专利名称：：用于机动车的摄像机的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种用于机动车的摄像机及一种用于调整这种摄像机的方法。该摄像机尤其可用于检验车道导向或检测在车道更换时的危险，即作为车道更换警报摄像机来使用。
背景技术：
：作为摄像机，在机动车上另外使用车道更换警报摄像机或车道偏离警报摄像机(LDWC:LaneD印artureWarningCamera),它们用于在车道更换时对驾驶员发出警报。在此情况下离开一个行车道被称为车道更换。车道更换警报摄像机具有一个物镜(LaneD印artureWarningObjective,LDWO)及一个图像传感器，该图像传感器输出用于后继的数据处理的图像信号。车道更换警报摄像机在这里不是用于输出到屏幕上来给出驾驶员信息的光学图像处理；但它们具有几米到几十米，例如50m或100m的监测范围，以便在离开车道(车道更换)时或在车道更换后识别与快得多的或慢得多的物体的可能的碰撞。在汽车领域中对摄像机，尤其对车道更换警报摄像机提出高的稳定性要求。因此要求在极端气候条件下的存放能力，相对湿热的稳定性及在宽光谱应用范围中足够高的分辨率；而这些摄像机仍应成本有利地被制造。
发明内容根据本发明的摄像机具有由正好一个透镜及至少一个双平面的光学元件组成的结实结构，该双平面的光学元件带有一个空气间隙地被固定在图像传感器的前面。该至少一个双平面的光学元件尤其可为一个平板，但也可例如为一个楔块。根据本发明，透镜靠触在双平面的光学元件上。因此给出了一个具有至少一个双平面的光学元件的单透镜的车道更换警报物镜，其中可通过在轴向上在图像传感器的前面纵向调节该物镜来进行聚焦。由此物镜可被简单地插在壳体中或插在透镜架中及可轴向移动地聚焦以及固定所调节的轴向长度。通过将透镜固定地靠触在光学元件或处在前的双平面的光学元件上，不使用附加的辅助手段就可实现可靠的定位，其中在光学元件的相应接触区域中可设置附加的间隔件。透镜构造有一个凸的前面及一个凹的后面；在此情况下，凹的后面的径向外边缘可被用作靠触在双平面的光学元件的前面上的靠触面或靠触边缘。在此情况下，该靠触面或透镜的后面起到光阑的作用，以致不需要任何其它的光阑；但也可以无间隔或零距离地附加构造一个机械的光阑，其结构可选择得与透镜的光学面无关。在第一空气-玻璃过渡部分上，即在透镜的前面上通常出现千扰的散射光效应，但根据本发明，通过使用一个足够厚的平板或两个相继布置的平板可明显地减小或完全消除该干扰的散射光效应。特别有利的是，使用摄像fl作为车道更换警报摄像机，因为一个车道更换警报摄像机的物镜(LDW0)不被用于可视系统；因为边缘检测以一定的不清晰度也可足够好地工作，所以在半尼奎斯特频率时20%的MTF就被视为足够了。在此情况下有利地得到一个具有6lim像素间距的LDW0，以致产生出为1/(6nmX2)=83lp/mm(线对数/毫米)的尼奎斯特频率，由此约40lp/mm的直到半尼奎斯特频率的物镜本机振荡频率可清楚地成像。根据本发明，对于更高的本机振荡频率，MTF应有利地强烈地下降，以避免混叠效应(Aliasing-Effekte)o此外根据本发明的摄像机还具有其它的应用，尤其是应用在汽车领域中。这里有利地应用于非可视的或不产生图像的(nicht-bildgebende)过程，这些应用用于被检测区域的情况或状态的检测。根据一个优选的构型，处在前的透镜与图像传感器的图像平面之间的空间的一半以上被双平面的光学元件、例如平板或楔块填充。根据本发明，该摄像机设计方案，尤其在用作车道更换警报摄像机时，有利地被优化到一个小的横向色差上。因此，根据本发明的调节可通过将透镜装配到处在前的双平面的光学元件上来进行，然后将这样得到的物镜在轴向上通过例如拧入到透镜架中来聚焦并接着加以固定。