用于機動車輛的相機模塊和安裝相機模塊的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于機動車輛的相機模塊，所述相機模塊包括透鏡物鏡、保持所述透鏡物鏡的透鏡保持物和后部板，所述后部板被連接到所述透鏡保持物、并將圖像傳感器保持在透鏡物鏡的圖像平面中或將圖像傳感器保持為靠近透鏡物鏡的圖像平面。本發明還涉及安裝用于機動車輛的相機模塊的方法。
【背景技術】
[0002]在相機模塊的裝配過程中，為了補償透鏡物鏡的制造公差和圖像傳感器的俯仰(tilt)或不對齊(否則，這會導致圖像質量的下降)，通常使透鏡物鏡相對于圖像傳感器對齊。對齊的目的是使圖像傳感器的感光表面置于透鏡物鏡的圖像平面內，以及使圖像集中到圖像傳感器上。對齊步驟通常包括調整五個自由度或者調整六個自由度，這五個自由度具體地為視軸(bore sight)校正(xy)、偏轉(tip)-俯仰(或偏航(yaw)-傾斜(pitch))調整(θχ、9y)和聚焦調整(z)，六個自由度還增加了滾轉(roll)調整(θζ)，具體地用于包括多個協同操作的相機模塊的立體結構。
[0003]被稱作有效(active)對齊的優選的對齊過程將相機的圖像傳感器在裝配期間獲得的圖像數據用作反饋，所述反饋用于適應性地確定透鏡物鏡相對于圖像傳感器的最優位置。透鏡物鏡相對于圖像傳感器自由地移動，與此同時捕獲圖像并因此確定產出最佳圖像質量的透鏡物鏡的定向。一旦確定了透鏡物鏡的最優位置和定向，那么通常通過膠接合物將透鏡物鏡相對于圖像傳感器進行固定，所述膠接合物在透鏡物鏡和透鏡保持物的前方之間。
[0004]雖然光軸近似地被集中到圖像傳感器上且視軸誤差得以抑制，但是這個概念的缺點在于，由于溫度的改變引起的膠的改變導致了圖像平面的顯著的移位。在立體系統的情況下，這會妨礙立體穩定性。此外，由于透鏡物鏡通常圍繞光軸旋轉對稱，因而在對齊過程中不能通過相對于圖像傳感器對透鏡物鏡進行旋轉來校正圖像傳感器的滾轉角位移。因此，在立體系統中，在將相機模塊安裝到外部相機殼體部分期間，通過使一個相機模塊繞其自己的光軸進行旋轉來完成滾轉對齊，這是費時費力的。
[0005]同樣，在立體相機系統中，需要兩個相機的眼睛(eye)具有重合的視軸，并且隨著溫度的變化改變最小。為了處理單一和立體相機系統，必須顯著地修改有效對齊裝備。為了增加效率和產量，期望盡可能多地共享共同的生產過程，因此提出了用于相機眼睛的模塊化方法。對于任意汽車相機來說同樣關鍵的是使聚焦遍經溫度包絡線(temperatureenvelope)持續。
[0006]DE 10 2010 047 106 Al和WO 2011/131164 Al分別公開了相機系統，其中透鏡物鏡通過膠接合物相對于圖像傳感器被固定，所述膠接合物在透鏡物鏡和透鏡保持物之間。在對齊過程中，這些公開物中也不能通過相對于圖像傳感器對透鏡保持物進行旋轉來校正圖像傳感器的滾轉角位移。

【發明內容】

[0007]本發明潛在提出的問題是提供一種相機模塊，所述相機模塊既適用于單一系統中又適用于立體系統中，并且無需修改，這實現了已在相機模塊的安裝期間的滾轉對齊并且改善了立體系統情況下的立體穩定性。
[0008]本發明通過獨立權利要求的特征解決了這個問題。根據本發明，透鏡保持物相對于后部板的對齊由膠接合物固定，所述膠接合物在透鏡保持物和后部板之間。這使得能夠將膠接合物有利地放置到圖像傳感器的感光平面內或者靠近圖像傳感器的感光平面，或者放置到透鏡物鏡的圖像平面內或者靠近透鏡物鏡的圖像平面。膠接合物的這種定位具有很大的優勢，其優勢在于由于溫度的改變引起的膠的改變不會導致圖像平面的顯著的移位。因此，通常，相機模塊的穩定性和圖像質量更不易于隨溫度的改變而改變。圖像平面優選地是透鏡物鏡在其中產生聚焦的圖像的位置。
