CN114009001B - 用于生成周围环境的影像的摄像机装置 - Google Patents

用于生成周围环境的影像的摄像机装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114009001B
CN114009001B CN202080045050.5A CN202080045050A CN114009001B CN 114009001 B CN114009001 B CN 114009001B CN 202080045050 A CN202080045050 A CN 202080045050A CN 114009001 B CN114009001 B CN 114009001B
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
coupling
designed
deflecting
region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202080045050.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114009001A (zh
Inventor
T·莫尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
Original Assignee
Audi AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Audi AG filed Critical Audi AG
Publication of CN114009001A publication Critical patent/CN114009001A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114009001B publication Critical patent/CN114009001B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/06—Panoramic objectives; So-called "sky lenses" including panoramic objectives having reflecting surfaces
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/45—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from two or more image sensors being of different type or operating in different modes, e.g. with a CMOS sensor for moving images in combination with a charge-coupled device [CCD] for still images
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/32—Holograms used as optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4206—Optical features
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
    • H04N23/698—Control of cameras or camera modules for achieving an enlarged field of view, e.g. panoramic image capture
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R1/00—Optical viewing arrangements; Real-time viewing arrangements for drivers or passengers using optical image capturing systems, e.g. cameras or video systems specially adapted for use in or on vehicles
    • B60R1/20—Real-time viewing arrangements for drivers or passengers using optical image capturing systems, e.g. cameras or video systems specially adapted for use in or on vehicles
    • B60R1/22—Real-time viewing arrangements for drivers or passengers using optical image capturing systems, e.g. cameras or video systems specially adapted for use in or on vehicles for viewing an area outside the vehicle, e.g. the exterior of the vehicle
    • B60R1/23—Real-time viewing arrangements for drivers or passengers using optical image capturing systems, e.g. cameras or video systems specially adapted for use in or on vehicles for viewing an area outside the vehicle, e.g. the exterior of the vehicle with a predetermined field of view
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R2300/00—Details of viewing arrangements using cameras and displays, specially adapted for use in a vehicle
