CN100540362C - 用于机动车的照相机*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的照相机***，具有朝向车窗玻璃的照相机，所述照相机与所述车窗玻璃相连接，其中在照相机镜头和车窗玻璃之间设置了一个由固态的透光材料制成的导光体。该导光体尤其可以由一种玻璃或胶体的透光、可硬化的灌注材料制成。

Description

用于机动车的照相机***
本发明涉及一种用于机动车的照相机***，具有朝向车窗玻璃的照相机，所述照相机与所述车窗玻璃相连接，其中在照相机镜头和车窗玻璃之间设置了一个由固态的透光材料制成的导光体。该导光体尤其可以由一种玻璃或胶体的透光、可硬化的灌注材料制成。
机动车中的照相机***
本发明涉及一种用于机动车的照相机***，具有朝向车窗玻璃的照相机，所述照相机与所述车窗玻璃相连接。
这种类型的照相机***由德国公开文献DE 10209615A1公开。其中照相机与车窗玻璃之间的连接通过一个镜筒式耦合元件来实现，在下文中也被简称为“镜筒”。通过所述镜筒在照相机镜头和车窗玻璃之间撑开的间隙与其周围环境紧密密封，具有自身的空气环境，或者用一种流体状的“浓缩介质”来填充，从而在任何工作条件下避免照相机视场蒙上灰尘或凝结水汽。
这种已知的解决方案带来了一系列缺点：第一，需要很高的密封措施开销，从而在所要求的使用寿命内使镜筒保持一定的密封度。第二，这种照相机***不能作为封闭模块来提供，因为这种***要在安装之后才能抽取真空/填充。这也引出了第三点，即就像某些情况下需要拆卸一样，安装比较繁琐和费事。第四点，这种***所占的空间很大，尤其是对倾斜度较大的车窗玻璃，由于需要扩大镜筒空间，又进一步提高了密封开销。另外一个缺点是第五点，也就是根据不同的照相机视角和车窗的倾斜角，必须要容忍相对较高的反射损耗。
在德国公开文献DE 10237554A1和DE 10237607A1中有关于类似DE 10209615A1中的已知***的照相机***的描述，却省去了对镜筒的完全密封。因此而产生的诸如出现水汽凝结等问题应该由公开文献DE 10237608A1中公开的技术特征来解决。在该公开文献中描述了在照相机视场区域内的镜筒与车窗玻璃之间附加的一个隔离气体层，它可以防止照相机视场蒙上水汽。
上面的最后一个专利项描述的照相机***放弃了镜筒的密封，也放弃了了以前提到的因为密封而产生的问题，而前提则是，水汽或尘土能够可靠的被避免。这种方法仍存在如下缺点：
-***所占空间较大，首先是对倾斜度较大的前窗，并且
-反射损耗，根据视角和窗的倾斜度而不同
本发明要解决这样一个任务：将照相机安装到车窗玻璃的内侧，最好是安装在内反射镜区域内，避免上面提到的缺点。
根据本发明，这个任务这样来解决：即在照相机镜头和车窗之间设置一个由固态的透光材料制成的导光体。
这里和后面提到的“固态”用于描述这样的材料：它不需要密封包裹即可填充车窗玻璃与照相机镜头之间的空间，例如单晶固体或多晶固体，玻璃或胶体。这里和后面提到的“透光”用于描述这样的材料，它至少在照相机对此敏感的波长光谱的部分范围内具有对照相机而言足够的高透明度。
根据本发明的方案通过简单和低成本的方式使得在车窗与照相机之间的区域能抗拒气候和污染，并免受任何的干扰。
下面分别给出了相对于所述现有技术所具有的优点：
-没有了污染以及水汽凝结的问题；
-不必进行费事的密封；
-通过导光体材料的折射特性可以减小占地空间；
-降低光线通过车窗玻璃的交界时的光损耗/反射(菲涅尔损耗)。
下面将参考附图阐释并详细描述本发明的多个实施例。不同的有利的变体在图1至7中作为原理性示意图来描述。图8作为比较示出了根据现有技术的一种照相机***。
借助图8应首先了解一个照相机***的原理性结构，例如从DE10209615A1中已知的那样，并简短阐述本发明所要解决的问题。
一架设置在车窗玻璃内侧的照相机应透过车窗玻璃拍摄车外的照片。这里和后面提到的概念“照相机”可以指任何一种具有空间分辨率的光学传感器，尤其也可以指包括多个光学测量元件的CCD或CMOS传感器。
