用于车辆的远程摄像机以及远程摄像机在车辆上的固定的制作方法

本发明涉及一种用于车辆的远程摄像机，以及在车辆上的固定远程摄像机可能方式。

背景技术：

车辆中的驾驶员辅助系统经常用摄像机系统识别例如在车辆行驶方向前方等车辆周围区域中的目标。这类摄像机系统例如设置在车内的车辆挡风玻璃后，并透过车辆挡风玻璃对行驶方向进行观察。

一些驾驶员辅助系统需要有关车辆前方远处目标的信息。使用传统的广角摄像机(典型情况下孔径角大于50度)无法始终可靠检测和识别这类目标。

de10162652a1介绍了车辆中尤其用于目标分类及确定距离的立体摄像机配置结构。为确保可靠接纳和准确定位摄像机系统，尤其是固定摄像机的侧向位置，需构建一种具有至少两个摄像机模块和一个支架的摄像机配置结构，其中，摄像机模块彼此之间以一预定的侧向间距置放在支架中，其中，支架装置被胶粘固定在车辆挡风玻璃内面。为了组装，例如可在支架中预先设置用于例如在其镜头区域中置放摄像机模块的卡扣机构或搭扣配合机构，以确保可靠定位和稳固置放。

wo2011/107071a1介绍了一种用于半导体摄像机的光学装置以及用于对准和固定半导体摄像机光学装置的方法。根据本发明所述的光学装置具有带至少一个旋转对称开口和至少一个摄像机模块的支架。摄像机模块包括图像传感器、至少一个透镜和带壳体开口的模块壳体，通过所述壳体开口电磁辐射可到达图像传感器，其中，所述模块壳体至少在壳体开口和图像传感器之间的一区域中以旋转对称方式构建，这样，可使摄像机模块置放于支架开口中。

对于自动化行驶，需在车辆内和车辆上设置大量摄像机。对各摄像机模块具有不同要求，部分有很高的特殊要求。

技术实现要素：

本发明的基本任务是提供一种经改进的摄像机装置。

该任务通过具有权利要求1所述特征的摄像机装置，通过具有权利要求7所述特征的固定装置以及通过根据权利要求10所述的摄像机安装结构来解决。本发明有益的或优选的实施方式在从属权利要求、后面的描述以及附图中加以说明。

所述解决方案的出发点例如是从全景环视摄像机装置(全景环视摄像机系统)中通常已知的卫星摄像机进行描述的。全景环视摄像机模块通常安装在车辆外部，而本发明则致力于寻求一种在车辆内部的固定。

卫星摄像机尤其应被理解为是一种不带集成的图像分析评估单元的摄像机。卫星摄像机包括镜头、图像传感器(成像器)和输出接口，所拍摄图像能够作为原始图像信号通过该输出接口被发送到例如中央控制装置(ecu)等外部图像分析评估单元。

本发明的第一方面在于提供一种能对远方目标进行可靠成像的摄像机。为此使用一远摄镜头，它可在狭窄的视场角范围内实现高分辨率。迄今为止，远程摄影机尚未批量用于车辆中对车辆周围环境的检测。

研发车辆内或车辆上使用这类摄像机的解决方案时，容错度是个问题，因为摄像机相对于车辆的较小角度偏差会使远程摄像机的检测区域与预期的检测区域(关注区域)不再吻合。摄像机具有另一检测角度时，摄像机壳体通常通过支架固定在车辆上或车辆挡风玻璃上。在此，检测区域的偏移不那么关键，因为检测区域依然覆盖了关注区域的大部分。在图像处理范围中，可相对方便地对这一检测区域的偏移进行补偿。与此相反，远程摄像中无法对这一检测区域的偏移进行补偿。