    • B60R2300/10—Details of viewing arrangements using cameras and displays, specially adapted for use in a vehicle characterised by the type of camera system used
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R2300/00—Details of viewing arrangements using cameras and displays, specially adapted for use in a vehicle
    • B60R2300/20—Details of viewing arrangements using cameras and displays, specially adapted for use in a vehicle characterised by the type of display used
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/02—Details of features involved during the holographic process; Replication of holograms without interference recording
    • G03H1/024—Hologram nature or properties
    • G03H1/0248—Volume holograms

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Studio Devices (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)

Abstract

本发明涉及一种具有例如165度的放大或广角视场(FOV)的摄像机装置(10)，用于同时利用仅一个图像捕获设备(12)——例如图像传感器——生成周围环境的一个或多个影像(U)。为此，摄像机装置(10)使用连接在图像捕获设备(12)上游的转向单元(11)。在此，转向单元(11)具有所谓的全息光学元件，全息光学元件基于其偏转结构(23、24、25、26、27、28)而设计用于使光转向或偏转，从而摄像机装置(10)能够检测广角视场(FOV)，而不会在得到的影像上产生图像缺陷。为此，偏转结构(23、24、25、26、27、28)设计为波长选择性和/或角度选择性的。因此，整个视场(FOV)通过偏转结构(23、24、25、26、27、28)的特性划分为单独的入射角范围(T1、T2、T3)。

Description

用于生成周围环境的影像的摄像机装置
技术领域
本发明涉及一种用于生成周围环境的至少一个影像的摄像机装置。本发明还涉及一种具有这种类型的摄像机装置的机动车。
背景技术
传统的摄像机或摄像机装置，例如照相机或摄影机，通常具有图像传感器和布置在其前面的成像光学器件，以用于生成周围环境的影像。成像光学器件也称为物镜/镜头，且通常由一个透镜或具有多个透镜的透镜系统组成。成像光学器件用于集束/聚束来自环境的光，并进而将光以聚焦方式转向或偏转到图像传感器上，从而使来自环境的预期对象清晰地成像在图像传感器上。图像传感器的设计，特别是其尺寸或传感器大小，和/或物镜的焦距决定了视域或视场(field of view、FOV)并因此决定了摄像机的视角。这里的视场是指环境中可以被摄像机捕获并成像到图像传感器上的区域。
例如，从文献US 2008/0180537 A1已知一种具有定向设备的摄像机系统，用户可以借助该定向设备识别摄像机的视场。
此外，文献US 2018/0338089 A1公开了一种用于普通和红外摄影的摄像机模块。为了提高所得到的周围环境影像的质量，这里规定在正常拍摄期间限制视角，即限制摄像机模块的视场。
然而，对于虚拟现实或增强现实应用以及在机动车中，越来越需要广角摄像机系统，特别是具有大于60度的视场或视角的摄像机。由此要覆盖或检测环境中尽可能大的区域。为此通常使用所谓的广角物镜。然而，缺点是，广角物镜相对较大并且具有明显弯曲的透镜。这会导致来自周围环境的光在物镜上发生不必要的反射，特别是在视场边缘发生反射，这将限制视场。此外，经常会出现强烈的光学畸变，例如桶形畸变或色差，这会导致得到的影像中出现图像缺陷。
作为具有广角物镜的摄像机的替代方案，还可以使用多个单独摄像机来捕获尽可能大的视场。这些单独摄像机可以相应地并排布置，从而它们的视场彼此相邻并且当将单个图像或单次拍摄组合在一起时会得到具有大视场的影像。然而，这种方法的缺点在于，单独摄像机必须有多个安装地点。此外，必须同步或精准同时地拍摄单个图像，以便可以捕获放大的视场。此外，由于使用多个单独摄像机也增加了这种摄像机系统的成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够价廉地拍摄具有放大视场的周围环境的影像的摄像机装置。
该目的通过独立权利要求的主题实现。本发明的有利改进方案由从属权利要求、以下说明和附图公开。
本发明基于这样的认知，即可以借助于全息光学元件(HOE)提供相应的摄像机装置。这是因为HOE可以完全或部分模拟传统物镜(即透镜系统)的光学功能。也就是说，通过HOE，来自待成像的周围环境的光可以被转向或偏转至图像捕获设备，即例如图像传感器。为了使光偏转或转向，HOE具有偏转结构，例如以光栅的形式。HOE的优势在于，它们可以根据偏转结构的设计方案设计为针对不同的波长和/或不同的入射角范围是选择性的或敏感的。因此HOE具有角度选择性和/或波长选择性。例如，从文献JP 40 866 617 A还已知了HOE的波长选择性的特性。在本发明中，现在使用两个或多个这样的HOE，HOE分别选择性地用于不同的入射角范围，以便放大摄像机装置的视场。因此，摄像机装置的放大视场由入射角范围，即HOE的各个可视范围组成。稍后将更详细地解释HOE的制造和功能。