照相机借助一个耦合元件与车窗玻璃相连接，其中该耦合元件形成了一个最好带有不透光的壁的空心体。从而所述耦合元件完成了使照相机与尘污和散射光线隔离的任务。
车窗玻璃在多数情况下指的就是机动车的挡风玻璃，它尤其在小轿车中往往倾斜度较大。由于一般要求照相机有几乎水平的视线方向，因此会存在这样的困难：即只要在不会太限制照相机的拍摄范围的情况下，耦合元件必须至少在其下部拍摄区域有较大的外部面积以及较大的内部容积。而占据空间非常大的耦合元件因为实际原因也不是理想的。
另外的问题在于，根据现有技术，为了防止水汽凝结，由耦合元件撑开一个空隙，其例如具有自身的空气环境。在耦合元件必要的密封性和要达到的使用寿命方面很难满足要求，并且安装很费事。由这种耦合元件带来的许多困难已经在上面进行过讨论。
这种此前已知的照相机***的诸多缺点导致这样的考虑：在照相机镜头与车窗玻璃之间的空隙内放入一个由固体物质构成的导光体。
在最简单的情况下，照相机被完全灌注在一个透光的盒体内，灌注填充物与车窗玻璃平齐。这样形成的导光体的外表面最好是粗糙的、不透光的，以避免干扰反射和渗入异质光线。这一原理在图1中示出。
根据本发明的照相机***具有一系列有利的特性：
-不存在密封问题；
-通过导光体的折射特性使得减小占地空间成为可能，尤其对于倾斜度非常大的车窗玻璃；
-降低了在车窗玻璃内边界处由反射造成的光损耗，并且在给定情况下降低了当导光体与照相机镜头直接接触时在照相机镜头处由反射造成的光损耗
-完全的环境适应性，因为在车窗玻璃与照相机镜头之间的光线通路上不存在冷凝面
图1中描述的本发明的基本原理可以在实践中在以下方向上优化：
-简单安装/拆卸/更换零件；
-考虑车窗玻璃中的容差；
-零件和整个***的良好可生产性；
-良好的照片质量。
由于导光体的棱镜效应原理上会产生色相差(色差)和几何像差(扭曲)，并导致分辨率损失。可以在光学设置导光体时考虑色差的校正。
作为避免色差的光学解决方案可以通过对入射光的滤波和/或通过在足够的波长范围内的散射补偿使可用波长范围变窄来实现。
这两种解决方案减少了色差问题，在理想情况下甚至低于照相机的识别极限。散射补偿还有这样的优点，即透镜的光强能够被保持。
为了实现，可以根据Flint-/Kronglas原理采用两种具有不同折射系数的适当材料的组合。这两种材料应当可以进行低成本连续生产来加工，即最好能够浇注或压注。
下面所讨论的加工程序的目的是实现对上文提到的优点的尽可能有利的结合，如良好的可生产性和高图片质量下的低成本。
尤其具有优点的基于导光体的照相机安装方案具有如下特点：
-即使对于倾斜得很厉害的前玻璃也只占用很小的空间；
-良好的光学特性(图像误差校正)；
-不同零件的数量最小(成本优势)；
-零件的简单和低成本的可制造性；
-车内的零件以及整个***简单安装/拆卸(成本优势，通过车辆生产商的认可)。
在现有技术中通过耦合元件形成的空心镜筒由一个玻璃和/或塑料制成的导光体代替，它将空心镜筒方案中的相对较大的镜筒空间减小到一个对照相机而言恰好足够的照相机空间，它并不容纳整个照相机而只是它的一部分，从而使照相机可以与导光体相连。这在图2至7的实施例中有所描述。通过将照相机附加到导光体上，也可以有利地单独更换照相机。
所述照相机空间也实现了防尘保护。由于其体积较小，可以省去抽真空的步骤，因为可以快热加热照相机空间，以预防水汽凝结。如果为导光体使用一种具有较低导热性的材料，则能够将照相机空间与车窗玻璃良好地隔离。这会进一步降低水汽凝结的危险。
优点还在于(尽管没有在图中示出)，可以通过将导光体和照相机第一个光学透镜熔合为一个棱镜-透镜单元而省去照相机空间。导光体和照相机从而形成一个完整的传感器模块。
如图2中所示，导光体可以通过粘接与车窗玻璃连接在一起。
从图3中给出了连接导光体与车窗玻璃的另一种可能性，即通过在照相机视场外部进行固定来实现。
其中可以想到不同的固定机制，从粘在车窗上的固定环(例如具有插接式联接)到置入到玻璃中的引脚，其借助按钮原理来固定导光体。在具有“位于视场外部的固定”的变体中，还附带地需要一个具有弹性的和光学透明的连接元件(例如胶体块)，其作为单独的元件来实现或者与导光体相连接，它可以抵消车窗玻璃内包含的容差，并形成与导光体的光学连接。
