本公開(kāi)一般涉及一種適合在自動(dòng)車(chē)輛上使用的相機(jī)，更具體地，涉及一種置于透鏡模塊和成像器設(shè)備之間的光導(dǎo)陣列，其中各光導(dǎo)的成像器端具有基于來(lái)自所述透鏡模塊的光的主光角(CRA，chief-ray-angle)的角度。

背景技術(shù)：

期望降低相機(jī)的成本和尺寸。一個(gè)方法是選擇提供增大主光角(CRA)的透鏡組件或透鏡模塊，因?yàn)槭褂迷O(shè)計(jì)有較小的規(guī)定最大CRA的透鏡模塊的相機(jī)通常更昂貴并且尺寸更大。不過(guò)，當(dāng)主光角很陡峭時(shí)，位于成像設(shè)備的周界附近的像素可能遭受到不可接受的衰減(roll-off)。這在用于寬角視場(chǎng)(短焦距)應(yīng)用的應(yīng)用中尤其真實(shí)。已提出使成像器設(shè)備配備有微透鏡以努力提高到達(dá)有效像素區(qū)域的光量。但是，像其它透鏡一樣，微透鏡具有其最有效工作的角度接受性。隨著入射角增大，到達(dá)有效像素區(qū)域的光量減少。許多透鏡設(shè)計(jì)試圖保持其圖像空間主光角小于七度以降低這些影響。還提出采用半遠(yuǎn)心型透鏡使得焦平面處的CRA接近0度，但這樣做不期望地提高了相機(jī)的成本和尺寸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

這里所描述的是一種相機(jī)，所述相機(jī)增加了光導(dǎo)陣列以能夠在具有較小的規(guī)定的最大CRA的成像設(shè)備上使用較低成本的透鏡模塊，且該透鏡模塊具有較好的光學(xué)性能、較低的成本但較大的最大CRA。其實(shí)現(xiàn)是通過(guò)將離開(kāi)透鏡的較大CRA光線束經(jīng)由光導(dǎo)陣列朝向成像器設(shè)備的各像素折射，其中每一個(gè)光導(dǎo)與對(duì)應(yīng)的像素對(duì)齊。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供一種適合在自動(dòng)車(chē)輛上使用的相機(jī)。所述相機(jī)包括：成像器設(shè)備，透鏡模塊，以及光導(dǎo)的陣列。所述成像器設(shè)備是可操作來(lái)確定圖像。所述成像器設(shè)備包含多個(gè)光檢測(cè)像素，每個(gè)像素覆蓋有微透鏡。所述透鏡模塊可操作來(lái)將來(lái)自所述相機(jī)的視場(chǎng)的光導(dǎo)向所述成像器設(shè)備。所述光導(dǎo)的陣列置于所述透鏡模塊和所述成像器設(shè)備之間。所述陣列布置成使得光導(dǎo)的每個(gè)實(shí)例與微透鏡的對(duì)應(yīng)實(shí)例對(duì)齊。每個(gè)光導(dǎo)由透鏡端和成像器端所限定。每個(gè)光導(dǎo)的透鏡端合作以限定所述陣列的平坦表面。所述光導(dǎo)的成像器端被表征為角度，所述角度經(jīng)選擇以將所述光導(dǎo)內(nèi)的光導(dǎo)向所述微透鏡的對(duì)應(yīng)實(shí)例?；趤?lái)自所述透鏡模塊的撞擊在所述透鏡端上的光的主光角(CRA)來(lái)確定所述角度。

在閱讀以?xún)H僅非限制性例子方式并參照附圖給出的以下優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明后，進(jìn)一步的特征和優(yōu)點(diǎn)將更清晰。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明將通過(guò)示例參照附圖進(jìn)行描述，其中：

圖1是按照一個(gè)實(shí)施例的配備有光導(dǎo)陣列的相機(jī)的側(cè)視圖；

圖2A是按照一個(gè)實(shí)施例的圖1中所示的光導(dǎo)陣列的成像器側(cè)的等距視圖；

圖2B是按照一個(gè)實(shí)施例的圖1中所示的光導(dǎo)陣列的特寫(xiě)等距視圖；

圖3是按照一個(gè)實(shí)施例的圖1中所示的相機(jī)的特寫(xiě)側(cè)視圖；

圖4是按照一個(gè)實(shí)施例的圖1中所示的光導(dǎo)陣列的透鏡側(cè)的前視圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出適合使用在自動(dòng)車(chē)輛(未示出)上的相機(jī)10的非限制性實(shí)例。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，這里所描述的制造相機(jī)10的教示在全自動(dòng)車(chē)輛(即自主駕駛車(chē)輛)和部分自動(dòng)車(chē)輛(即通常有操作人員(未示出)駕駛但在必要時(shí)向操作人員提供輔助以例如檢測(cè)/避免即將發(fā)生的碰撞的車(chē)輛)上都是有用的。這里所描述的相機(jī)10提供一種低成本、寬視場(chǎng)的相機(jī)設(shè)計(jì)，其很好地適用于汽車(chē)應(yīng)用。不過(guò)，應(yīng)知這里所提出的教示也適用于非汽車(chē)應(yīng)用，諸如獨(dú)立的、為特定目的而制造的相機(jī)，或整合到其他設(shè)備比如智能手機(jī)或平板內(nèi)的相機(jī)。

