专利名称：在车内安装视角向外的红外摄像机的装置和方法
技术领域：
本发明一般涉及机动车辆的夜视和行人检测系统，尤其涉及与安装在挡风玻璃一部分上的透射嵌入件相对应，在车辆内安装摄像机的方法。
背景技术：
远红外和可见光摄像机在机动车辆中的用途越来越多。远红外可以应用于夜视、行人检测和其它预防碰撞传感系统。可见光应用(其对近红外波长通常也是灵敏的)在各种其它预防碰撞传感应用中可以用于适应性定速巡航控制。在一些应用中，摄像机安装在车辆的外部。因为摄像机安装在车辆的外部，它们必须抵挡天气以及如盐雾和道路碎片等其它极端条件。使摄像机更坚固以抵挡这些苛刻条件会使单位成本加倍。因此需要将摄像机安装在车辆内。
将摄像机安装在车内的一个问题是汽车挡风玻璃的光透射特性限制了可见光摄像机的性能，且排除了近、远红外摄像机的使用。玻璃不能透射远红外传感器所用的7.5到13.5nm波长的光，且标准汽车玻璃滤除了从680到1200um的大部分近红外波长的光。它们带色彩并包含从太阳光中吸收近红外光的材料而减少车内生热。挡风玻璃阻挡了90％的近红外光和30％的可见光。这减少了可见光摄像机在白天和夜晚工作的效率。
外部安装摄像机的另一个问题是，因为污染，保持它们的清洁是困难和昂贵的。因为这些摄像机典型地安装在护栅上，可视区域在靠近车辆处也不理想。因此，如果能克服挡风玻璃的红外透射问题，将摄像机安装在乘员车厢内以防止暴露到苛刻环境下是最理想的。
发明内容
本发明使用了设置在挡风玻璃内的孔或切口中的红外透射嵌入件。这使摄像机能接收到红外光。
根据本发明的一个方面，总体为矩形的挡风玻璃具有顶侧、底侧、右侧和左侧。顶侧具有形成在其中的切口形状。具有一个或多个红外透射部分的嵌入件在上述切口内连接到顶侧，使得顶侧同嵌入件形成连续的侧面。
根据本发明的另一方面，挡风玻璃上可以设有一个或多个孔。可以在这些孔中置入红外透射窗口。在透射窗口和挡风玻璃之间可以置放护孔环。
根据本发明的另一方面，挡风玻璃可以设有一个孔。对近红外光透明的嵌入件可以置入该孔中。进一步，在近红外透明嵌入件中可以设有可置入对远红外透明的窗口的孔。以这种方式，可见光/近红外摄像机能通过近红外嵌入件取景，而远红外摄像机能通过设置在嵌入件中的远红外窗口取景。
在所有的情况下，将用原来安装到车顶结构上的壳体容纳摄像机。该壳体将用耐用材料制成，使得挡风玻璃和壳体符合规定的防损要求。也即，一旦在嵌入件或红外透射窗口发生损坏，该壳体可保护车辆乘员。
本发明的一个优点是摄像机可以置放在更高和更靠后的位置，这改善了摄像机的可视区域。
本发明的另一个优点是通过将摄像机密封在乘员车厢内的壳体内，可防止典型地从新车内部产生的可塑剂和粘合剂泄出落在摄像机上。
参阅较佳实施例的详细说明并结合附图和权利要求，将显见本发明的其它优点和特征。
图1A为具有安装在护栅上的传感器的机动车辆的俯视图。
图1B为依照本发明，具有安装在车内的传感器的机动车辆的俯视图。
图2为具有红外透射嵌入件的孔的挡风玻璃的前视图。
图3为图2的系统的剖面4A为依照本发明的第二实施例的具有带切口的挡风玻璃的机动车辆的前视图。
图4B为具有两个红外透射位置的挡风玻璃的前视图。
图5为图4的实施例的剖面图。
图6为依照本发明形成的红外透射窗口区域和部分挡风玻璃的剖面图。
图7为连接红外透射区域和挡风玻璃的另一种方法的剖面图。
具体实施例方式
在附图中，相同的数字标记用于表示相同的组件。
本发明涉及基于摄像机的系统，例如行人检测系统、预防碰撞传感系统、主动巡航控制系统等。所属技术领域的技术人员将会认识到各种其它应用可以使用上述构造。也应注意到本发明的摄像机可以用于各种其它应用，例如用于雨水传感的挡风玻璃刮水器的雨水传感、为驶来的车辆调节前灯等。
