DE102007025108A1

DE102007025108A1 - Objektiv insbesondere für ein Fahrassistenzsystem

Info

Publication number: DE102007025108A1
Application number: DE102007025108A
Authority: DE
Inventors: Hamid Dr. Valipour
Original assignee: Docter Optics SE
Current assignee: Docter Optics SE
Priority date: 2007-05-30
Filing date: 2007-05-30
Publication date: 2008-12-11
Also published as: DE112008001392B4; US20100123567A1; DE112008001392A5; US8212689B2; WO2008145078A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Objektiv (10), insbesondere für Infrarotlicht und/oder sichtbares Licht, zur Abbildung eines Objektes (20) in eine Bildebene, wobei das Objektiv (10) eine dem Objekt (20) zuzuwendende Objektlinse (11) und eine der Bildebene zugewandte Bildlinse (14) aufweist, wobei in Bezug auf die Abbildung eines Objektes (20) für jeden Punkt innerhalb des Bildkreises des Objektivs (10) oder für zumidnest einen Punkt innerhalb des Bildkreises des Objektivs (10) gilt: $F1 wobei P<SUB>max</SUB> die maximale Lichtleistung eines Punktes in der Bildebene zur Abbildung eines Punktes des Objektes (20) ist, und wobei P<SUB>min</SUB> die Lichtleistung eines weiteren Punktes in der Bildebene zur Abbildung des Punktes des Objektes (20) ist, dessen Lichtleistung in Bezug auf die Abbildung des Punktes des Objektes (20) größer ist als die Lichtleistung jedes weiteren Punktes in der Bildebene in Bezug auf die Abbildung des Punktes des Objektes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Objektiv, insbesondere für Infrarotlicht und/oder sichtbares Licht, zur Abbildung eines Objektes in eine Bildebene. Diese Abbildung soll insbesondere digitalisiert werden.
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.
Die DE 693 28 440 T2 offenbart eine Infrarot-Kamera mit einer optischen Anordnung, um Licht/Infrarotstrahlung in ein Brennebenen-Feld von infrarotempfindlichen Mikrobolometern auf einem Halbleitersubstrat zu lenken.
Die JP 2000171697 A , die EP 1 387 199 B1 und die US 6 249 374 B1 offenbaren Objektive mit meniskusförmigen Linsen.
Die DE 2006 037 895 A1 offenbart ein Objektiv zur Abbildung eines Objektes in eine Bildebene, wobei das Objektiv eine dem Objekt zuzuwendende Objektlinse und eine der Bildebene zuzuwendende Bildlinse aufweist, und wobei die dem Objekt zuzuwendende Oberfläche der Objektlinse konkav ist, und wobei die der Bildebene zuzuwendende Oberfläche der Bildlinse derart konvex mit einem Krümmungsradiums R₁₄₀ gekrümmt ist, dass gilt:
wobei d der Abstand zwischen dem Lichtsensor und der dem Lichtsensor zugewandten Oberfläche der Bildlinse ist, und wobei NA die numerische Apertur des Objektivs ist.
Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, ein besonders für die Erkennung der Umgebung eines Kraftfahrzeuges geeignetes Objektiv bzw. eine entsprechende Kamera anzugeben.
Dabei ist es insbesondere wünschenswert, ein für den Einsatz von logarithmischen Lichtsensoren geeignetes Objektiv anzugeben. Es ist insbesondere wünschenswert, ein Objektiv mit einer hohen Öffnung und insbesondere mit einer hohen Lichtausbeute anzugeben. Es ist insbesondere wünschenswert, ein kompaktes und robustes Objektiv anzugeben. Es ist insbesondere wünschenswert, ein Objektiv mit niedriger Verzeichnung anzugeben.
Vorgenannte Aufgabe wird durch ein Objektiv, insbesondere für Infrarotlicht und/oder sichtbares Licht, zur Abbildung eines Objektes in eine Bildebene gelöst, wobei das Objektiv eine dem Objekt zuzuwendende Objektlinse und eine der Bildebene zugewandte Bildlinse aufweist, wobei in Bezug auf die Abbildung eines Objektes für jeden Punkt innerhalb des Bildkreises des Objektivs oder für zumindest einen Punkt innerhalb des Bildkreises des Objektivs gilt: Pdyn > 70 dBmit
wobei P_max die maximale Lichtleistung eines Punktes in der Bildebene zur Abbildung eines Punktes des Objektes ist, und wobei P_min die Lichtleistung eines weiteren Punktes in der Bildebene zur Abbildung des Punktes des Objektes ist, dessen Lichtleistung in Bezug auf die Abbildung des Punktes des Objektes größer ist als die Lichtleistung jedes weiteren Punktes in der Bildebene in Bezug auf die Abbildung des Punktes des Objektes oder wobei P_min die maximale Lichtleistung der in einem weiteren Punkt abgebildeten Reflexbildsignale des Punktes des Objektes ist.
