用于机动车辆的摄像机模块及安装摄像机模块的方法
用于机动车辆的摄像机模块及安装摄像机模块的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于机动车辆的摄像机模块，包括透镜组件、外罩和图像传感器，外罩具有后壁和包围开口的前端，图像传感器由后壁支承并布置在外罩中(在透镜组件的像平面内或附近)，所述外罩包括在前端和后壁之间延伸的外罩部件，所述摄像机模块包括在前端处固定至外罩部件的管，使得管包围开口并且从开口延伸到外罩中，其中透镜组件通过连接装置连接至管的底端，并且其中管的热膨胀系数大于外罩部件的热膨胀系数。本发明还涉及安装用于机动车辆的摄像机模块的方法。
【背景技术】
[0002]汽车的摄像机模块暴露于大范围变化的温度，并且要在实际出现的整个温度范围内具有优秀的成像性能。
[0003]在很多固定焦距的汽车的摄像机模块中，主要的挑战是在温度范围T内保持焦距。对于低f/#透镜，图像和传感器之间的距离必须控制在微米量级。
[0004]温度差会导致摄像机模块的外罩的尺寸变化。例如随着外罩温度的增加，外罩的高度会由于热膨胀而增加。因此，通常附接至外罩的前端的透镜组件和通常布置在外罩的后端的图像传感器之间的距离随着温度增加而增加，导致传感器移出透镜组件的像平面。因此，在高或非常低的温度下，图像传感器检测到的图像可能不如在适合的温度下检测到的图像那样清楚。
[0005]US7595943B2公开了一种摄像机模块，该摄像机模块包括多个透镜，固定所述多个透镜的透镜筒，固定透镜筒和图像传感器的外罩部件，以及两个间隔的热变形构件。热变形构件布置在透镜筒的径向平面中。为了连接外罩部件和透镜筒，每个热变形构件具有附接至透镜筒的外周侧壁的一端，以及附接至外罩部件的内侧壁的相对端。每个热变形构件具有多层薄片结构，其中第一薄片放置在第二薄片的上方。因此，第一薄片放置在透镜的物体侦U，第二薄片放置在透镜的图像侧。第二薄片的热膨胀系数大于第一薄片的热膨胀系数。随着热变形构件的温度从第一温度增加到第二温度，第二薄片朝向第一薄片逐渐弯曲，并沿着光轴向上驱动透镜筒。这种摄像机模块具有很多部件并且十分复杂。
[0006]DE102008047277A1公开了一种通用摄像机模块，其中在透镜架和透镜筒之间设置了补偿管。补偿体可具有内螺纹，透镜筒可旋入其中。由于透镜筒的轴向长度相对长，因此可自由移动的补偿管的长度非常短，并且难以实现可观的补偿。
[0007]DE10261973A1公开了一种摄像机模块，其中透镜通过截头圆锥形的透镜固定元件被套管间接地固定，截头圆锥形的透镜固定元件具有大大小于套管的热膨胀系数。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种摄像机模块，其具有简单的机构来将图像传感器保持在透镜组件的像平面处。
[0009]本发明的目的通过根据独立权利要求的摄像机模块和安装摄像机模块的方法实现。
[0010]物体的光可通过外罩的开口进入摄像机模块。管从开口延伸到外罩中并且固定至外罩的前端，特别地固定至开口的边缘部分。射入开口的物体的光将因此被引导通过管并且由此穿过透镜组件，透镜组件在管的底端部分处固定在管中。在穿过透镜组件后，光将在透镜组件的像平面处照射图像传感器。透镜组件和图像传感器被布置成彼此隔开。由于管和外罩部件在相反方向上膨胀，因此本发明的管用于补偿热膨胀。补偿效果可通过使管的热膨胀系数大于外罩部件的热膨胀系数实现。
[0011]根据本发明，管和透镜组件之间的连接装置在小于透镜组件的轴向长度的一半长度上延伸。因此，透镜组件的剩余的多于一半的轴向长度没有连接至管，并且因此管的大部分可自由地相对移动以提供本发明的补偿效果。
[0012]优选地，外罩部件的热膨胀系数和管的热膨胀系数适于保持像平面与传感器的预定关系，特别地适于将像平面保持在图像传感器的感应平面内或附近。因此，图像传感器可在机动车辆应用中出现的宽的温度范围内检测到清楚的图像。
[0013]优选地，管的热膨胀系数被适配成，使管的热膨胀不仅能够补偿外罩部件的热膨胀而且还能够补偿由透镜组件及其内部的变化引起的像平面随着温度的移动。这将在下面更详细地讲解。
[0014]将被补偿的第一个参数是透镜组件和图像传感器之间的距离。因此，管的高度和热膨胀系数被适配成使管的热膨胀能够补偿外罩部件的热膨胀。即，当温度增加时，管的高度与外罩部件的高度可增加相同的量。因此，透镜组件和前端之间的距离增加，而透镜组件和图像传感器之间的距离保持不变。换句话说，前述热膨胀系数的优选的适配确保了对外罩部件的高度变化的有利补偿。
[0015]除此之外，将被补偿的第二个参数是透镜组件和像平面之间的距离，该距离将由于透镜组件中的机械移位、透镜组件中的光学元件或透镜的折射率的变化、透镜组件中的尺寸变化等而随着温度改变。同样地，为了这个效果而有利地选择管的高度和热膨胀系数来进行补偿。
[0016]热膨胀应被理解成在由透镜组件限定的光轴的方向上的膨胀。例如，外罩部件由于温度变化而在垂直于光轴的方向上的膨胀也许对透镜组件和图像传感器之间的预设距离没有影响。然而，外罩组件的、具有在透镜组件的光轴方向上的分量的任何膨胀可能会影响检测到的图像的清晰度。因此，相应的补偿是有利的。
