CN114248726B - 摄像头系统 - Google Patents

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Abstract

提出了一种用于车辆的摄像头系统，所述摄像头系统包括：摄像头，用于捕获所述车辆的周围环境；以及保护元件。所述摄像头具有光学元件，所述光学元件具有光入射部分和支撑所述光学元件的保持器。所述保护元件与所述光学元件和所述保持器分开设置，并且至少放置在所述光学元件的所述光入射部分上。所述保护元件具有检视口，所述检视口暴露所述光入射部分的使用部分。所述光学元件与所述保护元件之间存在至少一个间隙，用于接收位于所述使用部分上的水滴，以及设置在所述检视口远端的排水口。

Description

摄像头系统
技术领域
本发明涉及一种摄像头系统，具体地，涉及一种用于具有保护元件的车辆的摄像头系统。
背景技术
对于机动车辆，法律规定，在驾驶操作过程中，驾驶员可以看到车辆周围的所谓视野。哪些视场必须可见取决于机动车辆的类型，例如摩托车、运送乘客的机动车辆、运送货物的机动车辆等。视场的可见性必须由用于间接观察的装置来提供，并且对于一直坐在驾驶员座椅上的驾驶员来说，通过使用用于间接观察的装置，视场必须是可见的。根据车辆的类型，特别是驾驶员可以直接查看车辆周围的哪些区域，不同的法律规定要求通过使用用于间接查看的装置，某些视场在任何时候都永久且可靠地可见。在欧洲，联合国/欧洲经委会第46号条例规定了对驾驶员在任何时候都必须可靠地可见的视场。其它相关规范和法规包括例如ISO 5721、ISO 5006、ISO 16505、ISO 14401和EU 167/2013。除法律要求的视场之外，通常车辆周围更远的区域，即所谓的视场区域，也可以通过间接观察的装置查看。视域可以包含法律规定的视场。
通常，可以用一个或多个后视镜观察视场。然而，后视镜具有一些缺点。例如，后视镜仅显示了与驾驶员位于后视镜同一侧的物体。后视镜后面的任何物体不能由该后视镜显示。附加地，仅由平板玻璃制成的后视镜向驾驶员显示一小块区域，后视镜非常靠近驾驶员的情况除外。在凸形形成的情况下，后视镜会产生图像失真。大型车辆通常具有围绕车辆外侧安装的六个或更多后视镜，其中大多数后视镜是凸面、失真的，这使得驾驶员难以同时注意所有相关后视镜。然而，尽管配备所有后视镜，但在这些车辆周围的视域，即没有视场的区域，仍然存在盲点。
近年来，考虑使用摄像头系统作为用于间接查看的装置，或者作为用于间接查看的装置的后视镜的补充或替代已经越来越普遍。在此类摄像头系统中，分别连续捕获、检测和处理图像，并且如果是，则存储图像。由具有图像传感器设备的图像捕获单元捕获的(视频)数据例如通过使用供应单元发送，并且可选地在处理之后发送到位于驾驶舱中的再现装置。再现装置以驾驶员始终永久可见的方式再现车辆周围区域的相应法律规定的视场或多个视场的视图，并且可选地再现诸如潜在碰撞风险、与其它物体的距离之类的进一步信息。同时，视景系统促进了夜景的改善、更灵活的布置可能性，以及以更低的失真查看更大视场的可能性。
在该上下文中，永久可见意味着以及时不间断的方式描绘进入视场的视景，即不会因交替地显示和隐藏视场或其部分，或者因叠加其它表示而中断，使得不能完全看到视场。因此，相应的一个或多个视场分别在显示装置上连续且实时地显示和可见。这至少适用于以下规定的视场，即对点火打开和/或优选地例如耦合到接收相应信号(例如，开门信号或点火开关信号)的传感器的所有车辆条件永久可见。
对于此类后视镜替代系统，部分地，所应用的摄像头特别布置了分别具有由多个单独透镜组成的物镜和透镜系统，以便处理关于摄像头的描绘特性、由物镜打开引起的失真等特定要求。因此，此类物镜布置通常仅在物镜开口的最大可能的部分中使用，即从借助于物镜捕获的整个图像中剪切出部分图像并用于描绘，因为物镜布置在所使用的部分中主要具有所需特性，而在其它部分(例如，边界部分)中不具有这些特性。
通常，摄像头系统安装在车辆的外侧，以便捕获车辆周围的一部分。然而，由于安装在车辆的外侧，摄像头系统会受到环境影响，如污染或降水。特别地，水滴，例如雨滴或通过雾或雪形成的降水，可能沉积在摄像头的光学元件上，如摄像头的透镜，或者通常沉积在元件上，该元件将摄像头靠近外侧，从而损害由车辆环境的摄像头捕获的图像数据。特别地，摄像头透镜上的水滴可能会导致车辆环境中的物体或人被异物颗粒部分或完全隐藏，因此在通常安装在驾驶舱上的再现单元上不能显示或不能令人满意地显示给驾驶员。这进而导致驾驶员不能充分或根本不能识别物体或人。因此，它可能会与驾驶员无法识别的物体或人相撞，从而可能会发生严重事故。
因此，根据现有技术已知，通过空气喷射、诸如擦拭臂的擦拭装置或通过旋转透镜或透镜的疏水涂层来去除水滴的摄像头系统。最后，还已知围绕透镜放置圆筒，以阻止水滴流道透镜上。