为了生成周围环境的至少一个影像，摄像机装置具有光导介质，例如由玻璃或塑料制成的板或片材，其被设计为光导体。耦入区域和耦出区域布置在光导介质上，优选地沿着光导介质的纵向延伸方向布置。耦入区域具有至少两个耦入偏转结构，例如上述HOE中的两个，其中每个HOE设计用于将在相应预定角度范围中的、从周围环境入射到相应偏转结构上的、预定光谱范围的光耦入到光导介质中。在此，每个偏转结构相对于与其他偏转结构不同的光谱范围和入射角范围设计为选择性的或敏感的。然后光导介质承担继续传导耦入的光的功能。光导介质设计用于通过内反射将耦入的光从耦入区域传输到耦出区域。类似于耦入区域，耦出区域也具有至少两个耦出偏转结构。至少两个耦出偏转结构设计成将入射到相应耦出偏转结构上的、从耦入偏转结构中的相应一个耦入的、预定光谱范围的光从光导介质耦出。耦出偏转结构中的每一个优选地分配给耦入偏转结构中的相应一个。也就是说，耦出偏转结构仅耦出来自相应分配的耦入偏转结构(的光)。相应地，至少两个耦出偏转结构有利地相对于与至少两个耦入偏转结构相同的光谱范围设计为选择性或敏感的。
具有耦入区域和耦出区域的光导介质因此可以被理解为用于来自环境的光的转向单元。耦入区域和耦出区域的错开布置因此导致耦入光和耦出光的光轴的错位。
上述图像捕获设备还用于检测被转向单元转向的光。图像捕获设备布置在耦出区域上。图像捕获设备例如可以设计为图像传感器，例如CCD传感器或CMOS传感器。备选地，图像捕获设备也可以设计为带有物镜的传统摄像机。转向单元因此连接在图像捕获设备的上游。为了检测耦出的光，图像捕获设备具有至少两个检测区域。至少两个检测区域尤其分别分配给至少两个耦出偏转结构之一。因此，这些检测区域中的每一个被设计为检测分别从耦出偏转结构之一耦出的光，图像捕获设备设计为由检测到的光生成图像数据。对于每个检测区域来说，可以由图像捕获设备生成单个的图像数据集。图像数据或图像数据集在其光谱范围和入射角范围方面有所不同。然后可以从这些图像数据中生成或提供周围环境的至少一个预期的影像，即周围环境的一个或多个影像。
总之，提出了一种摄像机装置，利用该摄像机装置可以从周围环境中同时获取广角拍摄或具有不同可见范围的多个单次拍摄。因此，所述转向单元可以是一种作为成像光学器件的基于全息光学元件的广角物镜或多视角特殊物镜。因此可以以特别节省成本的方式提供用于捕获尽可能大的视场的摄像机装置。
本发明还包括产生附加优点的实施方案。
在一个实施方案中规定，摄像机装置还具有计算设备，该计算设备设计用于从生成的图像数据分别提供单独的影像。也就是说，上述转向单元设计为多视角物镜。由此可以使用摄像机装置拍摄多个拍摄区域或视场。因此为每个图像数据集生成一个周围环境的影像。这些影像至少部分地在其示出的视场中彼此不同。因此，使用仅一个摄像机装置，即尤其是利用仅一个空间需求小且成本低廉的图像捕获设备，就可以提供一种可以检测多个拍摄区域(多视角)或视场的摄像机装置。单个影像可以作为对应于它们各自光谱范围的彩色图像或作为黑白图像或灰度图像提供。
在附加的或替代的实施方案中规定，摄像机装置的计算设备设计用于从所生成的图像数据中提供周围环境的共同影像。也就是说，上述转向单元可以形成基于HOE的广角物镜。摄像机装置的视场可以由通过偏转结构的角度选择性提供的各个可视范围组成。在这种情况下，可视范围、即入射角范围可以至少部分重叠。因此可以通过图像捕获设备拼合基于入射角范围和相应不同的可视范围产生的、不同的图像数据或图像数据集，并进而由此计算出周围环境的整体影像。周围环境的整体影像可以优选地提供为黑白图像或灰度图像。
在以下实施方案中，更详细地描述了偏转结构的设计方案以及HOE的制造和功能。
一个实施方案规定，提供至少一个光栅——尤其是面全息光栅或体全息光栅——作为相应的偏转结构。
光栅(也称为衍射光栅)以及其作用方式和制造方法是众所周知的。原则上，光栅可以设计为基板/衬底中的至少部分周期性的结构，即所谓的光栅结构。光栅可以借助于光栅结构通过衍射的物理效应导致光转向，例如由反射镜、透镜或棱镜已知的那样。如果光、亦即光束入射到光栅上，其中入射光束尤其满足布拉格公式，则光束被光栅衍射或偏转。因此，光转向尤其可以通过由光栅衍射的光束的干涉现象实现。耦入区域或耦出区域的偏转结构因此也可以被称为衍射结构。
光栅优选可以相对于入射光设计为方向选择性的或角度选择性的。因此，只有从预定入射方向，例如以预定角度入射到光栅上的光，尤其是光的一部分才可以被偏转。从另一方向入射到光栅上的光，尤其是光的一部分优选不被偏转，或者与预定的入射方向的差异越大，则偏转越小。因此，偏离预定入射方向或偏离最佳入射方向的光分量优选可以不受阻碍地穿过具有光栅的基板。
附加地或替代地，光栅也可以被配置为波长选择性的或频率选择性的。因此，只有具有预定波长的光、特别是光的第一部分可以被光栅以特定的衍射角偏转或衍射。具有与预定波长不同的波长的光、特别是光的第二部分优选地不被偏转，或者与预定波长的差异越大，则偏转越小。偏离预定波长或偏离最佳波长的第二光分量因此可以优选地不受阻碍地穿过具有光栅的基板。以这种方式，例如，至少一个单色光分量可以从射到光栅的多色光中分离出来。有利地对最佳波长具有最大的偏转作用，并且朝向更长和更短的波长，偏转作用——例如根据高斯钟形的方式——减小或者变弱。特别地，偏转作用仅对可见光谱的一小部分和/或在小于90度的角度范围内起作用。
光栅尤其可以通过基板的曝光来制造，即例如以光刻或全息的方式。在这种情况下，光栅也可以称为全息光栅。已知两种类型的全息光学光栅：面全息光栅(surfaceholografic grating，简称：SHG)和体全息光栅(volume holografic grating，简称：VHG)。在面全息光栅的情况下，可以通过使基板的表面结构光学变形来产生光栅结构。由于改进的表面结构，入射光可以被偏转，例如被反射。面全息光栅的例子是所谓的锯齿光栅或闪耀光栅。相应地，在体全息光栅的情况下，光栅结构可以被形成在基板的整个体积或部分体积中。面全息光栅和体全息光栅通常是频率选择性的。然而，也已知可以衍射多色光的光栅。这些被称为复用体全息光栅(简称：MVHG)并且可以通过例如改变光栅的光栅结构的周期性或通过将多个体全息光栅依次布置来产生。
聚合物、特别是光聚合物，或薄膜、特别是光敏薄膜(例如由塑料或有机物质制成)特别适合作为用于加工出光栅的基板的材料。为了将这种基板用于柔性摄像机装置，还应注意：材料、特别是基板形式的材料具有柔性和光波导特性。具有用于衍射光的偏转结构(例如呈光栅形式)的基板也可以被称为全息光学元件(HOE)。
在另一实施方案中规定，偏转结构设计为与光导介质一体形成。至少两个耦入偏转结构和至少两个耦出偏转结构因此可以例如直接加工到光导介质的表面结构或体积中。这意味着，相应的偏转结构例如可以被蚀刻或激光加工到光导介质的表面中。因此，光导介质本身可以设计为HOE。