[0017]优选地，根据等式hT.CT = hH.CH-Ad2/AT来适配管的热膨胀系数Ct和高度hT，其中，hH表不外罩部件的高度，Ch表不的外罩部件的热膨胀系数，并且AcWΛΤ表不由透镜组件及其内部的变化引起的透镜组件和像平面之间的距离随着温度的变化。高度优选地被理解成在由透镜组件限定的光轴方向上的长度。此外，管的高度hT被理解成指的是管的有效或自由高度，即，在管的与外罩部件的连接处和与透镜组件的连接处之间的能够自由移动的部分。凭借已知的外罩部件的高度和热膨胀系数以及透镜组件的热属性的值，可确定管的适合的热膨胀系数。可选择满足相应的热膨胀系数的相关要求的管的适合材料。
[0018]优选地，外罩部件的材料不同于管的材料。优选地，外罩部件由塑料制成，例如聚苯硫醚(PPS)。优选地，管由塑料制成，例如聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)。不同材料允许对管和外罩部件的热膨胀系数的定制的调整。在优选的实施例中，外罩由玻璃纤维增强塑料制成和/或管由玻璃珠增强塑料制成。这对实现管的热膨胀系数大于外罩部件的热膨胀系数特别有利。
[0019]优选地，透镜组件的外罩和/或透镜间隔件由金属制成，优选是由黄铜制成。金属(特别地，黄铜)作为透镜组件的基材，具有优选的温度变化灵敏属性。这允许提高摄像机单元对温度变化的低灵敏度。
[0020]优选地，透镜组件包括数个透镜。这数个透镜可具有球面或非球面形状。透镜组件限定了光轴。像平面优选地是其中透镜组件建立聚焦图像的地方。图像传感器有利地放置在像平面处或像平面中，并且能够捕捉各种图像，即，能够将入射光转换成电的图像信号。图像传感器可以是例如C⑶传感器或CMOS传感器。
【附图说明】
[0021 ]下面将参照所附附图，基于优选的实施例描述本发明，其中:
[0022]图1示意性地示出了包括本发明的摄像机模块的视觉系统；
[0023]图2示意性地示出了本发明的摄像机模块的实施例；
[0024]图3示出了本发明的摄像机模块的实际的实施例的立体分解图；
[0025]图4示出了图3的本发明的摄像机模块的横截面图；以及
[0026]图5示出了用于本发明的摄像机模块中的透镜组件的示意性横截面图。
【具体实施方式】
[0027]图1中示出了视觉系统10，视觉系统10安装在机动车辆(未示出)中，并且包括成像装置11，成像装置11用于获得机动车辆周围区域(例如机动车辆的前面的区域)的图像。成像装置11包括一个或多个摄像机模块12。摄像机模块12优选地在可见波长范围内运行。在可替代的实施例中，摄像机模块12在红外线波长范围内工作，其中红外线覆盖波长低于5微米的近IR和/或波长超过5微米的远IR。在一个实施例中，成像装置11特别地包括多个摄像机模块12，从而构成立体成像装置11。可替代地可只使用一个摄像机模块12，从而构成单成像装置11。
[0028]来自成像装置11的图像数据被提供到电子处理装置14，在电子处理装置14中，图像和数据处理被相应的软件执行。特别地，处理装置14中的图像和数据处理包括以下功能:对机动车辆周围的可能目标(例如行人、其它车辆、骑自行车的人或大型动物)进行识别和分类;随时间推移跟踪被识别的目标候选者在记录的图像中的位置;计算车辆与被检测到的目标之间的碰撞可能性；以及/或者根据目标检测和跟踪处理和/或所述碰撞可能性计算的结果启动或控制至少一个驾驶员辅助装置18。驾驶员辅助装置18可包括:用于显示检测到的目标的相关信息的显示装置。驾驶员辅助装置18可另外地或可替代地包括警报装置，其适于通过适合的视觉、听觉和/或触觉警报信号来向驾驶员提供碰撞警报;一个或多个约束系统，例如乘员气囊或安全带张紧器、行人安全气囊、引擎罩升降装置，诸如此类;和/或动态车辆控制系统，例如刹车或转向装置。处理装置14方便地访问存储装置25。
[0029]电子处理装置14优选地被编程或是可编程的，并且方便地包括微处理器或微控制器。优选地可在数字信号处理器(DSP)中实现电子处理装置14。优选地在车载电子控制单元(ECU)中实现电子处理装置14和存储装置25，并且可通过单独电缆或车辆数据总线将电子处理装置14和存储装置25连接至成像装置11。在另一实施例中，ECU和一个或多个成像设备12可集成到单一单元中，其中，包括ECU和所有成像设备12的一体化解决方案是优选的。在驾驶期间实时地自动且连续执行从成像、图像预处理、图像处理到驾驶员辅助装置18的启动或控制的所有步骤。
[0030]图2中示意性地示出了本发明的摄像机模块12的实施例的原理结构。摄像机模块12包括透镜组件20、外罩22和图像传感器24。
[0031]外罩22表示摄像机模块12的框架，并且包括透镜固定件53、背板32和管26，背板32构成固定图像传感器24的后壁32。除了在前端50处的开口 28之外，外罩22基本上以不透光的方式封闭。透镜固定件53包括构成管状部件54的一个或多个侧壁34。透镜固定件53可包括前壁30，但是这并非是强制的，例如参见图3和4，示出了不带前壁的优选的实施例。外罩22包括其中形成开口 28的前端50。参见图4，在透镜组件20和传感器24之间优选地设置有光圈挡片74，光圈挡片74带有光圈孔75。管26包括前端部分56和底端部分57。管状部件54优选的为圆筒形并且平行于透镜组件20的光轴延伸。
[0032]优选地，管26以其前端部分56在透镜固定件53的前端50处连接至透镜固定件53，特别地围绕开口 28，并且从开口 28延伸到外罩22中。管26可基本上具有圆筒形形状。透镜组件20在管26的相对端(即在底端部分57)处连接至管26。从与管26的连接处，透镜组件20朝向开口 28延伸。如图4所示，透镜组件20优选地越过管26的顶端突出，这确保摄像机单元12的紧凑设计。透镜组件20的长度hL优选地大于管26的长度hT。
