光的IR照明器设置有外盖透镜，该外盖透镜被安装在LED光源上，用于保护以及过滤掉可见光。一些实施例可以是紧凑型相机模组，该紧凑型相机模组具有附接在视觉相机的相对侧附近的IR照明器。在一个实施例中，紧凑型视觉相机和IR照明器模组可以具有25mm或更小的宽度。已经发现在这种紧凑型模组中在相机上添加盖是困难的。发明人已经确定，为了在包括IR照明器的紧凑型模组中容纳用于相机的盖，可以将用于相机的盖与IR照明器的盖透镜作为单件式外盖而形成一体。但是，用于视觉相机的盖可以具有与用于IR照明器的盖透镜不同的光学特性。
图2示出了根据本公开的示例性方面的紧凑型视觉相机和照明器模组的截面。为了减少复杂性，省略了具体的布线和电接触部。紧凑型相机和照明器模组可以包括单个公共安装结构211。在一些实施例中，紧凑型视觉相机和照明器模组可以通过托架而被形成一体。安装结构211或托架优选地由具有一定柔性的材料制成，以避免在安装过程中破损或破裂。在一些实施例中，单件式外透镜205被用于视觉相机201和具有IR LED 203的IR照明器。视觉相机201包括相机透镜207。在一些实施例中，单件式外透镜205可以结合盖边框部分209a、209b，所述盖边框部分用于固定外透镜205并与安装结构211一起密封该相机。在一些实施例中，每个IR照明器可以包括两个或更多个1R LED的阵列。
在一些实施例中，安装结构211或托架可以将IR照明器定位成离开视觉相机201的聚焦轴线一个角度定向。单件式外透镜可以包括：覆盖该视觉相机201的中性部分205a、和覆盖该照明器的IR LED 203的透明黑色部分205b。透明黑色部分使IR辐射通过，并且可以提供其他光学特性，例如增加或减小IR辐射的视场的衍射。覆盖该视觉相机201的中性部分205a可能不会提供光学特性，而主要将为相机透镜提供保护。优选的是，该中性部分205a的材料允许图像被该视觉相机无障碍地观察。所述中性部分和透明黑色部分两者都可以由聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成。PC可以用于保护不受环境条件影响。在一些实施例中，单件式外透镜可以由玻璃层压物制成。
图3示出了具有外透镜的紧凑型相机和照明器结构的立体图。该紧凑型视觉相机和IR照明器模组可以包括用于相机201和IR照明器两者的单件式外透镜205a、205b。紧凑型视觉相机和IR照明器可以安装在安装结构211上。单件式外透镜205a、205b可以包括用于固定外透镜205a、205b和相机透镜207的边框。该边框可以包括：为单件式外透镜205a、205b提供液体密封的部分209a、和为相机201提供内部密封的部分209b。边框部分209a、209b可以由塑料材料制成，该塑料材料具有足够低的刚度以符合配合表面、并且具有足够的抗蠕变性以维持紧密密封。示例性材料是尼龙、硅树脂塑料和其他橡胶材料。
在一些实施例中，IR照明器可以各自包括IR LED。在一些实施例中，IR照明器可以各自包括两个或更多个IR LED的阵列。此外，尽管图3示出了在相机201的相对侧上的一对IR LED，但是其他布置也是可以的。例如，IR照明器可以布置在环绕该相机的环上。环形布置可以使得IR LED围绕该相机等距间隔开。可替代地，环形布置可以是平衡的布置，其中相等数量的IR LED作为半圆形被布置在相机的一侧，并且在相机的另一侧被同样地布置。
图4示出了具有双射成型的外透镜的紧凑型相机和IR照明器结构的立体图。对于双射成型(Two Shot Molding)，可以使用多射(multi-shot)成型。有多种类型的多射成型技术是可用的，例如包覆成型、抽芯(core-back)成型和多工位(multi-station)成型。成型类型通常取决于部件的几何形状、体积、质量和成型机的产能/能力。可以使用两个独立的注射单元执行双射成型，所述两个独立的注射单元将两种树脂材料注射到单个多腔的模具中。
