CN117561476A - 包括相机和用于吸收光的不透明元件的光学模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于车辆的光学模块(1)，所述光学模块(1)包括：‑包括一组光学透镜(100)的相机(10)；‑被配置成接纳所述相机(10)的壳体(11)；以及‑外透镜(12)，该外透镜被布置成面向所述相机(10)，并被配置成从所述车辆的外部隐藏所述相机(10)；其特征在于，所述光学模块(1)进一步包括不透明元件(13)，该不透明元件被配置成吸收来自所述车辆(2)外部的光(Lx)，从而减少所述光(Lx)在所述相机(10)的所述一组光学透镜上的杂散反射(100)。

Description

包括相机和用于吸收光的不透明元件的光学模块

本发明涉及一种用于车辆的光学模块。该光学模块特别但非限制性地适用于机动车辆。

如图1所示，用于车辆的光学模块6的本领域技术人员已知的示例包括：

-包括一组光学透镜600的相机60，

-被配置成接纳所述相机60的壳体61，

-面向所述相机60放置的外透镜62。

外透镜62是不透明的，这允许从车辆外部隐藏相机60。因此，车辆外部的观察者在观看光学模块6时看不到相机60。相机60用于监测车辆的外部环境。该相机生成车辆的外部环境的图像，这些图像帮助车辆的驾驶员，特别是在停放所述车辆时。车辆在其车载屏幕上显示来自相机60的图像。

该现有技术的一个缺点是，从车辆外部到达的光Lx、特别是来自上方的光在该组光学透镜600上朝向外透镜62的内表面620反射，从而产生如图1所示的初级反射r1。这些初级反射r1是1阶反射。这些初级反射r1又在所述外透镜62的内表面620上反射，并因此产生次级反射r2，这些次级反射返回到如图1所示的该组不透明透镜600。这些次级反射r2是2阶反射。这些次级反射r2在该组光学透镜600内部产生光Lx的寄生漫射，称为眩光。驾驶员将在由相机60生成的图像上看到这些次级反射r2，这对于在车载屏幕上观看来自相机60的图像的所述驾驶员来说将会在视觉上引起烦扰。这将使他们难以停放车辆。

在此背景下，本发明旨在提供一种允许克服上述缺点的光学模块。

为此，本发明提出了一种用于车辆的光学模块，所述光学模块包括：

-包括一组光学透镜的相机，

-被配置成接纳所述相机的壳体，

-面向所述相机放置的外透镜，该外透镜被配置成从所述车辆外部隐藏所述相机，其特征在于，所述光学模块进一步包括不透明元件，该不透明元件被配置成吸收来自所述车辆外部的光，从而减少所述光在所述相机的所述一组光学透镜上的寄生反射。