此外，另一问题是，远摄镜头的尺寸要比广角镜头大得多，也要重得多。镜头和摄像机壳体之间的连接必须更稳固。镜头从摄像机壳体以及可能情况下从摄像机壳体支架突出很多。

建议一种用于车辆的摄像机装置。所述摄像机装置例如被设置用于周围环境的检测，尤其是用于检测自身车辆前方或后方周围环境区域。

摄像机装置包括镜头和与该镜头机械连接的图像传感器壳体。所述镜头包括至少一个透镜，优选包括多个透镜，以及透镜支架，其中，所述透镜支架尤其同时构成镜头壳体。所述镜头是远摄镜头，优选具有最大35度的孔径角或最小70毫米的焦距。优选通过远摄镜头将至少10米到50米，优选10米到100米或特殊情况下10米到250米的检测区域聚焦在图像传感器上。图像传感器壳体具有用于图像信号传输的电气连接可能性。所述远摄镜头具有定位元件，它能在定位元件预定的远摄镜头方位固定远摄镜头。远摄镜头与图像传感器壳体机械连接，由此，通过远摄镜头定位元件的固定以有益的方式预先设定了图像传感器壳体的方位。

摄像机装置优选具有用于光投影的光学器件，以及用于检测光学器件投影的光的图像传感器。摄像机装置优选是在车辆内部安装在挡风玻璃后或后窗玻璃后的车载摄像机，并由此对准车辆行驶方或与行驶方向相反的方向定向。

摄像机装置尤其可通过固定装置设置在车辆窗玻璃内侧面，特殊情况下可置于或置于自身车辆的挡风玻璃上。固定装置优选与车辆窗玻璃内侧面连接或能连接，或例如以粘合方式与其连接。

摄像机装置可优选设置在至少一个雨刷的擦拭区域中。

为了确保其紧凑性，摄像机装置优选不包含图像分析评估单元。在此情况下，摄像机装置可被称为卫星摄像机。所拍摄的图像通过快速数据连接装置传输到外部图像分析评估单元。图像分析评估单元例如是自身车辆的中央驾驶员辅助电子控制单元(ecu)或“自动行驶”电子控制单元(ecu)。然而，也可将图像分析评估单元集成在摄像机装置中，优选只将少数图像分析评估功能集成在摄像机装置中。

根据本发明的摄像机装置提供的优点是，使光轴在车辆轴线或车辆上的固定装置的方向上的误差链最小化。如果图像传感器壳体必须承载笨重的远摄镜头，则图像传感器壳体上会出现的应力可通过镜头的固定予以减少。镜头端的应力也被最小化。

远摄镜头的定位元件优选是一法兰/凸缘。

定位元件优选是镜头的组成部分，例如由镜头的透镜支架的材料构成。换句话说，透镜支架和定位元件是单件式地构成的。

根据一优选设计方案，定位元件具有至少一个垂直于远摄镜头光轴的止挡面。该止挡面以有益的方式作用于摄像机装置相对于接纳装置或固定装置的俯仰角和横摆角的调节，并由此使其相对于接纳装置或固定装置被固定在其中的车辆的俯仰角和横摆角的调节。

定位元件优选具有至少一个平行于远摄镜头光轴的止挡面。该止挡面以有益的方式作用于摄像机装置相对于接纳装置/固定装置或相对于车辆的侧倾角设置。

定位元件特别优选具有两个彼此大致成直角(80到100度)，并都平行于远摄镜头光轴走向的止挡面。通过三个彼此大约垂直的止挡面，可在所有自由度上以空间定向方式固定远摄镜头。

本发明另一主题是一种用于接纳和固定相应摄像机装置的固定装置(英语：bracket)。固定装置本身可以粘合或以固定方式固定在例如一车窗玻璃上。摄像机装置相对于车窗玻璃的方位(主要)是通过与摄像机装置远摄镜头定位元件的连接定义的。所述连接例如可形状配合地将定位元件的至少一个止挡面置于固定装置对应接纳面实现；当固定装置的弹簧对固定装置对应接纳面上定位元件止挡面产生压紧力时，也可以力配合的方式实现。