对此的备选实施方案规定，偏转结构形成在与光导介质独立的至少一个元件中。也就是说，耦入偏转结构、耦出偏转结构和光导介质可以形成在单独的基板或元件中。例如，耦入偏转结构可以形成第一元件，耦出偏转结构可以形成第二元件，而光导介质可以形成第三元件，第一元件和第二元件贴靠在该第三元件处。因此偏转结构可以形成在至少一个HOE中。例如，耦入偏转结构和耦出偏转结构可以形成在全息薄膜或全息板的不同部段中。为了将薄膜或板固定到光导介质上，可以将薄膜或板粘合到载体介质上。备选地，全息薄膜也可以设计为粘附性薄膜并且通过分子力直接地——即没有粘合剂的情况下——粘附在光导介质的表面上。
在另一实施方案中规定，耦入偏转结构设计为关于光的入射方向串联地相继排列。换句话说，耦入偏转结构可以上下堆叠布置，其中偶入偏转结构的表面优选完全重叠。备选地，在另一实施方案中规定，耦入偏转结构在耦入区域中设计为平面地彼此相邻地布置。换言之，耦入偏转结构可以在一平面中彼此并排布置，其中这些偶入偏转结构的表面优选不重叠。
在另外的实施方案中规定，耦入偏转结构的每个的面积设计为大于至少两个耦出偏转结构的相应面积。因此耦入区域也可以具有比耦出区域更大的面积。相应耦入偏转结构的面积可以优选地是相应耦出偏转结构的面积的2倍。
为了偏转来自周围环境的光，耦入区域可以具有集束结构作为相应的耦入偏转结构。借助这种集束结构，从周围环境入射的光可以被集束并且经由光导介质偏转到耦出区域。相应的耦出偏转结构的相应光栅可以相应地设计为集束光栅。换言之，在另一实施方案中，每个耦入偏转结构设计为具有集束光栅结构的光栅。从周围环境入射到相应耦入偏转结构上的、待转向的光的光束通过集束光栅结构根据入射地点以不同程度被偏转。因此，相应的耦入偏转结构将光束聚集或聚焦到相应的耦出偏转结构。此外，耦出区域可以优选地具有散射结构作为相应的耦出偏转结构。被集束的光、特别是由相应的耦入偏转结构集束的光的光束、尤其是光的光路当在散射结构处偏转时，可以借助于该散射结构平行地或矫直地从载体介质中射出，以便被图像捕获设备捕获。因此相应耦出偏转结构的光栅可以相应地设计为散射光栅。换言之，在本实施方案中规定，将至少两个耦出偏转结构设计为具有散射光栅结构的光栅。由于散射光栅结构，入射到相应耦出偏转结构上的耦入的光的光束根据入射地点被不同程度地偏转。由此相应的耦出偏转结构使光束平行以供图像捕获设备检测。光束因此彼此平行地延伸以供图像捕获设备检测。
由此得到来自周围环境的光的光束，从而可以增加入射到图像捕获设备的图像传感器上的光强度。
为了实现集束光栅或散射光栅，例如可以将不均匀的光栅结构、特别是分段非周期性光栅结构加工到所描述的基板中。备选地，具有相同或不同光栅结构的多个衍射光栅可以并排或依次地布置或连接。
在另一实施方案中规定，图像捕获设备具有用于检测耦出光的彩色图像传感器。换言之，图像捕获设备可具有滤色器单元，利用该滤色器单元可根据波长或光谱范围分离所捕获的光。滤色器设备可以例如根据拜耳(Bayer)原理或Foveon原理起作用。因此彩色图像传感器尤其设计为拜耳传感器或Foveon-X3传感器。
本发明还涉及用于生成周围环境的至少一个影像的摄像机装置的备选设计方案，该摄像机装置包括光导介质，在该光导介质上彼此对置地在不同表面上布置有耦入区域和图像捕获设备。如上所述，耦入区域在此具有至少两个耦入偏转结构，其中每个偏转结构设计用于将在相应预定角度范围中的、从周围环境入射到相应偏转结构上的、预定光谱范围的光耦入到光导介质中，其中耦入偏转结构相对于不同的光谱范围和入射角范围设计为选择性的。光导介质设计为，将耦入的光从耦入区域传输到图像捕获设备。图像捕获设备具有至少两个检测区域，其中每个检测区域设计用于，根据入射角范围分开地检测预定光谱范围的、入射到相应检测区域上的、从耦入偏转结构的相应一个耦入偏转结构耦入的光，以及图像捕获设备设计为从中生成图像数据。因此得到了摄像机装置的特别紧凑的设计。
光导介质因此可以设计为载体单元或载体介质，即用于承载或保持图像捕获设备的耦入区域。在这种情况下，耦入区域和图像捕获设备在光导介质上彼此对置地布置，其中，耦入区域和图像捕获设备各自的表面优选地彼此完全重叠。因此，耦入的光可以在没有被内反射的情况下透射过光导介质并且入射到图像捕获设备以用于检测。因此光导介质可以设计为被耦入的光穿透，并且尤其是将耦入的光继续传导到图像捕获设备上。在该设计方案中，相应的偏转结构用于将来自相应入射角范围的光转向或偏转到用于图像捕获设备的入射方向上。例如，可以将光从相对于光导介质表面的法线成45度角偏转到0度角(垂直于该表面)，以供图像捕获设备检测。
如上所述，具有与分别预定的光谱范围不同的光谱范围并且从与预定入射角范围不同的入射角范围入射到相应偏转结构的光被较少或不被偏转，并因此优选地不受阻碍地透射过光导介质。这种优选不被偏转的光也可以称为杂散光。在摄像机装置的这种设计方案中，为了避免图像捕获设备检测到杂散光，还可以将图像捕获设备或其检测区域设计成角度选择性的和波长选择性的。为了实现波长选择性，图像捕获设备可以包括滤色器单元，例如从拜耳传感器或其他彩色图像传感器中已知的。为了实现角度选择性，图像捕获设备可以包括光阑单元。也就是说，检测区域例如能够通过合适的光阑布置在光入射方向上彼此分开。因此，光阑的布置可以防止，确定用于检测区域中的一个的光作为杂散光到达检测区域中的另一个。也可以使用其他合适的措施来抑制杂散光。
本发明还涉及一种具有上述摄像机装置的机动车。光导介质设计为机动车的窗玻璃，也就是说，例如设计为机动车的挡风玻璃、侧窗或后窗。根据本发明的机动车优选设计为汽车，特别是轿车或卡车，或者客车或摩托车。
本发明还包括根据本发明的机动车的改进方案，其具有已经结合根据本发明的摄像机装置的改进方案所描述的特征。为此，这里不再描述根据本发明的机动车的相应改进方案。
本发明还包括所述实施方案的特征的组合。
附图说明
下面描述本发明的实施例。附图示出：
图1示出了用于利用仅一个图像捕获设备检测放大的视场的摄像机装置的有利设计方案的示意图；
图2示出了摄像机装置的备选设计方案的示意图；以及
图3示出了摄像机装置的另一备选设计方案的示意图。
下面解释的实施例是本发明的优选实施例。在实施例中，实施方案的所描述的部分各自代表本发明的单独特征，这些特征将被相互独立地考虑并且还分别彼此独立地进一步改进本发明。因此，本公开还旨在包括除了所示出的实施方案的特征的组合之外的组合。此外，所描述的实施方案还可以由已经描述的本发明其他特征来补充。
在图中，相同的附图标记表示相应具有相同功能的元件。
具体实施方式