在一个实施例中，外透镜可以被成型为透明黑色盖205b，该透明黑色盖205b结合到用于相机透镜的中性盖205a。在一些实施例中，该透明黑色盖205b是椭圆形形状的，该椭圆形形状具有卵形外围和与外表面不同形状的内表面，使得该椭圆形盖透镜的厚度是变化的。盖透镜的厚度变化提供了比IR LED的分布图案更宽的IR光分布。用于相机透镜的中性盖透镜205a可以具有圆形的外围和穹顶形状。透明黑色盖205b和中性盖205a的材料可以是相同的，除了可以向透明黑色盖205b中添加黑色颜料。在一些实施例中，透明黑色盖205b和中性盖205a的材料可以是不同的但可相容的树脂。
在一些实施例中，紧凑型相机和IR照明器结构可以包括三射成型的外透镜。除了用于中性盖透镜205a的一个区域和用于透明黑色盖的另一区域205b之外，可以包括第三成型部段，作为具有光吸收特性的遮光区域。具有第三成型部段的单件式外透镜可以使用三(3)射成型方法来生产。可以使用三个独立的注射单元来执行三射成型，所述三个独立的注射单元将三种树脂材料注射到单个多腔模具中。遮光区域可以是单件式盖透镜的在相机透镜部分205a与每个透明黑色区域205b之间的部段。遮光区域的材料可以吸收光并且不提供其他光学特性(例如，光衍射)。遮光区域可以起到防止可见光进入IR LED中或间接地进入相机透镜的作用。在一些实施例中，遮光区域的材料可以防止透射IR辐射和可见光两者，以防止IR光进入相机透镜。
在一些实施例中，盖透镜部分205a可以包括补充所述相机透镜207的特性的光学特性。盖透镜205a可以过滤光，使得仅特定波长范围内的光被允许进入相机传感器。例如，相机可以被制成仅捕捉基于IR辐射的图像，从而减轻由于阳光和人造光引起的照明条件的变化而可能发生的影响。盖透镜205a可以扭曲图像，使得进入相机传感器的图像比通过广角透镜获得的图像弯曲的更少。盖透镜205a可以例如通过减少来自异常明亮的条件的眩光以及排斥水，来改善相机的视场。
图5示出了紧凑型相机和照明器结构的外透镜的安装件的立体图。外透镜可以通过粘合剂而被附接到相机和照明器结构。但是，粘合剂可能是不可靠的，因为粘合剂会随着时间的推移而降解。另外在粘合剂中，可能会产生一些缝隙。在每种情况下，都可能发生泄漏，这使得允许水分进入外透镜下方的空间。在一些实施例中，附接机构可以被用于将单件式外透镜205固定到在其上安装相机和IR照明器的安装结构。在一个实施例中，如图5所示，单件式外透镜205可以被柔性卡扣闩锁501附接，该柔性卡扣闩锁501紧密地装配在安装结构上的突出部503上。在该实施例中，可以在单件式盖透镜205的相对侧上设置两个柔性卡扣闩锁501。在一些实施例中，可以在单件式盖透镜的相对侧上设置多于两个的柔性卡扣闩锁501。例如，可以在单件式盖透镜205的两个相对侧上设置一对柔性卡扣闩锁501，并且可以在另一组相对侧上设置另一对柔性卡扣闩锁501。
卡扣闩锁501可以是在双射成型期间形成的盖透镜的一体的部分。可替代地，卡扣闩锁可以是固定在从盖透镜延伸的突出部上的单独的部件。在后一种情况下，单独的卡扣闩锁可以由金属或塑料制成，甚至包含弹性材料。所述突出部可以是钩的形式，以防止卡扣闩锁变松动并从该突出部滑脱。
鉴于以上教导，本发明可以有许多修改和变化。因此，应当理解的是，在所附权利要求的范围内，本发明可以以不同于本文具体描述的其他方式来实施。

Claims (20)

1.一种紧凑型数码相机和红外(IR)照明器设备，包括：
与所述数码相机相邻布置的多个IR照明器，
具有相机透镜的所述数码相机，
每一个IR照明器包括至少一个IR发光二极管(LED)，和
被定位成覆盖所述至少一个IR LED和所述相机透镜的单件式盖透镜，
其中，所述单件式盖透镜的覆盖所述至少一个IR LED的区域阻挡可见光，并且所述单件式盖透镜的覆盖所述相机透镜的区域是透射可见光的中性透镜。
2.根据权利要求1所述的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，所述单件式盖透镜是双射成型的透镜。
3.根据权利要求2所述的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，所述单件式盖透镜的覆盖所述至少一个IR LED的区域的材料和所述单件式盖透镜的覆盖所述相机透镜的区域的材料是相同的。
4.根据权利要求2所述的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，所述单件式盖透镜的覆盖所述至少一个IR LED的区域是透明黑色的。