为将摄像机固定在固定装置中的剩余误差最小化，可优选使用柔性系统对图像传感器壳体的剩余误差进行补偿。

固定装置优选具有至少一个第一弹簧，它在组装状态下使止挡面垂直于摄像机装置的光轴被压紧在固定装置一对应面上。由此以有益的方式对俯仰角和横摆角进行了定义。有益的是从固定装置方面只通过至少一个第一弹簧接触图像传感器壳体。

固定装置优选具有至少一个第二弹簧，它使止挡面平行于摄像机装置的光轴压紧在固定装置一个或两个对应面上。这尤其对侧倾角进行了定义。第二弹簧以有益的方式只与定位装置接触。

最后，本发明涉及一种借助这种固定装置和这种摄像机装置将摄像机固定在车辆上的摄像机安装结构。

附图说明

本发明的其他特征、优点和效果可从以下对本发明优选实施例的描述中得出。其中：

图1作为单独部件示出了可根据现有技术固定的摄像机装置镜头和图像传感器壳体；

图2示出了在根据现有技术的固定装置中组装的摄像机装置。

图3示出了根据现有技术固定的摄像机装置，它处于标准状态和最大误差状态；

图4根据现有技术固定摄像机装置在标准状态和最大误差状态下，光轴和检测区域相对于关注区域的偏移影响；

图5作为单独组件示出了远摄镜头和可以有益方式固定的摄像机装置图像传感器壳体的一个实施例；

图6在经优化的固定装置中的组装摄像机装置；

图7在标准状态和最大误差状态下的、最佳固定的摄像机装置；

图8经优化固定的摄像机装置在标准状态和最大误差状态下，光轴和检测区域相对于关注区域的偏移影响；

图9a)用于以角度优化的方式在摄像机装置远摄镜头上固定定位元件的止挡面；

b)带有旋转轴的车辆；

图10带有固定接纳装置、摄像机装置和固定盖支架的挡风玻璃(侧视图)；

图11带有固定接纳装置、摄像机装置和固定盖支架的挡风玻璃(透视图)；

图12带有固定接纳装置、摄像机装置以及固定盖支架剖面的挡风玻璃透视图。

图13带有组装固定接纳装置、摄像机装置和带有弹簧的固定盖支架的挡风玻璃剖视图。

所有图中，相互之间相应的零部件通常采用相同的附图标记。

具体实施方式

图1在左上方以三维立体图作为单独组件示出了摄像机装置20的镜头12和图像传感器壳体14。摄像机装置的定位通过图像传感器壳体一个或多个面16的校准完成。在图1下面可看到镜头12和图像传感器外壳14的侧视图。光轴18显示为虚线。图像传感器壳体14内有图像传感器，例如未示出的cmos-传感器。图像数据被输出并发送到一外部处理单元。

图2在三维立体视图(左上方)中示出了由镜头12和图像传感器壳体14组装成的摄像机装置20。右下方，摄像机装置20被固定在依照现有技术实现的固定装置22中。

图3左侧示出了标准状态(nst)下按照现有技术固定的摄像机装置20。固定装置22预先规定的中心轴30以虚线展示，并与摄像机装置20的镜头12的光轴18相重合。右侧，展示在最大误差(最大tst)状态下，摄像机装置20根据现有技术被固定在固定装置22中。在最大误差(最大tst)状态下，镜头12相对于图像传感器壳体14倾斜。由于摄像机装置20通过图像传感器壳体14的平面16被固定在固定装置22中，因此摄像机装置20的光轴18‘相对于固定装置22的中心轴30构成一偏差△。

图4示出了在最大误差(最大tst)状态下，根据现有技术固定的摄像机装置20的光轴18‘偏移所造成的影响。标准状态(nst)下，左摄像机装置从车辆周围环境40检测区域42，并成像该关注区域。标准状态(nst)下，固定装置22的光轴18和中心轴30在所述固定中重合。而右侧介绍最大误差(最大tst)状态下的一摄像机装置20，其中，如上所述，由于图像传感器壳体14上的固定，固定装置22的光轴18'和中心轴30彼此偏离。由此构成的作用是，相对于预期的关注区域44，图像传感器成像的是一个明显偏移的区域46。在根据图4所述视图中，俯仰角偏差导致对车辆附近周围环境区域46成像。由此，在实际关注的更远周围环境区域44中的目标不能成像或不能完整成像。