图1示出了摄像机装置10的实施例的示意图，其具有放大的视场FOV以仅利用一个图像捕获设备12生成周围环境的一个或多个影像。图像捕获设备12在图1中被示出为诸如CCD-或CMOS传感器之类的图像传感器。为了检测放大的视场FOV，在图像捕获设备12上游连接了转向单元11。因此转向单元11是摄像机装置10的成像光学器件，即物镜。转向单元11尤其是设计为基于被加工到合适的基板中的全息光学元件(HOE)、即偏转结构的广角物镜或多视角物镜作为成像光学器件。
HOE是一种众所周知的光学构件，它使用衍射的物理效应来导致光转向，例如类似透镜或反光镜。然而，HOE的优点在于，取决于偏转结构的设计方案，能够以角度选择和/或波长选择的方式使光转向或偏转。此外，与透镜相比，HOE可以具有特别大的检测范围或高达170度的视角。这意味着以相对于HOE表面的陡峭角度或锐角入射到HOE上的光也可以被偏转。此外，HOE的偏转结构也可以以特别节省空间的方式轻松地加工到例如几毫米薄的玻璃板或薄膜中。在此利用HOE的这些特性，以便利用仅一个图像捕获设备12就能够检测放大的视场FOV，优选具有大于60度、特别是大于100度、优选在0度和170度之间的视角，且不会在得到的图像上出现成像缺陷。为此，根据图1的转向单元11在此包括多个这样的偏转结构或HOE。通过这些偏转结构或HOE将整个视场FOV划分为多个单独的可视范围或入射角范围T1、T2、T3。因此，通过这些入射角范围T1、T2、T3检测视场FOV的各个部分区域。入射角范围可以优选地稍微重叠。但是备选地，入射角范围T1、T2、T3也可以如图1所示直接相互邻接。
在图1中未示出的摄像机装置10的有利设计方案中还可以规定，入射角范围T1、T2、T3检测周围环境中的隔开的区域。也就是说，入射角范围T1、T2、T3不能彼此贴靠或重叠。
下面简要描述根据图1的转向单元11的结构。转向单元11包括设计为光导体的光导介质20。光导介质20在图1中被示为玻璃板或玻璃片。备选地，也可以设想所有其他类型的具有光导特性的材料、例如塑料，以提供光导介质20。耦入区域21和耦出区域22布置在光导介质20上。耦入区域21和耦出区域22沿着光导介质20的纵向延伸方向彼此分开地布置在光导介质20的不同侧面或表面上。
为了耦入来自周围环境的光，图1中的耦入区域具有三个耦入偏转结构23、24、25或HOE。这些耦入偏转结构是平面的，即相对于来自周围环境的光的入射方向并排地布置在一平面中且进而形成耦入区域21。耦入偏转结构23、24、25中的每一个设计为，使在相应预定入射角范围T1、T2、T3之一中、从周围环境入射到相应偏转结构23、24、25上的、预定光谱范围的光如此偏转，即，使其耦入到光导介质20。在此，耦入偏转结构23、24、25中的每个相对于不同的光谱范围和入射角范围T1、T2、T3被设计为选择性的。例如，第一耦入偏转结构23可以针对在大约470纳米至780纳米的光谱范围内的红光以及具有55度检测角的入射角范围T1设计为选择性的。相应地，第二偏转结构24例如可以针对光谱范围为约490纳米至570纳米的绿光以及具有55度检测角的入射角范围T2设计为选择性的。然而，第三偏转结构25可以针对在大约430纳米至490纳米的光谱范围内的蓝光以及具有55度检测角的入射角范围T3设计为选择性的。因此，拼合在一起将得到根据图1的摄像机装置10的视场FOV为165度。
在光通过耦入偏转结构23、24、25耦入到光导介质20中之后，光借助于内反射，尤其是全反射，从光导介质20传输到耦出区域22。在此，耦出偏转结构26、27、28中的每一个都分配给耦入偏转结构23、24、25中的相应一个。在该上下文中，“分配”意味着，耦出偏转结构26、27、28中的每一个都相对于与耦入偏转结构23、24、25中的相应一个相同的光谱范围设计成选择性。例如，第一耦出偏转结构26被分配给第一耦入偏转结构23。即仅第一耦入偏转结构23检测到的光经由第一耦出偏转结构被再次从光导介质耦出。类似地，例如第二耦出偏转结构27被分配给第二耦入偏转结构24，使得仅第二耦入偏转结构24检测到的光经由第二耦出偏转结构27从光导介质20耦出。相应地，第三耦出偏转结构28被分配给第三耦入偏转结构25，从而只有被第三耦入偏转结构25检测到的光通过第三耦出偏转结构28从光导介质20耦出。
在图1中，各个偏转结构形成在与光导介质20分开的单独元件中。然而，备选地，偏转结构也可以直接加工(即例如曝光或蚀刻)到光导介质20的表面或体积中。
最后，图像捕获设备12布置在耦出区域22处。对应于三个耦出偏转结构26、27、28，图1中的图像捕获设备12还具有三个不同的检测区域13、14、15，通过检测区域检测被耦出的光。也就是说，耦出偏转结构26、27、28中的每一个被分配给图像捕获设备12的相应一个检测区域13、14、15。因此相应的检测区域13、14、15仅检测通过相应分配的耦出偏转结构26、27、28从光导介质20耦出的耦出光。图像捕获设备12然后可以从检测到的光生成图像数据。优选为每个检测区域13、14、15生成单独的图像数据集。由于偏转结构23、24、25、26、27、28根据波长和入射角范围T1、T2、T3将光从周围环境分开，因此根据图1所示的实施例，图像捕获设备12生成三个根据光谱范围和入射角范围T1、T2、T3分开的图像数据集。这些图像数据集随后可以或者用作周围环境的单独的单个图像，或者如图2所示，可以由计算设备30计算形成周围环境的整体影像U。
如图1所示，耦入偏转结构23、24、25和耦出偏转结构26、27、28连同图像捕获设备12位于不同的光轴A和A'上。光轴A和A'的这种矫正由以下情况得到：HOE对所有非配属的波长和入射角都具有透明效果。也就是说，具有与预定光谱范围不同的光谱范围并且从与预定入射角范围T1、T2、T3不同的入射角范围入射到相应偏转结构的光不会被偏转。因此在光轴A和A'不错位的情况下，图像捕获设备12将使透射过耦入偏转结构23、24、25的光或杂散光叠加。此外，为了避免图像捕获设备12捕获来自周围环境的杂散光，还可以有利地规定，光导介质20的表面在包括耦入区域21和耦出区域22的部段之外具有保护层。该保护层设计用于，避免来自周围环境的光透射穿过光导介质20。
图2在此示出了转向单元11的备选设计方案。在此，耦入偏转结构23、24、25相对于来自周围环境的光L1、L2、L3的入射方向前后串联地相继布置，而不是平面地并排布置。耦入偏转结构23、24、25的表面在此尤其完全重叠。耦入偏转结构23、24、25优选可以例如通过多次曝光被加工到公共基板中。备选地，耦入偏转结构23、24、25也可以加工到多个基板或元件中，然后这些基板或元件以夹层结构彼此堆叠地布置。
