CN113196739A - 用于自主车辆摄像头的传感器夹持设计 - Google Patents

Abstract

本公开涉及光学系统及其制造方法。示例光学系统包括具有至少一个透镜的透镜组件。透镜组件限定光轴、焦距和对应的焦平面。光学系统包括具有第一表面的基板和附接到该基板的第一表面的图像传感器。光学系统还包括附接到基板的第一表面的传感器支架。传感器支架将图像传感器沿光轴并基本上在焦平面处定位。光学系统包括具有第一配准表面和第二配准表面的配准体。透镜组件联接到第一配准表面并且传感器支架联接到第二配准表面。

Description

用于自主车辆摄像头的传感器夹持设计

对相关申请的交叉引用

本申请是要求2018年12月21日提交的美国专利申请第62/783,623号的优先权的专利申请，其内容通过引用并入于此。

技术领域

背景技术

传统的成像系统可以被配置为获取电子运动图像。这样的成像系统可以包括摄像机、智能手机、网络摄像头、具有视频功能的数码单镜头反光(DSLR)相机等。

在一些场景中，成像系统可以是固定焦距系统。在这样的示例中，这样的系统的焦平面在成像系统的正常操作期间基本固定。

发明内容

本公开总体上涉及成像系统及其制造方法。示例实施方式包括成像系统，其被配置为将图像传感器保持在相对于透镜组件的期望工作距离处。

在第一方面，提供了一种光学系统。该光学系统包括透镜组件，该透镜组件包括至少一个透镜。透镜组件限定光轴、焦距和对应的焦平面。光学系统包括具有第一表面的基板。光学系统还包括附接到基板的第一表面的图像传感器。光学系统另外包括附接到基板的第一表面的传感器支架。传感器支架将图像传感器沿光轴并基本上在焦平面处定位。

在第二方面，提供了一种方法。该方法包括将传感器支架联接到基板的第一表面。图像传感器联接到第一表面。该方法还包括将透镜组件联接到传感器支架，使得图像传感器沿着光轴并且基本上在由透镜组件限定的焦平面处定位。

通过阅读以下详细描述，并在适当的地方参考附图，其它方面、实施方式和实现方式对于本领域普通技术人员将变得明显。

附图说明

图1示出了根据一示例实施方式的光学系统。

图2A示出了根据一示例实施方式的光学系统的一部分。

图2B示出了根据一示例实施方式的光学系统的一部分。

图2C示出了根据一示例实施方式的光学系统的一部分。

图2D示出了根据一示例实施方式的光学系统的一部分。

图3示出了根据一示例实施方式的光学系统。

图4示出了根据一示例实施方式的车辆。

图5示出了根据一示例实施方式的图4的车辆。

图6示出了根据一示例实施方式的方法。

图7A示出了根据一示例实施方式的图6的方法的一部分。

图7B示出了根据一示例实施方式的图6的方法的一部分。

图7C示出了根据一示例实施方式的图6的方法的一部分。

具体实施方式

在此描述了示例方法、设备和系统。应理解，词语“示例”和“示例性”在这里被用于意指“用作示例、实例或例子”。在此被描述为“示例”或“示例性”的任何实施方式或特征不一定被解释为优于或好于其它实施方式或特征。在不脱离这里呈现的主题的范围的情况下，可以利用其它实施方式，并且可以做出其它改变。

因此，这里描述的示例实施方式并不意味着是限制性的。本公开的各方面，如在此一般描述的和在图中示出的，可以以多种不同的配置进行布置、替换、组合、分离和设计，所有这些都在这里被考虑。

此外，除非上下文另有说明，否则每幅图中所示的特征可以相互组合使用。因此，应将附图大体上视为一个或更多个整体实施方式的组成方面，应理解并非所有图示的特征对于每个实施方式都是必需的。

I.概述

传统的成像系统可以被配置为获取电子运动图像。这样的成像系统可以包括摄像机、智能手机、网络摄像头、具有视频功能的数码单镜头反光(DSLR)相机等。

成像系统通常包括几种不同的材料，每种材料都具有自己的热膨胀系数(CTE)。由于不同的材料具有不同的CTE，热循环会导致成像系统的组件变得不对准和/或彼此间隔不当。例如，与系统中的其它材料的CTE相比，某些基板材料(例如，印刷电路板(PCB))可能具有不同的CTE。结果，即使成像系统的部件最初以期望的布置被组装，该布置也可能由于温度循环而随时间改变，这可能导致去应力、去弯曲和/或其它材料松弛行为。