Der Bildkreis des Objektivs ist im Sinne der Erfindung insbesondere der Bereich, den das Objektiv im Stande ist abzudecken, insbesondere ohne durch Randabschattungen beeinträchtigt zu sein. Eine Abbildung eines Objektes in einer Bildebene soll im Sinne der Erfindung insbesondere eine Abbildung im Infrarotbereich und/oder im sichtbaren Bereich sein oder umfassen. Eine Abbildung eines Objektes im Sinne der Erfindung bildet insbesondere (auch) von dem Objekt ausgesandtes bzw. reflektiertes Infrarotlicht und/oder sichtbares Licht ab. Ein Punkt im Sinne der Erfindung besitzt insbesondere eine der Auflösung des Objektivs bzw. einer Kamera mit einem solchen Objektiv entsprechende Fläche bzw. Ausdehnung.
Das vorgenannte Objektiv ist insbesondere für Infrarotkameras bzw. infrarotfähige Kameras geeignet. Das vorgenannte Objektiv ist insbesondere für Kameras mit logarithmischen Lichtsensoren geeignet. Das vorgenannte Objektiv ist insbesondere für Kameras mit festem Fokus und/oder für Kameras für industrielle Anwendungen geeignet. Das vorgenannte Objektiv ist besonders für ein Fahrassistenzsystem geeignet. Das vorgenannte Objektiv ist z. B. für Anwendungen geeignet, wie sie in der DE 100 33 599 B4 , der DE 101 15 665 A1 , der DE 102 17 843 A1 oder der DE 102 28 638 A1 offenbart sind. Das vorgenannte Objektiv kann z. B. in Verbindung mit einer Infrarotlichtquelle verwendet werden. Mögliche Infrarotlichtquellen sind z. B. in der DE 102 17 843 A1 und der DE 100 47 207 A1 offenbart.
In vorteilhafter Ausgestaltung gilt Pdyn > 80 dBbzw. in besonders vorteilhafter Ausgestaltung Pdyn > 90 dBDabei kann vorgesehen sein, dass gilt: Pdyn < 120 dB
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die der Bildebene zugewandte Oberfläche der Bildlinse derart konvex mit einem Krümmungsradiums R140 gekrümmt, dass gilt:
wobei d der Abstand zwischen der Bildebene und der der Bildebene zugewandten Oberfläche der Bildlinse ist, wobei NA die numerische Apertur des Objektivs ist, und wobei DB der Bildkreisdurchmesser des Objektivs ist. Eine Oberfläche einer Linse soll im Sinne der Erfindung insbesondere eine optisch wirksame Oberfläche dieser Linse sein.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Fremdlichtanteil des Objektivs kleiner als 0,8%. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Objektiv zumindest eine zwischen der Objektlinse und der Bildlinse angeordnete erste Mittellinse auf. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Objektiv zwischen der Objektlinse und der ersten Mittellinse eine zweite Mittellinse auf. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Bildlinse eine positive Linse oder eine Sammellinse.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung liegt die Bildebene an einem Rand der Bildlinse. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung liegt die Bildebene in der Bildlinse. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Bildlinse eine negative Linse oder eine Streulinse. 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 Objektivs ist, und wobei α ein Wert kleiner oder gleich 5, insbesondere kleiner oder gleich 3, vorteilhafterweise kleiner oder gleich 2,5, ist.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung liegt der Bereich abbildbaren Lichts in einem Bereich zwischen in etwa 400 nm und in etwa 900 nm.
Ein verbessertes Nachtsichtgerät umfasst einen Infrarotlichtsensor und ein vorgenanntes Objektiv zur Abbildung eines Objektes auf den Infrarotlichtsensor, wobei das Nachtsichtgerät ein Display zur Darstellung eines mittels des Infrarotlichtsensors aufgenommenen Bildes aufweist.