在此根据图2可以再次描述借助于摄像机装置10产生具有放大视场FOV的图像U。从周围环境入射到耦入区域21上以产生影像U的光在图2中示意性地示出为单独的光分量或光束L1、L2、L3。具有在红光范围内的波长并且例如在入射角范围T1内入射到耦入区域21上的光束L1在此由第一耦入偏转结构23耦入到光导介质20中并在那里通过内反射传输到耦出区域。分配给第一耦入偏转结构23的第一耦出偏转结构26也针对具有在红光范围内的波长的光是选择性的，从而光束L1通过第一耦出偏转结构26从光导介质20耦出。在此，图像捕获设备12设置于耦出区域22处，其中其第一检测区域13贴靠在第一耦出偏转结构26上。在此可以通过第一检测区域13检测耦出的光束L1且图像捕获设备12可以从由第一检测区域13检测到的光束L1生成图像数据B1。类似地，例如图像数据B2和B3可以分别由光束L2和L3产生，光束L2和L3具有在绿光范围内的波长或蓝光范围内的波长并且分别在相应的入射角范围T2、T3下入射到第二耦入偏转结构24或第三耦入偏转结构24。单个图像数据B1、B2、B3随后可以由同样是摄像机装置10的部件的计算设备30组合为周围环境的影像U。则计算设备30例如可以驱动用于显示设备40——例如机动车的多媒体接口中的显示器——的控制信号S，从而为机动车的用户或驾驶员显示影像U，通过该影像示出了放大的视场FOV。
图3示出了摄像机装置10的备选设计方案。在这种情况下，耦入区域21和图像捕获设备12彼此对置地布置在光导介质20的不同表面上，其中耦入区域和图像捕获设备的表面完全重叠。因此，光导介质20用作耦入区域21和图像捕获设备12的载体介质。取代借助于内反射的继续传导，本设计方案中光导介质20被耦入的光L1、L2、L3透射穿过。因此，光L1、L2、L3优选在不被转向的情况下可以从耦入区域21传输或继续传导至图像捕获设备12。在本设计方案中，为了在图像捕获设备12上进行不同波长或不同入射角范围T1、T2、T3的光束L1、L2、L3的叠加，规定了，图像捕获设备12的三个检测区域13、14、15中的每一个——对应于相应分配的耦入偏转结构23、24、25——被设计为波长选择性的和角度选择性的。
总体而言，这些示例展示了如何能够利用HOE实现多视角摄像机。

Claims (11)

1.用于生成周围环境的至少一个影像(U)的摄像机装置(10)，包括光导介质(20)以及图像捕获设备(12)，该光导介质设计为光导体，耦入区域(21)和耦出区域(22)布置在该光导介质处；该图像捕获设备布置在耦出区域(22)处，其中
耦入区域(21)具有至少两个耦入偏转结构(23、24、25)，其中每个耦入偏转结构设计为，用于将在相应预定角度范围(T1、T2、T3)中从周围环境入射到相应偏转结构(23、24、25)上的、预定光谱范围的光(L1、L2、L3)耦入到光导介质(20)中，其中，耦入偏转结构(23、24、25)相对于不同的光谱范围和入射角范围(T1、T2、T3)是选择性的，
光导介质(20)设计用于，借助于内反射将耦入的光(L1、L2、L3)从耦入区域(21)传输到耦出区域(22)，
耦出区域(22)具有至少两个耦出偏转结构(26、27、28)，其中每个耦出偏转结构设计成将入射到相应偏转结构(26、27、28)上的、从耦入偏转结构(23、24、25)中的相应一个偏转结构耦入的、预定光谱范围的光(L1、L2、L3)从光导介质(20)耦出，
图像捕获设备(12)具有至少两个检测区域(13、14、15)，其中每个检测区域设计用于，检测从耦出偏转结构(26、27、28)中的相应一个耦出的光(L1、L2、L3)，图像捕获设备(12)设计用于，由耦出的光生成图像数据(B1、B2、B3)。
2.根据权利要求1所述的摄像机装置(10)，其特征在于，摄像机装置(10)还具有计算设备(30)，该计算设备设计用于，由生成的图像数据(B1、B2、B3)分别提供单独的影像(U)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的摄像机装置(10)，其特征在于，摄像机装置(10)还具有计算设备(30)，该计算设备设计用于，由生成的图像数据(B1、B2、B3)提供整体影像(U)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的摄像机装置(10)，其特征在于，提供至少一个光栅，面全息光栅或体全息光栅，作为相应的偏转结构(23、24、25、26、27、28)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的摄像机装置(10)，其特征在于，偏转结构(23、24、25、26、27、28)设计为与光导介质(20)一体形成，或者偏转结构(23、24、25、26、27、28)形成在与光导介质(20)独立的至少一个元件中。
6.根据前述权利要求中任一项所述的摄像机装置(10)，其特征在于，耦入偏转结构(23、24、25)设计为关于光(L1、L2、L3)的入射方向前后串联地相继布置或者在入射耦入区域(21)中平面地并排布置。
7.根据前述权利要求中任一项所述的摄像机装置(10)，其特征在于，每个耦入偏转结构(23、24、25)的面积设计为大于相应分配的耦出偏转结构(26、27、28)的面积。
8.根据前述权利要求中任一项所述的摄像机装置(10)，其特征在于，每个耦入偏转结构(23、24、25)设计为具有集束光栅结构的光栅，该集束光栅结构使从周围环境入射到相应耦入偏转结构(23、24、25)上的、待转向的光(L1、L2、L3)的光束根据入射地点以不同程度被偏转，从而耦入偏转结构(23、24、25)将光束(L1、L2、L3)朝着相应分配的耦出偏转结构(26、27、28)集束；每个耦出偏转结构(26、27、28)设计为具有散射光栅结构的光栅，该散射光栅结构使入射到相应耦出偏转结构(26、27、28)上的、耦入的光(L1、L2、L3)的光束根据入射地点以不同程度被偏转，从而耦出偏转结构(26、27、28)使光束平行出射以用于通过图像捕获设备(12)检测。
9.根据前述权利要求中任一项所述的摄像机装置(10)，其特征在于，图像捕获设备(12)具有彩色图像传感器以用于检测耦出的光(L1、L2、L3)。
10.用于生成周围环境的至少一个影像(U)的摄像机装置(10)，包括：光导介质(20)，在该光导介质处彼此对置地在不同表面上布置有耦入区域(21)和图像捕获设备(12)，其中，
