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Technisches
Gebiet
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In
Kraftfahrzeugen kommen zur Aufnahme der Szenerie vor dem Fahrzeug
in Fahrtrichtung Kamerasysteme zum Einsatz. Die Erfassung der Szenerie
vor dem Fahrzeug erfolgt mittels Stereokameras und einer für Stereokameras
geeigneten Bildauswertung.
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DE 196 23 862 A1 bezieht
sich auf eine Vorrichtung zur Aufnahme dreidimensionaler Bilder. Strahlengänge aus
den den beiden menschlichen Augen entsprechenden Blickrichtungen
sind senkrecht zueinander linear polarisiert und werden in einem
im Kreuzungspunkt der beiden Strahlengänge winkelhalbierend angeordneten
Strahlteiler deckungsgleich vereinigt. In dem vereinigten Strahlengang
ist ein nematisches oder ferroelektrisches Flüssigkristallelement angeordnet,
welches bei Anlegen eines Steuersignals beide Polarisationsebenen gleichsinnig
um 90° dreht
und bei Wegfall des Steuersignals diese Drehung wieder rückgängig macht. Zwischen
dem Flüssigkristallelement
und der reellen Bildebene ist ein Polarisationsfilter derart angeordnet,
dass bei angelegtem Steuersignal Licht des einen Polarisationszustandes
und bei fehlendem Steuersignal Licht des anderen Polarisationszustandes durchgelassen
wird, während
das Licht des jeweils anderen Polarisationszustandes durchgelassen
wird, wodurch nach Maßgabe
der Steuersignale jeweils eines der beiden Bilder, das jeweils einer
der beiden Blickrichtungen entspricht, abgebildet und das andere
gesperrt wird und umgekehrt. Das drehende Flüssigkristallelement ist innerhalb
des abbildenden Objektivs der Vorrichtung insbesondere in dessen
Blendenebene angeordnet.
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Bei
bisherigen Lösungsversuchen
Monokameras so umzurüsten,
dass diese eine Stereobildaufnahme ermöglichen, war ein sehr ein großer Bauraum
erforderlich. Ein großer
Bauraum war insbesondere dann erforderlich, wenn nur ein Spiegel
zur Stereosystemerzeugung eingesetzt wurde und/oder mehr als zwei
Spiegel erforderlich waren. Da die die Szene vor dem Fahrzeug erfassenden
Kameras in der Regel hinter der Windschutzscheibe des Kraftfahrzeuges
im Bereich des Rückspiegels
angeordnet sind, steht für
die Ausbildung eines eine Stereobildaufnahme der sich vor dem Kraftfahrzeug
abspielenden Szenerie nur ein beschränkter Bauraum zur Verfügung. Diesen
gilt es in besonderer Weise nicht zuletzt im Hinblick auf fahrzeugästhetische
Gesichtspunkte auszunutzen.
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Darstellung
der Erfindung
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Die
erfindungsgemäß vorgeschlagene
Lösung
realisiert ein Stereokamerasystem, wobei lediglich eine Monokamera
eingesetzt wird und nur zwei Umlenkspiegel benötigt werden. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Lösung
wird ein besonders kleiner Bauraum erzielt, was eine Anordnung der
erfindungsgemäß vorgeschlagenen,
eine Monokamera und zwei Spiegel umfassenden, eine Stereobildaufnahme
ermöglichenden
Kameramoduls im Bereich des Rückspiegels
hinter der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges begünstigt.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen,
im Rahmen der Stereokamera Linsen einzusetzen, die die relevanten
Lichtstrahlen derart brechen, dass diese genau parallel weiterlaufen,
d.h. im vorliegenden Falle parallel zur Windschutzscheibe und nicht
senkrecht zu dieser. Dabei handelt es sich um telezentrische Linsen;
das Gesamtsystem, telezentrische Linsen und mindestens einen diesen
zugeordneten Imager umfassend, wird auch als orthographische Kamera
bezeichnet.