现参照图1A，机动车辆10具有安装在前保险杠或护栅区域13上的传感器12。传感器12产生一个可视区域14。可以看到，可视区域设于车辆前方时不能检测到位于车辆前的行人16。
现参照图1B，车辆10具有依照本发明的安装在车辆10的乘员车厢内的传感器12。在该实例中，可视区域14包含了位于图1A中同一相对位置的行人16。因此，对比图1A和1B，可以看到本发明改善可视区域的优点。传感器12通过各种方式设置在挡风玻璃20后面，这将在以下实施例中得到阐明。
现参照图2，该图更详细地表示了挡风玻璃20。挡风玻璃20有一个与挡风玻璃刮水器遮盖的区域相对应的区域22。较佳地，红外透射部分24在挡风玻璃刮水器遮盖的区域22之内。在该实施例中，红外透射部分24是一个嵌入件，其设于挡风玻璃的孔26内。孔26可以是切割成的，或者在制造挡风玻璃时预成型。
现参照图3，其为车辆10的剖面图，表示了车顶结构30及与其连接的挡风玻璃20的简单视图。挡风玻璃20具有其中带有红外透射窗口24的开口26。红外透射窗口24可以由例如为锗的各种红外透射材料构成。当然，所属技术领域的技术人员将会认识到可以使用其它材料。
红外透射窗口24可能具有与挡风玻璃20不相同的热膨胀系数(CTE)。因此，可将护孔环32设于挡风玻璃20和嵌入件24之间。在护孔环32和挡风玻璃20之间以及护孔环和透射部分之间可以使用黏合剂。挡风玻璃的外表面最好与护孔环32和红外透射嵌入件24齐平。通过使护孔环和红外嵌入件齐平，减少对挡风玻璃刮水片的磨损。也减少风噪音的潜在来源。
壳体36图示为反”L”形。壳体36最好刚性安装到车顶结构30上。当然，可以利用车顶内衬(未表示)实施其它将壳体36安装到车顶结构的安装发置。然而，相信将壳体36直接安装到车顶结构30上能提供系统所需的刚性。壳体36可以由包括塑性或金属的各种材料制成。壳体36可以包括垂直部38和水平部40。水平部40和垂直部38可以制成一体。可以在水平部40的端部提供衬垫42，将壳体36密封到挡风玻璃20上。通过提供严紧的密封，壳体36的内部可以与车辆的内部保持隔离。该区域或者挡风玻璃沿着上述嵌入件的区域可以进行加热以驱除雾气或者积冰。
可以将一个摄像机或一对摄像机46A和46B设于壳体36和挡风玻璃24之间的壳体36内。摄像机46A、46B可以通过各种支架进行安装，包括利用支架50安装到挡风玻璃上，利用支架52安装到垂直壁38上，利用支架56安装到水平壁40上，或者利用支架56安装到红外透射嵌入件24上。支架50、56的一种或各种组合可以用来安装摄像机46A、46B。摄像机46A、46B具有接收红外、可见或其它类型光的传感功能。摄像机46A可以接收近红外光，另一个摄像机46B可以接收远红外光。摄像机46A、46B具有在垂直方向60上的可视区域。
除了摄像机46A、46B，其他电子装置62可以装在壳体36内。其他电子装置62可以包括但不限于摄像机46或其它夜视系统的控制器、挡风玻璃自动刮水器的雨水检测器、乘员传感器或其它类型传感器。
实施本发明的一个方法是在已经成形的挡风玻璃内切割出一个孔。这可以用高压水射流在挡风玻璃上切割出一个孔。高压水射流可以用悬浮在水中的沙粒切割玻璃。水在超高压下，沙粒进行实际的切割。例如为锗、硫族玻璃、聚碳酸酯等这样的红外透射材料可以嵌入到该孔内。可以用粘合剂将红外透射材料直接粘合到挡风玻璃上或者最好在两者之间用一个护孔环。柔韧的护孔环将允许在挡风玻璃和红外透射材料之间存在一定的热膨胀系数差异。
挡风玻璃的玻璃和红外透射窗口的外表面最好齐平，从而减少对挡风玻璃刮水片的磨损。然而，如果红外透射窗口不在挡风玻璃刮水器区域内，除了减少风噪音外，保持齐平就不重要。
在图3中，红外透射窗口表示得也与后表面齐平。然而所属技术领域的技术人员将会认识到也可以使用较薄的红外透射窗口。同样，也可以使用较厚的透射窗口。