根据非限制性实施例，所述光学模块可以进一步包括单独或以任何技术上可能的组合实施的以下附加特征中的一个或多个。

根据一个非限制性实施例，

根据一个非限制性实施例，

根据一个非限制性实施例，所述寄生反射来自光在所述外透镜的内表面上的反射。

根据一个非限制性实施例，所述不透明元件是所述外透镜，所述外透镜包括第一部分和第二部分并且以非均匀方式不透明。

根据一个非限制性实施例，所述外透镜的所述第一部分比所述第二部分更不透明。

根据一个非限制性实施例，所述第一部分比第二部分更暗。

根据一个非限制性实施例，所述第一部分的厚度大于所述第二部分。

根据一个非限制性实施例，所述第一部分由比所述第二部分的材料吸收更多光的材料制成。

根据一个非限制性实施例，所述外透镜的所述第一部分的不透明度在30％与50％之间。

根据一个非限制性实施例，所述外透镜的所述第二部分的透明度在75％与80％之间。

根据一个非限制性实施例，所述外透镜的所述第一部分相对于所述相机的光轴成大于或等于11°的角度布置。

根据一个非限制性实施例，所述外透镜的所述第一部分相对于所述相机的光轴成大于或等于21°的角度布置。

根据一个非限制性实施例，所述不透明元件是定位成从所述相机的壳体突出的不透明帽。

根据一个非限制性实施例，所述不透明元件是定位在相机的所述一组光学透镜上方的不透明帽。

根据一个非限制性实施例，所述壳体包括非反射内表面。

根据一个非限制性实施例，所述光是自然光或来自路灯的光。

根据一个非限制性实施例，所述外透镜的所述第一部分的不透明度在30％与50％之间，并且所述外透镜的所述第二部分的透明度在75％与80％之间。

根据一个非限制性实施例，所述外透镜的所述第一部分的不透明度为50％，并且所述外透镜的所述第二部分的透明度为80％。

根据一个非限制性实施例，所述外透镜的所述第一部分以可变的方式不透明。

根据一个非限制性实施例，所述外透镜的所述第一部分的厚度大于2mm，并且所述第二部分的厚度基本上等于2mm。

根据一个非限制性实施例，第一部分相对于所述相机的光轴成11°与25°之间的角度布置。

通过阅读以下描述并研究附图，将会更好地理解本发明及其各种应用，在附图中：

[图1]是根据现有技术的用于车辆的光学模块的示意图，所述光学模块包括相机、用于所述相机的壳体、以及外透镜，

[图2]是根据本发明的用于车辆的光学模块的示意图，所述光学模块包括相机、用于所述相机的壳体、外透镜、以及不透明元件，

[图3]是根据第一非限制性实施例的第一替代性实施例的图2的光学模块的示意侧视图，根据该第一非限制性实施例，所述外透镜和所述不透明元件相组合，

[图4]是根据第一非限制性实施例的第二替代性实施例的图2的光学模块的示意侧视图，根据该第一非限制性实施例，所述外透镜和所述不透明元件相组合，

[图5]是根据第一非限制性实施例的第三替代性实施例的图2的光学模块的示意侧视图，根据该第一非限制性实施例，所述外透镜和所述不透明元件相组合，

[图6]是根据第二非限制性实施例的第一替代性实施例的图2的光学模块的示意侧视图，根据该第二非限制性实施例，所述外透镜和所述不透明元件是单独的元件，

[图7]是根据第二非限制性实施例的第二替代性实施例的图2的光学模块的示意侧视图，根据该第二非限制性实施例，所述外透镜和所述不透明元件是单独的元件，

[图8]是根据一个非限制性实施例的图2的光学模块的示意侧视图，所述光学模块被布置在距路灯某一距离处；

除非另有说明，否则在结构或功能方面相同并且出现在各个图中的元件保留相同的附图标记。

参照图2至图8描述根据本发明的用于车辆2的光学模块1。在一个非限制性实施例中，车辆2是机动车辆。机动车辆被理解为是指任何类型的机动化车辆。在说明书的整个其余部分中，该实施例作为非限制性示例。在说明书的其余部分中，车辆2因此另外地被称为机动车辆2。

如图2所示，用于机动车辆2的光学模块1包括：

-相机10，

-壳体11，

-外透镜12，以及

-不透明元件13。

相机10包括一组光学透镜100。所述一组光学透镜100包括一个或多个光学透镜。相机10具有视场Fov。相机10生成机动车辆2的外部环境的图像i1。换句话说，该相机生成与外部环境中的场景相关的图像i1。因此，相机10检测移动对象(比如其他车辆、行人、自行车等)或静态对象(比如人行道、道路标记、建筑物、树木等)。在一个非限制性示例中，图像i1显示在机动车辆2的仪表板上并且允许机动车辆2的驾驶员执行用于停放所述机动车辆2的操作。在另一非限制性示例中，图像i1允许驾驶员在交叉路口看到可能来自右侧和左侧的车辆，以确定他们是否可以安全地穿过交叉路口。在另一非限制性示例中，图像i1是来自倒车相机的图像。因此，这些图像使得可以看到机动车辆2后面的行人，并因此允许驾驶员完全安全地执行倒车操作，而不会撞倒行人。相机10进一步包括与光学透镜100相关联的光学传感器101，所述光学传感器101具有积分时间t1。积分时间t1是光学传感器101的单元的打开时间。