[0033]通过开口28入射的来自图像的辐射或光将通过透镜组件20传播，透镜组件20被管26固定。透镜组件20在透镜组件20的像平面A中聚焦图像。透镜组件20和图像传感器24的感应平面以一预定距离cU彼此间隔布置，理想地，预定距离cU与透镜组件20的后焦距一致，从而图像焦点位于图像传感器24的感应平面中。
[0034]图像传感器24优选地是二维图像传感器，特别地是在可见波长范围内具有最大灵敏度的光学传感器，并且适于将入射光转换成包含将被检测到的图像的图像信息的电信号。如上所述，图像传感器24有利地布置在外罩22中，且在透镜组件20的像平面A中或附近。
[0035]参见图2，图像与传感器24之间的依赖温度的距离a(T)由两个参数确定。第一个是透镜组件20与传感器24之间的依赖温度的距离cU(T)。除此之外，透镜组件20与像平面A之间的距离d2(T)将由于透镜组件20中的机械移位，由于透镜组件20中的光学元件或透镜的折射率的变化，由于透镜组件20中的尺寸变化等而随着温度改变。那么，相对于传感器24的图像位置A由确定。理想地，图像应总是位于传感器处，S卩a(T)=0，从而di(T) = d2(T)0
[0036]对于透镜组件20中的透镜，其中d2(T)随着不断增加的温度T而减小(Ad2/AT是负的)，这在不带管26(其中透镜组件20直接连接至透镜固定件53)的现有技术中是成问题的。由于不存在将随着不断增加的温度而收缩的材料，即，热膨胀系数C总是正的，因此不可能保持透镜的焦距(其中d2(T)随着不断增加的温度而减小(Ad2/AT是负的))，由于不满足等式hH.CH = Ad2/ΔΤο
[0037]本发明在透镜固定件53与透镜组件20之间增加了中间的管26。这意味着(T)-hT(T)。根据等式hT.Cx = hH.CH-Ad2/AT来适配管26的热膨胀系数CT和高度hT，其中hH表示透镜固定件53的高度，CH表示透镜固定件53的热膨胀系数，其中Ct>Ch，并且Ad2表示由于温度变化ΛΤ引起的d2的变化。在本申请中，热膨胀系数C由Ah = h.C.ΛΤ被定义成线性热膨胀系数。此外，管的高度hT被理解成指的是管的自由高度，S卩，管的与透镜固定件53的连接处和与透镜组件20的连接处之间的能够自由移动的部分。如同随后从图4可见的，自由或有效的管长度hT可显著小于管26的实际长度。特别地，自由或有效的管长度hT优选地小于透镜固定件53的高度hH。
[0038]优选地，透镜固定件53的材料基于塑料，例如聚苯硫醚(PPS)。进一步优选地，透镜固定件53由增强塑料，特别是玻璃纤维和/或矿粉增强塑料制成。用于透镜固定件53的非常优选的材料是PPS GM65，即，带有65%玻璃纤维和矿粉增强的PPS。
[0039]恰当地选择管26的高度和材料，从而在机动车辆的运行中出现的温度范围内满足上述等式。有利地，管26的材料不同于透镜固定件53的材料。管26的材料优选地基于塑料，例如聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)。更优选地，管26由增强塑料，特别是玻璃珠增强塑料制成。采用玻璃珠增强塑料通常可实现的热膨胀系数大于采用玻璃纤维增强塑料实现的热膨胀系数。用于管26的非常优选的材料是PBT GB30，S卩，带有30%的玻璃珠增强的PBT。
[0040]在图3和图4中示出并将在下面描述本发明的优选实施例。在这个实施例中，透镜固定件53包括管状部件54和底座部件55，底座部件55适于将透镜固定件53连接至固定传感器24的背板32(未在图3和4中示出)。透镜固定件53的管状部件54、管26和透镜组件20布置为与透镜组件20的光轴同轴。透镜固定件5 3在前端50包括内螺纹58。
[0041 ] 管26在其前端部分56处包括环部(collar)或凸缘59，环部或凸缘59用于使管26抵接透镜固定件53。优选地，管26还在其前端部分56处包括适于接合透镜固定件53的螺纹58的螺纹60。管26的外部形状大体上为圆筒形并且与透镜固定件53的内部圆筒形形状紧密配合，从而管26紧密地导入透镜固定件53中。特别地，在管26的整个长度上，与管26的壁厚相比，透镜固定件53和管26之间的间隙是小的。
[0042]参见图5，透镜组件20包括透镜筒63和一个或多个透镜64至69，透镜64至69固定在透镜筒63中并且使用环形间隔件70相互隔开。透镜筒63和间隔件70优选地由金属，特别地由黄铜制成。透镜64至69可含有凸透镜65、66、68、69和凹透镜64、67。
[0043]透镜筒63优选地在其下端处包括凸缘61(参见图4)，凸缘61用于使透镜组件20抵接管26。管26可包括像图3和图4中的对应的下凸缘62，下凸缘62与透镜组件的凸缘61协作。然而，凸缘61也可能与管26的底边缘协作，在这种情况下，可省去管26的下凸缘62。透镜筒63的外部形状大体上为圆筒形并且与管26的内侧圆筒形形状紧密配合，从而透镜组件20被紧密导入管26中。特别地，在管26的整个长度上，与管26的壁厚相比，透镜组件20和管26之间的间隙是小的。
[0044]优选地，透镜筒63也在其下端处包括螺纹72，螺纹72适于与设置在管26的底端部分57的螺纹71接合。当摄像机模块12被安装时，轴向长度1 (螺纹71、72在轴向长度1上接合)显著小于透镜组件20的高度hL，特别地小于透镜组件的高度hL的一半，优选地小于三分之一，更优选的小于四分之一。在图4的实施例中，自由或有效的管长度hT是管26在螺纹60和71之间的轴向长度。由于其上螺纹71、72接合的轴向长度1相对较小，因此自由或有效的管长度hT对于实现本发明来说足够大。