[0009]在立體系統的情況下，隨著溫度的改變，立體穩定性被很好的維持。此外，在對齊過程中，能夠通過相對于保持圖像傳感器的后部板對透鏡保持物進行旋轉來校正圖像傳感器的滾轉角位移。換句話說，在安裝相機模塊時，已經能夠執行滾轉對齊，從而被安裝好的相機模塊能夠自身完全地滾轉對齊，并且在將相機模塊安裝到相機殼體期間不需要進一步的滾轉對齊。同一類型的相機模塊適用于單一應用中以及立體應用中，并且無需修改。
[0010]為了最小化視軸誤差，在相機模塊的安裝期間，后部板的中心根據偏轉/俯仰校正在圖像平面中相對于光軸有利地具有通常非零的偏移。
[0011]優選地，透鏡物鏡的透鏡筒和/或透鏡間隔件由金屬制成，優選地為由黃銅制成。金屬(具體地為黃銅)作為用于透鏡物鏡的基本材料，其具有優選的溫度改變靈敏度屬性。這能夠改善相機單元對溫度改變的低靈敏度。
[0012]本發明的優選的方面涉及有效對齊步驟，所述有效對齊步驟由視覺系統制造商來執行。有效對齊步驟有利地包括以下幾步:設置已安裝好的透鏡保持物單元、將膠應用到透鏡保持物單元和/或后部板、透鏡保持物單元與后部板相對于彼此定位、拍攝參考圖像、改變透鏡保持物單元相對于后部板的位置和/或定向直至相對位置和/或相對定向成為最優、以及在將透鏡保持物單元和后部板保持到最優相對位置和最優相對定向的同時硬化所述膠。
[0013]在該有效對齊期間，有利地調整透鏡物鏡的偏航和傾斜(或者偏轉和俯仰)，以使得透鏡物鏡的圖像平面與圖像傳感器相重合。這意味著透鏡物鏡繞著兩個偏轉-俯仰旋轉自由度進行旋轉。這些旋轉的幅度被對齊設備所記錄。此外，通過在X和y方向上移動具有透鏡物鏡的透鏡保持物單元來調整在圖像傳感器的感光平面中的圖像的χ-y位置，從而相機模塊一旦被安裝到外部殼體中看起來將是筆直的，并且視軸誤差被最小化。由于在X方向和y方向上的有效對齊，每個相機模塊的視軸被固有地明確限定，從而對于立體系統而言，不需要額外地調整兩個相機模塊之間的視軸。
[0014]此外，在上述有效對齊期間，對齊設備有利地記錄了圖像傳感器所看到的對象的旋轉誤差或滾轉誤差。這種記錄被轉化為透鏡保持物自身的旋轉，以使圖像傳感器與透鏡保持物的外部特征相對齊。透鏡保持物的這些外部特征可用于將相機模塊匹配到外部相機殼體部分中。
[0015]有效對齊的結果是會有大致楔狀的膠接合物。由于膠接合物被有利地設置在圖像傳感器平面處，或者可替換地被設置在透鏡物鏡的主平面處，因而可基本上獨立于單個楔角(wedge angle)來使視軸持續。
【附圖說明】
[0016]下文將結合附圖，基于優選的實施例對本發明進行描述，其中:
[0017]圖1示出闡釋視覺系統的示意圖；
[0018]圖2不出相機模塊的截面圖；
[0019]圖3示出相機模塊的立體圖；
[0020]圖4示出相機模塊的俯視圖；
[0021]圖5示出透鏡保持物的截面圖；
[0022]圖6示出透鏡保持物的側視圖；
[0023]圖7示出透鏡保持物的俯視圖；
[0024]圖8示出后部板裝置的立體圖；
[0025]圖9示出透鏡物鏡的示意性截面圖；
[0026]圖10示出使用被預安裝好的透鏡保持物單元的相機單元的安裝步驟。
【具體實施方式】