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Auf
der der Windschutzscheibe zuweisenden Seite der orthographischen
Kamera befinden sich in das Gehäuse
der Kamera eingebaute telezentrische Linsen. Werden beispielsweise
in das Gehäuse
der Kamera auf der der Windschutzscheibe zuweisenden Seite zwei
telezentrische Linsen eingesetzt und diesen jeweils ein Umlenkspiegel
zugeordnet, so werden die über
die telezentrischen Linsen einfallenden Lichtstrahlen so gebrochen,
dass diese innerhalb des Gehäuses
der orthographischen Kamera parallel zur Windschutzscheibe verlaufen.
Dadurch ist es möglich,
den in der orthographischen Kamera angeordneter Imager-Chip quer
zur Fahrtrichtung anzuordnen und auf diese Weise eine kompakte Bauform
der vorgeschlagenen orthographischen Kamera zu erreichen.
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Durch
die Integration eines oder mehrerer Umlenkspiegel in das Innere
des Gehäuses
der orthographischen Kamera kann jedoch die Kameraposition relativ
zu den Umlenkspiegeln und den Eintrittsoptiken, d.h. der telezentrischen
Linsen, entsprechend den Bauraumanforderungen angepasst werden.
Bei Einsatz telezentrischer Linsen, die in die der Windschutzscheibe
zuweisende Wand der orthographischen Kamera integriert sind, werden
die relevanten Lichtstrahlen genau parallel umgelenkt, so dass lediglich
ein Kanal mit einem Querschnitt weniger Zentimeter (so zum Beispiel
2 cm) erforderlich ist, um die umgelenkten Strahlen von zwei Umlenkspiegeln zu
empfangen. Die innerhalb des Gehäuses
der orthographischen Kamera angeordneten Umlenkspiegel werden bevorzugt
so angeordnet, dass zum Beispiel der erste, der linken Seite zugeordnete
Spiegel nur Licht auf die obere Hälfte des Imagers wirft, während der
zweite Spiegel, in der rechten Seite des Gehäuses der orthographischen Kamera
angeordnet, nur Licht auf die untere Hälfte des Imagers wirft.
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Das
der vorliegenden Lösung
zugrundeliegende Prinzip kann jedoch auch dazu eingesetzt werden,
gleichzeitig verschiedene Blickrichtungen, d.h. nicht nur die Fahrtrichtung
des Fahrzeugs, zu beobachten. So können beispielsweise gleichzeitig
der Außenraum
und der Innenraum des Fahrzeugs beobachtet werden. In diesem Falle
können
die beiden Spiegel vertikal übereinanderliegend
im Kameragehäuse
angeordnet sein. Durch eine Verkippung der Spiegel in Bezug auf
das Gehäuse
der orthographischen Kamera kann der beobachtete Raumbereich oder – im Falle
eines Stereosystems der gemeinsam beobachtete Raumbereich – frei eingestellt
werden. Werden an der erfindungsgemäß vorgeschlagenen orthographischen
Kamera unterschiedliche Spiegelgrößen hinsichtlich der Spiegelfläche sowie
Linsen unterschiedlicher Brennweiten eingesetzt, insbesondere hinsichtlich
des Lichteintritts und der Position der Windschutzscheibe, können verschiedene Raumbereiche
entsprechend unterschiedlich auf den an einer kurzen Wand des Kameragehäuses der
orthographischen Kamera angeordneten Imager-Chip abgebildet werden.
Dadurch ist es möglich,
die Funktionsanforderungen in optimaler Weise zu erfüllen. So
lässt sich
zum Beispiel ein größerer Beobachtungs-
und Imagerbereich für
die Außenraumbeobachtung
und ein dementsprechend kleinerer Bereich für den Innenraum am Imager erzielen.
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Für den Fall
eines Stereosystems kann mit der erfindingsgemäß vorgeschlagenen Lösung ein Basisabstand
virtueller Kameras direkt über
den Abstand der Spiegel eingestellt werden. Dadurch lässt sich
die Baugröße eines
derartiges Stereo-Kamerasystems weiter verringern.
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Zeichnung
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Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben:
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Es
zeigt:
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1 den
Schnitt durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene
orthographische Kamera mit eingezeichneten, relevanten Strahlenbündeln,
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2 eine
Schnittdarstellung der orthographischen Kamera gemäß der Darstellung
in 2, wobei der Imager-Chip mehrere Chipbereiche
aufweist und
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3 eine
Schnittdarstellung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen orthographischen Kamera
zum gleichzeitigen Beobachten von Innen- und Außenraum.