图1至ll示出根据本发明的具有一个由一个矿物玻璃作的透镜与一个平板组成的物镜的摄像机的第一实施形式图1为一个沿着光轴的轴向截面图；图2为横向像差的视图；图3为摄像机的瞳线斑图；图4为横向色差曲线图；图5示出用于10，20及40lp/mm(每毫米线对数)的调制传递函数(MTF);图6示出用于5，10,20lp/ram的调制传递函数；图7示出图像平面中的失真；图8示出与视场角相关的相对照射强度；图9示出与视场角相关的相对透射率；图10示出5m距离中的一个100mm条形目标；图11示出50m距离中的一个lOOmm条形目标；图12至22示出具有一个由一个塑料作的透镜与一个平板组成的物镜的第二实施形式-图12为一个沿着光轴的轴向截面图；图13为横向像差的视图；图14为摄像机的瞳线斑图；图15为横向色差曲线图；图16示出用于10，20及40lp/mm的调制传递函数(MTF〉；图17示出用于5，10，20lp/mm的调制传递函数；图18示出图像平面中的失真；图19示出与视场角相关的相对照射强度；图20示出与视场角相关的相对透射率；图21示出5m距离中的一个100腿条形目标；图22示出50m距离中的一个100mm条形目标；图23至31示出具有一个由一个矿物玻璃作的球面透镜与两个平板组成的物镜的第三实施形式图23为一个沿着光轴的轴向截面图；图24为横向像差的视風；图25为摄像机的瞳线斑图；图26为横向色差曲线图；图27示出用于10，20及40lp/mm的调制传递函数(MTF);图28示出用于5，10，20lp/mm的调制传递函数；图29示出图像平面中的失真；图30示出与视场角相关的相对照射强度；图31示出与视场角相关的相对透射率；图32至40示出具有一个由一个矿物玻璃作的非球面透镜与两个平板组成的物镜的第四实施形式图32为一个沿着光轴的轴向截面图；图33为横向像差的视图；图34为摄像机的瞳线斑图；图35为横向色差曲线图36示出用于10，20及401p/mm的调制传递函数(MTF);图37示出用于5，10，20lp/mm的调制传递函数；图38示出图像平面中的失真；图39示出与视场角相关的相对照射强度；及图40示出与视场角相关的相对透射率。具体实施例方式图1至11示出一个作为车道更换警报摄像机(LaneD印artureWarningCamera,LDWC)1的摄像机的第一实施形式，它具有一个透镜2，一个用作平板的玻璃板3及一个在玻璃板3后面通过空气间隙4隔开的图像传感器5，其中这些部件2，3，5被容纳在一个壳体8(透镜架)中。透镜2具有一个根据下列表1的非球状的凸形前面2.1及一个非球状凹形后面或后透镜面2.2。玻璃板3的前面3.1和后面3.2以及图像传感器5的图像平面均为平面状。因此空气间隙4也被构造成双平面的。在此情况下后透镜面2.2起光阑的作用。有利地，透镜2通过其后透镜面2.2的径向外部的、环形边缘2.3靠触在玻璃板3的前面3.1上。因此在径向上，在透镜2的靠触面(靠触边缘)2.3的内部，在后透镜面2.2与玻璃板3的前面3.1之间构成了一个透镜形状的或凸面-平面的空气间隙6。在该实施形式中，透镜2由一种抛光的(blank)可压制的玻璃组成，以致非球状的透镜面2.1及2.2可相对成本有利地制造。这里尤其可使用一种矿物玻璃，例如矿物玻璃F2。该抛光的可压制的矿物玻璃F2—方面可以通过热变形实现成本有利的制造，另外可以使横向色差减小到应用所要求的程度。通过该矿物玻璃的使用可保证汽车适用性，尤其是保证从-40至120°C的存放温度范围和相对于湿热的稳定性以及高的抗磨或抗刮性能。同样，玻璃板(Glasslid)3有利地由矿物玻璃帝Bt。在该实施形式中，选择具有大厚度或大的轴向距离的玻璃板3，其中该玻璃板3的轴向厚度至少为与光轴A正交的其横向延伸距离的一半，但有利地约正好为该距离。玻璃板3以相对小的距离位于图像传感器5的前面，这就是说，空气间隙4相对地狭窄；通过使用厚的玻璃板3，使出现在第一空气-玻璃过渡部分上、即出现在前透镜面2.1上的干扰的散射光效应的影响减小。在具有6um像素间距的、由透镜2及玻璃板3组成的物镜(LDWO)的一个有利构型中，尼奎斯特频率被预给定为1/(6umX2)=83lp/ram(每毫米线对数)，这就是说，物镜应可使直到约40lp/mm的半尼奎斯特频率的本机振荡频率清楚地成像。尤其是在根据本发明的摄像机用于不可视系统、例如用作车道更换警报摄像机时，因为边缘检测也以一定的不清晰度工作，在半尼奎斯特频率时20%的MTF(调制传递函数)就应足够了。根据图5及6,对于较高的本机振荡频率，MTF应强烈地下降，从而根据本发明可避免混叠效应。