耦入区域(21)具有至少两个耦入偏转结构(23、24、25)，其中每个耦入偏转结构设计为，将在相应预定角度范围(T1、T2、T3)中从周围环境入射到相应偏转结构(23、24、25)上的、预定光谱范围的光(L1、L2、L3)耦入到光导介质(20)中，其中，耦入偏转结构(23、24、25)相对于不同的光谱范围和入射角范围(T1、T2、T3)是选择性的，
光导介质(20)设计用于，将耦入的光(L1、L2、L3)从耦入区域(21)传输到图像捕获设备(12)，
图像捕获设备(12)具有至少两个检测区域(13、14、15)，其中每个检测区域设计用于，根据入射角范围(T1、T2、T3)分开地检测入射到相应检测区域(13、14、15)上的、从耦入偏转结构(23、24、25)中的相应一个偏转结构耦入的、预定光谱范围的光(L1、L2、L3)，图像捕获设备(12)设计为从中生成图像数据(B1、B2、B3)。
11.一种具有根据前述权利要求中任一项所述的摄像机装置(10)的机动车，其中，光导介质(20)设计为机动车的窗玻璃。
CN202080045050.5A 2019-08-29 2020-08-11 用于生成周围环境的影像的摄像机装置 Active CN114009001B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019212988.9A DE102019212988A1 (de) 2019-08-29 2019-08-29 Kameravorrichtung zum Erzeugen eines Abbilds einer Umgebung
DE102019212988.9 2019-08-29
PCT/EP2020/072502 WO2021037556A1 (de) 2019-08-29 2020-08-11 Kameravorrichtung zum erzeugen eines abbilds einer umgebung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114009001A CN114009001A (zh) 2022-02-01
CN114009001B true CN114009001B (zh) 2022-05-17

Family

ID=72046912

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080045050.5A Active CN114009001B (zh) 2019-08-29 2020-08-11 用于生成周围环境的影像的摄像机装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11758273B2 (zh)
EP (1) EP4022883A1 (zh)
CN (1) CN114009001B (zh)
DE (1) DE102019212988A1 (zh)
WO (1) WO2021037556A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019102605A1 (de) * 2019-02-01 2020-08-06 Carl Zeiss Jena Gmbh Funktionalisierter Wellenleiter für ein Detektorsystem
DE102019102614A1 (de) 2019-02-01 2020-08-06 Carl Zeiss Jena Gmbh Bildschirm mit einem transparenten Basiskörper
DE102019102608A1 (de) 2019-02-01 2020-08-06 Carl Zeiss Jena Gmbh Funktionalisierter Wellenleiter für ein Detektorsystem
DE102019102604A1 (de) 2019-02-01 2020-08-06 Carl Zeiss Jena Gmbh Funktionalisierter Wellenleiter für ein Detektorsystem
DE102019206354A1 (de) * 2019-05-03 2020-11-05 Audi Ag Kameravorrichtung zum Erzeugen eines Abbilds einer Umgebung
DE102019212988A1 (de) 2019-08-29 2021-03-04 Audi Ag Kameravorrichtung zum Erzeugen eines Abbilds einer Umgebung
DE102023103962A1 (de) 2023-02-17 2024-08-22 Carl Zeiss Jena Gmbh Vorrichtung zur Erzeugung einer polychromatischen holographischen Abbildung in einer Sitzblende

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016211823A1 (de) * 2016-06-30 2018-01-04 Robert Bosch Gmbh Umlenkeinheit zum Umlenken von Licht an einer Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, Windschutzscheibe, Head-up-Display-System und Sensorsystem
CN108725323A (zh) * 2017-04-21 2018-11-02 梅克朗有限两合公司 用于车辆的摄像系统、包括该摄像系统的视镜替代系统以及包括该系统的驾驶员辅助系统
CN109211107A (zh) * 2017-07-04 2019-01-15 赫克斯冈技术中心 用于扫描对象并对对象进行图像获取的测量仪器
CN110166702A (zh) * 2018-02-16 2019-08-23 西克股份公司 捕获图像数据的相机和方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0486617A (ja) 1990-07-27 1992-03-19 Olympus Optical Co Ltd 撮影光学系
JP4810949B2 (ja) * 2005-09-29 2011-11-09 ソニー株式会社 光学装置及び画像表示装置