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1 zeigt
die erfindungsgemäß vorgeschlagene
orthographische Kamera im Schnitt.
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Eine
orthographische Kamera 22 befindet sich in Fahrtrichtung 10 eines
Kraftfahrzeugs gesehen in einem Abstand 24 hinter einer
Windschutzscheibe 12. Die Windschutzscheibe weist eine
Außenseite 16 sowie
eine Innenseite 14 auf. Durch die Windschutzscheibe fällt ein
erstes einfallendes Strahlenbündel 18 sowie
ein zweites einfallendes Strahlenbündel 20 auf eine Linsenanordnung 34, 36, die
in einer Längswand 30 eines
Kameragehäuses 26 der
orthographischen Kamera 22 eingelassen ist. Die Linsenebene
der Linsenanordnung 34 beziehungsweise 36 ist
durch Bezugszeichen 42 kenntlich gemacht.
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Das
Kameragehäuse 26 der
orthographischen Kamera 22 umfasst zwei Längswände 30 sowie
zwei Querwände 32,
welche einen Hohlraum 28 der orthographischen Kamera 22 begrenzen.
Der Holraum 28 fungiert als optischer Kanal 40.
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In
die der Innenseite 14 der Windschutzscheibe 12 zuweisende
Längswand 30 des
Kameragehäuses 26 sind
zwei voneinander beabstandete telezentrische Linsen, eine erste
telezentrische Linse 34 und eine zweite telezentrische
Linse 36 eingelassen. Jeder der ersten und zweiten telezentrischen Linsen 34, 36 ist
ein Umlenkspiegel 46 beziehungsweise 48 zugeordnet.
Der erste Umlenkspiegel 46 sowie der zweite Umlenkspiegel 48 sind
in der in 1 dargestellten Ausführungsvariante
der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
orthographischen Kamera um einen Neigungswinkel 50 in Bezug
auf die Längswand 30 des
Kameragehäuses 26 eingebaut. Über die
der ersten telezentrischen Linse 34 sowie der zweiten telezentrischen
Linse 36 nachgeschalteten Umlenkspiegel 46 beziehungsweise 48 werden
die einfallenden Strahlenbündel 18 beziehungsweise 19 so
umgelenkt, dass diese durch den optischen Kanal 40 innerhalb
des Hohlraums 28 des Kameragehäuses 26 genau parallel
weiterlaufen. Aufgrund des Umstandes, dass die erste telezentrische
Linse 34 sowie das zweite einfallende Strahlenbündel 20 und
die zweite telezentrische Linse 26 das erste einfallende
Strahlenbündel 18 unter
Mithilfe des ersten Umlenkspiegels 46 und des zweiten Umlenkspiegels 48 genau
parallel umlenken, kann der optische Kanal 40 einen kleinen
Querschnitt von zum Beispiel 2 cm2 aufweisen,
um die Strahlen des ersten Umlenkspiegels 46 und des zweiten
Umlenkspiegels 48 unter Zwischenschaltung einer Optik 38 auf
die Oberfläche
eines Imager-Chips 44 zu übertragen. Bevorzugt ist die
Anordnung des ersten Umlenkspiegels 46 und des zweiten
Umlenkspiegels 48 so gewählt, dass mittels des ersten
Umlenkspiegels 46 Licht auf einen unteren Bereich 54 des
Imager-Chips 44 gelenkt wird, während mittels des zweiten Umlenkspiegels 48 über die
zweite telezentrische Linse 46 einfallendes Licht auf einen
ersten Chipbereich 52 des Imager-Chips 44 gelenkt
wird.