Ein verbessertes Fahrassistenzsystem für ein Fahrzeug umfasst einen Lichtsensor und ein vorgenanntes Objektiv zur Abbildung eines Objektes auf den Lichtsensor, wobei das Fahrassistenzsystem ein Display zur Darstellung eines mittels des Lichtsensors aufgenommenen Bildes aufweist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Kamera,
2 ein Ausführungsbeispiel einer meniskusartigen bzw. meniskusförmigen Objektlinse,
3 eine technische Zeichnung der Kamera gemäß 1,
4 eine weitere technische Zeichnung der Kamera gemäß 1,
5 Lichtleistung logarithmisch aufgetragen über den Abstand von einem betrachteten Punkt eines Objektes,
6 ein mit einem üblichen Objektiv aufgenommenes Bild,
7 ein mit dem Objektiv der Kamera gemäß 1 aufgenommenes Bild,
8 eine Prinzipdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Kamera und
9 ein als Nachtsichtgerät ausgestaltetes Fahrassistenzsystem.
1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Kamera 1. Die Kamera 1 umfasst ein Objektiv 10, insbesondere für Infrarotlicht und/oder sichtbares Licht, zur Abbildung eines Objektes 20 in eine Bildebene. Das Objektiv 10 umfasst optional eine dem Objekt 20 zuzuwendende meniskusartige bzw. meniskusförmige Objektlinse 11, die für den Einsatz in Fahrassistenzsystemen besonders geeignet ist. Das Objektiv 10 umfasst zudem eine der Bildebene zuzuwendende als positive Linse bzw. Sammellinse ausgestaltete Bildlinse 14, eine zwischen der Objektlinse 11 und der Bildlinse 14 angeordnete als positive Linse bzw. Sammellinse ausgestaltete Mittellinse 12 und eine zwischen der Objektlinse 11 und der Bildlinse 14 angeordnete als negative Linse bzw. Streulinse ausgestaltete Mittellinse 13.
Die Kamera 1 umfasst einen in der Bildebene angeordneten logarithmischen Lichtsensor 2, mittels dessen ein Abbild bzw. ein Infrarotlichtabbild des Objektes aufnehmbar ist. Ein von dem logarithmischen Lichtsensor 2 ausgegebenes Signal ist von einer der Kamera 1 zugeordneten digitalen Datenverarbeitung 3 bzw. Auswertung verarbeitbar und als digitales Bildsignal über eine Schnittstelle 4 ausgebbar.
Die dem Lichtsensor 2 zugewandte Oberfläche 14B der Bildlinse 14 ist derart konvex mit einem Krümmungsradiums R_14B gekrümmt, dass gilt:
wobei d der Abstand zwischen dem Lichtsensor 2 und der dem Lichtsensor 2 zugewandten Oberfläche 14B der Bildlinse 14 ist, wobei NA die numerische Apertur des Objektivs 10 ist, und wobei DB der Bildkreisdurchmesser des Objektivs 10 ist. Der Bildkreisdurchmesser DB beträgt in Bezug auf das Objektiv 10 mindestens 6 mm, vorteilhafterweise mindestens 8 mm.
2 zeigt die meniskusartige bzw. meniskusförmige Objektlinse 11. Dabei bezeichnet Bezugszeichen 11B eine konvexe dem Objekt 20 abzuwendende Oberfläche der Objektlinse 11 und Bezugszeichen 11A eine konkave dem Objekt 20 zuzuwendende Oberfläche der Objektlinse 11. Das Verhältnis H/D
eines zur optischen Achse 15 der Objektlinse 11 parallelen Abstandes H zwischen einer Position am Rand der dem Objekt 20 zuzuwendenden Oberfläche 11A, zwischen dem Rand der dem Objekt 20 zuzuwendenden Oberfläche 11A bzw. zwischen einem wesentlichen Teil des Randes der dem Objekt 20 zuzuwendenden Oberfläche 11A und dem Mittelpunkt der dem Objekt 20 zuzuwendenden Oberfläche 11A bzw. dem (virtuellen) Schnittpunkt der dem Objekt 20 zuzuwendenden Oberfläche 11A mit der optischen Achse 15 der Objektlinse 11
zum
Durchmesser D der dem Objekt 20 zuzuwendenden Oberfläche 11A
beträgt in vorteilhafter Ausgestaltung 0,14 bis 0,18, insbesondere 0,15 bis 0,17. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt dieses Verhältnis in etwa 0,16.
Der Betrag des Krümmungsradius der dem Objekt 20 abzuwendenden Oberfläche 11B der Objektlinse 11 beträgt 90% bis 130%, insbesondere 100% bis 120%, des Betrages des Krümmungsradius der dem Objekt 20 zuzuwendenden Oberfläche 11A der Objektlinse 11. Weitere Abmessungen des Objektivs können den in 3 und 4 dargestellten technischen Zeichnungen entnommen werden, wobei sich die Bernaßungen auf die Einheit Millimeter beziehen. In 3 bezeichnet Bezugszeichen 40 eine Blende, Bezugszeichen 30 eine vordere Abdeckung, Bezugszeichen 31 ein Gehäuse, Bezugszeichen 32 ein inneres Gehäuse und Bezugszeichen 33 eine hintere Abdeckung.