根据本发明的LDWO设计方案被优化到小的横向色差上，如图2中横向像差的视图、图4中的横向色差示图及图3的瞳线斑图所示。根据图7的图像平面中的失真视图，物镜2，3表现为中等的失真。因此由三个部件2，3及5组成的整个车道更换警报摄像机1作为全帧LDW系统工作，其中根据图8中关于视场角的相对照射强度示图以及根据图9的关于视场角的透射率的示图，在角落处的图像略变暗淡。为了检验成像效能，在图10及11中对于5m及10m物镜距离仿真了条宽度为100nim的条形结构的成像，其中数据单位以mm表示。该摄像机1的设计方案能实现非常简单的装配，其方式是将非球状透镜2放置到玻璃板3上及通过玻璃板3与图像传感器5的粘接进行聚焦。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>这些表格分别给出了相关实施形式的一种可能的构型的一些数据，其中半径及距离的数据的单位用mm表示。第一行给出了整个物镜的特性，下面的各行涉及分别在第一栏中给出的各个面。其类型S代表球状及类型A代表非球状。平面则被描述为具有无限半径的球状。距离是相对各下一个平面而言(即描述在下行中的平面)，其中透镜面的曲率半径可根据材料的折射率来选择。图12至22示出一个摄像机11的第二实施形式，它尤其作为车道更换警报摄像机11，它的透镜12-根据第一实施形式-具有一个凸的非球状的前面12.1及一个凹的非球状后面12.2。透镜12也通过其环形靠触面12.3靠触在玻璃板13的前面13.1上，该玻璃板的平的背面13.2通过一个空气间隙14距离图像传感器5布置-相对第一实施形式未改变。因此也在透镜12与平板13之间构成一个透镜形状的空气间隙16。与第一实施形式不同的是，透镜12由一种塑料构成，优选由抛光的可压制的塑料、例如C0C制成。玻璃板13相对第一实施形式的玻璃板3并未改变。透镜12的塑料材料也可通过热变形实现成本有利的制造，其中该塑料也可保证从-40至120°C的存放温度范围及相对于湿热的稳定性。此外在这些附图中-也在其它实施形式中-还相应地设置了第一实施形式的数据；并且在图21，22中数据的单位也用mm表示。尼奎斯特频率相对第一实施形式未改变仍为83lp/mm，其中对于第一实施形式给出的关于调制传递函数MTF及尼奎斯特频率的其它数据也可相应地采用。图13至21给出了与第一实施形式的图2至11相对应的相应特性。表2给出了一个可能的实施形式的相应数据，其中塑料C0C例如具有1.535726的折射率；作为玻璃板13可不变地使用具有折射率为1.623655的矿物玻璃F2。后透镜面12.2起到光阑的作用。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>图23至31示出摄像机21的第三实施形式，它尤其作为车道更换警报摄像机21,根据图23它具有一个带有球状的凸的前面22.1及—个球状的凹的后面22.2的透镜22，该透镜通过其环绕后面22.2的环形靠触面22.3也靠触在一个双平面的玻璃板23的前面23.1上并构成一个空气间隙26。与两个第一实施形式不同的是，在第一玻璃板23的后面23.2与图像传感器5之间设有一个第二玻璃板25，该玻璃板具有平的前面25.1及平的后面25.2。因此设有一个在两个玻璃板23，25之间的双平面的空气间隙24及另一个在第二玻璃板25的后面25.2与图像传感器5之间的双平面的空气间隙27。在该实施形式中，所有的光学元件22，23及25或整个物镜22，23，25由一种矿物玻璃或由不同的矿物玻璃来制造，从而根据上述实施形式1的实施例，这里也可实现具有从-40至120°C的存放温度范围的汽车适用性、相对于湿热的稳定性以及高的抗磨损性或抗刮性。通过使用两个双平面的玻璃板23，25，可在透镜22上构成可非常成本有利地制造的球状面22.1，22.2，以致对于透镜22尽管使用了一种矿物玻璃仍可实现整个装置成本有利的制造。第二玻璃板25比第一玻璃板23薄，及在该实施形式中被用作保护玻璃(Glasslid)，即尤其是可在紧临图像传感器(芯片)5的前面作防尘保护。在该实施形式中也可实现具有6um像素间距的及由此具有尼奎斯特频率为1/(6umX2)=83lp/mm的LDW0，其中对于第一实施形式给出的关于调制传递函数的数据仍被采用。