然而，在一些应用中，可能希望部件的给定布置相对于彼此保持固定，而不管温度循环的影响。例如，固定焦距相机在图像传感器(例如，焦平面阵列或其它类型的图像传感器)和各种光学元件之间保持恒定距离以便保持准确的焦点位置可能是有益的。

在本公开中，光学系统包括图像传感器，该图像传感器由传感器支架定位以减少或消除在几个热循环中的去弯曲/去应力。这种系统可以有利地将图像传感器保持在非常精确的对焦位置，这对于具有大面积图像传感器的固定焦距相机来说是期望的。

II.示例光学系统

图1示出了根据一示例实施方式的光学系统100。光学系统包括透镜组件110。透镜组件110包括至少一个透镜112。透镜组件110和所述至少一个透镜112限定光轴114、焦距116和对应的焦平面118。所述至少一个透镜112可以包括一个或更多个平凸透镜、棱镜透镜、柱面透镜、圆锥透镜和/或其它类型的透镜。

光学系统100还包括具有第一表面122和与第一表面122相反的第二表面124的基板120。在一示例实施方式中，基板120可以由陶瓷材料形成。附加地或替代地，基板120可以包括玻璃增强环氧树脂层压材料，诸如FR-4。其它类型的刚性基板材料是可能的并且在本公开中被考虑。

光学系统100另外包括附接到基板120的第一表面122的图像传感器130。图像传感器130可以包括焦平面阵列或另一类型的多元件光电检测器传感器。例如，图像传感器130可以包括多个电荷耦合器件(CCD)元件和/或多个互补金属氧化物半导体(CMOS)元件。在一些实施方式中，光学系统100可以包括多个图像传感器。在一示例实施方式中，图像传感器130可以被配置为检测红外光谱(例如，约700纳米至约1000纳米)中和/或可见光谱(例如，约400纳米至约700纳米)内的光。其它光谱范围是可能的并且在本文中被考虑。

图像传感器130可以根据图像传感器格式来配置(例如，定尺寸或定大小)。例如，图像传感器130可以包括16毫米格式(例如，16毫米对角线格式和/或等效的一英寸摄像管)或全帧(例如，35毫米)格式传感器。附加地或替代地，图像传感器130可以包括“裁剪传感器(crop sensor)”格式，诸如APS-C(例如，28.4mm对角线)或一英寸(例如，15.86mm对角线)格式。在本公开的范围内，其它图像传感器格式被考虑并且是可能的。

在一些实施方式中，图像传感器130可以包括氧化铝(例如，Al₂O₃)封装或另一种类型的半导体器件封装材料。

光学系统100还包括附接到基板120的第一表面122的传感器支架140。在一些实施方式中，传感器支架140可以在下面描述的主动对准工艺期间被定位以沿着光轴114并且基本上在焦平面118处定位图像传感器130。在一些实施方式中，传感器支架140可以由铝、钢、陶瓷、碳纤维、复合材料或另一种类型的刚性材料形成。传感器支架140可以具有平板状的形状并且可以包括开口以为图像传感器130提供物理和光学通路。在一示例实施方式中，传感器支架140可以包括具有矩形或方形开口的矩形或方形材料板，用于接近图像传感器130。在一示例实施方式中，传感器支架140的厚度可以在2毫米和5毫米之间，但是传感器支架140的其它厚度和大小也被考虑。在一些示例中，传感器支架140可以由在光学系统100的工作波长范围内具有低反射率的材料和/或表面形成和/或涂覆。作为示例，传感器支架140可以涂覆有配置为至少在可见光和/或红外波长范围内衰减光反射的抗反射材料(例如，光吸收材料或光学干涉层)。

在一些示例实施方式中，光学系统100可以包括具有第一配准表面182和第二配准表面184的配准体180。在这种情况下，透镜组件110联接到第一配准表面182，传感器支架140联接到第二配准表面184。在一些实施方式中，配准体180可以由与传感器支架140类似的材料形成。例如，配准体180可以由钢、铝或其它类型的刚性材料形成。