[0045]采用下面的方法安装摄像机模块12。首先，从下方将透镜组件20插入管26中，并且将其旋入管26中直到透镜筒63的凸缘61抵接管26，这里抵接管26的下凸缘62。此后，从上方将透镜组件20和管26的单元旋入透镜固定件53直到管26的上凸缘59抵接透镜固定件53。上述安装构思具有优点:能够在透镜组件20和管26的单元旋入透镜固定件53之前将透镜固定件53连接到背板32。此外，如图4所示，光圈挡片74和透镜固定件53能够形成为单一件。
【主权项】
1.一种用于机动车辆的摄像机模块(12)，包括透镜组件(20)、外罩(22)和图像传感器(24)，所述外罩(22)具有后壁(32)和包围开口(28)的前端(50)，所述图像传感器(24)被所述后壁(32)支承并且布置在所述外罩(22)中且在所述透镜组件(20)的像平面(A)中或附近，所述外罩(22)包括在所述前端(50)和所述后壁(32)之间延伸的透镜固定件(53)，所述摄像机模块(12)包括管(26)，所述管(26)在所述前端(50)处固定至所述透镜固定件(53)，使得所述管(26)包围所述开口(28)并且从所述开口(28)延伸到所述外罩(22)中，其中所述透镜组件(20)通过连接装置(71、72)连接至所述管(26)的底端部分(57)，并且其中所述管(26)的热膨胀系数大于所述透镜固定件(53)的热膨胀系数，其特征在于:所述连接装置(71、72)在小于所述透镜组件(20)的轴向长度(hL)的一半长度上延伸。2.根据权利要求1所述的摄像机模块(12)，其特征在于:所述透镜固定件(53)的热膨胀系数和所述管(26)的热膨胀系数适于保持所述像平面(A)与所述传感器(24)的预定关系。3.根据上述任一项权利要求所述的摄像机模块(12)，其特征在于:所述管(26)的热膨胀系数被适配成，使得所述管(26)的热膨胀能够补偿所述透镜固定件(53)的热膨胀以及由所述透镜组件(20)的变化及其内部的变化引起的像平面的移动。4.根据上述任一项权利要求所述的摄像机模块(12)，其特征在于:根据等式 hT.Ct=Iih.C『Ad2/AT 来适配所述管(26)的热膨胀系数Ct和高度hT，其中，hH和Ch分别表示所述透镜固定件(53)的高度和热膨胀系数，并且Ad2表示所述透镜组件(20)和所述像平面(A)之间的距离随着温度变化AT的变化，所述温度变化ΛΤ由所述透镜组件(22)的变化及其内部的变化引起。5.根据上述任一项权利要求所述的摄像机模块(12)，其特征在于:所述透镜固定件(53)的材料与所述管(26)的材料不同。6.根据上述任一项权利要求所述的摄像机模块(12)，其特征在于:所述透镜固定件(53)由玻璃纤维增强塑料制成。7.根据上述任一项权利要求所述的摄像机模块(12)，其特征在于:所述管(26)由玻璃珠增强塑料制成。8.根据上述任一项权利要求所述的摄像机模块(12)，其特征在于:所述透镜组件(20)包括透镜筒(63)，所述透镜筒(63)由金属，优选地由黄铜制成。9.根据上述任一项权利要求所述的摄像机模块(12)，其特征在于:所述透镜组件(20)包括透镜间隔件(70)，所述透镜间隔件(70)由金属，优选地由黄铜制成。10.根据上述任一项权利要求所述的摄像机模块(12)，其特征在于:所述透镜组件(20)包括用于使所述透镜组件(20)抵接所述管(26)的凸缘(61)。11.根据上述任一项权利要求所述的摄像机模块(12)，其特征在于:所述管(26)包括用于使所述管(26)抵接所述透镜固定件(53)的凸缘(59)。12.根据上述任一项权利要求所述的摄像机模块(12)，其特征在于:所述管(26)包括外螺纹(60)，并且所述透镜固定件(53)包括协作的内螺纹(58)。13.—种用于安装如上述任一项权利要求所述的摄像机模块的方法，其中从下方将所述透镜组件(20)旋入所述管(26)中，以及从上方将所述透镜组件(20)和所述管(26)的单元旋入所述透镜固定件(53)中。
【专利摘要】一种用于机动车辆的摄像机模块(12)，包括透镜组件(20)、外罩(22)和图像传感器(24)，外罩(22)具有后壁(32)和包围开口(28)的前端(50)，图像传感器(24)被后壁(32)支承并且布置在外罩(22)中且在透镜组件(20)的像平面(A)中或附近，所述外罩(22)包括在前端(50)和后壁(32)之间延伸的透镜固定件(53)，所述摄像机模块(12)包括管(26)，管(26)在前端(50)处固定至透镜固定件(53)，使得管(26)包围开口(28)并且从开口(28)延伸到外罩(22)中，其中透镜组件(20)通过连接装置(71、72)连接至管(26)的底端部分，并且其中管(26)的热膨胀系数大于透镜固定件(53)的热膨胀系数，用于机动车辆的摄像机模块(12)的特征在于连接装置(71、72)在小于透镜组件(20)的轴向长度(hi)的一半长度上延伸。
【IPC分类】B60R11/04, H04N5/225, G02B7/02
【公开号】CN105492953
【申请号】CN201480048189
【发明人】P·克努特松, P·费雷德里克松
【申请人】奥托立夫开发公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年5月7日
【公告号】EP3042229A1, US20160202443, WO2015032512A1