同样在该实施形式中，在半尼奎斯特频率时20%的调制传递函数(MTF)被视为足够，其中根据图27，28，对于较髙的本fl振荡频率，MTF强烈^k下降，以避免混叠效应。同样该摄像机21作为全帧LDW系统工作，其中根据图30，在角落中的图像略变暗淡。该设计方案允许使用非常传统的调节这里球状透镜22与厚的第一双平面玻璃板23—起被用作物镜，该物镜为了聚焦被拧入到虚线所示的壳体(透镜架)6中。因为空气间隙27保持恒定，所以在第二玻璃板25与图像传感器5之间可固定安装一个间隔件，例如通过粘接来固定安装。根据表3，所有的面为球状或平面(即具有无限大半径的球)。这里根据该表，例如使用折射率为1.707794的矿物玻璃NBASF64作为透镜22的玻璃材料，使用折射率为1.90742的玻璃材料NLASF46作为第一玻璃板23的玻璃材料，及使用折射率为1.932143的矿物玻璃SF66作为第二玻璃板25的玻璃材料。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>图32至40示出摄像机的第四实施形式，它尤其作为车道更换警报摄像机31，具有一个单透镜的LDWO(LaneD印artureWarningObjective),它也具有一个带有非球状的凸的前面32.1及一个非球状的凹的后面32.2的透镜32，其中通过透镜32在第一玻璃板33上的靠触面32.3构成非球状后面32.2的环形外边缘。同样，该实施形式-如第三实施形式那样-具有两个双平面的玻璃板33，35，在这两个玻璃板之间也构成一个处在前的或第一双平面的空气间隙34，其中第二玻璃板35也与图像传感器5通过一个第二固定的空气间隙37分开。两个玻璃板33，35可被选择得结构相同，由此可显著地降低成本。在该实施形式中，根据表4，透镜面32.1及32.2构成非球状，其中所有的光学元件32，33，35可由矿物玻璃来制造。作为第一透镜32的矿物玻璃也可使用折射率为1.623655的抛光的可压制的矿物玻璃F2，作为用于玻璃板34及35的矿物玻璃例如可使用折射率为1.811858的SF6。在该实施形式中，也通过使用厚玻璃板33来降低第一空气-玻璃过渡部分的干扰的散射光效应的影响。在尼奎斯特频率及调制传递函数方面的光学特性及预定参数相应于头三个实施形式中的那些光学特性及参数，正如由表示调制传递函数的图36及37、表示横向色差的图35、表示瞳线斑图的图34及表示横向像差的图33所示。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>该系统表示出一个明显的失真，如图38所示，其中整个系统或摄像机31也被用作全帧LDW系统，其中根据图39，图像也在角落处的略变暗淡。同样在该实施形式中-如在第三实施形式中那样-透镜32与第一玻璃板33—起作为物镜被拧入到壳体6或透镜架中。权利要求1.一种用于机动车的摄像机，它具有正好一个带有一个凸的前面(2.1，12.1，22.1，32.1)及一个凹的后面(2.2，12.2，22.2，32.2)的透镜(2，12，22，32)；至少一个带有一个平的前面(3.1，13.1，23.1，25.1，33.1，35.1)及一个平的后面(3.2，13.2，23.2，25.2，33.2，35.2)的双平面的光学元件(3，13，23，25，33，35)；一个用于输出图像信号(B)的图像传感器(5)；及一个壳体(6)，用于容纳所述透镜(2，12，22，32)、所述至少一个双平面的光学元件(3，13，23，25，33，35)及所述图像传感器(5)；其中所述透镜(2，12，22，32)的处在后的一个靠触面(2.3，12.3，22.3，32.3)靠触在所述至少一个双平面的光学元件(3，13，23，33)的前面(3.1，13.1，23.1，33.1)上，及其中在所述至少一个双平面的光学元件(3，13，23，25，33，35)与所述图像传感器(5)之间构造了一个空气间隙(4)。2.根据权利要求l的摄像机，其特征在于，所述透镜(2，12，22，32)与所述图像传感器(5)之间的空间的一半以上被一个或多个双平面的光学元件(3，13，23，25,33，35)填充。