用于自动车辆的具有光导阵列的相机的制作方法

本公开一般涉及一种适合在自动车辆上使用的相机，更具体地，涉及一种置于透镜模块和成像器设备之间的光导阵列，其中各光导的成像器端具有基于来自所述透镜模块的光的主光角(CRA，chief-ray-angle)的角度。

背景技术：

期望降低相机的成本和尺寸。一个方法是选择提供增大主光角(CRA)的透镜组件或透镜模块，因为使用设计有较小的规定最大CRA的透镜模块的相机通常更昂贵并且尺寸更大。不过，当主光角很陡峭时，位于成像设备的周界附近的像素可能遭受到不可接受的衰减(roll-off)。这在用于宽角视场(短焦距)应用的应用中尤其真实。已提出使成像器设备配备有微透镜以努力提高到达有效像素区域的光量。但是，像其它透镜一样，微透镜具有其最有效工作的角度接受性。随着入射角增大，到达有效像素区域的光量减少。许多透镜设计试图保持其图像空间主光角小于七度以降低这些影响。还提出采用半远心型透镜使得焦平面处的CRA接近0度，但这样做不期望地提高了相机的成本和尺寸。

技术实现要素：

这里所描述的是一种相机，所述相机增加了光导阵列以能够在具有较小的规定的最大CRA的成像设备上使用较低成本的透镜模块，且该透镜模块具有较好的光学性能、较低的成本但较大的最大CRA。其实现是通过将离开透镜的较大CRA光线束经由光导阵列朝向成像器设备的各像素折射，其中每一个光导与对应的像素对齐。

根据一个实施例，提供一种适合在自动车辆上使用的相机。所述相机包括：成像器设备，透镜模块，以及光导的阵列。所述成像器设备是可操作来确定图像。所述成像器设备包含多个光检测像素，每个像素覆盖有微透镜。所述透镜模块可操作来将来自所述相机的视场的光导向所述成像器设备。所述光导的阵列置于所述透镜模块和所述成像器设备之间。所述阵列布置成使得光导的每个实例与微透镜的对应实例对齐。每个光导由透镜端和成像器端所限定。每个光导的透镜端合作以限定所述阵列的平坦表面。所述光导的成像器端被表征为角度，所述角度经选择以将所述光导内的光导向所述微透镜的对应实例。基于来自所述透镜模块的撞击在所述透镜端上的光的主光角(CRA)来确定所述角度。

在阅读以仅仅非限制性例子方式并参照附图给出的以下优选实施例的详细说明后，进一步的特征和优点将更清晰。

附图说明

本发明将通过示例参照附图进行描述，其中：

图1是按照一个实施例的配备有光导阵列的相机的侧视图；

图2A是按照一个实施例的图1中所示的光导阵列的成像器侧的等距视图；

图2B是按照一个实施例的图1中所示的光导阵列的特写等距视图；

图3是按照一个实施例的图1中所示的相机的特写侧视图；

图4是按照一个实施例的图1中所示的光导阵列的透镜侧的前视图。

具体实施方式

图1示出适合使用在自动车辆(未示出)上的相机10的非限制性实例。本领域技术人员将认识到，这里所描述的制造相机10的教示在全自动车辆(即自主驾驶车辆)和部分自动车辆(即通常有操作人员(未示出)驾驶但在必要时向操作人员提供辅助以例如检测/避免即将发生的碰撞的车辆)上都是有用的。这里所描述的相机10提供一种低成本、宽视场的相机设计，其很好地适用于汽车应用。不过，应知这里所提出的教示也适用于非汽车应用，诸如独立的、为特定目的而制造的相机，或整合到其他设备比如智能手机或平板内的相机。

相机10包括成像器设备12，所述成像器设备12可操作来确定图像14或将图像14输出到例如处理器16。如本领域技术人员应显而易见，所述处理器16可包括通用型处理器比如微处理器、特制的图像处理器或其他控制电路，比如包含特定用途集成电路(ASIC)的模拟和/或数字控制电路，以用于处理图像14。所述处理器16可与存储器18通信，所述存储器18包括非易失存储器，比如电可擦除的可编程只读存储器(EEPROM)，以用于存储图像14的一个或多个实例以进行相对长期的存储或进一步的图像处理。

成像器设备12通常包含多个光检测像素20，每个像素用微透镜22覆盖，其目的与结构是公知的。参看图2A，虽然图示出像素20的六个实例，但这仅是为了简化图示及为了透视。应理解所述成像器设备商业上可用的示例有成千上万的像素，例如1280×960的像素矩阵。不过，还已知成像器设备12能容许并仍能有效地捕获图像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°)，则图像14可能在周界周围变差，因为撞击在微透镜22的实例上且被导向像素20对应实例的光量26减少了。

