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Die Erfindung betrifft eine Kamera, insbesondere für Infrarotlicht und/oder sichtbares Licht, mit einem Lichtsensor und mit einem Objektiv zur Abbildung eines Objektes auf den Lichtsensor, wobei das Objektiv eine dem Objekt zuzuwendende Objektlinse und eine dem Lichtsensor zugewandte Bildlinse aufweist. Die Erfindung betrifft zudem eine Kontroll- oder Unterstützungseinrichtung, wie etwa ein Fahrassistenzsystem, mit einer vorgenannten Kamera. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug, wie zum Beispiel ein Kraftfahrzeug, mit einer vorgenannten Kamera sowie mit einer Lichtquelle zur Beleuchtung einer Umgebung des Fahrzeugs.
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Die
DE 38 24 969 C2 offenbart ein Objektiv für den Infrarot- und den sichtbaren Wellenlängenbereich mit einer sammelnden Linse, auf deren einer Oberfläche ein Hologramm vorgesehen ist, das im Wesentlichen die Form einer Fresnellinse aufweist und zur Korrektur der Aberrationen ausgebildet ist.
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Die
DE 693 28 440 T2 offenbart eine Infrarot-Kamera mit einer optische Anordnung, um Licht/Infrarotstrahlung in ein Brennebenen-Feld von infrarotempfindlichen Mikrobolometern auf einem Halbleitersubstrat zu lenken.
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Die
DE 197 24 180 C2 offenbart einen optischen Lagesensor, mit einem nur ein Linsenglied umfassenden homozentrischen Objektiv, bestehend aus einer Kugellinse, welche objektseitig von einem ersten Meniskus und bildseitig von einem zweiten Meniskus eingeschlossen wird, einer dem Objektiv nachgeordneten Faserplatte, deren dem Objektiv zugewandte Fläche hohl ist und in der Form mit der bildseitigen Brennfläche des Objektives übereinstimmt, und deren dem Objektiv abgewandte Fläche eine Planfläche ist, auf welcher ein CCD-Empfänger angeordnet ist, wobei die bildseitige Brennfläche mit der letzten Objektivfläche zusammenfällt und auf dieser die Faserplatte direkt aufgekittet ist.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Kamera, insbesondere für Infrarotlicht und sichtbares Licht, anzugeben. Es ist insbesondere Aufgabe der Erfindung, ein besonders für die Erkennung der Umgebung eines Kraftfahrzeuges geeignetes Objektiv bzw. eine entsprechende Kamera anzugeben. Dabei ist es insbesondere wünschenswert, bei hoher Auflösung des Objektivs insbesondere im gesamten Bildfeld und insbesondere bei hoher Dynamik des Lichtsensors (sehr helle und dunkle Bereiche eines Bildes sollen gleichzeitig erfasst werden) Geisterbilder zu vermeiden. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine besonders zuverlässige Kontroll- und/oder Unterstützungseinrichtung anzugeben.
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Vorgenannte Aufgabe wird durch eine Kamera, insbesondere für Infrarotlicht und/oder sichtbares Licht, mit einem Lichtsensor (zur Erfassung eines Bildes) und mit einem Objektiv zur Abbildung eines Objektes auf den Lichtsensor gelöst, wobei das Objektiv eine dem Objekt zuzuwendende Objektlinse und eine dem Lichtsensor zugewandte Bildlinse aufweist, und wobei der Lichtsensor auf oder in der Bildlinse angeordnet ist. Der Lichtsensor ist im Sinne der Erfindung insbesondere dann auf der Bildlinse angeordnet, wenn sich die Bildlinse und der Lichtsensor berühren. Der Lichtsensor ist im Sinne der Erfindung insbesondere dann auf der Bildlinse angeordnet, wenn zwischen der Bildlinse und dem Lichtsensor im Wesentlichen kein Medium angeordnet ist, dessen Brechungsindex wesentlich von dem Brechungsindex des Materials der Bildlinse abweicht. Dabei kann jedoch zwischen der eigentlichen lichtempfindlichen Schicht des Lichtsensors und der Bildlinse ein Luftspalt bis zu in etwa 2 mm vorgesehen sein bzw. toleriert werden. Ausführungsbeispiele für mögliche Ausgestaltungen eines Lichtsensors auf einer Bildlinse offenbaren z. B. 1, 3, 5, 6, 11, 12 und 13. Eine Linse im Sinne der Erfindung, insbesondere eine Bildlinse im Sinne der Erfindung, kann eine einstückige Linse oder eine Verbundlinse, gegebenenfalls aus unterschiedlichen Materialien, sein. Eine Linse im Sinne der Erfindung, insbesondere eine Bildlinse im Sinne der Erfindung, kann aus Glas und/oder Kunststoff bestehen. Eine Linse im Sinne der Erfindung ist zumindest in einem Wellenlängenbereich transparent, für den die Kamera vorgesehen ist. Ein Lichtsensor ist im Sinne der Erfindung insbesondere ein Bilderfassungschip, ein Chip-Film oder eine vergleichbare zur Erfassung eines Bildes geeignete Einrichtung.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Lichtsensor mit der Bildlinse verbunden. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Lichtsensor mit der Bildlinse verklebt oder auf die Bildlinse aufgebracht. Dabei kann die Bildlinse als Substrat zum Aufbringen von Schichten des Lichtsensors dienen. Die bildseitige optisch wirksame Oberfläche der Bildlinse kann, insbesondere zylindrisch, sphärisch oder asphärisch, gekrümmt sein.