然而，采用现有技术的摄像头系统具有以下缺点：随着环境条件的变化，例如风向或降水量的变化，透镜上的水滴可能只被不充分地去除，从而不可能真实地描绘对于车辆驾驶员来说很好地实现的车辆环境。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于车辆，特别是商用车辆的摄像头系统，其允许在所有环境条件期间以及在不同环境条件之间的快速变化期间从光学元件可靠地去除水滴。
上述目的通过一种用于具有根据权利要求1所述的特征的车辆的摄像头系统来实现。在从属权利要求中提供了优选实施例。
本发明基于仅在光学元件的部分上集中去除水滴的想法，该部分与车辆环境的描绘相关，即光学元件的使用部分。对于车辆环境的描绘，通常，车辆环境的一部分由图像捕获单元捕获并相应地显示，该部分明显大于驾驶员实际感兴趣的车辆环境的部分。例如，可能的情况是，由于特定的透镜布置或透镜几何形状，仅将捕获的车辆环境的相对较小的部分用于在再现单元上进行描绘。车辆环境的剩余部分在再现单元上不向驾驶员显示。因此，对于车辆环境的可靠、真实的描绘，在光学元件的捕获未描绘的车辆环境的部分上是否存在一个或多个水滴，或者用于描绘的光束是否甚至可以落在光学元件的该部分上都是无关紧要的。换言之，无论如何，在再现单元上没有描绘捕获车辆环境的未描绘部分的光学元件的部分上的水滴可能停留在那里的原因，并且分别与是否利用该光学元件的该部分来捕获车辆环境无关。然而，仅在那里要求去除光学元件的部分上的水滴，该部分捕获要显示的车辆环境的部分，从而形成光学元件的使用部分，这具有很大的可靠性。
通常，光学元件是图像捕获单元的元件，位于光进入图像捕获单元的位置与光入射图像传感器的位置之间的光路(即当从光源或车辆环境穿过图像捕获单元时被光覆盖的路径)中。换言之，光学元件是图像捕获单元的元件，其延伸到图像捕获单元的最外位置，从而形成指向车辆环境的图像捕获单元的元件。光学元件相应地具有来自车辆环境的光束入射并被引导到其中的入射光部分。因此，光入射部分是光学元件的一部分，光束通过该部分并因此被光学引导通过。光学元件的使用部分是光学元件的光入射部分的一部分。例如，光学元件可以是物镜。光学元件通常由摄像头系统中的保持器支撑。保持器可以是从外侧包围光学元件的套筒或从外侧抓住光学元件的支架，诸如物镜环。根据光学元件的几何形状和结构，可以设想保持器的其它结构。
为了保护与车辆环境描绘相关的光学元件的部分不受水滴沉积的影响，根据本发明提供的摄像头系统具有带检视口的保护元件。保护元件是与光学元件分开设置的组件，并且该组件在安装在摄像头系统中的状态下被布置在光入射部分上，使得所提供的检视口确保与车辆环境描绘相关的光学元件的部分空白，例如保护元件是类似盖的组件。检视口分别是保护元件中的开口和凹陷，其提供从保护元件的外侧到保护元件的内侧的连通。方便地，检视口具有几何形状，其将在安装状态下落入光学元件的光入射部分的光束减小到在再现单元上车辆环境描绘所需的程度。隐藏与描绘无关的光学元件部分，使得光束不会通过这些隐藏部分进入光学元件。因此，优选地，视景的几何形状适于光学元件的使用部分。在保护元件的安装状态下，检视口被布置成使得光学元件的使用部分暴露在车辆环境中。因此，光束可以通过检视口分别落入和进入光学元件的使用部分。同时，由于部分被完全覆盖且使用部分至少从侧面在侧面受到保护元件保护，因此减少了潜在影响光学元件的水量。
保护元件布置在光学元件上，使得光学元件与保护元件之间存在至少一个间隙。该间隙从使用部分的边缘延伸到排水口。排水口布置在使用部分的远端，并朝向车辆环境开放。目前，设置在使用部分的远端意味着排水口与使用部分有相当大的距离，优选地布置在间隙的端部。它不向使用部分开放。
排水口可以是设置在保护元件中的孔或槽口，其构成保护元件的内侧与外侧之间的连通。另选地，排水口也可以形成为保护元件在其位于检视口远端的端部至少部分不能到达，从而在保持器与保护元件之间提供间隙，水可以通过该间隙流入车辆环境。因此，排水口构成间隙与车辆环境之间的连通。因此，位于光学元件的使用部分上的水滴可以流入间隙，并且可以通过排水口朝向车辆环境排出。由于使用部分是整个光入射部分中相对较小的部分，因此水滴通常位于使用部分的边缘或直接靠近使用部分，并且因此靠近间隙，从而可以容易地流入其中。不位于间隙附近的水滴，即位于使用部分中心的水滴，可以通过光学元件的凸曲率、驾驶操作期间的振动、气流或其组合被推向使用部分的边缘，并且随后可以流入缝隙。一旦水滴进入间隙，它就流向排水口，在排水口处它从保护元件排出。由于排水口布置在使用部分的远端，因此避免了通过间隙排出的水滴再次到达使用部分，并且避免由于其保留在那里，阻碍或损害了进入车辆环境的视野。
保护元件可以具有用于照明的照明装置，从而改善了对车辆环境的捕获。照明装置例如可以是红外光。