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Aus
der Darstellung gemäß 1 geht
hervor, dass der erste Umlenkspiegel 46 und der zweite Umlenkspiegel 48 durchaus
unterschiedlich beschaffen sein können. So weist der erste Umlenkspiegel 46 im
Vergleich zum zweiten Umlenkspiegel 48 eine etwas größere Dicke
auf; ferner sind die seitlichen Anfasungen des ersten Umlenkspiegels 46 stärker ausgebildet
als die des zweiten Umlenkspiegels 48. Beiden Umlenkspiegeln 46, 48 ist
gemeinsam, dass sie unter einem Neigungswinkel 50 in Bezug
auf die Längswand 30 des
Kameragehäuses 26 der
orthographischen Kamera 22 positioniert sind. Abhängig von
der Schrägstellung
des ersten Umlenkspiegels 46 beziehungsweise des zweiten
Umlenkspiegels 48 kann eine Verbreiterung oder eine Verringerung
des optischen Kanals 40 innerhalb des Kameragehäuses 26 der
orthographischen Kamera 22 erzielt werden. Aufgrund des
Umstandes, dass die erste telezentrische Linse 34 und die
zweite telezentrische Linse 36 die einfallenden Strahlenbündel 18, 20 unter
Mithilfe der Umlenkspiegel 46, 48 genau parallel,
d.h. um 90° ablenken,
kann der Imager-Chip 44 an einer Querwand 32 des
Kameragehäuses 26 der
orthographischen Kamera 22 bauraumsparend aufgenommen werden.
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Der
Imager-Chip 44, der in der Darstellung gemäß 1 an
einer Querwand 32 des Kameragehäuses 26 positioniert
ist, kann relativ zu dem ersten Umlenkspiegel 46 und dem
zweiten Umlenkspiegel 48 sowie relativ zur Eintrittsoptik 38 entsprechend den
Bauraumanforderungen positioniert werden. Damit steht ein Justagefreiheitsgrad
zur Verfügung,
um den Imager-Chip 44 relativ zum ersten Umlenkspiegel 46 beziehungsweise
zum zweiten Umlenkspiegel 48 und der Eintrittsoptik 38 entsprechend
den vorgegebenen Bauraumanforderungen anzupassen. Mit Hilfe der
ersten und zweiten telezentrischen Linsen 34, 36,
welche die einfallenden Lichtstrahlen 18, 20 genau
parallel zueinander auswerfen, ist lediglich ein optischer Kanal 40 mit
einem kleinen Querschnitt von zum Beispiel 2 cm2 nötig, um
die von den zwei Umlenkspiegeln 46, 48 empfangenen
Signale weiterzuleiten. Der erste Umlenkspiegel 46 und
der zweite Umlenkspiegel 48 kann beispielsweise so angeordnet
werden, dass zum Beispiel der der zweiten telezentrischen Linse 36 zugeordnete
zweite Umlenkspiegel 48 die eintretenden Strahlen 18 an
einen ersten Chipbereich 52 des Imager-Chips 44 umlenkt
und der erste Umlenkspiegel 46, der der ersten telezentrischen
Linse 34 zugeordnet ist, die Lichtstrahlen über die
Optik 38 einem darunterliegenden zweiten Chipbereich 54 des
Imager-Chips 44 zuleitet.
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Aus
der Darstellung gemäß 2 geht
eine Ansicht der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
orthographischen Kamera in kompakter Bauform hervor.
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Aus
der Darstellung gemäß 2 geht
die rückwärtige Ansicht
der orthographischen Kamera 22 hervor; aus Gründen der
Darstellung sind die in der Längswand 30 des
Kameragehäuses 26 gemäß 1 eingelassene
erste telezentrische Linse 34 sowie die zweite telezentrische
Linse 36 fortgelassen. Der der ersten telezentrischen Linse 34 zugeordnete erste
Umlenkspiegel 46 leitet das über die erste telezentrische
Linse 34 in das Kameragehäuse 26 einfallende
Licht, in diesem Falle die Lichtstrahlen 20, über die
Optik 38 an den unteren zweiten Chipbereich 54 um.
Der im Kameragehäuse 26 oberhalb
des ersten Umlenkspiegels 46 angeordnete zweite Umlenkspiegel 38 leitet
die über
die zweite telezentrische Linse 36 einfallenden Lichtstrahlen 18 über die
Optik 38 im ersten Chipbereich 52 des Imager-Chips 44 zu.