在一些实施方式中，传感器支架140可以通过主动对准接合部170联接到第二配准表面184。在这种情况下，主动对准接合部170包括环氧树脂或另一种类型的粘合剂。作为示例，可以使用主动对准工艺形成主动对准接合部170。在这种情况下，主动对准工艺可以包括使图像传感器130通过透镜组件110对场景进行成像。主动对准工艺还可以包括基于图像来调整图像传感器的精细对准位置，这可以包括实时对准工艺。在这样的示例中，主动对准工艺可以调整图像传感器130的位置，使得它基本上位于透镜组件110的焦平面118处。例如，主动对准工艺可以包括六轴的六个关节(hexapod)，被配置为调整图像传感器130的位置直到其提供指示图像传感器130基本上位于焦平面118处的图像(例如通过提供校准目标的对焦图像)。此后，可以将环氧树脂材料施加到透镜组件110和配准体180之间(例如，在第一配准表面182处)和/或配准体180和传感器支架140之间(例如，在第二配准表面184)的开口或接合处。如在本公开的范围内所考虑的，主动对准接合部170的应用可以发生在别处以便固定光学系统100的两个或更多个其它元件的相对位置。将理解，在一些实施方式中，主动对准工艺可以包括具有6个独立运动轴的其它可控装置。在其它实施方式中，一个或更多个步进电机或机械致动器可用于主动对准工艺。

在各种示例中，焦距116可以是固定焦距。也就是，在光学系统100的正常操作期间，焦距116可以基本上不变。在这种情况下，光学系统100可以是固定焦距系统(例如，不包括自动对焦机构的系统)。这种固定焦距系统可以有利地提供具有比自动对焦系统更高的可靠性并且没有自动对焦时滞的实时成像。

在一示例实施方式中，传感器支架140可以通过多个紧固件160联接到基板120的第一表面122。在这种情况下，传感器支架140可以包括一个或更多个螺纹通孔146。多个紧固件160可以包括例如至少两个螺栓。紧固件160可以由铝、钢或其它类型的结构材料形成。

在这样的示例中，相应的螺栓可以穿过基板120并且旋入传感器支架140的通孔146中。在这种情况下，紧固件160的螺栓头可以邻接基板120的第二表面124并旋入邻接基板120的第一表面122的传感器支架140中。以此方式，可将压缩力施加到基板120。然而，将压缩力施加到基板120的其它方式也是可能的并且在本公开内被考虑。

在一些示例中，传感器支架140防止基板120和图像传感器130由于热循环引起的去弯曲或去应力(例如，如下面参照图2A-2D所描述的)而相对于透镜组件110的移动。

在各种示例实施方式中，传感器支架140可以被配置为将图像传感器130的位置保持在透镜组件110的焦平面118的10微米内。在其它实施方式中，传感器支架140可以被配置为将图像传感器130的位置保持在相对于焦平面118的2微米、5微米、20微米、50微米或其它距离内。

在一些示例中，传感器支架140可以被配置为在-40℃至85℃之间的多个(例如，25个或更多个)热循环中保持图像传感器130相对于透镜组件110的位置。

虽然传感器支架140在这里被描述为具有开口的平板，但是将理解，传感器支架140可以采用其它形式。例如，传感器支架140可以包括从相反方向“夹住”基板120的两个板。也就是，在这种情况下，传感器支架140的两个板可以分别联接到基板120的第一表面122和基板120的第二表面124。紧固件160可以穿过传感器支架140的板中的一个或更多个板，以在基板120上施加压缩力。

在示例实施方式中，光学系统100还可以包括外壳192。外壳192可以包括外部保护表面或涂层，以及其它可能性。外壳192可以包括例如光学系统100的外壳或壁。在一些实施方式中，外壳192可以包括形成为片状、圆顶状、圆柱状或其它形状的丙烯酸材料。可以形成外壳192的其它刚性材料是可能的并且被考虑。在这种情况下，光学系统100可以包括布置在基板120的第二表面124与外壳192之间的热传递材料190。热传递材料190可以包括具有至少1.0、1.5、2.0或5.0W/(m·K)或者在1.0到10.0W/(m·K)之间的范围内的热导率的材料。在一些实施方式中，热传递材料190可以包括热间隙垫。然而，在本公开的范围内，其它类型的热传递材料被考虑并且是可能的。

在一些示例中，光学系统100还包括控制器150。控制器150包括现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)中的至少一种。附加地或替代地，控制器150可以包括一个或更多个处理器152和存储器154。所述一个或更多个处理器152可以包括通用处理器或专用处理器(例如，数字信号处理器等)。所述一个或更多个处理器152可以被配置为执行存储在存储器154中的计算机可读程序指令。因此，所述一个或更多个处理器152可以执行程序指令以提供在这里描述的功能和操作中的至少一些。

存储器154可以包括或采取一种或更多种计算机可读存储介质的形式，所述一种或更多种计算机可读存储介质可以由所述一个或更多个处理器152读取或访问。所述一个或更多个计算机可读存储介质可以包括易失性和/或非易失性存储部件，诸如光学、磁性、有机或其它存储器或盘存储器，其可以整体或部分地与所述一个或更多个处理器152中的至少一个集成。在一些实施方式中，存储器154可以是使用单个物理装置(例如，一个光学、磁性、有机或其它存储器或盘存储单元)来实现，而在其它实施方式中，可以使用两个或更多个物理装置来实现存储器154。