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于机动车辆的摄像机模块，包括透镜组件、外罩和图像传感器，外罩具有后壁和包围开口的前端，图像传感器由后壁支承并布置在外罩中(在透镜组件的像平面内或附近)，所述外罩包括在前端和后壁之间延伸的外罩部件，所述摄像机模块包括在前端处固定至外罩部件的管，使得管包围开口并且从开口延伸到外罩中，其中透镜组件通过连接装置连接至管的底端，并且其中管的热膨胀系数大于外罩部件的热膨胀系数。本发明还涉及安装用于机动车辆的摄像机模块的方法。
【背景技术】
[0002]汽车的摄像机模块暴露于大范围变化的温度，并且要在实际出现的整个温度范围内具有优秀的成像性能。
[0003]在很多固定焦距的汽车的摄像机模块中，主要的挑战是在温度范围T内保持焦距。对于低f/#透镜，图像和传感器之间的距离必须控制在微米量级。
[0004]温度差会导致摄像机模块的外罩的尺寸变化。例如随着外罩温度的增加，外罩的高度会由于热膨胀而增加。因此，通常附接至外罩的前端的透镜组件和通常布置在外罩的后端的图像传感器之间的距离随着温度增加而增加，导致传感器移出透镜组件的像平面。因此，在高或非常低的温度下，图像传感器检测到的图像可能不如在适合的温度下检测到的图像那样清楚。
[0005]US7595943B2公开了一种摄像机模块，该摄像机模块包括多个透镜，固定所述多个透镜的透镜筒，固定透镜筒和图像传感器的外罩部件，以及两个间隔的热变形构件。热变形构件布置在透镜筒的径向平面中。为了连接外罩部件和透镜筒，每个热变形构件具有附接至透镜筒的外周侧壁的一端，以及附接至外罩部件的内侧壁的相对端。每个热变形构件具有多层薄片结构，其中第一薄片放置在第二薄片的上方。因此，第一薄片放置在透镜的物体侦U，第二薄片放置在透镜的图像侧。第二薄片的热膨胀系数大于第一薄片的热膨胀系数。随着热变形构件的温度从第一温度增加到第二温度，第二薄片朝向第一薄片逐渐弯曲，并沿着光轴向上驱动透镜筒。这种摄像机模块具有很多部件并且十分复杂。
[0006]DE102008047277A1公开了一种通用摄像机模块，其中在透镜架和透镜筒之间设置了补偿管。补偿体可具有内螺纹，透镜筒可旋入其中。由于透镜筒的轴向长度相对长，因此可自由移动的补偿管的长度非常短，并且难以实现可观的补偿。
[0007]DE10261973A1公开了一种摄像机模块，其中透镜通过截头圆锥形的透镜固定元件被套管间接地固定，截头圆锥形的透镜固定元件具有大大小于套管的热膨胀系数。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种摄像机模块，其具有简单的机构来将图像传感器保持在透镜组件的像平面处。
[0009]本发明的目的通过根据独立权利要求的摄像机模块和安装摄像机模块的方法实现。
[0010]物体的光可通过外罩的开口进入摄像机模块。管从开口延伸到外罩中并且固定至外罩的前端，特别地固定至开口的边缘部分。射入开口的物体的光将因此被引导通过管并且由此穿过透镜组件，透镜组件在管的底端部分处固定在管中。在穿过透镜组件后，光将在透镜组件的像平面处照射图像传感器。透镜组件和图像传感器被布置成彼此隔开。由于管和外罩部件在相反方向上膨胀，因此本发明的管用于补偿热膨胀。补偿效果可通过使管的热膨胀系数大于外罩部件的热膨胀系数实现。
[0011]根据本发明，管和透镜组件之间的连接装置在小于透镜组件的轴向长度的一半长度上延伸。因此，透镜组件的剩余的多于一半的轴向长度没有连接至管，并且因此管的大部分可自由地相对移动以提供本发明的补偿效果。
[0012]优选地，外罩部件的热膨胀系数和管的热膨胀系数适于保持像平面与传感器的预定关系，特别地适于将像平面保持在图像传感器的感应平面内或附近。因此，图像传感器可在机动车辆应用中出现的宽的温度范围内检测到清楚的图像。
[0013]优选地，管的热膨胀系数被适配成，使管的热膨胀不仅能够补偿外罩部件的热膨胀而且还能够补偿由透镜组件及其内部的变化引起的像平面随着温度的移动。这将在下面更详细地讲解。
[0014]将被补偿的第一个参数是透镜组件和图像传感器之间的距离。因此，管的高度和热膨胀系数被适配成使管的热膨胀能够补偿外罩部件的热膨胀。即，当温度增加时，管的高度与外罩部件的高度可增加相同的量。因此，透镜组件和前端之间的距离增加，而透镜组件和图像传感器之间的距离保持不变。换句话说，前述热膨胀系数的优选的适配确保了对外罩部件的高度变化的有利补偿。
[0015]除此之外，将被补偿的第二个参数是透镜组件和像平面之间的距离，该距离将由于透镜组件中的机械移位、透镜组件中的光学元件或透镜的折射率的变化、透镜组件中的尺寸变化等而随着温度改变。同样地，为了这个效果而有利地选择管的高度和热膨胀系数来进行补偿。
[0016]热膨胀应被理解成在由透镜组件限定的光轴的方向上的膨胀。例如，外罩部件由于温度变化而在垂直于光轴的方向上的膨胀也许对透镜组件和图像传感器之间的预设距离没有影响。然而，外罩组件的、具有在透镜组件的光轴方向上的分量的任何膨胀可能会影响检测到的图像的清晰度。因此，相应的补偿是有利的。
[0017]优选地，根据等式hT.CT = hH.CH-Ad2/AT来适配管的热膨胀系数Ct和高度hT，其中，hH表不外罩部件的高度，Ch表不的外罩部件的热膨胀系数，并且AcWΛΤ表不由透镜组件及其内部的变化引起的透镜组件和像平面之间的距离随着温度的变化。高度优选地被理解成在由透镜组件限定的光轴方向上的长度。此外，管的高度hT被理解成指的是管的有效或自由高度，即，在管的与外罩部件的连接处和与透镜组件的连接处之间的能够自由移动的部分。凭借已知的外罩部件的高度和热膨胀系数以及透镜组件的热属性的值，可确定管的适合的热膨胀系数。可选择满足相应的热膨胀系数的相关要求的管的适合材料。