在一个非限制性实施例中，相机10是HDR或“高动态范围”相机并且具有多个积分时间t1。HDR相机使得可以使用场景的被同时、特别是通过不同的积分时间t1捕获的三个图像来重建并且因此生成没有噪声的单个最终图像。这也提高了最终图像的光对比度，以便使最终图像具有更多细节。

在一个非限制性实施例中，相机10是广角相机。在一个非限制性示例中，相机10相对于车辆轴线Ax具有170°的总水平角度。在非限制性实施例中，相机10放置在所述机动车辆2的前部、后部或一侧上。在非限制性实施例中，相机10定位于：

-机动车辆2的前部处的标识上，或

-前头灯中，或

-尾灯中，或

-后保险杠上，或

-后视镜上。

壳体11被配置成接纳相机10。该壳体被外透镜12封闭。在一个非限制性实施例中，壳体11的内表面11b是黑色且不反射的。为了是不反射的，在一个非限制性实施例中，其被覆盖有哑光涂料。这使得可以从机动车辆2外部隐藏相机10。因此，机动车辆2外部的观察者如果观看光学模块1将看不到相机10。

外透镜12(另外地称为保护透镜)被放置为面向相机10。该外透镜被配置成从机动车辆2外部隐藏相机10。因此，对于在机动车辆2外部观看光学模块1的观察者来说，相机10是不可见的。因此外透镜12是不透明的。在一个非限制性实施例中，外透镜12具有基本上等于20％的不透明度(换句话说，基本上等于80％的透明度)。外透镜12具有面向相机10的内表面120和与内表面120相反、面向机动车辆2的外部的外表面121。在一个非限制性实施例中，外透镜12封闭壳体11。

不透明元件13被配置成吸收来自机动车辆2外部的光Lx，从而大幅度减少或者甚至完全消除所述光Lx在相机10的该组光学透镜100上的寄生反射(在描绘现有技术的图1中标记为r2)。

来自外部的光Lx另外地称为外部光Lx。该光Lx是来自太阳的自然光(另外地称为天顶光)或来自路灯的光。该光是相对于相机10的光轴Aa来自上方的光。在一个非限制性实施例中，相机10的光轴Aa对应于该组光学透镜100的光学中心。

如下面将看到的，不透明元件13与外透镜12组合或独立于外透镜。在图2中，不透明元件13被示意性地示出为独立于外透镜12。

在图3至图5所示的第一非限制性实施例中，不透明元件13是所述外透镜12。不透明元件13和所述外透镜12因此相组合。外透镜12由第一部分12a(另外地称为上部部分12a)和第二部分12b(另外地称为下部部分12b)组成，并且其以非均匀方式不透明。

在一个非限制性实施例中，第一部分12a和第二部分12b布置的方式为使得覆盖相机10的视场Fov。

第一部分12a被配置成直接接收光Lx，而第二部分12b被配置成直接接收光Lx的小部分或者不直接接收光Lx。因此，上部部分12a沿着垂直于车辆轴线Ax的轴线Az位于下部部分12b上方。注意，光Lx可以在机动车辆2所在的地面上反射，从而特别地到达第二部分12b。因此，第二部分12b将接收光Lx，但主要或甚至完全经由其在地面上的反射而间接接收。注意，来自地面的反射几乎不会产生眩光。因此，这些反射的来源是路灯和太阳。另一来源可以是其他汽车。

在一个非限制性实施例中，上部部分12a因此从壳体11的顶部110延伸至相机10的大约中间高度，换句话说，延伸至相机10的大约光轴Aa；而下部部分12b从壳体11的底部111延伸至相机10的大约中间高度，换句话说，延伸至相机10的大约光轴Aa。

在一个非限制性实施例中，上部部分12a和下部部分12b是平坦的。

如图8所示，在一个非限制性实施例中，相机10聚焦直到20米的最大观察距离D1。在最坏的情况下，相机10可能被来自图8所示的路灯4的、处于角度β＝Arctan(D2/D1)的光Lx眩晕，其中D2＝路灯4的尺寸减去相机10相对于地面5的高度h1。在非限制性示例性实施例中，相机10布置在相对于地面5为1米的高度h1处。这是被称为“环视相机”的用于全景视觉的相机10的情况。在一个非限制性实施例中，路灯4具有高度在5m与9m之间的尺寸D0。因此，β＝Arctan(4/20)＝11°，其中4＝5米减1米。因此，在一个非限制性实施例中，第一部分12a相对于相机10的光轴Aa布置在大于或等于11°的角度β处。即，第一部分12a的下端停止在11°的角度β上方。