如所指出的，存储器154可以包括与光学系统100的操作相关的计算机可读程序指令。因此，存储器154可以包括用于执行或促进在这里描述的一些或全部功能的程序指令。控制器150被配置为执行操作。在一些实施方式中，控制器150可以通过处理器152执行存储在存储器154中的指令的方式来执行操作。

在一些示例中，操作可以包括通过透镜组件110来控制图像传感器130捕捉一个或更多个图像。控制图像传感器130可以包括调整、选择和/或指示图像传感器130根据一个或更多个图像捕捉特性来捕捉所述一个或更多个图像。图像捕捉特性可以包括期望的光圈、期望的曝光时间和/或期望的图像传感器光敏度(例如，ISO)，以及其它可能性。

控制器150可以被配置为执行与使用光学系统100捕捉图像有关的其它操作。在一些示例中，光学系统100可以可选地包括一个或更多个照明装置(例如，发光二极管)。在一示例实施方式中，控制器150可以协调照明装置的操作以便在图像传感器130的图像捕捉之前和/或期间适当地照亮场景。

图2A示出了根据一示例实施方式的光学系统200的一部分。如图所示，光学系统200包括图像传感器202、多个连接器204和基板206。连接器204可以将图像传感器202电地和/或物理地联接到基板206。连接器204可以提供有接点栅格阵列(LGA)、球栅阵列(BGA)、引脚栅格阵列(PGA)、表面贴装焊盘、引线键合和/或其它类型的电连接。

图2A可以说明在将图像传感器202附接到基板206时的接合条件。例如，图2A可以说明连接器204回流期间的情形。在这样的情形中，回流温度可以是大约250℃。

通常，光学系统200的元件可以包括不同的材料。例如，图像传感器202可以包括半导体材料，诸如硅或砷化镓。在其它情况下，图像传感器202可以被封装在氧化铝封装中。连接器204可以包括镀金的铜、铝和/或其它导电金属材料。基板206可以包括印刷电路板材料，诸如FR-4。在一示例实施方式中，光学系统200的每个元件可以具有不同的热膨胀系数(CTE)。CTE可以包括给定物体的尺寸如何随温度变化而变化的度量。例如，对于给定压力，每种材料的CTE可以包括每度温度变化的尺寸(例如，长度和/或体积)的微小变化。

作为示例，氧化铝传感器封装可以具有大约7ppm/℃的CTE。在这种情况下，印刷电路板可以具有约为14ppm/℃的CTE。

图2B示出了根据一示例实施方式的图2A中示出的光学系统200的一部分。图2B可以示出在光学系统200已经冷却到室温(例如，大约20℃)之后的状况。在该示例中，由于CTE失配(例如，在横向方向上大约40微米)，由于由FR-4印刷电路板(基板206)的材料以大于氧化铝图像传感器202的比率收缩引起的材料应力，基板206变形(例如，翘曲和/或弯曲)。

图2C示出了根据一示例实施方式的光学系统240的一部分。在该示例中，基板206(处于弯曲或受压状态)被附接到配准体242，并且配准体242附接到透镜组件244。这些部件的附接可以在大约室温(例如，大约20℃)进行以使得图像传感器202和透镜组件244之间的距离246对应于透镜组件244的焦距(例如，图像传感器202位于透镜组件244的焦平面处)。

图2D示出了稍后的根据一示例实施方式的图2C中示出的光学系统240的该部分。随着时间和多个热循环(例如，在大约-40℃和85℃之间的大约25次温度振荡)，基板206可以“去应力”并松弛，使得基板206的形状基本上恢复为平坦的平面形状。结果，由于基板206“变平”到其松弛状态，稍后的图像传感器202和透镜组件244之间的距离248可以大于原始距离246。在一些实施方式中，“受力”距离246和“松弛”距离248之间的差可以是20微米、30微米、50微米或更大。对于固定焦距光学系统，图像传感器202和透镜组件244之间的这种距离变化会通过提供散焦、模糊或以其它方式扭曲的图像而不利地影响图像捕捉。在此描述的系统和方法可以有益地消除或减少由于温度循环而可能随时间发生的图像传感器202和透镜组件244之间的距离变化。