[0018]优选地，外罩部件的材料不同于管的材料。优选地，外罩部件由塑料制成，例如聚苯硫醚(PPS)。优选地，管由塑料制成，例如聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)。不同材料允许对管和外罩部件的热膨胀系数的定制的调整。在优选的实施例中，外罩由玻璃纤维增强塑料制成和/或管由玻璃珠增强塑料制成。这对实现管的热膨胀系数大于外罩部件的热膨胀系数特别有利。
[0019]优选地，透镜组件的外罩和/或透镜间隔件由金属制成，优选是由黄铜制成。金属(特别地，黄铜)作为透镜组件的基材，具有优选的温度变化灵敏属性。这允许提高摄像机单元对温度变化的低灵敏度。
[0020]优选地，透镜组件包括数个透镜。这数个透镜可具有球面或非球面形状。透镜组件限定了光轴。像平面优选地是其中透镜组件建立聚焦图像的地方。图像传感器有利地放置在像平面处或像平面中，并且能够捕捉各种图像，即，能够将入射光转换成电的图像信号。图像传感器可以是例如C⑶传感器或CMOS传感器。
【附图说明】
[0021 ]下面将参照所附附图，基于优选的实施例描述本发明，其中:
[0022]图1示意性地示出了包括本发明的摄像机模块的视觉系统；
[0023]图2示意性地示出了本发明的摄像机模块的实施例；
[0024]图3示出了本发明的摄像机模块的实际的实施例的立体分解图；
[0025]图4示出了图3的本发明的摄像机模块的横截面图；以及
[0026]图5示出了用于本发明的摄像机模块中的透镜组件的示意性横截面图。
【具体实施方式】
[0027]图1中示出了视觉系统10，视觉系统10安装在机动车辆(未示出)中，并且包括成像装置11，成像装置11用于获得机动车辆周围区域(例如机动车辆的前面的区域)的图像。成像装置11包括一个或多个摄像机模块12。摄像机模块12优选地在可见波长范围内运行。在可替代的实施例中，摄像机模块12在红外线波长范围内工作，其中红外线覆盖波长低于5微米的近IR和/或波长超过5微米的远IR。在一个实施例中，成像装置11特别地包括多个摄像机模块12，从而构成立体成像装置11。可替代地可只使用一个摄像机模块12，从而构成单成像装置11。
[0028]来自成像装置11的图像数据被提供到电子处理装置14，在电子处理装置14中，图像和数据处理被相应的软件执行。特别地，处理装置14中的图像和数据处理包括以下功能:对机动车辆周围的可能目标(例如行人、其它车辆、骑自行车的人或大型动物)进行识别和分类;随时间推移跟踪被识别的目标候选者在记录的图像中的位置;计算车辆与被检测到的目标之间的碰撞可能性；以及/或者根据目标检测和跟踪处理和/或所述碰撞可能性计算的结果启动或控制至少一个驾驶员辅助装置18。驾驶员辅助装置18可包括:用于显示检测到的目标的相关信息的显示装置。驾驶员辅助装置18可另外地或可替代地包括警报装置，其适于通过适合的视觉、听觉和/或触觉警报信号来向驾驶员提供碰撞警报;一个或多个约束系统，例如乘员气囊或安全带张紧器、行人安全气囊、引擎罩升降装置，诸如此类;和/或动态车辆控制系统，例如刹车或转向装置。处理装置14方便地访问存储装置25。
[0029]电子处理装置14优选地被编程或是可编程的，并且方便地包括微处理器或微控制器。优选地可在数字信号处理器(DSP)中实现电子处理装置14。优选地在车载电子控制单元(ECU)中实现电子处理装置14和存储装置25，并且可通过单独电缆或车辆数据总线将电子处理装置14和存储装置25连接至成像装置11。在另一实施例中，ECU和一个或多个成像设备12可集成到单一单元中，其中，包括ECU和所有成像设备12的一体化解决方案是优选的。在驾驶期间实时地自动且连续执行从成像、图像预处理、图像处理到驾驶员辅助装置18的启动或控制的所有步骤。
[0030]图2中示意性地示出了本发明的摄像机模块12的实施例的原理结构。摄像机模块12包括透镜组件20、外罩22和图像传感器24。
[0031]外罩22表示摄像机模块12的框架，并且包括透镜固定件53、背板32和管26，背板32构成固定图像传感器24的后壁32。除了在前端50处的开口 28之外，外罩22基本上以不透光的方式封闭。透镜固定件53包括构成管状部件54的一个或多个侧壁34。透镜固定件53可包括前壁30，但是这并非是强制的，例如参见图3和4，示出了不带前壁的优选的实施例。外罩22包括其中形成开口 28的前端50。参见图4，在透镜组件20和传感器24之间优选地设置有光圈挡片74，光圈挡片74带有光圈孔75。管26包括前端部分56和底端部分57。管状部件54优选的为圆筒形并且平行于透镜组件20的光轴延伸。
[0032]优选地，管26以其前端部分56在透镜固定件53的前端50处连接至透镜固定件53，特别地围绕开口 28，并且从开口 28延伸到外罩22中。管26可基本上具有圆筒形形状。透镜组件20在管26的相对端(即在底端部分57)处连接至管26。从与管26的连接处，透镜组件20朝向开口 28延伸。如图4所示，透镜组件20优选地越过管26的顶端突出，这确保摄像机单元12的紧凑设计。透镜组件20的长度hL优选地大于管26的长度hT。