3.根据权利要求2的摄像机，其特征在于，在所述透镜(2，12)与所述图像传感器(5)之间设置了刚好一个平板(3，13)作为双平面的光学元件。4.根据权利要求3的摄像机，其特征在于，所述平板(3，13)具有一个轴向厚度，该轴向厚度至少为与光轴(A)垂直的横向宽度的一半。5.根据权利要求3或4的摄像机，其特征在于，所述透镜(2)由一种矿物玻璃制成及具有两个非球状的透镜面(2.1，2.2)。6.根据权利要求3或4的摄像机，其特征在于，所述透镜(12)由一种塑料材料制成及具有两个非球状的透镜面(12.1，12.2)。7.根据权利要求1或2的摄像机，其特征在于，在所述透镜(22，32)与所述图像传感器(5)之间设置正好两个平板(23，25;33，35)作为双平面的光学元件；所述透镜(22，32)通过其靠触面(22.3，32.3)靠触在所述处在前的平板(23,33)的前面(23.1，33.1)上；及在这些平板(23，25;33，35)之间构造了一个处在前的空气间隙(24，34)及在所述处在后的第二平板(25，35)与所述图像传感器(5)之间构造了一个处在后的空气间隙(27，37)。8.根据权利要求7的摄像机，其特征在于，所述处在前的第一平板(23，33)具有比所述处在后的第二平板(25)大的轴向厚度；所述透镜(22)由一种矿物玻璃制成及它的透镜面(22.1，22.2)被构造成球形。9.根据权利要求7的摄像机，其特征在于，这些平板(33，35)被构造成相同的；及所述透镜(32)由一种矿物玻璃制成及它的透镜面(32.1，32.2)被构造成非球形的。10.根据以上权利要求中任一项的摄像机，其特征在于，所述至少一个双平面的光学元件(3，13,23，25，33，35)由一种矿物玻璃制成。11.根据以上权利要求中任一项的摄像机，其特征在于，所述图像传感器(5)带有一个固定的空气间隙(4，14，27，37)地被固定在所述一个双平面的光学元件(3，13)或所述处在后的双平面的光学元件(25，35)的后面(3.2，13.2，25.2，35.2)上。12.根据以上权利要求中任一项的摄像机，其特征在于，所述透镜(2，12，22，32)的靠触面(2.3，12.3，22.3，32.3)起光阑的作用。13.根据权利要求1至11中任一项的摄像机，其特征在于，在所述透镜(2，12，22，32)的后面上并且与所述透镜(2，12，22，32)的后面无距离地设有一个光阑。14.根据以上权利要求中任一项的摄像机应用于不产生图像的过程，例如被用作车道更换警报摄像机。15.—种用于调节根据权利要求1至13中任一项的摄像机的方法，其特征在于，将所述透镜(2，12，22，32)通过其靠触面(2.3，12.3，22.3，32.3)置于所述处在前的双平面的光学元件(3，13，23，25，33，35)的前面(3.1，13.1，23.1，33.1)上，由此构成一个物镜；在调节聚焦的情况下，改变所述物镜(2，3;12，13;22，23;32，33)在所述图像传感器(5)或一个与所述图像传感器(5)相关联的处在后的双平面的光学元件(25，35)前的距离；及接着将所述物镜(2，3;12，13;22，23;32，33)固定在所述壳体(6)中。全文摘要本发明涉及一种用于机动车的摄像机，它具有正好一个带有一个凸的前面及一个凹的处在后的透镜；至少一个带有一个平的前面及一个平的处在后的双平面的光学元件；一个用于输出图像信号(B)的图像传感器；及一个壳体，用于容纳所述透镜、所述至少一个双平面的光学元件及所述图像传感器；其中所述透镜的处在后的一个靠触面靠触在所述至少一个双平面的光学元件的前面上；及其中在所述至少一个双平面的光学元件与所述图像传感器之间构造了一个空气间隙。根据本发明，在简单的及成本有利的结构的情况下实现高的汽车适用性，其中可以通过聚焦来简单地调节。该摄像机尤其可用于不产生图像的过程，例如被用作车道更换警报摄像机。文档编号H04N5/225GK101126886SQ20071014261公开日2008年2月20日申请日期2007年8月20日优先权日2006年8月18日发明者G·弗朗茨申请人:罗伯特·博世有限公司