注意，路灯4的照度为大约500勒克斯(lux)，或者在路灯5m高的情况下光强度为40500cd(坎德拉)。在20米的观察距离D1处，照度将大约等于100勒克斯，这是非常低的。另一方面，在10米的观察距离D1处，照度将为约250勒克斯。来自这种路灯4的光Lx因此将在观察距离D1＝10m处比在观察距离D1＝20m处引起更强的眩光效果。此外，在另一非限制性实施例中，第一部分12a相对于相机10的光轴Aa布置在大于或等于21°的角度β处。

在一个非限制性实施例中，第一部分12a相对于相机10的光轴Aa布置在11°与25°之间的角度β处。

外透镜的第一部分12a比第二部分12b更不透明，因此吸收更多的光Lx，而第二部分12b更透明，因此让更多的特别是在地面上反射的光Lx以及更多的直射光Lx(如果它接收到直射光)进入。

在一个非限制性实施例中，第一部分12a的不透明度在30％与50％之间(换句话说，透明度在70％与50％之间)，而第二部分12b的透明度在75％与80％之间(换句话说，不透明度在20％与25％之间)。在非限制性替代性实施例中，第一部分12a的不透明度为50％(换句话说，透明度为50％)，而第二部分的透明度为80％(换句话说，不透明度为20％)。这意味着第一部分12a阻挡50％的光Lx，而第二部分12b让到达光学模块10上的光Lx的80％通过。

在一个非限制性实施例中，第一部分12a以可变的方式不透明。因此，在一个非限制性示例中，第一部分12a的不透明度可以从底部到顶部逐渐增加，换句话说，从靠近相机10的光轴Aa定位的端部直到靠近壳体11的顶部110定位的端部逐渐增加。同样，在一个非限制性实施例中，第二部分12b以可变的方式透明。因此，在一个非限制性示例中，第二部分12b的透明度可以从顶部到底部逐渐增加，换句话说，从靠近相机10的光轴Aa定位的端部直到靠近壳体11的底部111定位的端部逐渐增加。

上部部分12a吸收光Lx，使得光在此水平处仅部分地穿过外透镜12，并且使得在所述外透镜12的所述内表面120上存在非常少的寄生反射或者甚至根本没有寄生反射，这些寄生反射扰乱来自相机10的图像i1。如图3至图5所示，上部部分12a吸收光Lx的大部分Lx'并让小部分Lx”通过。上部部分12a还显著地减少或甚至消除了其他寄生反射，这些寄生反射是该组光学透镜100上的其他次级反射，并且来自外部光Lx在外透镜12内部的反射、换句话说直接在该外透镜的内表面120上的反射，并返回到该组光学透镜100。

下面描述用于使外透镜12的第一部分12a与第二部分12b相比更不透明的三个非限制性替代性实施例。

在图3所示的第一非限制性替代性实施例中，第一部分12a比第二部分12b更暗。这使得第一部分更不透明。注意，为了使第一部分12a比第二部分12b更暗，在工业过程中，在一个非限制性实施例中，使上部部分12a变暗。因此，在一个非限制性示例中，上部部分12a的不透明度将为30％，而不是20％的不透明度。在另一非限制性实施例中，使下部部分12b更清楚。因此，在一个非限制性示例中，下部部分12b将是90％透明的，而不是上部部分12a为70％透明的。为了使上部部分12a更暗，在一个非限制性示例中，可以使用有色涂料。在另一非限制性示例中，可以使用2K或3K多注射注塑成型工艺。

在图4所示的第二非限制性替代性实施例中，第一部分12a的厚度e1大于所述第二部分12b的厚度e2。加厚第一部分12a的材料使其更不透明并且因此其吸收更多的光Lx。在一个非限制性实施例中，厚度e1大于2mm。在一个非限制性实施例中，该厚度等于3mm以获得50％的不透明度。在一个非限制性实施例中，厚度e2基本上等于2mm。