现参照图4A，其表示的本发明的第二实施例具有总体呈梯形的挡风玻璃20’。挡风玻璃20’具有右侧70、左侧72、底侧74和顶侧76。在该实施例中，顶侧76具有形成在其中的切口78。该切口78使顶侧76出现间断。切口78可以具有不同大小和各种形状。嵌入件80可以设于切口78内，而使顶侧76连续起来。也即，嵌入件80的顶侧与塑性体76的顶边最好在其中形成连续的形状。嵌入件80可以完全由如上述那些红外透射材料制成。然而，塑性嵌入件80也可以具有形成在其中的红外透射窗口82，而嵌入件80的其余部分具有不高的红外透射性。
现参照图4B，其表示了第三实施例。该实施例与使用阶梯形嵌入件的图4A相似。在该实施例中，用上述方法在挡风玻璃中开孔，或者在铸塑挡风玻璃时就形成上述的孔。嵌入件80可以由一片可以嵌入孔79内的聚碳酸酯之类的近红外透射材料形成。该近红外透射材料还具有切割或铸塑的孔79，远红外透射窗口将嵌入其中。以这种方式，对近红外敏感的摄像机将通过近红外透射嵌入件察看景物，对远红外敏感的摄像机将通过远红外透射窗口察看景物。应该注意图4A中的部分80、82可以以如图4B的相同方式，由近、远红外透射材料制成。
现参照图5，其表示了表示机动车辆的车顶30的剖面图。具有垂直侧38和水平侧40的壳体36和衬垫42都和图3中表示的一样，其各种变化也一样。摄像机46可以用安装架86安装到塑性嵌入件80上。安装架86可以是一体的，或者可以通过例如粘和剂等各种方式安装到嵌入件80上。也应该注意到可以不用安装架86、而用上述支架50、52、54和56来安装摄像机46。重要的特征是可视区域60通过红外透射窗口82得到扩展。
可以使用各种方法来将透射窗口80安装到塑性嵌入件上并将该塑性嵌入件安装到挡风玻璃上。
现参照图6，其表示了挡风玻璃20’与高抗冲塑性嵌入件80的关系。高抗冲塑性80可以在上面包含一个凸缘90。凸缘90形成有座部92，其间可以置入焊接或者粘接材料94。也应该注意到除了粘接材料94，其间也可以用护孔环等协助补偿热膨胀系数差异。凸缘90朝向挡风玻璃的内侧设置，使得为挡风玻璃20’提供一个齐平连续的表面。挡风玻璃的切口部分78可以用上述的切割方法形成，或者可以在连续的制造工艺中不移除材料而形成。
现参照图7，其表示了透射窗口82和塑性嵌入件80的剖面图。在该实施例中，固定装置102通过紧固件104安装到塑性嵌入件80上。透射窗口82可以是如图所示倾斜的或者可以是直的(90度)。焊接材料106可以用于窗口82和嵌入件80之间。O形环106也可以用于窗口82和嵌入件80之间以使其间的落座更好。
为了实现本发明，挡风玻璃20’可以具有连续的顶侧、底侧、右侧和左侧。顶侧具有形成在其中的切口。如上所述，切口可以形成于挡风玻璃的制造工艺中，或者在制成挡风玻璃后再切割而成。具有红外透射部分的嵌入件在上述切口内连接到顶侧，因此带嵌入件的顶侧形成了连续的侧面。
为了实现本发明，挡风玻璃20’可以具有顶侧、底侧、右侧、左侧以及在挡风玻璃所需的位置具有孔。如上所述，孔可以形成于挡风玻璃的制造工艺中，或者在制成挡风玻璃后再切割而成。具有红外透射部分的嵌入件安装到上述孔中。该嵌入件还可以包括可透射其它光谱(例如远红外光)的窗口。
在图4和5的实施例中，摄像机可以预装到高抗冲塑性嵌入件中，这样，只要嵌入挡风玻璃就可完全装配完毕。
可以进行或不进行预装配而设置壳体36。也即，可以在挡风玻璃装上车辆后再装配壳体36，使得壳体38可以连接到车顶结构30上。
尽管本发明具体实施例已经得到表示和说明，但是所属技术领域的技术人员可以实现许多变化和其它实施例。因此，本发明仅由权利要求限定。
权利要求