相機(jī)10包括成像器設(shè)備12，所述成像器設(shè)備12可操作來(lái)確定圖像14或?qū)D像14輸出到例如處理器16。如本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)顯而易見(jiàn)，所述處理器16可包括通用型處理器比如微處理器、特制的圖像處理器或其他控制電路，比如包含特定用途集成電路(ASIC)的模擬和/或數(shù)字控制電路，以用于處理圖像14。所述處理器16可與存儲(chǔ)器18通信，所述存儲(chǔ)器18包括非易失存儲(chǔ)器，比如電可擦除的可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)，以用于存儲(chǔ)圖像14的一個(gè)或多個(gè)實(shí)例以進(jìn)行相對(duì)長(zhǎng)期的存儲(chǔ)或進(jìn)一步的圖像處理。

成像器設(shè)備12通常包含多個(gè)光檢測(cè)像素20，每個(gè)像素用微透鏡22覆蓋，其目的與結(jié)構(gòu)是公知的。參看圖2A，雖然圖示出像素20的六個(gè)實(shí)例，但這僅是為了簡(jiǎn)化圖示及為了透視。應(yīng)理解所述成像器設(shè)備商業(yè)上可用的示例有成千上萬(wàn)的像素，例如1280×960的像素矩陣。不過(guò)，還已知成像器設(shè)備12能容許并仍能有效地捕獲圖像14的主光角(下文中的CRA 24)是有限制的。即，如果CRA24大于例如九度(9°)，則圖像14可能在周界周?chē)儾?，因?yàn)樽矒粼谖⑼哥R22的實(shí)例上且被導(dǎo)向像素20對(duì)應(yīng)實(shí)例的光量26減少了。

成像器設(shè)備12通常還包含透鏡模塊30，所述透鏡模塊30可操作來(lái)將來(lái)自相機(jī)10的視場(chǎng)32的光導(dǎo)向成像器設(shè)備12。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，如果期望透鏡模塊30有相對(duì)寬的視場(chǎng)，而CRA24的最大值受成像器設(shè)備12所限，那么透鏡模塊30的成本就會(huì)不期望地增加。不過(guò)，如果能夠使用較大值的CRA24，透鏡模塊30的成本就可以降低，而同時(shí)仍提供所期望的視場(chǎng)32。為了滿(mǎn)足這些沖突的要求或期望而仍提供經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)，相機(jī)10有利地包含置于透鏡模塊30和成像器設(shè)備12之間的光導(dǎo)36的陣列34。陣列34布置成使得光導(dǎo)36的每個(gè)實(shí)例都與微透鏡22的對(duì)應(yīng)實(shí)例對(duì)齊。

圖2A和2B進(jìn)一步示出陣列34和形成陣列34的光導(dǎo)36的非限制性細(xì)節(jié)。每個(gè)光導(dǎo)由朝向透鏡模塊30定向的光導(dǎo)36的透鏡端38與朝向成像器設(shè)備12的定向光導(dǎo)36的成像器端40限定。在此非限制性實(shí)施例中，每個(gè)光導(dǎo)36的透鏡端38合作以限定陣列34的平坦表面42。即，形成陣列34的所有光導(dǎo)36的透鏡端38是共面的。還構(gòu)想到陣列34的替代構(gòu)造，其中每個(gè)光導(dǎo)36的透鏡端38都以類(lèi)似于成像器端所示的方式成角度，這樣做的原因?qū)⒃诤竺孢M(jìn)行解釋。陣列34可以采用模塑或其他已知的用于制造微透鏡22的手段進(jìn)行制造。

每個(gè)光導(dǎo)36的成像器端40被表征為角度44，所述角度44經(jīng)選擇為將光導(dǎo)36內(nèi)的光導(dǎo)向微透鏡22的對(duì)應(yīng)實(shí)例。根據(jù)來(lái)自透鏡模塊30的撞擊在透鏡端38(即平坦表面42)上的光26的CRA24來(lái)確定此角度。如此，角度44可以是可用方位角44A和/或傾斜角44B表達(dá)的復(fù)合角度。包含了本文所描述的覆蓋成像器設(shè)備12的陣列34的適當(dāng)示例的相機(jī)10的計(jì)算機(jī)模型化指出，由于加入陣列34，透鏡模塊30可被構(gòu)造成使得撞擊在陣列34上的CRA 24的最大值為三十一度(31°)，而不是帶有成像器設(shè)備12的類(lèi)似示例但沒(méi)有陣列34的相機(jī)的先前提出的限制。對(duì)于由折射率1.8的材料所形成并具有以二十七度(27°)設(shè)定的角度44的光導(dǎo)，可實(shí)現(xiàn)該性能，其中成像器端40的零度傾斜平行于平坦表面42。