成像器设备12通常还包含透镜模块30，所述透镜模块30可操作来将来自相机10的视场32的光导向成像器设备12。如本领域技术人员所公知，如果期望透镜模块30有相对宽的视场，而CRA24的最大值受成像器设备12所限，那么透镜模块30的成本就会不期望地增加。不过，如果能够使用较大值的CRA24，透镜模块30的成本就可以降低，而同时仍提供所期望的视场32。为了满足这些冲突的要求或期望而仍提供经济的设计，相机10有利地包含置于透镜模块30和成像器设备12之间的光导36的阵列34。阵列34布置成使得光导36的每个实例都与微透镜22的对应实例对齐。

图2A和2B进一步示出阵列34和形成阵列34的光导36的非限制性细节。每个光导由朝向透镜模块30定向的光导36的透镜端38与朝向成像器设备12的定向光导36的成像器端40限定。在此非限制性实施例中，每个光导36的透镜端38合作以限定阵列34的平坦表面42。即，形成阵列34的所有光导36的透镜端38是共面的。还构想到阵列34的替代构造，其中每个光导36的透镜端38都以类似于成像器端所示的方式成角度，这样做的原因将在后面进行解释。阵列34可以采用模塑或其他已知的用于制造微透镜22的手段进行制造。

每个光导36的成像器端40被表征为角度44，所述角度44经选择为将光导36内的光导向微透镜22的对应实例。根据来自透镜模块30的撞击在透镜端38(即平坦表面42)上的光26的CRA24来确定此角度。如此，角度44可以是可用方位角44A和/或倾斜角44B表达的复合角度。包含了本文所描述的覆盖成像器设备12的阵列34的适当示例的相机10的计算机模型化指出，由于加入阵列34，透镜模块30可被构造成使得撞击在阵列34上的CRA 24的最大值为三十一度(31°)，而不是带有成像器设备12的类似示例但没有阵列34的相机的先前提出的限制。对于由折射率1.8的材料所形成并具有以二十七度(27°)设定的角度44的光导，可实现该性能，其中成像器端40的零度倾斜平行于平坦表面42。

通过进一步解释，成像器设备可表征为定义中心点46。那么角度44可表征为基于透镜模块30的轮廓(例如图形曲线或非线性方程)来确定，所述轮廓表征出CRA24相对于微透镜22的对应实例距中心点46的距离48。应注意，中心点附近处光导36的实例可以不要求成像端成角度。就是说，如图2A中所示，靠近中心点的光导36的成像端40可以类似于光导36的这些实例的透镜端38而是共面的。

图3进一步示出相机10的非限制性细节。如本领域技术人员所知，具有相对宽角的视场32的透镜模块30的典型示例(图1)会呈现出很大的焦场曲率，使得中心点46附近的像素20所检测到光可很好地聚焦，而距中心点46很远也即成像器设备12周围处的像素20所检测到的光未很好地聚焦。如果成像器设备12是相对大型的传感器，此问题更为恶化。为了矫正该焦场曲率，阵列34可以有利地配置成使每个光导36由指示透镜端38和成像器端40之间的距离的导引长度50表征。随着导引长度50增大，光导36的相应实例的后焦距长度(BFL)增大，使得焦点进一步移向在外场处的像平面，在该外场处透镜的场曲率导致失焦。通过配置阵列34以使得：与远离或偏离中心点46的光导36相比，光导36的导引长度50在中心点46附近更小或更短，阵列34将有助于使场曲率更平坦从而跨成像设备提供更均匀的聚焦图像。在此示例中，导引长度50A小于导引长度50B。因此，各光导36的导引长度50随着光导36距离中心点46的位移增大而增大。

图4进一步示出阵列34的非限制性细节，其中每个光导36包含或装备有滤光器元件52。在此示例中，滤光器元件位于或应用于每个光导36的透镜端38，不过这不是要求的。替代性地，滤光器元件可应用于成像器端40，或可以集成到用于形成每个光导的材料内，即用于形成光导36的材料可以是着色的或调色的。如果期望每个光导36的过滤效果被唯一地确定，如图4所示滤光器元件52的红(R)、绿(G)、蓝(B)实例所提出的，那么对于制造原因，将滤光器元件52应用于透镜端38可为优选的，从而通过减少总零件数而简化相机10的组装过程。

因此，提供包含光导36的阵列34的相机10。此阵列对提高成像设备的最大允许CRA是有效的，从而允许使用较大的CRA透镜模块，因而提供具有更好的性能、尺寸更小的、成本更低的相机。另外，可改变光导36的导引长度50以矫正焦场曲率，从而改善具有宽视场相机的图像清晰度。

虽然本发明是以其优选实施例描述，但其不是意在如此地限制，而仅限于所附权利要求中所记载的范围。