此外，保护元件可以具有限定的编码，用于连接在相对于光学元件的正确位置。该编码可以是沿光学元件保持器的纵向方向延伸的槽口，其中在保护元件处的相应突起在该槽口中接合并防止保护元件径向旋转。另选地，保护元件和光学元件的保持器可以各自具有彩色识别标记，其以相对于彼此正确的姿势向技术人员或摄像头系统的用户显示保护元件相对于光学元件位于适当的位置。因此，确保了在保护元件和光学元件的安装状态下，检视口恰好位于光学元件的光入射部分的使用部分上方/之上，并且可以经由使用部分可靠地捕获车辆环境。
保护元件可以通过螺纹分别拧到保持器和光学元件上，或者可以分别夹紧到保持器和光学元件上。原则上，保护元件在摄像头上的固定模式取决于保护元件的结构，并且取决于保护元件是单独的组件还是摄像头壳体或摄像头保持器的一部分。
保护元件可以形成为两个或多个部分。例如，保护元件可以由布置在光学元件的光入射部分上方/之上的盖板构成，并且可以由连接到盖板(例如，通过螺纹)的环组成，该环周向地围绕光学元件或保持器。
保护元件可以设置有亲水涂层。亲水涂层是指洗吸水的涂层，例如由矿物颗粒制成的纳米涂层，从而促进水进入间隙。
优选地，间隙的尺寸设置使得其在接收水滴的情况下展开毛细作用。毛细作用通常是指流体克服重力流入毛细管并与毛细管接触的行为，即，例如，固体中足够小的管子、间隙或空腔，例如在毛细管中向上攀升。这些效应本身是由流体的表面张力和流体与固体表面(例如：玻璃)的界面表面张力引起的。因此，目前该间隙被构造成使得形成毛细管。随着水滴与间隙开口接触，水滴通过毛细作用被吸入间隙中，即通过毛细作用产生的吸力效应将水滴拖入缝隙中。为了实现毛细作用，例如可以根据要去除的水滴的尺寸来确定间隙的尺寸。例如，小于0.5mm的水滴可能被认为对车辆环境的描绘不会造成干扰。然后，间隙被构造成使得对于等于或大于0.5mm的水滴至少引起毛细作用。
根据一优选实施例，光学元件具有疏水涂层，该涂层具有足够的光透射率以捕获车辆环境。疏水涂层是指通过对光学元件进行适当的表面处理或由适当的材料形成的防水涂层。防水涂层具有以下优点：在车辆操作期间，通过车辆振动、气流或其组合，不位于使用部分边缘并因此直接靠近间隙的水滴可以容易地滑入使用部分的边缘。此外，疏水涂层增强了毛细作用，因为相对于流体的接触角增大，并且水滴倾向于流入间隙。接触角是指水滴与光学元件的使用部分的表面之间的角度。在小接触角的情况下，水滴在使用部分上相对平坦，而在大接触角的情况下，水滴保持其水滴形状，因此，在水滴与使用部分之间存在较小的接触面。另选地，还可以通过提供一定的粗糙度或纹理来实现疏水表面并且因此实现防水表面。此外，光学元件的疏水涂层保护光学元件免受磨损。在提供疏水涂层的情况下，根据疏水涂层并且因此根据预先确定的水滴形状来确定间隙的尺寸。另选地或附加地，也可以基于第一光学元件的曲率来确定间隙的尺寸。
优选地，间隙具有沿其延伸方向变化的横截面。因此，特别地，由于间隙分别对不同直径和尺寸的水滴产生毛细作用，因此可以增强毛细作用。例如，该间隙可以被构造成在检视口的边缘处较窄，并且朝向排水口扩展。因此，确保了所有尺寸和几何形状的水滴都可以流入间隙，由此无论水滴的尺寸如何，都会从一开始就引起毛细作用。然而，也可以设想，间隙的横截面随着与检视口距离的增加而沿其延伸方向减小。因此，仅对使用部分上的相对较大的水滴产生毛细作用，较小的水滴流入间隙而不产生毛细作用。然而，通过增大水滴流动方向上的间隙，对于较小的水滴和任何尺寸的水滴也实现了毛细作用，并且任何尺寸的水滴经由该间隙可靠地流入排水口，在排水口处排出到车辆环境中。
优选地，间隙由至少一个内槽口形成，该内槽口设置在保护元件的至少一个表面中，该表面面向光学元件的光入射部分。内槽口是保护元件表面上的凹槽，该凹槽至少对应于面向光学元件的光入射部分的表面，并且因此对应于面向光学元件的光入射部分的保护元件的内侧。然而，内槽口也可以沿着位于更内侧的保护元件的表面延伸。在具有多个内槽口的情况下，内槽口可以具有不同的横截面，横截面横向于流动方向延伸(不同的尺寸和/或形状)。内槽口也可以仅在保护元件的内表面的一部分中延伸，诸如靠近检视口。
内槽口有利地径向延伸到保护元件表面朝向光入射部分的外侧。另选地，内槽口可以螺旋延伸到光入射部分的外侧。因此，内槽口的螺旋延伸围绕检视口延伸。此外，另选地，内槽口可以围绕保护元件的检视口大致同心地延伸。
另选地或附加地，内槽口可以在朝向保护元件的表面的外侧的方向上具有朝向光入射部分的横截面，该横截面横向于水滴的流动方向变化。例如，内槽口可以被构造成使得其能够从保护元件的内侧向保护元件的外侧扩展。另选地，内槽口可以具有弧形，三角形等横截面。此外，在光入射部分的向外方向上横向于水滴的流动方向变化的横截面具有进一步改善毛细作用的优点，并且内槽口可以用于多种水滴尺寸。
根据优选实施例，内槽口形成从检视口到排水口的通道。换言之，内槽口从检视口的边缘延伸到排水口。
在可替代实施例中，内槽口用于排出水滴，还可以形成间隙，因为面向光学元件的保护元件的表面与光学元件的光入射部分分隔开。也就是说，保护元件是整体地并且因此不仅仅部分地布置在与光入射部分具有一定距离的位置，并且间隙沿整个保护元件径向延伸。