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In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Bildlinse eine negative Linse oder eine Streulinse. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Objektlinse eine positive Linse oder eine Sammellinse. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der Objektlinse und der Bildlinse zumindest eine erste Mittellinse angeordnet, wobei die erste Mittellinse vorteilhafterweise eine negative Linse oder eine Streulinse ist. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der Bildlinse und der ersten Mittellinse zumindest eine zweite Mittellinse angeordnet, wobei die zweite Mittellinse vorteilhafterweise eine positive Linse oder eine Sammellinse ist.
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In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der Objektlinse und der Bildlinse zumindest eine negative Linse oder Streulinse angeordnet. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der Objektlinse und der Bildlinse zumindest eine positive Linse oder Sammellinse angeordnet.
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In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die objektseitige optisch wirksame Oberfläche der Bildlinse konvex gekrümmt. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die objektseitige optisch wirksame Oberfläche der Bildlinse derart mit einem Krümmungsradius R gekrümmt, dass gilt:
wobei d die Dicke der Bildlinse ist, wobei NA die numerische Apertur des Objektivs ist, wobei DB der Bildkreisdurchmesser des Lichtsensors ist, und wobei α ein Wert kleiner oder gleich 5, insbesondere kleiner oder gleich 3, vorteilhafterweise kleiner oder gleich 2,5, ist. Ein Bildkreisdurchmesser ist im Sinne der Erfindung insbesondere der Durchmesser eines imaginären Kreises, der gerade noch den Lichtsensor vollständig überdeckt. Ein Bildkreisdurchmesser ist im Sinne der Erfindung insbesondere eine Bilddiagonale. Der Bildkreisdurchmesser DB beträgt in Bezug auf die Kamera vorteilhafterweise mindestens 6 mm, vorteilhafterweise mindestens 8 mm.
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In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Lichtsensor als logarithmischer Lichtsensor bzw. als Lichtsensor mit großer Dynamik ausgestaltet. Ein derartiger Lichtsensor besitzt insbesondere eine Dynamik von zumindest 40 dB. Dabei ist eine Dynamik von 60 dB besonders geeignet. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist mittels des Lichtsensors Infrarotlicht und/oder sichtbares Licht erkennbar.
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Eine vorgenannte Aufgabe wird zudem durch eine Kontroll- oder Unterstützungseinrichtung mit einer eines oder mehrere der vorgenannten Merkmale umfassenden Kamera sowie einer Auswerteeinrichtung zur Auswertung eines von dem Lichtsensor ausgegebenen Ausgangssignals gelöst. Eine Auswerteeinrichtung im Sinne der Erfindung kann z. B. eine Mustererkennung, ein Barcodeleser, ein System zum Vergleichen von Fingerabdrücken usw. sein. Eine Kontroll- oder Unterstützungseinrichtung im Sinne der Erfindung kann z. B. eine Ausweislesevorrichtung oder ein Fahrerassistenzsystem sein.