5.根据权利要求2所述的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，所述单件式盖透镜的覆盖所述至少一个IR LED的区域和所述单件式盖透镜的覆盖所述相机透镜的区域的材料不同。
6.根据权利要求5所述的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，所述单件式盖透镜的覆盖所述至少一个IR LED的区域的材料和所述单件式盖透镜的覆盖所述相机透镜的区域的材料是能够相容的树脂。
7.根据权利要求1所述的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，所述单件式盖透镜是三射成型的透镜。
8.根据权利要求7所述的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，所述三射成型的透镜包括遮光区域，所述遮光区域在覆盖所述至少一个IR LED的所述区域与覆盖所述相机透镜的所述区域之间，其中，所述遮光区域具有光吸收特性。
9.根据权利要求8所述的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，所述遮光区域防止IR辐射和可见光两者的透射。
10.根据权利要求1所述的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，所述单件式盖透镜的覆盖所述相机透镜的区域过滤预定波长的辐射。
11.根据权利要求1所述的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，所述单件式盖透镜包括边框，所述边框用于固定所述相机透镜。
12.根据权利要求1所述的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，所述单件式盖透镜包括边框，所述边框具有为所述单件式外透镜提供液体密封的部分、和为所述相机提供内部密封的部分。
13.根据权利要求1所述的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，所述数码相机具有沿聚焦方向的光学轴线，
其中，IR照明器的中心轴线倾斜大于或等于5度的角度。
14.根据权利要求1所述的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，所述单件式盖透镜的覆盖所述至少一个IR LED的区域的顶表面定位在所述相机的视场下方。
15.根据权利要求13所述的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，IR辐射的发射图案的视场相对于所述光学轴线成大致正负80度或更大。
16.根据权利要求1所述的紧凑型数码相机和IR照明器设备，还包括安装结构；
其中，一对安装基板与所述数码相机相邻布置，并且所述至少一个IR LED安装到所述安装基板中的每个安装基板；
其中，所述一对安装基板中的每个安装基板以及安装在该安装基板上的IR LED是相同的。
17.根据权利要求1所述的紧凑型数码相机和IR照明器设备，还包括支撑所述多个IR照明器和所述相机的单个安装结构。
18.根据权利要求1所述的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，所述单件式盖透镜的覆盖所述至少一个IR LED的区域向所述IR辐射施加光学特性。
19.根据权利要求18所述的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，所施加的所述光学特性是增加或减小相应IR照明器的IR辐射的视场的光学衍射。
20.根据权利要求17所述的紧凑型数码相机和IR照明器设备，其中，所述单件式盖透镜通过卡扣闩锁附接到所述安装结构，所述卡扣闩锁的一个端部是所述单件式盖透镜的一体的部分。
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