图3示出了根据一示例实施方式的光学系统300。光学系统300可以包括与光学系统100的元件相似或相同的元件，如参照图1示出和描述的。例如，光学系统300包括透镜组件110，其可以结合一个或更多个透镜112。透镜组件110(和/或透镜112)可以定义光轴114以及焦距116和焦平面118，焦平面118可以由垂直于光轴114的平面表示，并且该平面相对于透镜组件110沿着光轴114与焦距116相交。在一些实施方式中，焦平面118可以表示图像传感器130的表面可以被定位以便获得具有最佳聚焦的图像的位置。

光学系统300包括配准体180，其可以定位在透镜组件110和传感器支架140之间。在一示例实施方式中，配准体180和传感器支架140可以通过主动对准结合部170联接。在一些实施方式中，主动对准结合部170可以在焦距116处基本上固定传感器支架140和图像传感器130。传感器支架140可以通过一个或更多个紧固件160a和160b联接到基板120。

基板120可以通过诸如热间隙垫的热传递材料190而热联接和/或物理联接到外壳192。作为示例，热间隙垫可以由硅酮弹性体材料形成并且可以包括一个或更多个发黏的表面。热间隙垫可以包括伯格奎斯特间隙垫1500，其可以包括未增强的间隙填充材料。热间隙垫可以具有1.5W/m-K的热导率，并且可以与低硬度纹理相适应。其它类型的热传递材料是可能的并且被考虑。

可以选择和/或利用光学系统100和/或光学系统300中的一个或更多个元件来实现光学系统100或300的被动消热。例如，可以选择光学系统100和300的材料以便减少如本公开中所描述的某些部件(例如，基板120和图像传感器130)相对于其它部件(例如，透镜组件110和透镜112)的温度和应力相关的移动。特别地，在设计光学系统100和300时可以考虑各种材料的CTE。另外地或替代地，可以利用低CTE焊料(例如，铟线、铟预制件、低CTE模具等)而将两个或更多个部件相互联接。

在示例实施方式中，可以选择彼此邻接的各种材料的CTE，使得CTE差异的组合基本上为零。例如，(透镜组件110的)透镜支架、主动对准接合部170和传感器支架140的组合CTE可以等于球栅阵列(如参照7A示出和描述的连接器132)、图像传感器130、透镜112、和透镜112的温度相关焦距的组合CTE。在实现对光学系统100的微分CTE补偿的一种方法中，可以调整材料和部件的形状和/或尺寸以求解方程：

CTE_透镜支架+CTE_{主动对准接合部}+CTE_{传感器支架}＝CTE_连接器+CTE_{图像传感器}+CTE_透镜+透镜的温度相关焦距，单位为ppm/℃。

可以采取这样的被动消热步骤来最小化光学系统100的各个部件之间的总体CTE失配，并且在宽范围的正常操作温度(例如-40℃和85℃)内被动地将图像传感器130基本保持在焦平面118处。在一些实施方式中，一个或更多个光学系统100可以附接或以其它方式安装到车辆，如下所述。

III.示例车辆

图4示出了根据一示例实施方式的车辆400。车辆400可以是半自主或全自主车辆。虽然图4将车辆400图示为汽车(例如，小汽车)，但是将理解，车辆400可以包括可使用传感器和关于其环境的其它信息在其环境内导航的另一种类型的自主车辆、机器人或无人机。

车辆400可以包括一个或更多个传感器系统402、404、406、408和410。一些实施方式，传感器系统402、404、406、408和410可以包括LIDAR传感器，该LIDAR传感器具有相对于给定平面(例如，x-y平面)在一定角度范围内布置的多个光发射器件。

传感器系统402、404、406、408和410中的一个或更多个可以被配置为围绕垂直于给定平面的轴(例如z轴)旋转，以便以光脉冲照亮车辆400周围的环境。基于检测被反射的光脉冲的各个方面(例如，飞行的经过时间、偏振等)，可以确定关于环境的信息。

在一示例实施方式中，传感器系统402、404、406、408和410可以被配置为提供可与车辆400的环境内的物理对象相关的相应点云信息。虽然车辆400和传感器系统402和404被示为包括某些特征，但是将理解，在本公开的范围内考虑了其它类型的传感器系统。

示例实施方式可以包括具有多个光发射器件的系统。该系统可以包括LIDAR设备的发射块。例如，该系统可以是车辆(例如，小汽车、卡车、摩托车、高尔夫球车、飞行器、船等)的LIDAR装置或可以是其一部分。所述多个光发射器件中的每个光发射器件被配置为沿着各自的光束仰角发射光脉冲。各个光束仰角可以基于参考角或参考平面，如在这里别处所述的。在一些实施方式中，参考平面可以基于车辆400的运动轴线。