注意，材料根据线性吸收系数α吸收光，使得P＝P0 x exp(-αx e)，其中e为材料的厚度，在这种情况下e＝e1为第一部分12a的材料的厚度，P为光Lx的发光功率，P0为初始光功率。因此，α＝(4xπx k)/λ，其中λ为光Lx的波长，k为第一部分12a的材料固有的消光系数。k取决于材料的折射率和介电常数。由于k的公式是本领域技术人员已知的，因此在此不描述k。

在图5所示的第三非限制性替代性实施例中，第一部分12a由比所述第二部分12b的材料m2吸收更多光Lx的材料m1制成。在一个非限制性示例中，下部部分12b由PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)或PC(聚碳酸酯)材料制成。在一个非限制性示例中，上部部分12a由内部具有更多着色颜料(以点展示)的PMMA或PC材料制成，这些着色颜料将吸收光Lx并且因此使该上部部分更不透明。

在图6和图7所示的第二非限制性实施例中，不透明元件13独立于所述外透镜12并且是不透明帽。因此它们没有相组合。在该第二非限制性实施例中，在一个非限制性示例中，外透镜12是20％不透明的并且因此让来自机动车辆2外部的光Lx的80％进入。在一个非限制性实施例中，不透明帽13是平坦的。不透明帽13被布置成不阻挡相机10的视场Fov。

在图6所示的第一非限制性替代性实施例中，不透明帽13定位成从相机10的壳体11突出。该不透明帽平行于相机10的光轴Aa并从壳体11的顶部110延伸。如可以看出的，不透明帽13吸收光Lx。不透明帽部分或全部吸收光。这取决于不透明帽的不透明度。在所示的非限制性示例中，不透明帽完全吸收光。在一个非限制性示例中，不透明帽13黏附地粘合到壳体11。

在图7所示的第二非限制性替代性实施例中，不透明帽13定位在相机10的所述一组光学透镜100上方。不透明帽平行于相机10的光轴Aa延伸。如可以看出的，不透明帽13吸收光Lx。不透明帽部分或全部吸收光。这取决于不透明帽的不透明度。在所示的非限制性示例中，不透明帽完全吸收光。在该第二非限制性替代性实施例的一个非限制性实施例中，不透明帽13抵靠外透镜12放置。在一个非限制性示例中，不透明帽黏附地粘合到外透镜12。

注意，在没有不透明元件13的相机中，场景越暗，用于捕获和生成所述场景的图像i1的积分时间t1必须越长，而场景越亮，积分时间t1必须越短。此外，在没有不透明元件13的情况下，需要几个积分时间t1才能得到在图像的各个区域之间具有强对比度的最终图像i1，在该最终图像中，可以清楚地看到捕获的场景的所有区域中的细节。例如，需要较短的积分时间t1来捕获比道路更亮的天空中的云(图像的暗元素变暗)，而需要较长的积分时间t1来捕获比天空更暗的道路上凸块(天空饱和，因此变得几乎全白)。

在图像i1中，场景的光强度朝向顶部(在天空水平处)比相机10的光轴Aa处或朝向地面的部分更大。不透明元件13使得可以补偿光强度的这种差异。相机10生成的整个图像i1上的光强度变得更加均匀。不透明元件13使得可以使图像i1的顶部变暗。不是使用几个积分时间t1，而是使用单个积分时间t1，在图像i1中，可以清楚地看到图像i1的所有区域中的细节、特别是在捕获的场景的顶部处以及在捕获的场景的底部处的细节。因此，图像i1中的各个元素之间的对比度利用不透明元件13降低。

还要注意，在没有不透明元件13的相机中，通过增加图像i1中的对比度，光学传感器101的信噪比降低。具体而言，在没有不透明元件13的情况下，对于给定的积分时间t1，获得的图像朝向光强度的极端具有更多的量化误差。利用不透明元件13，由于减少了光强度的极端处的量化噪声，所以信噪比增加。因此，常规的HDR不需要有具有不同积分时间t1的多于一张图像。