为了确保保护元件距光学元件的限定距离，面向光学元件的保护元件的表面具有至少一个肋，该肋将保护元件支撑在保持器和/或光学元件处。在使用两个肋的情况下，可以形成一个内槽口。在使用多个肋的情况下，可以形成多个内槽口。
优选地，保护元件的外侧具有产生空气涡流的几何形状(例如，至少一个外槽口)。空气涡流可以促进位于使用部分上的水滴朝向间隙流动，和/或可以防止位于保护元件的外侧上的水滴朝向检视口流动。例如，外侧上的几何形状被构造成使得水滴被选择性地引导远离检视口，例如通过至少一个外槽口、肋或接缝，其围绕检视口同心地布置或者径向地延伸远离保护元件的外侧上的检视口。
另选地或附加地，保护元件可以具有喷嘴，该喷嘴对光学元件的光入射部分喷射介质，并且因此促进位于使用部分上的水滴朝向间隙流动，和/或防止位于保护元件的外侧上的水滴朝向检视口流动。喷嘴可以是对光入射部分的使用部分应用空气的空气喷嘴。在这方面，空气喷嘴可以布置在保护元件的外侧或保护元件的内部，如间隙中。另选地，喷嘴可以是空气喷嘴，该空气喷嘴布置在保护元件的外侧或靠近保护元件，并且对光入射部分的使用部分或保护元件的外侧喷射空气。此外，另选地或附加地，空气喷嘴可以布置成使得其至少部分地将空气直接吹入间隙中，并且因此附加地促使水滴流入间隙。
保护元件可以是与光学元件和光学元件的保持器分开设置的盖，但也可以是摄像头壳体或摄像头保持器的一部分。例如，保护元件可以是摄像头摇臂的一部分，并且可以通过脊/杆连接到其上。因此，保护元件被构造成可拆卸的和可更换的，使得例如为了分别清洁或维护和维修光学元件，可以将其从光学元件上移除。
为了对摄像头进行除冰，特别地，对光学元件进行除冰，或者为了从光学元件上去除冷凝水，保护元件还具有加热元件。优选地，加热元件是加热箔，但也可以是加热丝，并且优选地布置在间隙中。通常，加热元件可以直接固定到保护元件上，例如，通过插入和模制的方式使用加热丝，或者通过粘合剂的方式使用加热箔。然而，该间隙可能不会被加热元件完全封闭，使得水滴可以一步可靠地通过该间隙排出。特别地，在提供加热元件的情况下，如果保护元件由两个或多个部分构成，则可能是有利的，因为这便于加热元件的安装。
根据一优选实施例，保护元件由聚合物制成，诸如热塑性塑料、热固性塑料、弹性体或其组合。另选地，保护元件也可以由金属材料制成。此外，优选地，保护元件由不透明材料制成，但也可以由透明材料制成。不透明材料具有以下优点：不会有光束从车辆环境落入光学元件的光入射部分与使用部分不对应的部分。因此，不会有诸如反射之类的光学干扰来干扰图像传感器上车辆环境的描绘。
根据一优选实施例，保护元件的肖氏硬度值小于60，并且因此满足用于具有尖锐边缘(如保护元件处的肋)的组件的材料的法律规定(例如，联合国欧洲经委会第R46号条例)。
优选地，检视口和间隙的尺寸设置成使得可以在一定范围内调节摄像头，而无需通过保护元件隐藏使用部分并闭合间隙。在这方面，检视口可以大于使用部分，并且间隙的尺寸设置可以使得即使摄像头在诸如约10度等特定范围内旋转，也不会通过保持器或光学元件接近保护元件来闭合间隙。然而，如果保护元件是摄像头壳体的一部分，并且摄像头的调节不会导致保护元件的调节，则这尤其有利，对于保护元件直接连接到光学元件和/或保持器上的其它结构也可能是有利的。
优选地，摄像头系统是后视镜替代系统的一部分，例如联合国欧洲经委会第R46号条例中规定的那样。
由于根据本发明提供的摄像头系统仅聚焦于光学元件的光入射部分的特定部分，即关于水滴保护和去除的使用部分，因此根据本发明提供的摄像头系统考虑根据现有技术已知的摄像头系统具有以下优势：一方面，原则上防止水滴落入摄像头的光学元件的相对较小的使用部分上；然而，另一方面，快速去除沉积在此处的水滴。通过快速去除水滴，还可以控制相对大量的水，诸如在暴雨期间。此外，保护元件还保护光入射部分的覆盖部分不受诸如碎石或树枝划伤等机械影响，不受光学效应(即干扰光效应)的影响，不受冻结和紫外线辐射的影响。此外，保护元件以简单方式促进其它辅助组件(如喷嘴、照明元件和加热元件)的集成。最后，保护元件能够防止与所描绘的车辆环境无关甚至不合适的光束通过在光学元件的使用部分上选择性地布置检视口而影响使用部分。因此，尤其可以防止对图像描绘的负面影响，诸如光折射或反射。
附图说明
下面，通过参考附图来示例性地描述本发明，其中：
图1示出了具有左摄像头系统和右摄像头系统的车辆的平面图。
图2示出了具有根据现有技术已知的摄像头系统的视景系统的示意图。
图3示出了根据本发明提供的第一实施例的具有摄像头系统的视景系统在第一状态下的示意图。
图4示出了图3所示的视景系统在第二状态下的示意图。
图5示出了根据本发明提供的图4所示摄像头系统的前视图。
图6示出了第二实施例的摄像头系统的示意图。
图7示出了第三实施例的摄像头系统的示意图。
图8示出了第四实施例的摄像头系统的示意图。
图9示出了第五实施例的摄像头系统的示意图。