虽然在这里描述和示出了具有多个光发射器件的LIDAR系统，但在这里还考虑了具有较少光发射器件(例如，单个光发射器件)的LIDAR系统。例如，由激光二极管发射的光脉冲可以关于系统的环境被可控地引导。光脉冲的发射角可以通过诸如例如机械扫描镜和/或旋转电机的扫描装置来调节。例如，扫描装置可以围绕给定轴线以往复运动旋转和/或围绕垂直轴线旋转。在另一实施方式中，光发射器件可以向旋转棱镜反射镜发射光脉冲，当与每个光脉冲相互作用时，旋转棱镜反射镜可以基于棱镜反射镜角度的角度使光脉冲发射到环境中。附加地或替代地，扫描光学器件和/或其它类型的电光机械装置可以扫描关于环境的光脉冲。

在一些实施方式中，单个光发射器件可以根据可变的发射时间表和/或每次发射的可变功率来发射光脉冲，如在这里描述的。也就是，每个激光脉冲或发射的发射功率和/或定时可以基于发射的相应仰角。此外，可变的发射时间表可以基于在距LIDAR系统或距支持LIDAR系统的给定车辆的表面(例如，前保险杠)的给定距离处提供期望的垂直间距。作为示例，当来自光发射器件的光脉冲向下引导时，由于到目标的预期最大距离较短，所以每次发射的功率可能降低。相反，由光发射器件以参考平面上方的一仰角发射的光脉冲可以具有相对较高的每次发射的功率，以便提供足够的信噪比以充分检测行进更长距离的脉冲。

在一些实施方式中，可以以动态方式针对每次发射控制每次发射的功率/能量。在其它实施方式中，可以针对几个脉冲的连续组(例如，10个光脉冲)控制每次发射的功率/能量。也就是，光脉冲串的特性可以在每个脉冲的基础上和/或每几个脉冲的基础上改变。

虽然图4示出了附接到车辆400的各种LIDAR传感器，但是将理解，车辆400可以结合其它类型的传感器，诸如多个光学系统，如以下所述。

图5示出了根据一示例实施方式的图4的车辆400。在一些实施方式中，车辆400可以包括如参照图1和/或图3示出和描述的光学系统100的一个或更多个实例。如图5中所示，在这里描述的一个或更多个光学系统(例如，光学系统100a和100b)可以安装或以其它方式联接到车辆400。在这样的示例中，光学系统100a可以提供光轴114a和视场510a。相应地，光学系统100b可以提供光轴114b和视场510b。虽然这里示出了相对宽的视场(例如，190度锥体)，但是将理解，对于光学系统100a和100b，其它锥角也是可能的。

在一些实施方式中，光学系统100a和100b可以包括控制器150，或与控制器150通信，该控制器150具有至少一个处理器152和存储器154。在这种情况下，控制器被配置为执行存储在存储器中的指令以便进行操作。操作可以包括使各个图像传感器130捕捉车辆400的环境的至少一部分的图像。例如，操作可以包括使用图像传感器130捕捉多个图像以便提供关于车辆400的环境的信息。在一些实施方式中，图像可以用于确定环境内的物体和/或障碍物。

IV.示例制造方法

图6示出了根据一示例实施方式的方法600。图7A、图7B和图7C示出了根据一示例实施方式的图6的方法600的一个或更多个块。将理解，方法600可以包括比在这里明确示出或以其它方式公开的步骤或块更少或更多的步骤或块。此外，方法600的各个步骤或块可以以任何顺序执行并且每个步骤或块可以执行一次或更多次。在一些实施方式中，方法600的一些或所有块或步骤可以涉及光学系统100和/或车辆500的元件，如关于图1、图3、图4和图5示出和描述的。

块602包括将传感器支架联接到基板的第一表面。图像传感器联接到第一表面。在一示例实施方式中，可以通过多个紧固件来执行将传感器支架联接到基板的第一表面。在这样的实施方式中，传感器支架可以包括一个或更多个螺纹通孔。所述多个紧固件可以包括至少两个螺栓。在这种情况下，各螺栓可以穿过基板并旋入传感器支架板，从而在基板上施加压缩力。附加地或替代地，传感器支架可以使用诸如胶水或其它粘结剂的粘合剂联接到基板的第一表面。

参照图7A，场景700示出了传感器支架140与基板120的第一表面122的联接。在这样的场景中，图像传感器130最初可以通过连接器132联接到基板120，连接器132可以包括球栅阵列(BGA)、引脚栅格阵列(PGA)、接点栅格阵列(LGA)或其它类型的电和/或物理连接器。此外，基板120可以包括一个或更多个基板通孔121。在一示例实施方式中，基板通孔121可被预钻在基板120中。