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Vorgenannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zum Herstellen einer eines oder mehrere der vorgenannten Merkmale umfassenden Kamera gelöst, wobei ein Lichtsensor mit einer ersten Linse verbunden wird, oder wobei ein Lichtsensor auf der ersten Linse aufgebracht oder hergestellt wird, und wobei die erste Linse als Bildlinse zumindest (zusammen) mit einer Objektlinse zu einem Objektiv verbaut wird.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kamera,
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2 die MTF des Objektivs der Kamera gemäß 1,
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3 eine Prinzipdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kamera,
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4 die MTF des Objektivs der Kamera gemäß 4,
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5 ein Ausführungsbeispiel einer Bildlinse mit einer zylindrisch gekrümmten bildseitigen optisch wirksamen Oberfläche,
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6 ein Ausführungsbeispiel einer Bildlinse mit einer sphärisch oder asphärisch gekrümmten bildseitigen optisch wirksamen Oberfläche,
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7 ein Ausführungsbeispiel für einen Bildkreisdurchmesser,
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8 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Bildkreisdurchmesser,
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9 ein Ausführungsbeispiel einer Kontroll- oder Unterstützungseinrichtung und
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10 ein Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeuges,
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11 ein Ausführungsbeispiel einer möglichen Ausgestaltung eines Lichtsensors auf einer Bildlinse,
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12 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer möglichen Ausgestaltung eines Lichtsensors auf einer Bildlinse und
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13 ein Ausführungsbeispiel einer möglichen Ausgestaltung eines Lichtsensors in einer Bildlinse.
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1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kamera 1. Die Kamera 1 umfasst ein Objektiv 10, insbesondere für Infrarotlicht und/oder sichtbares Licht, zur Abbildung eines Objektes in eine Bildebene. Das Objektiv 10 umfasst eine dem Objekt zuzuwendende als positive Linse bzw. Sammellinse ausgestaltete Objektlinse 11, eine der Bildebene zuzuwendende als negative Linse bzw. Streulinse ausgestaltete Bildlinse 14, eine zwischen der Objektlinse 11 und der Bildlinse 14 angeordnete als negative Linse bzw. Streulinse ausgestaltete Mittellinse 12 und eine zwischen der Objektlinse 11 und der Bildlinse 14 angeordnete als positive Linse bzw. Sammellinse ausgestaltete Mittellinse 13. Die Kamera 1 umfasst einen in der Bildebene angeordneten mit der Bildlinse 14 verbundenen logarithmischen Lichtsensor 18, mittels dessen ein Abbild bzw. dessen Infrarotlichtabbild des Objektes aufnehmbar ist. Zwischen der Mittellinse 12 und der Mittellinse 13 ist eine Blende angeordnet, deren Öffnung mit Bezugszeichen 16 bezeichnet ist.
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Das Objektiv 10 besitzt eine Brennweite von 17 mm und eine Länge von 22 mm. Die numerische Apertur beträgt 0,184. Das einsatzgemäße Spektrum liegt zwischen 400 nm und 900 nm. Der Bildkreisdurchmesser DB beträgt 8 mm. 7 und 8 zeigen Ausführungsbeispiele für einen derartigen Bildkreisdurchmesser, wobei der imaginäre Kreis strichpunktiert dargestellt ist, und wobei Bezugszeichen 18' bzw. DB' alternative Ausgestaltungen des Lichtsensors 18 bzw. des Bildkreisdurchmessers DB bezeichnen. Die Blendenzahl beträgt 2,7. Die Dicke der Bildlinse 14 beträgt 9,4 mm. Die objektseitige optisch wirksame Oberfläche 140 der Bildlinse 14 ist mit einem Krümmungsradius von 4,2 mm gekrümmt.
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Das Objektiv 10 ist bezüglich möglicher Reflexbilder vollständig korrigiert. Das in den Figuren dargestellte Objektiv 10 erzeugt keine Geisterbilder, besitzt jedoch eine hohe Leistung bzw. Auflösung im gesamten Bildfeld, eine sehr gute Farbkorrektur und eine niedrige Verzeichnung. 2 zeigt die MTF (= Modulations-Transmissions-Funktion) des Objektivs 10 als Maß für dessen Leistung. Dabei ist die MTF (auf der Ordinate) aufgetragen über Linienpaare pro mm (Abszisse). Die durchgezogene Linie bezeichnet dabei die sagittale MTF und die gestrichelte Linie die tangentiale MTF.
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3 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kamera 21, Die Kamera 21 umfasst ein Objektiv 30, insbesondere für Infrarotlicht und/oder sichtbares Licht, zur Abbildung eines Objektes in eine Bildebene. Das Objektiv 30 umfasst eine dem Objekt zuzuwendende als positive Linse bzw. Sammellinse ausgestaltete Objektlinse 31, eine der Bildebene zuzuwendende als negative Linse bzw. Streulinse ausgestaltete Bildlinse 35, eine zwischen der Objektlinse 31 und der Bildlinse 35 angeordnete als negative Linse bzw. Streulinse ausgestaltete Mittellinse 32, eine zwischen der Mittellinse 32 und der Bildlinse 35 angeordnete als positive Linse bzw. Sammellinse ausgestaltete Mittellinse 33 und eine zwischen der Mittellinse 33 und der Bildlinse 35 angeordnete als positive Linse bzw. Sammellinse ausgestaltete Mittellinse 34.