图5在第一示意图中示出了由远摄镜头52和图像传感器壳体54作为单一组件构成的摄像机装置60的一实施例。所示方式与图1的展示方式相似。区别在于，远摄镜头52有定位元件56。远摄镜头52的光轴58在下面以虚线表示。定位元件56是有多个止挡面的法兰，由此能实现侧倾角、俯仰角和横摆角的精确校正。

图6以空间视图形式在左上方示出了组装摄像机装置60。右下方是摄像机装置60的侧视图，该摄像机装置通过定位元件56被固定在固定装置62中的远摄镜头上。

图7针对这种固定方式在左侧示出了在标准状态(nst)下的摄像机装置，而右侧示出了在最大误差(最大tst)状态下的摄像机装置。尽管右侧摄像机装置60的远摄镜头52和图像传感器壳体54之间的倾斜度与图3所示相应摄像机装置20(最大tst)相似，但光轴58‘相对于固定装置62的中心轴的偏离极小，因为固定是在远摄镜头52的定位元件56上实现的。

图8示出了光轴和检测区域的偏移明显较小的影响(82或86相对于关注区域84。左侧是在标准状态(nst)下的摄像机装置60，右侧是最大误差(最大tst)状态下的摄像机装置。

图9a以空间视图示出了具有远摄镜头52和图像传感器壳体54的摄像机装置60。止挡面96用于固定时在俯仰和横摆角方面对摄像机装置60进行精确定向。止挡面97用于在固定时校正侧倾角。除了垂直止挡面97外，水平止挡面(例如法兰的上水平面或下水平面)也用于稳固侧倾角的校正。弹簧力产生的作用例如可是，使远摄镜头52的定位元件56向左下方(从图像传感器观察)相对于相应的接纳面压紧。

图9b示出了固定在车辆90中的摄像机装置60的三个旋转轴。侧倾运动r大约围绕车辆纵轴发生，横摆运动g围绕车辆竖轴发生，俯仰运动n围绕车辆横轴发生。

图10示出了胶粘在车辆挡风玻璃105上、其中插装有摄像机装置60的固定接纳装置100的侧视图。由于先将固定接纳装置100固定在挡风玻璃105上，所以摄像机装置60从“后面”(朝向挡风玻璃105)被插入固定在接纳装置100中。摄像机装置60在固定接纳装置100中的电连接和固定也在摄像机装置60或图像传感器壳体54的背面进行。然后，摄像机装置60通过固定盖支架101固定。固定盖支架101内部具有弹簧，该弹簧将摄像机装置60向固定接纳装置100压紧，由此使止挡面对定向方位进行定义。在此，所述弹簧用作补偿件，使摄像机装置60的剩余误差最小化。固定状态下，固定盖支架101被锁定在固定接纳装置100上。

图11介绍固定接纳装置100、摄像机装置60和带弹簧的固定盖支架101的透视图。

图12示出了一透视图，其中，以纵向垂直剖面展示固定接纳装置100。由此，可看出用于定义与图9a中止挡面96相对应的摄像机装置60的俯仰角和横摆角的接纳面126，以及用于定义与图9a中止挡面97相对应的侧倾角的接纳面127。

图13示出了组装的固定装置，即固定摄像机装置60的固定接纳装置100和固定盖支架101的剖视图。固定盖支架101中弹簧130的作用是，使止挡面96向接纳面126压紧，以定义摄像机装置60相对于车辆的俯仰角和横摆角。一个或多个弹簧(未展示)以类似方式，通过将平行于定位元件56远摄镜头52光轴的一个或两个止挡面97向相应止挡面97压紧定义侧倾角。