此外，场景700包括传感器支架140通过多个紧固件160a和160b附接到基板120的第一表面122。作为示例，紧固件160a和160b可以包括螺栓。例如，螺栓可以具有邻接基板120的第二表面124的头部，并且旋入提供在传感器支架140中的螺纹通孔146中。其它类型的连接器和/或紧固件(例如，U形钉、螺母和螺栓、弹簧夹、夹子等)被考虑。虽然螺栓被示出为穿过传感器支架140，但是将理解，螺栓可以接合螺纹孔和/或螺纹插入件，其中该螺纹孔和/或螺纹插入件附接到传感器支架140并且不需要完全穿过第一传感器支架表面142和第二传感器支架表面144。

返回图6，框604包括将透镜组件联接到传感器支架，使得图像传感器沿光轴定位并且基本上位于由透镜组件限定的焦平面处。在一些实施方式中，将透镜组件联接到传感器支架包括将透镜组件联接到配准体的第一配准表面。此外，将透镜组件联接到传感器支架包括将传感器支架联接到配准体的第二配准表面。

参照图7B，场景720示出了相对于透镜组件110定位传感器支架140、基板120和图像传感器130，使得图像传感器130基本上沿着光轴114定位并且基本上平行于焦平面118，焦平面118在焦距116处垂直于光轴114定位。另外地或替代地，在方法600的过程中和/或在执行方法600的块之后的一次或更多次，各种组件(例如，图像传感器130和传感器支架140)可以经受热循环。例如，图像传感器130、传感器支架140和/或光学系统100的其它部件可以使用例如热循环测试室经受多次热循环。在执行方法600之前、期间和/或之后的这种热循环可以帮助减少或最小化在主动对准工艺之前、期间和/或之后的在这里描述的系统的部件的由热循环引起的运动。换句话说，通过执行热循环“预处理”，组成部分可以不太可能表现出与其它系统组件相关的热致膨胀/收缩和/或相对运动。

参照图7C，场景730示出了透镜组件110通过配准体180联接到传感器支架140。例如，透镜组件110的表面(例如，透镜法兰)可以被定位成邻接第一配准表面182。此外，传感器支架140可以通过主动对准工艺相对于透镜组件110定位。在这种情况下，图像传感器130可以在调整传感器支架140相对于透镜组件110的位置的同时提供图像。当获得优化的对焦位置时，可以应用主动对准接合部170(例如，环氧树脂)以便固定传感器支架140和第二配准表面184的相对位置，从而固定图像传感器130相对于透镜组件110的相对位置，以努力地有益地将图像传感器130保持在最佳对焦位置。

如在这里所述的，主动对准接合部可以包括另一种类型的粘合剂、热固性聚合物或固定剂(例如，硬化剂或固化剂)。将理解，各种主动对准接合材料可以包括各自的固化温度和/或其它硬化过程。

在一些实施方式中，相应的螺栓被扭转以便防止由于热循环引起的去弯曲或去应力而导致的基板和图像传感器相对于透镜组件的移动。例如，可以扭转或以其它方式调整相应的螺栓，以便将图像传感器的位置保持在透镜组件的焦平面的10微米以内。

在各种示例中，方法600可以包括通过热传递材料将基板的第二表面热联接到外壳。热传递材料可以包括至少1.0W/(m·K)的热导率。例如，热传递材料可以包括热间隙垫。

图中所示的特定布置不应被视为限制性的。应理解，其它实施方式可以包括更多或更少的给定图中示出的每个元件。此外，可以组合或省略一些图示元件。再者，说明性实施方式可以包括图中未示出的元件。

表示信息处理的步骤或块可以对应于可被配置为执行这里描述的方法或技术的特定逻辑功能的电路。替代地或附加地，表示信息处理的步骤或块可以对应于模块、段或程序代码的一部分(包括相关数据)。程序代码可以包括处理器可执行的一个或更多个指令，用于实现方法或技术中的特定逻辑功能或动作。程序代码和/或相关数据可以被存储在任何类型的计算机可读介质上，诸如包括磁盘、硬盘驱动器或其它存储介质的存储装置。

计算机可读介质还可以包括非暂时性计算机可读介质，诸如将数据存储短时间段的计算机可读介质，如寄存器存储器、处理器高速缓存和随机存取存储器(RAM)。计算机可读介质还可以包括将程序代码和/或数据存储更长时间段的非暂时性计算机可读介质。因此，计算机可读介质可以包括二级或持久性长期存储器，例如，如只读存储器(ROM)、光盘或磁盘、光盘只读存储器(CD-ROM)。计算机可读介质也可以是任何其它易失性或非易失性存储系统。例如，计算机可读介质可以被认为是计算机可读存储介质，或有形存储装置。