通過(guò)進(jìn)一步解釋?zhuān)上衿髟O(shè)備可表征為定義中心點(diǎn)46。那么角度44可表征為基于透鏡模塊30的輪廓(例如圖形曲線或非線性方程)來(lái)確定，所述輪廓表征出CRA24相對(duì)于微透鏡22的對(duì)應(yīng)實(shí)例距中心點(diǎn)46的距離48。應(yīng)注意，中心點(diǎn)附近處光導(dǎo)36的實(shí)例可以不要求成像端成角度。就是說(shuō)，如圖2A中所示，靠近中心點(diǎn)的光導(dǎo)36的成像端40可以類(lèi)似于光導(dǎo)36的這些實(shí)例的透鏡端38而是共面的。

圖3進(jìn)一步示出相機(jī)10的非限制性細(xì)節(jié)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，具有相對(duì)寬角的視場(chǎng)32的透鏡模塊30的典型示例(圖1)會(huì)呈現(xiàn)出很大的焦場(chǎng)曲率，使得中心點(diǎn)46附近的像素20所檢測(cè)到光可很好地聚焦，而距中心點(diǎn)46很遠(yuǎn)也即成像器設(shè)備12周?chē)幍南袼?0所檢測(cè)到的光未很好地聚焦。如果成像器設(shè)備12是相對(duì)大型的傳感器，此問(wèn)題更為惡化。為了矯正該焦場(chǎng)曲率，陣列34可以有利地配置成使每個(gè)光導(dǎo)36由指示透鏡端38和成像器端40之間的距離的導(dǎo)引長(zhǎng)度50表征。隨著導(dǎo)引長(zhǎng)度50增大，光導(dǎo)36的相應(yīng)實(shí)例的后焦距長(zhǎng)度(BFL)增大，使得焦點(diǎn)進(jìn)一步移向在外場(chǎng)處的像平面，在該外場(chǎng)處透鏡的場(chǎng)曲率導(dǎo)致失焦。通過(guò)配置陣列34以使得：與遠(yuǎn)離或偏離中心點(diǎn)46的光導(dǎo)36相比，光導(dǎo)36的導(dǎo)引長(zhǎng)度50在中心點(diǎn)46附近更小或更短，陣列34將有助于使場(chǎng)曲率更平坦從而跨成像設(shè)備提供更均勻的聚焦圖像。在此示例中，導(dǎo)引長(zhǎng)度50A小于導(dǎo)引長(zhǎng)度50B。因此，各光導(dǎo)36的導(dǎo)引長(zhǎng)度50隨著光導(dǎo)36距離中心點(diǎn)46的位移增大而增大。

圖4進(jìn)一步示出陣列34的非限制性細(xì)節(jié)，其中每個(gè)光導(dǎo)36包含或裝備有濾光器元件52。在此示例中，濾光器元件位于或應(yīng)用于每個(gè)光導(dǎo)36的透鏡端38，不過(guò)這不是要求的。替代性地，濾光器元件可應(yīng)用于成像器端40，或可以集成到用于形成每個(gè)光導(dǎo)的材料內(nèi)，即用于形成光導(dǎo)36的材料可以是著色的或調(diào)色的。如果期望每個(gè)光導(dǎo)36的過(guò)濾效果被唯一地確定，如圖4所示濾光器元件52的紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)實(shí)例所提出的，那么對(duì)于制造原因，將濾光器元件52應(yīng)用于透鏡端38可為優(yōu)選的，從而通過(guò)減少總零件數(shù)而簡(jiǎn)化相機(jī)10的組裝過(guò)程。

因此，提供包含光導(dǎo)36的陣列34的相機(jī)10。此陣列對(duì)提高成像設(shè)備的最大允許CRA是有效的，從而允許使用較大的CRA透鏡模塊，因而提供具有更好的性能、尺寸更小的、成本更低的相機(jī)。另外，可改變光導(dǎo)36的導(dǎo)引長(zhǎng)度50以矯正焦場(chǎng)曲率，從而改善具有寬視場(chǎng)相機(jī)的圖像清晰度。

雖然本發(fā)明是以其優(yōu)選實(shí)施例描述，但其不是意在如此地限制，而僅限于所附權(quán)利要求中所記載的范圍。