因此，利用不透明元件13，图像i1的对比度降低并且信噪比增加，这使得可以看到图像i1中的更多细节。因此，观察来自相机10的图像i1的驾驶员将更清楚地看到细节，这将使得例如在停车时更容易操作。

当然，本发明的描述不限于上述实施例和上述领域。因此，在一个非限制性实施例中，该组光学透镜100可以用抗反射处理进行处理。因此，在另一非限制性实施例中，上部部分12a可以从壳体11的顶部110延伸到相机10的1/3，而不是从壳体11的顶部延伸到相机10的大约中间高度。

因此，所描述的本发明特别地具有以下优点：

-使得可以显著减少甚至消除该组光学透镜上的寄生反射，即由光Lx引起的寄生反射；因此使得可以减少甚至消除眩光，使得车辆2的驾驶员在观察来自相机的图像时不再烦恼，

-使得可以对从机动车辆2外部观看光学模块1的观察者隐藏相机10，

-使得可以获得更均匀的图像，并且因此而降低图像i1中的对比度，从而获得更好的图像渲染质量，

-使得可以增加信噪比，特别是在通常朝向图像i1的底部定位的暗部分中。

Claims (15)

1.一种用于车辆(2)的光学模块(1)，所述光学模块(1)包括：

-包括一组光学透镜(100)的相机(10)，

-被配置成接纳所述相机(10)的壳体(11)，

-面向所述相机(10)放置的外透镜(12)，所述外透镜被配置成从所述车辆(2)外部隐藏所述相机(10)，其特征在于，所述光学模块(1)进一步包括不透明元件(13)，所述不透明元件被配置成吸收来自所述车辆(2)外部的光(Lx)，从而减少所述光(Lx)在所述相机(10)的所述一组光学透镜上的寄生反射(100)。

2.如权利要求1所述的光学模块(1)，其中，所述寄生反射来自光(Lx)在所述外透镜(12)的内表面(120)上的反射。

3.如前述权利要求中任一项所述的光学模块(1)，其中，所述不透明元件(13)是所述外透镜(12)，所述外透镜(12)包括第一部分(12a)和第二部分(12b)并且以非均匀方式不透明。

4.如权利要求3所述的光学模块(1)，其中，所述外透镜(12)的所述第一部分(12a)比所述第二部分(12b)更不透明。

5.如权利要求4所述的光学模块(1)，其中，所述第一部分(12a)比所述第二部分(12b)更暗。

6.如权利要求4所述的光学模块(1)，其中，所述第一部分(12a)的厚度大于所述第二部分(12b)。

7.如权利要求4所述的光学模块(1)，其中，所述第一部分(12a)由比所述第二部分(12b)的材料(m2)吸收更多光(Lx)的材料(m1)制成。

8.如权利要求4至7中任一项所述的光学模块(1)，其中，所述外透镜(12)的所述第一部分(12a)的不透明度在30％与50％之间。

9.如权利要求4至8中任一项所述的光学模块(1)，其中，所述外透镜(12)的所述第二部分(12b)的透明度在75％与80％之间。

10.如权利要求3至9中任一项所述的光学模块(1)，其中，所述外透镜(12)的所述第一部分(12a)相对于所述相机(10)的光轴(Aa)成大于或等于11°的角度(β)布置。

11.如权利要求3至10中任一项所述的光学模块(1)，其中，所述外透镜(12)的所述第一部分(12a)相对于所述相机(10)的光轴(Aa)成大于或等于21°的角度(β)布置。

12.如权利要求1或权利要求书2所述的光学模块(1)，其中，所述不透明元件(13)是定位成从所述相机(10)的所述壳体(11)突出的不透明帽。

13.如权利要求1或权利要求书2所述的光学模块(1)，其中，所述不透明元件(13)是定位在所述相机(10)的所述一组光学透镜(100)上方的不透明帽。

14.如前述权利要求中任一项所述的光学模块(1)，其中，所述壳体(11)包括非反射内表面(11b)。

15.如前述权利要求中任一项所述的光学模块(1)，其中，所述光(Lx)是自然光或来自路灯的光。