图10示出了第六实施例的摄像头系统在安装状态下的透视图。
图11示出了图10所示的摄像头系统在拆卸状态下的透视图。
图12示出了具有加热元件的图10所示的摄像头系统的示意图。
图13示出了图12所示的摄像头系统的透视图。
图14示出了具有加热元件的图8所示的摄像头系统的示意图。
图15示出了具有空气喷嘴的图8所示的摄像头系统的示意图。
图16示出了图3所示的摄像头系统在安装状态下的透视图。
图17示出了图16所示的摄像头系统在拆卸状态下的透视图。
图18示出了另一摄像头系统的示意图。
图19示出了根据本发明提供的第一实施例的保护元件的平面图和截面图。
图20示出了根据本发明提供的保护元件的不同视图。
具体实施方式
图1示出了商用车F的平面图，该商用车目前是带有牵引车和半拖挂车/拖挂车的货车。摄像头系统100连接到牵引车的左侧和右侧中的每一侧。摄像头系统100通过光学元件11的使用部分NB捕获车辆F周围的环境。
图2示意性地示出了根据现有技术已知的视景系统。该视景系统具有诸如ECU之类的处理单元20，以及诸如显示器(例如，TFT显示器、LCD显示器)之类的再现单元30。描绘部分31存在于再现单元30上。
该视景系统还具有摄像头系统100，其包括摄像头10，诸如采用CMOS或CCD技术的摄像头。摄像头10具有光学元件11，诸如物镜和保持器13。保持器13周向地支撑光学元件11。光学元件11在指向车辆环境的表面12处具有光入射部分EB，该光入射部分EB采用凸面配置。光入射部分EB是车辆环境的光束进入光学元件11的部分。进入光入射部分EB的光束的一部分被描绘在图像传感器(未示出)上，并且因此将车辆环境投影到图像传感器上。分别在图像传感器上和图像传感器的部分上描绘的光束照射到的光入射部分EB的部分称为光学元件11的使用部分NB，该部分向驾驶员显示。
图3示意性地示出了根据本发明提供的具有摄像头系统100的视景系统。作为图2所示的视景系统，图3所示的视景系统还具有处理单元20和再现单元30。图3的摄像头系统100与图2的摄像头系统的不同之处在于，前者还设置有保护元件40。保护元件40被构造成一种盖，其布置在光学元件11上，并且分别通过夹紧接头固定到光学元件11和保持器(图3中未示出)。保护元件40是与光学元件11的保持器13分开设置的附加组件。特别地，优选地，保护元件40可从摄像头系统100移除，而不破坏光学元件11及其在其保持器中的布置。换言之，光学元件11、保持器13和图像传感器形成永久/不可分离的单元，该单元必须协同工作以实现摄像头10的功能，而保护元件40是附加组件，该附加组件可以设置在摄像头10上，以便保护光学元件11的使用部分NB免受水沉积，或者选择性地去除光学元件11的使用部分NB上可能的水沉积。因此，保护元件40也可以使用现有摄像头10改装。
保护元件40在覆盖光学元件11的光入射部分EB的一侧具有检视口41。检视口41是连接保护元件40的外侧与保护元件40的内侧的直通开口。也就是说，检视口41是保护元件40的凹陷开口部分。检视口41的尺寸和几何形状大致对应于使用部分NB的尺寸和几何形状。在位于检视口41远端的保护元件40的端部，在保护元件40中设置有孔形排水口43。排水口43构成保护元件40的内侧与保护元件40的外侧之间的连通。保护元件40与光学元件11间隔开，使得光学元件11与保护元件40之间存在间隙42。
如图3所示，水滴T位于面向车辆环境的光学元件11的表面12上。具体地，水滴T布置在光学元件11的凸面光入射部分EB上，使得水滴T部分地位于光学元件11的使用部分NB上(第一状态)。这导致通过使用部分NB落入光学元件11的光束将水滴T描绘在图像传感器上，并且因此描绘了再现单元30的描绘部分31，即暗点32。
图4示出了图3所示的摄像头系统100。与图3所示的第一状态相反，在图4中，水滴T流入间隙(第二状态)，并且不再描绘在图像传感器上，并且因此不再描绘在再现单元30的描绘部分31上。例如，水滴T可以到达间隙42，因为它在车辆F的驾驶操作期间通过气流和/或振动流动到使用部分NB的外侧。在检视口41处水滴T与进入间隙42的入口接触的情况下，水滴T滑入间隙42中。在那里，水滴T通过气流和/或振动和/或保护元件40内的随后水滴T从检视口41向排水口43流动，并通过排水口43从间隙42排出到车辆环境中。这样，可以具有防止在诸如暴雨等强降雨期间保护元件40与光学元件11和保持器13之间的间隙42和空隙分别充满水并干扰光学元件11的功能，因为不会再有水滴排出，或者在相应的天气条件下，水分别在保护元件40与光学元件11和保持器13之间的间隙42和空隙中冻结并损坏保护元件40。
另选地或附加地，在间隙42尺寸适当的情况下，一旦接触间隙42的入口，水滴T也可以通过毛细作用吸入间隙42中。由于毛细作用取决于间隙42相对于水滴T的尺寸，因此间隙可以具有沿其延伸方向变化或横向于水滴的流动方向变化的横截面，以便以这种方式可靠地去除与光学元件的使用部分NB在形状和尺寸上不同的尽可能多的水滴。使用毛细作用的优点在于，与不使用毛细作用相比，位于使用部分NB上的水滴T可以流动得更快，并且还可以沿各种方向流动，否则由于重力作用将不允许水滴流动。