1.一种系统，包括具有顶侧、底侧、右侧和左侧的挡风玻璃，上述顶侧具有形成在其中的切口；具有红外透射部分的嵌入件在上述切口中连接到上述顶侧，使得顶侧同嵌入件形成连续的侧面。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征是还包括设于上述挡风玻璃和上述窗口之间的护孔环。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征是还包括刚性连接到车顶结构上的壳体。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征是还包括设于上述壳体和上述挡风玻璃之间的密封件。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征是还包括设于上述壳体内的摄像机。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征是上述摄像机与上述嵌入件相连接。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征是上述摄像机与上述壳体相连接。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征是上述嵌入件由与远红外透射部分相分开的近红外透射材料构成。
9.一种系统，包括其中有孔的挡风玻璃；设于上述孔中的红外透射窗口；以及设于上述挡风玻璃和上述窗口之间的护孔环。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征是还包括连接在车顶和挡风玻璃之间的壳体，该壳体与设于其中的摄像机相连接，上述摄像机通过上述红外透射窗口接收红外光。
11.根据权利要求9所述的系统，其特征是红外透射窗口包括近红外透射部分和远红外透射部分。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征是还包括接收近红外光的第一摄像机和接收远红外光的第二摄像机。
13.根据权利要求11所述的系统，其特征是还包括设于上述壳体和上述挡风玻璃之间的密封件。
14.一种方法，包括将具有近红外透射部分和远红外透射部分的嵌入件安装到挡风玻璃的切口或孔内；第一摄像机通过近红外部分接收近红外光；第二摄像机通过远红外部分接收远红外光
15.根据权利要求14所述的方法，其特征是还包括将近红外摄像机安装到车顶上并将包围该摄像机的壳体刚性连接到车顶上。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征是还包括将上述摄像机连接到红外透射部分上。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征是上述嵌入件由红外透射材料锗构成。
18.根据权利要求14所述的方法，其特征是上述近红外透射部分处于挡风玻璃刮水器的路径内。
19.根据权利要求14所述的方法，其特征是安装上述嵌入件包括在该嵌入件上提供凸缘并将该凸缘安装到挡风玻璃上。
20.根据权利要求14所述的方法，其特征是还包括用一个与红外透射部分和上述嵌入件连接的固定装置将上述嵌入件同上述窗口嵌入件连接起来。
全文摘要
本发明揭示了一种在车辆内安装摄像机(46)的系统。该摄像机(46)可以设于红外透射窗口(82)后面的车内，并处于车内的壳体(36)内。摄像机(46)因此被置于挡风玻璃(20)和壳体(36)之间，使得摄像机的可视区域得以通过窗口(82)。切口(78)或孔(26)可以形成于挡风玻璃上，使得红外透射部分可以嵌入其中。
文档编号H04N7/18GK101037099SQ20071008653
公开日2007年9月19日 申请日期2007年3月13日 优先权日2006年3月14日
发明者格里高利·史密斯, 尼古拉斯·卓尔卡, 夸库·布拉卡赫－阿散特, 塞缪尔·E·艾伯斯坦, 帕特里克·坎费尔德, 耶乐娜·罗丹 申请人:福特全球技术公司