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Die Kamera 21 umfasst einen in der Bildebene angeordneten mit der Bildlinse 35 verbundenen logarithmischen Lichtsensor 38, mittels dessen ein Abbild bzw. Infrarotlichtabbild des Objektes aufnehmbar ist. Zwischen der Objektlinse 31 und der Mittellinse 32 ist eine Blende angeordnet, deren Öffnung mit Bezugszeichen 36 bezeichnet ist. Das Objektiv 30 besitzt eine Brennweite von 15 mm und eine Länge von 21 mm. Die Blendenzahl beträgt 4,5.
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Das Objektiv 30 ist besonders robust gegen Temperaturschwankungen und besitzt eine hohe Leistung bzw. Auflösung im gesamten Bildfeld, eine sehr gute Farbkorrektur und eine niedrige Verzeichnung. Das Objektiv 30 ist besonders für Dokumentenleser bzw. für Kontrolleinrichtungen geeignet. 4 zeigt die MTF (= Modulations-Transmissions-Funktion) des Objektivs 10 als Maß für dessen Leistung. Dabei ist die MTF (auf der Ordinate) aufgetragen über Linienpaare pro mm (Abszisse). Die durchgezogene Linie bezeichnet dabei die sagittale MTF und die gestrichelte Linie die tangentiale MTF.
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Die bildseitigen optisch wirksamen Oberflächen der Bildlinsen sind bei den Objektiven 10 und 30 plan. Eine bildseitige optisch wirksame Oberfläche einer Bildlinse kann jedoch auch zylindrisch, sphärisch oder asphärisch, gekrümmt sein. So zeigt 5 ein Ausführungsbeispiel einer Bildlinse 54 mit einer zylindrisch gekrümmten bildseitigen optisch wirksamen Oberfläche 58 und 6 ein Ausführungsbeispiel eine Bildlinse 64 mit einer sphärisch oder asphärisch gekrümmten bildseitigen optisch wirksamen Oberfläche 68.
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9 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Kontroll- oder Unterstützungseinrichtung 100. Die Kontroll- oder Unterstützungseinrichtung 100 umfasst eine Kamera 1 bzw. 21 sowie eine Auswerteeinrichtung 101, wie z. B. eine Mustererkennung, ein Barcodeleser, ein System zum Vergleichen von Fingerabdrücken usw., zur Auswertung eines von der Kamera 1 bzw. 21 ausgegebenen Ausgangssignals. Die Auswerteeinrichtung 101 kann z. B. mit einer Anzeigevorrichtung 102, einem Aktor 103 und/oder einer Datenbank 104 verbunden sein.
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10 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeuges 200, mit einer Lichtquelle 201, insbesondere einer Infrarotlichtquelle, zur Beleuchtung einer Umgebung des Kraftfahrzeuges 200 und mit einer Kamera 1 bzw. 21 zur Aufnahme eines Bildes der von der Lichtquelle 201 beleuchteten Umgebung oder eines Teils dieser Umgebung umfasst. Die Kamera 1 bzw. 21 kann Teil eines entsprechend der Kontroll- oder Unterstützungseinrichtung 100 ausgestalteten Fahrassistenzsystems sein.
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11 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer möglichen Ausgestaltung eines Lichtsensors auf einer Bildlinse am Beispiel einer detaillierteren Darstellung der Bildlinse 14 und des Lichtsensors 18. Dabei umfasst der Lichtsensor 18 eine in einer Folie 181 angeordnete lichtempfindliche Schicht 180, d. h. den eigentlichen Aufnehmer. Die Folie 181 ist auf einer Seite auf die Bildlinse 14 aufgeklebt. In einer – in 12 dargestellten – alternativen Ausgestaltung umfasst ein Lichtsensor 18' (Alternative zum Lichtsensor 18) eine in einem Gehäuse 185 angeordnete lichtempfindliche Schicht 180, wobei das Gehäuse 185 durch ein Glasplättchen 186 abgedeckt ist. Das Glasplättchen 186 ist auf die Bildlinse 14 aufgeklebt. Zwischen dem Glasplättchen 186 und der lichtempfindlichen Schicht 180 kann ein sehr schmaler Luftspalt 187 vorgesehen sein, der nicht breiter als in etwa 2 mm sein sollte. 13 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer möglichen Ausgestaltung eines Lichtsensors bzw. einer lichtempfindliche Schicht 180 in einer Bildlinse 14' (Alternative zur Bildlinse 14).