[0027]視覺系統10被安裝于機動車輛內，并且包括用于捕獲機動車輛周圍的范圍的圖像的成像構件11，所述機動車輛周圍的范圍例如是機動車輛前方的范圍。優選地，成像構件11包括一個或多個光學成像設備12，具體地為相機模塊，具體地為在可見波長范圍內工作。然而，也可以是紅外線相機，其中紅外線涵蓋波長小于5微米的近紅外線(IR)和/或波長大于5微米的遠紅外線。在一些實施例中，成像構件11包括具體地形成為立體成像構件11的多個成像設備12。在另一些實施例中，可使用形成為單一成像構件11的僅一個成像設備12。每個相機模塊12具有一條光路，因此也可將其稱為相機眼睛(camera eye)。
[0028]成像構件11可耦接到圖像預處理器(圖1中未示出)，所述圖像預處理器適于通過成像構件11控制圖像的捕獲、從成像構件11接收包含圖像信息的電信號、使左/右圖像對變形以對齊和/或產生不一致的圖像，這本身在本領域中是已知的。可以通過專用硬件電路(具體地為現場可編程門陣列(FPGA))來實現圖像預處理器。可替換地，預處理器或其功能的一部分可在電子處理構件14中實現。在僅使用一個相機12的單一成像構件11的情況下，不需要預處理器。
[0029]圖像數據被提供給電子處理構件14，其中由相應的軟件來完成進一步的圖像和數據處理。具體地，處理構件14中對圖像和數字的處理包括下述功能:對機動車輛周圍可能存在的對象的識別和分類，例如行人、其他車輛、騎自行車的人或大型動物；追蹤在記錄的圖像中的被識別的對象候選隨時間而改變的位置；對車輛和檢測到的對象之間的碰撞概率的估計；以及/或者根據上述碰撞概率的估計結果激活或控制至少一個駕駛員輔助構件18。駕駛員輔助構件18可具體地包括用于顯示與檢測到的對象有關的信息的顯示構件。然而，本發明不受限于顯示構件。額外地或可替換地，駕駛員輔助構件18可以包括預警構件，所述預警構件適于通過合適的光學的、聲學的和/或觸覺的預警信號向駕駛員提供碰撞預警；一個或多個約束系統，例如乘員安全氣囊或安全帶張緊裝置、行人安全氣囊、發動機罩撐桿等；以及/或者動態車輛控制系統，例如制動器或操縱構件。處理構件14可方便地訪問存儲構件25。
[0030]電子處理構件14優選地是編程的或可編程的，并且適宜地包括微處理器或微控制器。電子處理構件14優選地在數字信號處理器(DSP)中實現。電子處理構件14和存儲構件25優選地在車載電子控制單元(ECT)中實現，并且可通過單獨的電纜或車輛數據總線被連接到成像構件11。在其它實施例中，可將ECU和成像設備12中的一個或多個集成到單一單元，其中包含ECU和所有成像設備12的一體化的解決方案是優選的。在實時駕駛期間，從成像、圖像處理到駕駛員輔助構件18的激活或控制的所有步驟都是自動地且連續地執行的。
[0031]在圖2至圖8所示的優選實施例中，相機模塊12包括透鏡物鏡20、保持所述透鏡物鏡20的透鏡保持物53、圖像傳感器24和保持所述圖像傳感器24的后部板32。透鏡保持物53通過膠接合物80被連接到后部板32，所述膠接合物80具有整體的環形形狀，或者例如由多個膠點組成。膠80優選地是紫外線(UV)固化膠。透鏡保持物53、后部板32和膠接合物80形成殼體22。除了入射光的開口 28，所述殼體22連同透鏡物鏡20以不透光的方式基本地封閉。對于熱穩定性，透鏡保持物53優選地由金屬制成，例如鋅合金。如圖8所示，被安裝好的后部板單元90包括后部板32、傳感器24和印刷電路板83。
[0032]透鏡保持物53包括管狀部分54和底部部分55，所述管狀部分54優選地是圓柱形的且平行于透鏡物鏡20