在图2中描述的导光体与车窗玻璃的粘接中，粘接胶承担了消耗容差的功能。
在图2和3中提出的实施方式可以具有优点地实现照相机的更换以及在“具有固定元件的版本”中将导光体从前车窗卸下。
然而在图2所示的“粘接实现方式”中需要具有良好的机械和光学特性的粘胶，因为照相机要透过粘胶来拍摄，同时粘胶要在其整个使用寿命内可靠地固定所述***。
因此在图3中所示的“具有固定元件的版本”尤其具有优点，因为这样可以为车辆制造商节约高要求的粘胶，并且可以更换导光体。
曾经提到过的具有优点的通过使用消色差棱镜组合来避免色差的方法需要至少两部分导光体，如图4中所示。第一部分使入射光发生折射，并从而可以缩小导光体的尺寸。第二部分补偿产生的色差。
在光学作用介质之间的过渡可以自由切换，从而可以进一步优化。这些部分包括透光的、固态的材料，最好是玻璃或塑料。整个模块可以再次通过粘接或通过位于外部的固定点安装在车窗玻璃上。
考虑到材料堆积，为了避免带有压注技术问题的“大块”导光体，提供了下面的结构：一个设计为空心体的耦合元件，它将照相机与外部玻璃相连，并用光学透明的、可硬化的物质来填充，后文中称作“灌注材料”，功能上相当于导光体。
图5示出了一种此类填充的耦合元件的原理性结构。该耦合元件在这种实施方式里仅仅是一种用于将灌注材料固定成所希望的几何形状的形式，并且一直到照相机的透光视窗上都不具有任何光学功能。
通过灌注材料特别可以使大规模生产更为简化，因为可以避免零件的大量堆积。
此外，特别是在使用具有弹性、可硬化的灌注材料时，可以通过形成灌注材料的凸起表面实现与车窗玻璃的简单光学连接。这在图5和6中描述。由于灌注材料是可以变形的，其最好可以形成一种胶体类型的交联固体，它可以无需任何过渡直接附加到车窗玻璃上。
通过使用灌注材料既作为折射材料，又使抵消车窗玻璃的容差成为可能，节省了在使用“大块”导光体时必需的弹性连接元件，并且还改善了透明度。图5和6中所示的“灌注材料方案”在光学特性方面与先前讨论过的与图2和3所示的实施方式相对应的“单部分、大块的”导光体相同。当然一个可与图4所示实施方式相比的多体的导光体也可以通过使用多种不同的灌注材料来实现。
如果要校正色散现象，建议使用灌注材料作为折射介质，并使用已有的耦合元件作为起光学作用的校正元件，如图7中所示。
这里在起光学作用的介质之间的边界面也可以自由切换，只要它们不受外部形状(如车窗形状)的限制。对于光学成像的进一步优化则可以使用另外的校正元件，它们在光线通路上***设计为空心体的耦合元件的外壁。
本发明特别具有优点的是，尤其是对于倾斜度较大的车窗玻璃，显著减小了所需的构造空间的尺寸，这是由于导光体的光折射特性而得到的，降低了由反射造成的光损耗，并省去了费事的密封措施。

Claims (8)

1.一种用于机动车中的照相机***，具有朝向车窗玻璃的照相机，所述照相机与所述车窗玻璃相连接，其中在照相机镜头和车窗玻璃之间设置了一个由至少两种不同的固态的透光材料制成的导光体，
其特征在于，所述导光体具有至少两个带有不同光学特性的区域，这些区域共同构成了消色差棱镜组合。
2.根据权利要求1中的照相机***，其特征在于，所述至少两个区域彼此相邻设置并且相互连接。
3.根据权利要求1中的照相机***，其特征在于，设置有一个耦合元件，该耦合元件形成一个部分包围所述导光体的空心体。
4.根据权利要求3中的照相机***，其特征在于，所述耦合元件由至少两种透光的、可硬化的灌注材料来填充，所述灌注材料构成了所述导光体，并分别对应于所述至少两种不同的固态的透光材料。
5.根据权利要求4中的照相机***，其特征在于，至少一种灌注材料是软弹性体。
6.根据权利要求1的照相机***，其特征在于，所述导光体形成了作为图像校正元件的光学作用区域。
7.根据权利要求3中的照相机***，其特征在于，所述耦合元件和/或导光体与车窗玻璃粘接在一起。
8.根据权利要求3中的照相机***，其特征在于，所述耦合元件借助可解除的机械连接附加到车窗玻璃上。
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