[0033]通过开口28入射的来自图像的辐射或光将通过透镜组件20传播，透镜组件20被管26固定。透镜组件20在透镜组件20的像平面A中聚焦图像。透镜组件20和图像传感器24的感应平面以一预定距离cU彼此间隔布置，理想地，预定距离cU与透镜组件20的后焦距一致，从而图像焦点位于图像传感器24的感应平面中。
[0034]图像传感器24优选地是二维图像传感器，特别地是在可见波长范围内具有最大灵敏度的光学传感器，并且适于将入射光转换成包含将被检测到的图像的图像信息的电信号。如上所述，图像传感器24有利地布置在外罩22中，且在透镜组件20的像平面A中或附近。
[0035]参见图2，图像与传感器24之间的依赖温度的距离a(T)由两个参数确定。第一个是透镜组件20与传感器24之间的依赖温度的距离cU(T)。除此之外，透镜组件20与像平面A之间的距离d2(T)将由于透镜组件20中的机械移位，由于透镜组件20中的光学元件或透镜的折射率的变化，由于透镜组件20中的尺寸变化等而随着温度改变。那么，相对于传感器24的图像位置A由确定。理想地，图像应总是位于传感器处，S卩a(T)=0，从而di(T) = d2(T)0
[0036]对于透镜组件20中的透镜，其中d2(T)随着不断增加的温度T而减小(Ad2/AT是负的)，这在不带管26(其中透镜组件20直接连接至透镜固定件53)的现有技术中是成问题的。由于不存在将随着不断增加的温度而收缩的材料，即，热膨胀系数C总是正的，因此不可能保持透镜的焦距(其中d2(T)随着不断增加的温度而减小(Ad2/AT是负的))，由于不满足等式hH.CH = Ad2/ΔΤο
[0037]本发明在透镜固定件53与透镜组件20之间增加了中间的管26。这意味着(T)-hT(T)。根据等式hT.Cx = hH.CH-Ad2/AT来适配管26的热膨胀系数CT和高度hT，其中hH表示透镜固定件53的高度，CH表示透镜固定件53的热膨胀系数，其中Ct>Ch，并且Ad2表示由于温度变化ΛΤ引起的d2的变化。在本申请中，热膨胀系数C由Ah = h.C.ΛΤ被定义成线性热膨胀系数。此外，管的高度hT被理解成指的是管的自由高度，S卩，管的与透镜固定件53的连接处和与透镜组件20的连接处之间的能够自由移动的部分。如同随后从图4可见的，自由或有效的管长度hT可显著小于管26的实际长度。特别地，自由或有效的管长度hT优选地小于透镜固定件53的高度hH。
[0038]优选地，透镜固定件53的材料基于塑料，例如聚苯硫醚(PPS)。进一步优选地，透镜固定件53由增强塑料，特别是玻璃纤维和/或矿粉增强塑料制成。用于透镜固定件53的非常优选的材料是PPS GM65，即，带有65%玻璃纤维和矿粉增强的PPS。
[0039]恰当地选择管26的高度和材料，从而在机动车辆的运行中出现的温度范围内满足上述等式。有利地，管26的材料不同于透镜固定件53的材料。管26的材料优选地基于塑料，例如聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)。更优选地，管26由增强塑料，特别是玻璃珠增强塑料制成。采用玻璃珠增强塑料通常可实现的热膨胀系数大于采用玻璃纤维增强塑料实现的热膨胀系数。用于管26的非常优选的材料是PBT GB30，S卩，带有30%的玻璃珠增强的PBT。
[0040]在图3和图4中示出并将在下面描述本发明的优选实施例。在这个实施例中，透镜固定件53包括管状部件54和底座部件55，底座部件55适于将透镜固定件53连接至固定传感器24的背板32(未在图3和4中示出)。透镜固定件53的管状部件54、管26和透镜组件20布置为与透镜组件20的光轴同轴。透镜固定件5 3在前端50包括内螺纹58。
[0041 ] 管26在其前端部分56处包括环部(collar)或凸缘59，环部或凸缘59用于使管26抵接透镜固定件53。优选地，管26还在其前端部分56处包括适于接合透镜固定件53的螺纹58的螺纹60。管26的外部形状大体上为圆筒形并且与透镜固定件53的内部圆筒形形状紧密配合，从而管26紧密地导入透镜固定件53中。特别地，在管26的整个长度上，与管26的壁厚相比，透镜固定件53和管26之间的间隙是小的。
[0042]参见图5，透镜组件20包括透镜筒63和一个或多个透镜64至69，透镜64至69固定在透镜筒63中并且使用环形间隔件70相互隔开。透镜筒63和间隔件70优选地由金属，特别地由黄铜制成。透镜64至69可含有凸透镜65、66、68、69和凹透镜64、67。
[0043]透镜筒63优选地在其下端处包括凸缘61(参见图4)，凸缘61用于使透镜组件20抵接管26。管26可包括像图3和图4中的对应的下凸缘62，下凸缘62与透镜组件的凸缘61协作。然而，凸缘61也可能与管26的底边缘协作，在这种情况下，可省去管26的下凸缘62。透镜筒63的外部形状大体上为圆筒形并且与管26的内侧圆筒形形状紧密配合，从而透镜组件20被紧密导入管26中。特别地，在管26的整个长度上，与管26的壁厚相比，透镜组件20和管26之间的间隙是小的。
[0044]优选地，透镜筒63也在其下端处包括螺纹72，螺纹72适于与设置在管26的底端部分57的螺纹71接合。当摄像机模块12被安装时，轴向长度1 (螺纹71、72在轴向长度1上接合)显著小于透镜组件20的高度hL，特别地小于透镜组件的高度hL的一半，优选地小于三分之一，更优选的小于四分之一。在图4的实施例中，自由或有效的管长度hT是管26在螺纹60和71之间的轴向长度。由于其上螺纹71、72接合的轴向长度1相对较小，因此自由或有效的管长度hT对于实现本发明来说足够大。