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Anstelle
der in den 1 und 2 dargestellten
Ausführungsvariante
der orthographischen Kamera 22 ist es auch möglich, die
erste telezentrische Linse 34 und die zweite telezentrische
Linse 36 in verschiedenen Längswänden 30 des Kameragehäuses 26 unterzubringen.
Wird zum Beispiel die erste telezentrische Linse 34 in
der der Windschutzscheibe l2 zuweisenden Seite des Kameragehäuses 26 untergebracht,
ist mit dieser eine Erfassung der Szene im Außenbereich des Kraftfahrzeuges
möglich.
Die zweite telezentrische Linse 36 kann in Abwandlung der
in 1 und 2 dargestellten Ausführungsvariante
in der Längswand 30 des
Kameragehäuses 26 der
orthographischen Kamera 22 untergebracht werden, die dem
Innenraum des Kraftfahrzeuges zuweist. Durch Auswahl entsprechender Brennweiten
der ersten telezentrischen Linse 34 und der zweiten telezentrischen
Linse 36 und durch eine entsprechende Auslegung der Spiegelfläche des
ersten Umlenkspiegels 46 und des zweiten Umlenkspiegels 48 ist
es möglich,
auf ein und demselben Imager-Chip 44 unterschiedliche Chipbereiche 52 und 54 zu
realisieren. So kann mit der erfindungsgemäß dargestellten orthographischen
Kamera 22 sowohl der Außenbereich des Kraftfahrzeuges überwacht
werden als auch der Innenraum des Kraftfahrzeuges. Je nach Aus1egung
der Brennweiten der telezentrischen Linsen 34, 36 sowie
der Spiegelflächen
lässt sich
auf dem Imager-Chip 44 in einem größeren Bereich, beispielsweise
dem ersten Chipbereich 52, die Szene außerhalb des Kraftfahrzeuges
abbilden, während
auf einem kleiner ausgelegten zweiten Chipbereich 54 des
Imager-Chips 44 der Innenraum des Kraftfahrzeuges abgebildet
wird.
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Der
Darstellung gemäß 3 ist
eine Ausführungsvariante
der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
orthographischen Kamera zu entnehmen, mit der sowohl der Außenbereich
als auch der Innenbereich eines Kraftfahrzeugs überwacht werden können.
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Der
Darstellung gemäß 3 ist
die orthographische Kamera 22 zu entnehmen, deren Kameragehäuse 26 zwei
parallel zueinander angeordnete Längswände 30 und zwei rechtwinklig
zu diesen orientierte Querwände 32 aufweist.
Das erste einfallende Strahlenbündel 18 fällt über eine
in Fahrtrichtung 10 dem Kameragehäuse 26 vorgeschaltete – in der Darstellung
gemäß 3 nicht
wiedergegebene – Windschutzscheibe
ein und wird über
die erste telezentrische Linse 34 auf den ersten Umlenkspiegel 46 gelenkt.
Der erste Umlenkspiegel 46 ist um den Neigungswinkel 50 innerhalb
des Hohlraums 28 des Kameragehäuses 26 verkippt. Über die
Spiegelfläche des
ersten Umlenkspiegels 46 wird das einfallende erste Strahlenbündel 18 entlang
des optischen Kanals 40 zu einer Optik 38 gelenkt.
Die Optik 38 umfasst in der Ausführungsvariante gemäß der Darstellung
in 3 zwei dem Imager-Chip 44 vorgeschaltete
Linsen. Der Imager-Chip 44 ist gemäß der Ausführungsvariante in 3 sich
in Richtung der Hochachse 56 der orthographischen Kamera 22 erstreckend
an der Querwand 32 des Kameragehäuses 26 aufgenommen.
Der Imager-Chip 44 erstreckt sich somit in die Richtung
der Zeichenebene. Auf den Imager-Chip 44 werden sowohl
das erste einfallende Strahlenbündel 18 nach
Passage der Optik 38 gelenkt als auch das über den
zweiten Umlenkspiegel 48 über die zweite telezentrische
Linse 36 in den optischen Kanal 40 gelenkte zweite
Strahlenbündel 20 aufgefangen.