虽然已经公开了各种示例和实施方式，但是其它示例和实施方式对于本领域技术人员来说将是明显的。各种公开的示例和实施方式是出于说明的目的而旨在是限制性的，真实范围由权利要求指示。

Claims (20)

1.一种光学系统，包括：

透镜组件，包括至少一个透镜，其中所述透镜组件限定光轴、焦距和对应的焦平面；

具有第一表面的基板；

图像传感器，附接到所述基板的所述第一表面；以及

传感器支架，附接到所述基板的所述第一表面，其中所述传感器支架沿所述光轴并且基本上在所述焦平面处定位所述图像传感器。

2.如权利要求1所述的光学系统，还包括具有第一配准表面和第二配准表面的配准体，其中所述透镜组件联接到所述第一配准表面并且所述传感器支架联接到所述第二配准表面。

3.如权利要求2所述的光学系统，其中所述传感器支架通过主动对准接合部联接到所述第二对准表面，其中所述主动对准接合部包括环氧树脂。

4.如权利要求1所述的光学系统，其中所述透镜组件提供小于或等于2.8的f数，其中所述f数由焦距除以所述透镜组件的光圈的直径来定义。

5.如权利要求1所述的光学系统，其中所述焦距是固定焦距。

6.如权利要求1所述的光学系统，其中所述传感器支架通过多个紧固件联接到所述基板的所述第一表面，其中所述传感器支架带有螺纹，其中所述多个紧固件包括至少两个螺栓，其中相应的所述螺栓穿过所述基板并旋入所述传感器支架，从而对所述基板施加压缩力。

7.如权利要求1所述的光学系统，其中所述传感器支架防止所述基板和所述图像传感器由于热循环引起的去弯曲或去应力而相对于所述透镜组件移动。

8.如权利要求1所述的光学系统，其中所述传感器支架将所述图像传感器的位置保持在所述透镜组件的所述焦平面的10微米以内。

9.如权利要求1所述的光学系统，其中在-40℃到85℃之间的至少25个热循环中，所述传感器支架保持所述图像传感器相对于所述透镜组件的位置。

10.如权利要求1所述的光学系统，还包括：

外壳；和

热传递材料，布置在所述基板的第二表面和所述外壳之间，其中所述热传递材料具有至少1.0W/(m·K)的热导率。

11.如权利要求10所述的光学系统，其中所述热传递材料包括热间隙垫。

12.如权利要求1所述的光学系统，其中所述光学系统被配置为安装在车辆上。

13.如权利要求12所述的光学系统，还包括具有至少一个处理器和存储器的控制器，其中所述控制器执行存储在所述存储器中的指令以便执行操作，其中所述操作包括：

使所述图像传感器捕捉所述车辆的环境的至少一部分的图像。

14.一种制造方法，包括：

将传感器支架联接到基板的第一表面，其中图像传感器联接到所述第一表面；以及

将透镜组件联接到所述传感器支架，使得所述图像传感器沿光轴并且基本上在由所述透镜组件限定的焦平面处定位。

15.如权利要求14所述的制造方法，其中将所述透镜组件联接到所述传感器支架包括：

将所述透镜组件联接到配准体的第一配准表面；以及

将所述传感器支架联接到所述配准体的第二配准表面。

16.如权利要求15所述的制造方法，其中将所述传感器支架联接到所述第二配准表面通过主动对准接合部来执行，其中所述主动对准接合部包括环氧树脂。

17.如权利要求14所述的制造方法，其中将所述传感器支架联接到所述基板的所述第一表面通过多个紧固件来执行，其中所述传感器支架带有螺纹，其中所述多个紧固件包括至少两个螺栓，其中相应的所述螺栓穿过所述基板并旋入所述传感器支架板中，从而在所述基板上施加压缩力。

18.如权利要求17所述的制造方法，其中相应的所述螺栓被扭转以防止由于热循环引起的去弯曲或去应力而导致的所述基板和所述图像传感器相对于所述透镜组件的移动。

19.如权利要求17所述的制造方法，其中相应的所述螺栓被扭转以将所述图像传感器的位置保持在所述透镜组件的所述焦平面的10微米以内。

20.如权利要求17所述的制造方法，还包括：

通过热传递材料将所述基板的所述第二表面热联接到外壳，其中所述热传递材料具有至少1.0W/(m·K)的热导率。

Images