图5示出了图4所示的摄像头系统的前视图。如图5所示，保护元件40的检视口41的几何形状和尺寸大致对应于使用部分NB的几何形状和尺寸。具体地，检视口41略大于使用部分NB，并且是规则的矩形。然而，应当理解，根据光学元件11和对使用部分NB的要求，使用部分NB以及检视口41也可以采用彼此的几何形状和尺寸。
图6至图9示出了根据本发明提供的保护元件40的不同实施例(第二实施例至第五实施例)。
图6示出了保护元件40A的第二实施例。与保护元件40的第一实施例相比，在与光入射部分EB相对的外侧上，保护元件40A具有周向外槽口15。外槽口15围绕检视口41A同心地设置，并用于形成空气涡流，以促使位于使用部分NB上的水滴朝向间隙42E流动和/或阻止位于保护元件40A的外侧上的水滴T流动到使用部分NB上。作为保护元件40，保护元件40A还具有位于检视口41A远端的排水口。
图7示出了保护元件40B的第三实施例。在图7所示的保护元件40B的实施例中，保护元件40B是摄像头壳体的一部分(未示出)。在这种情况下，水滴T不会通过排水口43B直接流向车辆环境，而是首先流入摄像头壳体中。然而，为了选择性地将水滴T排出到车辆环境中，目前摄像头壳体还必须具有开口，该开口构成与车辆环境的连通并确保水滴排出。如图7所示的保护元件40B具有检视口41B和间隙42B，如上面关于保护元件40和40A已描述的那样。
图8示出了保护元件40C的第四实施例，其与图6所示的第二实施例的不同之处在于，排水口43C通过在保护元件40C的内表面中设置槽口而形成。此外，如图3所示，保护元件40C未分别与光学元件11和保持器13夹紧，而是通过螺纹连接46分别连接到光学元件11和保持器13。如图8所示的保护元件40C具有检视口41C和间隙42C，如上面关于保护元件40、40A和40B已描述的那样。
图9示出了保护元件40D的第五实施例。与保护元件40、40A、40B、40C的前述实施例相比，保护元件40D是摄像头保持器和摄像头壳体的一部分，具体地，摄像头摇臂(未示出)。在这方面，保护元件通过脊/杆(未示出)与摄像头摇臂连接。与图7所示的实施例一样，利用保护元件40D，水滴在经过间隙42D和排水口43D之后也不直接排出到车辆环境中，而是首先排出到摄像头摇臂中，并且从那里经由摄像头摇臂中的相应开口排出到车辆环境中。图9所示的保护元件40B具有检视口41D，如上面关于保护元件40、40A、40B、40C已描述的那样。
特别地，关于图7和图9所示的实施例，其中保护元件40B、40D形成为摄像头壳体的一部分，如果检视口41B和41D构造成稍大于使用部分NB，则可能是有利的。这具有以下优点：摄像头100可以分别在由检视口41B、41D的尺寸和几何形状预先确定的特定框架中旋转和调节，而无需通过摄像头100(特别是，光学元件11或保持器13)闭合间隙42B、42D，或者通过保护元件40B、40D覆盖使用部分NB。
图10示出了在安装状态下的保护元件40E的第六实施例。图10所示的保护元件40E与前述保护元件40、40A、40B、40C和40D的主要不同之处在于，前者在其外表面上设置有多个(在图10中：三个)同心设置的外槽口15，并且沿圆周设置有弹簧钩环47。如关于图6所示的实施例已描述的那样，外槽口15用于形成空气涡流，以促使位于使用部分NB上的水滴T朝向间隙42E流动和/或阻止位于保护元件40E的外侧上的水滴T流动到使用部分NB上。如图10所示，检视口41E被构造成近似矩形，并且相对于保护元件40E分别偏离中心和偏心地布置。
弹簧钩环47是小金属板，其从保护元件40E的远端边缘沿保护元件40E的圆周近似垂直于检视口41E。由于它们的弹性构造，它们允许简单但可靠地将保护元件40E连接在光学元件11上。
图11示出了图10所示的在拆卸状态下的保护元件40E的实施例。如图11所示，物镜环14连接在光学元件11周围，物镜环14具有向上倾斜到光学元件中心的表面，使得光学元件11的光入射部分EB与物镜环14之间存在谷。该谷在没有提供保护元件40E和间隙42E的情况下是不利的，因为水滴T可能会在那里聚集。然而，通过提供保护元件40E和间隙42E，在这种情况下，水滴T也可以通过间隙42E和排水口43E可靠地输送出去。
图12和图13示出图11所示的保护元件40E。在间隙42E中，在保护元件40E与光学元件11之间引入加热元件17。加热元件17是如图13所示的环形元件，其通过两根电缆通电并因此加热。例如，加热元件17是加热丝。另选地，加热元件17也可以是加热箔，其优选地粘接在形成间隙42E的保护的元件40E的内侧上。加热元件17用于对摄像头进行除冰，特别地，对光学元件进行除冰，或者用于通过蒸发从光学元件中去除冷凝水。