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Während in
der in 3 dargestellten Ausführungsvariante der orthographischen
Kamera 22 das erste einfallende Strahlenbündel 18 zum
Beispiel dem Außenbereich
eines Kraftfahrzeuges zugeordnet sein kann, wird über die
zweite telezentrische Linse 36 ein zweites einfallendes
Strahlenbündel 20 durch
den optischen Kanal 40 im Hohlraum 28 des Kameragehäuses 26 über die
in diesem Ausführungsbeispiel
zwei Linsen umfassende Optik 38 ebenfalls auf den Imager-Chip 44 gelenkt.
In Richtung der Hochachse 56 der orthographischen Kamera 22 gesehen
liegt der erste Umlenkspiegel 46 über dem zweiten Umlenkspiegel 48.
Beide Umlenkspiegel 46, 48 sind um den Neigungswinkel 50 innerhalb des
Hohlraums 28 des Kameragehäuses 26 verkippt angeordnet.
Aufgrund der Einbaubedingungen gemäß der Darstellung in 3 liegt
in diesem Falle der erste Umlenkspiegel 46 über dem
zweiten Umlenkspiegel 48. Daher wird das über den
ersten Umlenkspiegel 46 umgelenkte Strahlenbündel 18 auf
dem Imager-Chip 44 in dessen oberen Bereich abgebildet,
während
die über
die zweite telezentrische Linse 36 einfallenden Strahlen
durch den zweiten Umlenkspiegel 48 im Hohlraum 28 des
Kameragehäuses 26 auf
den unteren Bereich des sich in Richtung der Hochachse 56 der
orthographischen Kamera 22 erstreckenden Imager-Chips 44 umgelenkt
werden. Demzufolge lässt
sich auf einem Teilbereich des Imager-Chips 44 das den
Außenbereich
abbildende erste einfallende Strahlenbündel 18 abbilden,
während auf
dem unteren Bereich des Imager-Chips 44 das über den
zweiten Umlenkspiegel 48 und die zweite telezentrische
Linse 36 einfallende zweite Strahlenbündel 20 aufgefangen
werden kann. Demzufolge lässt
sich über
den Imager-Chip 44 mit der orthographischen Kamera 22 gemäß der Ausführungsvariante
in 3 sowohl der Außenbereich als auch der Innenbereich
eines Kraftfahrzeuges gleichzeitig überwachen.
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Durch
geeignet ausgewählte
Spiegelflächen des
ersten Umlenkspiegels 46 beziehungsweise des zweiten Umlenkspiegels 48 sowie
durch geeignete Auswahl der Brennweiten der ersten telezentrischen Linse 34 sowie
der zweiten telezentrischen Linse 36 können dem Außenbereich des Kraftfahrzeuges
sowie dem Innenraum auf dem Imager-Chip 44 unterschiedlich
große
Bildbereiche zugeordnet werden.
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Durch
eine geeignete Verkippung der Spiegel beispielsweise hinsichtlich
der Dimensionierung der Spiegelflächen des ersten Umlenkspiegels 46 und
des zweiten Umlenkspiegels 48 sowie deren Neigungswinkel 50 innerhalb
des Kameragehäuses 26 kann
der letztendlich zu beobachtende Außenbereich außerhalb
des Kraftfahrzeuges beliebig eingestellt werden, so zum Beispiel
hinsichtlich der Erfassungstiefe des Außenbereichs, der vor dem fahrenden
Kraftfahrzeug liegt.
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Die
erfindungsgemäß vorgeschlagene
Lösung
einer orthographischen Kamera 22 stellt eine bauraumsparende
und kompaktbauende Stereokamera bereit, mit welcher sowohl der Außenbereich als
auch der Innenbereich oder nur der Außenbereich des Kraftfahrzeuges
erfasst werden kann. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene orthographische
Kamera 22 kann aufgrund ihrer kompakten Bauweise auf der
Innenseite 14 der Windschutzscheibe 12 des Kraftfahrzeuges
im Bereich des Rückspiegels
montiert werden und beeinträchtigt
das ästhetische
Erscheinungsbild des Kraftfahrzeuges in stilistischer Hinsicht kaum.