[0045]采用下面的方法安装摄像机模块12。首先，从下方将透镜组件20插入管26中，并且将其旋入管26中直到透镜筒63的凸缘61抵接管26，这里抵接管26的下凸缘62。此后，从上方将透镜组件20和管26的单元旋入透镜固定件53直到管26的上凸缘59抵接透镜固定件53。上述安装构思具有优点:能够在透镜组件20和管26的单元旋入透镜固定件53之前将透镜固定件53连接到背板32。此外，如图4所示，光圈挡片74和透镜固定件53能够形成为单一件。
【主权项】
1.一种用于机动车辆的摄像机模块(12)，包括透镜组件(20)、外罩(22)和图像传感器(24)，所述外罩(22)具有后壁(32)和包围开口(28)的前端(50)，所述图像传感器(24)被所述后壁(32)支承并且布置在所述外罩(22)中且在所述透镜组件(20)的像平面(A)中或附近，所述外罩(22)包括在所述前端(50)和所述后壁(32)之间延伸的透镜固定件(53)，所述摄像机模块(12)包括管(26)，所述管(26)在所述前端(50)处固定至所述透镜固定件(53)，使得所述管(26)包围所述开口(28)并且从所述开口(28)延伸到所述外罩(22)中，其中所述透镜组件(20)通过连接装置(71、72)连接至所述管(26)的底端部分(57)，并且其中所述管(26)的热膨胀系数大于所述透镜固定件(53)的热膨胀系数，其特征在于:所述连接装置(71、72)在小于所述透镜组件(20)的轴向长度(hL)的一半长度上延伸。2.根据权利要求1所述的摄像机模块(12)，其特征在于:所述透镜固定件(53)的热膨胀系数和所述管(26)的热膨胀系数适于保持所述像平面(A)与所述传感器(24)的预定关系。3.根据上述任一项权利要求所述的摄像机模块(12)，其特征在于:所述管(26)的热膨胀系数被适配成，使得所述管(26)的热膨胀能够补偿所述透镜固定件(53)的热膨胀以及由所述透镜组件(20)的变化及其内部的变化引起的像平面的移动。4.根据上述任一项权利要求所述的摄像机模块(12)，其特征在于:根据等式 hT.Ct=Iih.C『Ad2/AT 来适配所述管(26)的热膨胀系数Ct和高度hT，其中，hH和Ch分别表示所述透镜固定件(53)的高度和热膨胀系数，并且Ad2表示所述透镜组件(20)和所述像平面(A)之间的距离随着温度变化AT的变化，所述温度变化ΛΤ由所述透镜组件(22)的变化及其内部的变化引起。5.根据上述任一项权利要求所述的摄像机模块(12)，其特征在于:所述透镜固定件(53)的材料与所述管(26)的材料不同。6.根据上述任一项权利要求所述的摄像机模块(12)，其特征在于:所述透镜固定件(53)由玻璃纤维增强塑料制成。7.根据上述任一项权利要求所述的摄像机模块(12)，其特征在于:所述管(26)由玻璃珠增强塑料制成。8.根据上述任一项权利要求所述的摄像机模块(12)，其特征在于:所述透镜组件(20)包括透镜筒(63)，所述透镜筒(63)由金属，优选地由黄铜制成。9.根据上述任一项权利要求所述的摄像机模块(12)，其特征在于:所述透镜组件(20)包括透镜间隔件(70)，所述透镜间隔件(70)由金属，优选地由黄铜制成。10.根据上述任一项权利要求所述的摄像机模块(12)，其特征在于:所述透镜组件(20)包括用于使所述透镜组件(20)抵接所述管(26)的凸缘(61)。11.根据上述任一项权利要求所述的摄像机模块(12)，其特征在于:所述管(26)包括用于使所述管(26)抵接所述透镜固定件(53)的凸缘(59)。12.根据上述任一项权利要求所述的摄像机模块(12)，其特征在于:所述管(26)包括外螺纹(60)，并且所述透镜固定件(53)包括协作的内螺纹(58)。13.—种用于安装如上述任一项权利要求所述的摄像机模块的方法，其中从下方将所述透镜组件(20)旋入所述管(26)中，以及从上方将所述透镜组件(20)和所述管(26)的单元旋入所述透镜固定件(53)中。
【专利摘要】一种用于机动车辆的摄像机模块(12)，包括透镜组件(20)、外罩(22)和图像传感器(24)，外罩(22)具有后壁(32)和包围开口(28)的前端(50)，图像传感器(24)被后壁(32)支承并且布置在外罩(22)中且在透镜组件(20)的像平面(A)中或附近，所述外罩(22)包括在前端(50)和后壁(32)之间延伸的透镜固定件(53)，所述摄像机模块(12)包括管(26)，管(26)在前端(50)处固定至透镜固定件(53)，使得管(26)包围开口(28)并且从开口(28)延伸到外罩(22)中，其中透镜组件(20)通过连接装置(71、72)连接至管(26)的底端部分，并且其中管(26)的热膨胀系数大于透镜固定件(53)的热膨胀系数，用于机动车辆的摄像机模块(12)的特征在于连接装置(71、72)在小于透镜组件(20)的轴向长度(hi)的一半长度上延伸。
【IPC分类】B60R11/04, H04N5/225, G02B7/02
【公开号】CN105492953
【申请号】CN201480048189
【发明人】P·克努特松, P·费雷德里克松
【申请人】奥托立夫开发公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年5月7日
【公告号】EP3042229A1, US20160202443, WO2015032512A1
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