图14示出了图8所示的保护元件40C，其在间隙42C中具有加热元件。
图15示出了图8所示的保护元件40C的实施例，该保护元件40C具有连接到保护元件40的外表面的空气喷嘴19。空气喷嘴19被构造成用于将空气吹到使用部分NB上，并因此用于选择性地促使在操作期间可能位于该使用部分NB上的水滴T朝向使用部分NB的边缘部分流动，即朝向保护元件40C和间隙42C流动。另选地，空气喷嘴也可以布置成使其能够阻止保护元件40C外侧上的水滴T到达使用部分NB。此外，还可以提供多个空气喷嘴，和/或可以组合空气喷嘴与加热元件17。
图16和图17示出了根据本发明提供的具有保护元件40F的摄像头系统，该保护元件40F被构造为盖，该盖以一定距离布置在光学元件上。保护元件40F具有与光入射部分相对的外侧径向延伸的外槽口，该外槽口阻止保护元件40F的外侧上的水滴T到达使用部分NB上。相反，保护元件40F的外侧上的水滴T在驾驶操作期间通过车辆振动和/或通过空流流入外槽口，并且在那里被径向引导到保护元件的外周。在图16和图17所示的实施例中，外槽口15由应用到环上的脊和肋形成，脊和肋分别沿径向向内方向突出，从而在肋之间形成通道，使用部分NB上的水滴T也可以进入该通道。还可以设想，提供图16和图17所示的实施例，在保护元件40F与光学元件11之间没有间隙的情况下，使得位于使用部分NB上的水滴T可以专门经由外槽口15排出。
图18示出了摄像头系统，其中保护元件40G集成到光学元件11的保持器13G中，即优选地形成为单个组件。特别地，在这种情况下，位于光学元件11的表面上的用于排出水滴T的间隙可以被构造成使其能够使用毛细作用。
图19示出了第一实施例的保护元件40的详细平面图和截面图。如图19所示，在保护元件40上形成围绕保护元件40的中心同心布置的圆的外槽口15，并且光学元件11与保护元件40之间的间隙42从邻近检视口41的部分朝向光入射部分的外周减小/变窄。
图20示出了保护元件40的不同视图。特别地，图20示出了保护元件40的透视下视图以及直接从保护元件40下方俯视的视图，其示出了间隙42由多个内槽口49形成，这些内槽口49径向延伸到保护元件40的外周，并且因此形成用于排出水滴T的通道。在图20所示的实施例中，通过将肋47连接到保护元件40的内表面上来形成内槽口。最后，从图20还可以看出，排水口43可以布置在保护元件40的边缘作为凹槽。
原则上，还可以设想，在没有排水口的情况下提供摄像头系统，只要确保进入间隙的水很少并在间隙中积聚显著量之前通过蒸发将其去除即可。
需要明确指出的是，出于原始公开目的以及独立于实施例和/或权利要求中特征的组成来限制权利要求发明的目的，说明书和/或权利要求书中公开的所有特征旨在彼此分开且独立地公开。需要明确指出的是，出于原始公开目的以及限制权利要求发明的目的，特别地作为值范围的限制，实体群组的所有值范围或指示公开了每个可能的中间值或中间实体。
附图标记列表
100 摄像头系统
10 摄像头
11 光学元件
12 面向车辆环境的光学元件的表面
13、13G 用于光学元件的保持器
15 外槽口
17 加热元件
19 空气喷嘴
20 处理单元
30 再现单元
31 描绘部分
32 水滴T的描绘
40、40A、40B、40C、40D、40E、40F、40G 保护元件
41、41A、41B、41C、41D、41E 检视口
42、42A、42B、42C、42D、42E 间隙
43、43A、43B、43C、43D、43E 排水口
46 螺纹连接
47 肋
49 内槽口
F 车辆
EB 光入射部分
NB 使用部分
T 水滴

Claims (22)

1.一种用于车辆(F)的摄像头系统(100)，包括：
一个用于捕获车辆环境的摄像头(10)，其中所述摄像头(10)具有：
光学元件(11)，具有光入射部分(EB)；以及
保持器(13)，用于支撑所述光学元件(11)；以及
保护元件(40、40A、40B、40C、40D、40E、40F)，其至少经由所述光学元件(11)的所述光入射部分(EB)与所述光学元件(11)和所述保持器(13)分开放置，并且具有检视口(41、41A、41B、41C、41D、41E)，所述检视口(41、41A、41B、41C、41D、41E)暴露所述光入射部分(EB)的使用部分(NB)，
其中所述光学元件(11)与所述保护元件(40、40A、40B、40C、40D、40E、40F)之间存在至少一个间隙(42、42A、42B、42C、42D、42E)，用于捕获位于所述使用部分(NB)上的水滴(T)，以及
其中排水口(43、43A、43B、43C、43D、43E)设置在所述检视口(41、41A、41B、41C、41D、41E)的远端；
所述间隙(42、42A、42B、42C、42D、42E)由内槽口(49)形成，所述内槽口(49)设置在所述保护元件(40、40A、40B、40C、40D、40E、40F)的至少一个表面中，所述表面面向所述光学元件(11)的所述光入射部分(EB)。