US20080180537A1 (en) 2006-11-14 2008-07-31 Uri Weinberg Camera system and methods
US20090174919A1 (en) * 2007-12-28 2009-07-09 Gaylord Moss Directed illumination diffraction optics auto-stereo display
JP4518193B2 (ja) * 2008-06-10 2010-08-04 ソニー株式会社 光学装置および虚像表示装置
US8519325B1 (en) * 2009-08-24 2013-08-27 Zhenyu Lu Optical radiation concentrator
US10070055B2 (en) * 2015-03-25 2018-09-04 Massachusetts Institute Of Technology Devices and methods for optically multiplexed imaging
KR102388249B1 (ko) 2015-11-27 2022-04-20 엘지이노텍 주식회사 일반 촬영 및 적외선 촬영 겸용 카메라 모듈
WO2018175488A1 (en) 2017-03-21 2018-09-27 Magic Leap, Inc. Stacked waveguides having different diffraction gratings for combined field of view
DE102017217193B4 (de) * 2017-09-27 2019-07-25 Audi Ag Anzeigevorrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug, sowie Fahrzeug mit einer solchen Anzeigevorrichtung
DE202020005400U1 (de) * 2019-01-29 2021-01-29 Schott Ag Linienleuchte
DE102019212988A1 (de) 2019-08-29 2021-03-04 Audi Ag Kameravorrichtung zum Erzeugen eines Abbilds einer Umgebung

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016211823A1 (de) * 2016-06-30 2018-01-04 Robert Bosch Gmbh Umlenkeinheit zum Umlenken von Licht an einer Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, Windschutzscheibe, Head-up-Display-System und Sensorsystem
CN108725323A (zh) * 2017-04-21 2018-11-02 梅克朗有限两合公司 用于车辆的摄像系统、包括该摄像系统的视镜替代系统以及包括该系统的驾驶员辅助系统
CN109211107A (zh) * 2017-07-04 2019-01-15 赫克斯冈技术中心 用于扫描对象并对对象进行图像获取的测量仪器
CN110166702A (zh) * 2018-02-16 2019-08-23 西克股份公司 捕获图像数据的相机和方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021037556A1 (de) 2021-03-04
US11758273B2 (en) 2023-09-12
CN114009001A (zh) 2022-02-01
EP4022883A1 (de) 2022-07-06
US20220272258A1 (en) 2022-08-25
DE102019212988A1 (de) 2021-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114009001B (zh) 用于生成周围环境的影像的摄像机装置
CN111149040B (zh) 尤其用于车辆的显示装置以及带有这种显示装置的车辆
JP7447129B2 (ja) 検出器システムのための機能化された導波路
JP6839764B2 (ja) 情報表示装置
US12130461B2 (en) Functionalized waveguide for a detector system
EP2265993B1 (en) Whole beam image splitting system
JP7447130B2 (ja) 検出器システムのための機能化された導波路
CN101981915A (zh) 摄像装置
JP7447131B2 (ja) 検出器システムのための機能化された導波路
JP7447133B2 (ja) 検出器システムのための機能化された導波路
CN113383255B (zh) 包括透光的基体的屏幕
US20130162827A1 (en) Camera Arrangement for a Motor Vehicle
US20230159022A1 (en) Movable carrier auxiliary system and parking auxiliarymethod thereof
CN113767331A (zh) 用于与颜色相关的图像内容检测的装置以及具有这种装置的计算设备和机动车
US12101537B2 (en) Image sensor apparatus of a camera for detecting light
WO2022200399A1 (en) Optical detection device and vehicle with at least one optical detection device
KR20240153999A (ko) 전반사 및 반사 홀로그램을 갖는 파면 조종기
CN113671705A (zh) 偏转光束的光学装置及运行光学装置的方法和控制设备
JP2007108207A (ja) カメラ装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant