一种镜头保护装置及摄像头模组

技术领域

本发明涉及光学器件领域，特别是涉及一种镜头保护装置及摄像头模组。

背景技术

随着汽车智能化，网联化的趋势越来越高，汽车配设的车载摄像头也越来越多，如自动驾驶摄像头、倒车后视摄像头、自主泊车摄像头等。大部分车载摄像头的镜头是直接暴露在外部环境中。由于行车环境多变，一旦处于温度低、空气湿度大的恶劣条件下，镜头表面便不可避免的会产生起雾、凝霜甚至结冰的现象，特别是摄像头处于非工作状态，凝霜或结冰的现象会更加明显。当汽车在正常行驶过程中镜头出现起雾、凝霜或结冰，不仅会影响图像显示和环境感知的效果，导致用户无法完整准确的了解相关信息，进而对行车造成严重的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种镜头保护装置及摄像头模组，具有除冰功能，可解决摄像头的起雾、凝霜甚至结冰的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种镜头保护装置，设置在光学镜头上，所述光学镜头用于将目标的成像光信号聚焦在图像传感器的光敏面阵上，所述镜头保护装置包括：

套筒，设置在所述光学镜头上；

保护片，沿着所述光学镜头的光轴设置在所述套筒上，且所述光学镜头的成像光束完全穿过所述保护片；

激光发射单元，对应所述保护片设置在所述套筒上，用于发射激光至所述保护片；所述保护片在接收到所述激光后产生光热效应。

可选地，所述镜头保护装置包括：

温度传感器，与所述保护片对应设置，用于获取所述保护片的温度数据；

调控单元，与所述温度传感器、激光发射单元连接，用于根据所述温度数据调控所述激光发射单元的运行。

可选地，所述镜头保护装置包括：

隔热单元，设置在所述保护片与套筒的连接处。

可选地，所述保护片包括：

透明基体，

超疏水涂层，为环状结构，设置在所述透明基体上，且所述光学镜头的成像光束完全穿过所述超疏水涂层的内环，用于在接收到所述激光时产生光热效应。

可选地，所述保护片包括：

超疏水薄膜，设置在所述透明基体靠近物侧的表面上。

可选地，所述保护片包括：

光学镀膜，设置在所述透明基体的至少一面上，且所述光学镜头的成像光束完全穿过所述光学镀膜。

可选地，所述套筒内壁上设有一环形凹槽，所述保护片设置在所述环形凹槽上。

一种摄像头模组，所述摄像头模组包括：

光学镜头；

镜头保护装置，设置在所述光学镜头上；

图像传感器，设置在所述光学镜头的成像光信号的光路上，用于将所述成像光信号转换为电信号；

滤光片，设置在所述光学镜头与图像传感器之间，用于对所述成像光信号进行滤波。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提出了一种镜头保护装置及摄像头模组，镜头保护装置包括套筒、保护片、激光发射单元，套筒设置在光学镜头上，保护片沿着光学镜头的光轴设置在套筒上，且覆盖面积大于光学镜头的成像通光面积，激光发射单元对应保护片设置在套筒上，激光发射单元发射激光至保护片，保护片上产生光热效应；摄像头模组包括镜头保护装置；本发明所提供的镜头保护装置及摄像头模组，通过利用光热效应，具有光热除冰的作用，能够实现对光学镜头表面的雾气、冰霜的清除，可广泛应用于汽车，提升汽车的智能化和安全性，也可应用于公共安全监控等领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所提供的镜头保护装置的结构剖面示意图一；

图2是调控单元的模块结构示意图；

图3是保护片的结构剖面示意图一；

图4是保护片的结构剖面示意图二；

图5是设置有超疏水薄膜的康宁玻璃的透射率曲线示意图；

图6是本发明所提供的镜头保护装置的结构剖面示意图二。

符号说明：

光学镜头-01、图像传感器-02、滤光片-03、套筒-1、保护片-2、透明基体-21、超疏水涂层-22、超疏水薄膜-23、光学镀膜-24、激光发射单元-3、隔热单元-4、温度传感器-5、调控单元-6、第一控制模块-61、第二控制模块-62。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种镜头保护装置及摄像头模组，通过利用光热效应，可解决摄像头的起雾、凝霜甚至结冰的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明镜头保护装置设置在光学镜头01上，所述光学镜头用于将目标的成像光信号聚焦在图像传感器的光敏面阵上，所述镜头保护装置包括：套筒1、保护片2、激光发射单元3。

具体地，所述套筒1设置在所述光学镜头01上。

所述保护片2沿着所述光学镜头01的光轴设置在所述套筒1上，且所述光学镜头01的成像光束完全穿过所述保护片2。

所述激光发射单元3对应所述保护片2设置在所述套筒1上。所述激光发射单元3用于发射激光至所述保护片2。所述保护片2在接收到所述激光后产生光热效应。

本发明所提供的镜头保护装置具有除冰功能，能够实现对镜头装置表面的雾气、冰霜的清除，使摄像头主体即使在温度较低、湿度较大的环境中也能正常使用，保证了良好的图像显示和环境感知效果，提高了行车的安全性。

此外，将配设有除冰装置的摄像头模组与车载控制系统通信连接，可以实现对镜头表面冰霜的自动检测和清除，利于改善客户的使用体验。

如图1所示，所述镜头保护装置还包括：隔热单元4。

所述隔热单元4设置在所述保护片2与套筒1的连接处。

通过设置所述隔热单元4，可隔绝所述保护片2与套筒1之间的热传导，避免了套筒1受到热损伤。

进一步地，所述镜头保护装置包括：温度传感器5、调控单元6。

所述温度传感器5与所述保护片2对应设置。所述温度传感器5用于获取所述保护片2的温度数据。

所述调控单元6与所述温度传感器5、激光发射单元3连接。所述调控单元6用于根据所述温度数据调控所述激光发射单元3的运行。

所述调控单元6根据所述温度数据，判断所述保护片2的温度是否降到预设阈值；当所述保护片2的温度达到预设阈值时，所述调控单元6控制所述激光发射单元3发射激光。所述预设阈值可手动设置，也可以是由车载控制系统依据当前环境温湿度计算出的生成冰霜的临界温度。

可选地，所述温度传感器5的数量为一个或多个。

优选地，所述激光发射单元3的数量为一个或多个。

此外，所述调控单元6控制所述激光发射单元3发射激光时的运行周期、频率，以及当有多个所述激光发射单元3时，所述激光发射单元3的运行数量，可根据实际情况来设定。

进一步地，所述激光发射单元3的工作时间，可根据所述温度传感器5检测到的温度数据来设定。例如，当所述保护片2温度为-30℃，则设置所述激光发射单元3的工作时间为60s，当所述保护片2温度为-20℃，则设置所述激光发射单元3的工作时间为40s，当所述保护片2温度为-10℃，则设置所述激光发射单元3的工作时间为20s。

如图2所示，所述调控单元6包括：第一控制模块61、第二控制模块62。

所述第一控制模块61与所述温度传感器5、激光发射单元3连接。所述第一控制模块61根据所述温度数据，调控所述激光发射单元3的运行。

所述第二控制模块62与所述第一控制模块61、激光发射单元3连接。所述第二控制模块62用于在接收到手动指令后，控制所述第一控制模块61、激光发射单元3的运行。

所述第一控制模块61可根据所述温度数据自动控制所述激光发射单元3的运行；此外，所述第二控制模块62根据接收到的手动指令，控制所述第一控制模块61的启、停，及控制所述激光发射单元3的运行，且当控制所述激光发射单元3运行时，所述第一控制模块61停止运行。因此，可通过自动或手动来调控所述激光发射单元3的运行。

进一步地，如图3、图4所示，所述保护片2包括：透明基体21、超疏水涂层22。

所述超疏水涂层22为环状结构，设置在所述透明基体22上，且所述光学镜头01的成像光束完全穿过所述超疏水涂层22的内环。所述超疏水涂层22用于在接收到所述激光时产生光热效应。

优选地，所述透明基体21选用康宁玻璃(型号GG3)。

具体地，超疏水涂层22是由碳化硅微粉、碳纳米管、硅酸四乙酯、聚酯树脂、2-丁氧基乙醇和疏水剂按照一定的比例(其中，碳化硅微粉与碳纳米管的质量比为1～30:1，硅酸四乙酯与碳纳米管的质量比为40～100:1，聚酯树脂与碳纳米管的质量比为4～8:1，乙二醇单丁醚与碳纳米管的质量比为6～12:1，疏水剂与碳纳米管的质量比为2～15:1)，采用超声波分散于无水乙醇溶剂中，形成悬浊液即获得涂料，然后将涂料喷涂在透明基体21上，加热烘干获得的涂层。

碳化硅颗粒作为刚性粒子赋予涂层结构特性与耐水冲击特性。经过微量的疏水剂(优选为全氟癸基三甲氧基硅烷)修饰，低表面能的微米级山峰结构与纳米绒毛结构复合而成的微纳结构，具有非常优异的超疏水特性，表面空穴可以有效捕获空气形成气垫，使水滴以稳态Cassie模型与表面接触，同时粘附极低，水滴可以迅速从表面滚落。在涂层表面，由于微纳米结构捕获空气形成气垫，水与涂层间接触面积极大地减小，空气传热效率低，水的结冰时间有效延长。此外，由于碳纳米管在近红外光照射下具有很强的光热效应，因而涂层具有碳纳米管的光热效应，在近红外光照射下，涂层表面快速升温，从而可以融化表面的覆冰，起到了光热除冰的作用。

进一步地，如表1所示，选用康宁玻璃，以裸片、上表面设置所述超疏水涂层22、上下表面都设置所述超疏水涂层22三种情况为例，对所述超疏水涂层22的性能进行实验说明。可以看出，通过在康宁玻璃上设置所述超疏水涂层222，可以提高升温速度，以及延长结冰时间。

其中结冰时间即水滴由液相向固相转变的时间，由高速摄像机在低温气候箱内利用拍摄记录，低温气候箱温度设置为-30℃；光热性能为在850nm近红外光(1.0W/cm2)照射下，照射30s和60s时，所述超疏水涂层222表面的温度(环境温度为30℃)。

表1

如图3、图4所示，所述保护片2还包括：超疏水薄膜23。

所述超疏水薄膜23设置在所述透明基体21靠近物侧的表面上。

具体地，所述超疏水薄膜23是采用将射频磁控溅射与退火相结合的方法，制备薄层氧化锌纳米结构，然后置于电感耦合等离子体(inductive coupled plasma,ICP)刻蚀系统，利用含碳和氟元素的气体作为工作气体进行低温氟化处理后所得到的薄膜。其中，氧化锌薄膜的厚度范围为50～120nm，氟化碳薄膜的厚度范围为10～30nm。

进一步地，如表2所示，选用康宁玻璃，以裸片、上表面设置所述超疏水薄膜23、上下表面都设置所述超疏水薄膜23三种情况为例，对所述超疏水薄膜23的性能进行实验说明。可以看出，通过在康宁玻璃上设置所述超疏水薄膜23，可以提高透射率，以及静态水接触角。

表2

如图5所示，设置有所述超疏水薄膜23的康宁玻璃，在可见光和近红外波段(420～1200nm)的透过率大于90％。因此，所述超疏水薄膜23可以在一定程度上提高透过率。

此外，所述保护片2还包括：光学镀膜24。

所述光学镀膜24设置在所述透明基体21的至少一面上，且所述光学镜头01的成像光束完全穿过所述光学镀膜24。

进一步地，所述光学镀膜24的类型，为红外线截止膜、增透膜及紫外线截止膜等中的任一种。通过设置所述光学镀膜24可以提高镜头模组的成像效果。

优选地，设置在所述透明基体21上的第一光学镀膜、第二光学镀膜的类型不同。

如图6所示，所述套筒1内壁上设有一环形凹槽。所述保护片2设置在所述环形凹槽上。

可根据所述保护片2实际的尺寸，确定设置所述激光发射单元3、温度传感器5的具体数量。若所述保护片2的外径尺寸小于15mm，考虑到成本问题，所述激光发射单元3和温度传感器5可以单个设置。若所述保护片2的外径20尺寸大于20mm，所述激光发射单元3和温度传感器5可以对应所述超疏水涂层222均匀布设置多个，使所述保护片2的受热相对均匀，同时提高获取到所述保护片2的温度数据的精确度。

此外，本发明还提供了一种摄像头模组，所述摄像头模组包括：所述镜头保护装置、光学镜头01、图像传感器02、滤光片03。

所述镜头保护装置设置在所述光学镜头01上。

所述图像传感器02设置在所述光学镜头01的成像光信号的光路上。所述图像传感器02用于将所述成像光信号转换为电信号。

所述滤光片03设置在所述光学镜头01与图像传感器02之间。所述滤光片03用于对所述成像光信号进行滤波。

本发明所提供的摄像头模组可广泛应用于汽车，提升汽车的智能化和安全性；也可应用于公共安全监控领域。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。