2.根据权利要求1所述的用于车辆(F)的摄像头系统(100)，其中，所述间隙(42、42A、42B、42C、42D、42E)的尺寸设置使得其在接收所述水滴(T)时产生毛细作用。
3.根据权利要求1或2所述的摄像头系统(100)，其中，所述光学元件(11)具有疏水涂层。
4.根据权利要求1或2所述的用于车辆(F)的摄像头系统(100)，其中，所述间隙(42、42A、42B、42C、42D、42E)具有沿其延伸方向变化的横截面。
5.根据权利要求1所述的用于车辆(F)的摄像头系统(100)，其中，所述内槽口(49)朝向所述光入射部分(EB)的外侧径向延伸。
6.根据权利要求1所述的用于车辆(F)的摄像头系统(100)，其中，所述内槽口(49)朝向所述光入射部分(EB)的外侧螺旋延伸。
7.根据权利要求1所述的用于车辆(F)的摄像头系统(100)，其中，所述内槽口(49)围绕所述保护元件(40、40A、40B、40C、40D、40E、40F)的所述检视口(41)近似同心地延伸。
8.根据权利要求1所述的用于车辆(F)的摄像头系统(100)，其中，所述内槽口(49)具有横截面，所述横截面相对于所述水滴(T)的流动方向横向于所述光入射部(EB)的外侧方向变化。
9.根据权利要求1所述的用于车辆(F)的摄像头系统(100)，其中，所述内槽口(49)形成从所述检视口(41)到所述排水口(43)的通道。
10.根据权利要求1或2所述的用于车辆(F)的摄像头系统(100)，其中，所述间隙(42、42A、42B、42C、42D、42E)形成为使得面向所述光学元件(11)的所述保护元件(40、40A、40B、40C、40D、40E、40F)的所述表面与所述光学元件(11)的所述光入射部分(EB)间隔开。
11.根据权利要求1或2所述的用于车辆(F)的摄像头系统(100)，其中，面向所述光学元件(11)的所述保护元件(40、40A、40B、40C、40D、40E、40F)的所述表面具有至少一个肋(47)，用于提供所述保护元件(40、40A、40B、40C、40D、40E、40F)与所述光学元件(11)的限定距离。
12.根据权利要求1或2所述的用于车辆(F)的摄像头系统(100)，其中，所述保护元件(40、40E)的外侧具有几何形状(15)，所述几何形状(15)形成空气涡流，用于促进位于所述使用部分(NB)上的水滴(T)朝向所述间隙流动和/或用于防止位于所述保护元件(40、40E)的外侧上的水滴(T)朝向所述检视口(41A、41E)流动。
13.根据权利要求1或2所述的用于车辆(F)的摄像头系统(100)，其中，所述保护元件(40C)具有喷嘴(19)，所述喷嘴(19)对所述光学元件(11)的所述光入射部分(EB)喷射介质，用于促进位于所述使用部分上的水滴(T)朝向所述间隙流动和/或用于防止位于所述保护元件(40C)的外侧上的水滴(T)朝向所述检视口(41)流动。
14.根据权利要求1或2所述的用于车辆(F)的摄像头系统(100)，其中，所述保护元件(40B、40D)是所述摄像头壳体或摄像头保持器的一部分。
15.根据前述权利要求1或2所述的用于车辆(F)的摄像头系统(100)，其中，所述保护元件(40C)还具有加热元件(17)。
16.根据权利要求15所述的用于车辆(F)的摄像头系统(100)，其中，所述加热元件(17)布置在所述间隙(42C)中。
17.根据权利要求15或16所述的用于车辆(F)的摄像头系统(100)，其中，所述加热元件(17)是加热膜。
18.根据权利要求1或2所述的用于车辆(F)的摄像头系统(100)，其中，所述保护元件(40、40A、40B、40C、40D、40E、40F)由热塑性塑料、热固性塑料、弹性体、金属材料或其组合形成。
19.根据权利要求18所述的用于车辆(F)的摄像头系统(100)，其中，保护元件(40、40A、40B、40C、40D、40E、40F)的肖氏硬度值小于60。
20.根据权利要求1或2所述的用于车辆(F)的摄像头系统(100)，其中，所述检视口(41、41A、41B、41C、41D、41E)和所述间隙(42、42A、42B、42C、42D、42E)的尺寸设置使得可以在一定范围内调节所述摄像头(10)，而无需通过所述保护元件(40、40A、40B、40C、40D、40E、40F)覆盖所述使用部分(NB)并闭合所述间隙(42、42A、42B、42C、42D、42E)。
21.根据权利要求1或2所述的用于车辆(F)的摄像头系统(100)，其中，所述保护元件(40、40A、40B、40C、40D、40E、40F)具有亲水涂层。
22.根据权利要求1或2所述的用于车辆(F)的摄像头系统(100)，其中，所述摄像头系统(100)是后视镜替代系统的一部分。
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