Der Fremdlichtanteil des Objektivs 10 ist kleiner ist als 0,8%. In Bezug auf die Abbildung eines Objektes 20 beträgt der Wert P_dyn mit
für jeden Punkt innerhalb des Bildkreises des Objektivs 10 in etwa 90 dB, wobei – wie in 5 dargestellt – P_max die maximale Lichtleistung eines Punktes in der Bildebene zur Abbildung eines Punktes des Objektes 20 ist, und wobei P_min die Lichtleistung eines weiteren Punktes in der Bildebene zur Abbildung des Punktes des Objektes 20 ist, dessen Lichtleistung in Bezug auf die Abbildung des Punktes des Objektes 20 größer ist als die Lichtleistung jedes weiteren Punktes in der Bildebene in Bezug auf die Abbildung des Punktes des Objektes 20 bzw. wobei P_min die maximale Lichtleistung der in einem weiteren Punkt abgebildeten Reflexbildsignale des Punktes des Objektes 20 ist. Dabei ist in 5 – in einer vereinfachten Darstellung die allein der Erläuterung der Definition des Wertes P_dyn dienen soll – die Lichtleistung logarithmisch über den Abstand von dem betrachteten Punkt des Objektes 20 aufgetragen.
6 und 7 verdeutlichen die Eigenschaften des Objektivs 10 am Beispiel einer nächtlichen Szene mit einem Kraftfahrzeug mit eingeschaltetem Abblendlicht und einem rechts neben dem Kraftfahrzeug stehenden Fußgänger. Dabei ist das in 6 dargestellte Bild mit einem herkömmlich für Kraftfahrzeuge eingesetzten Objektiv aufgenommen worden während das in 7 dargestellte Bild mit dem Objektiv 10 aufgenommen worden ist. Dabei zeigt der Vergleich der beiden Bilder, dass der Fußgänger in dem in 7 dargestellten Bild deutlich besser zu sehen ist.
8 zeigt eine Prinzipdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Kamera 101 mit einem erfindungsgemäßen Objektiv 110, insbesondere für Infrarotlicht und/oder sichtbares Licht, zur Abbildung eines Objektes in eine Bildebene. Das Objektiv 110 umfasst eine dem Objekt zuzuwendende als positive Linse bzw. Sammellinse ausgestaltete Objektlinse 111, eine der Bildebene zuzuwendende als negative Linse bzw. Streulinse ausgestaltete Bildlinse 114, eine zwischen der Objektlinse 111 und der Bildlinse 114 angeordnete als negative Linse bzw. Streulinse ausgestaltete Mittellinse 112 und eine zwischen der Objektlinse 111 und der Bildlinse 114 angeordnete als positive Linse bzw. Sammellinse ausgestaltete Mittellinse 113. Die Kamera 101 umfasst einen in der Bildebene angeordneten mit der Bildlinse 114 verbundenen logarithmischen Lichtsensor 118, mittels dessen ein Abbild bzw. dessen Infrarotlichtabbild des Objektes aufnehmbar ist. Zwischen der Mittellinse 112 und der Mittellinse 113 ist eine Blende angeordnet, deren Öffnung mit Bezugszeichen 116 bezeichnet ist. In einer Abwandlung ist der logarithmische Lichtsensor 118 in der Bildlinse 114 angeordnet.
Das Objektiv 110 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. Die Blendenzahl beträgt 2,7. Die Dicke der Bildlinse 14 beträgt 9,4 mm. Die objektseitige optisch wirksame Oberfläche 114A der Bildlinse 14 ist mit einem Krümmungsradius von 4,2 mm gekrümmt.
9 zeigt ein als Nachtsichtgerät ausgestaltetes Fahrassistenzsystem 200 für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Das Nachtsichtgerät 200 umfasst eine Kamera 201 mit einem Objektiv, dessen Wert P_dyn größer ist als 70 dB, vorteilhafterweise größer ist als 80 dB. Besonders geeignete Ausgestaltungen der Kamera 201 sind die Kameras 1 und 101. Das Fahrassistenzsystem 200 umfasst zudem eine Auswerteeinrichtung 210 sowie ein Display 202 zur Darstellung eines mittels der Kamera 201 aufgenommenen Bildes und von der Auswerteeinrichtung 210 generierter Zusatzinformationen, wie z. B. Hinweisen oder Warnungen.
Es kann vorgesehen sein, dass das Fahrassistenzsystem 200 eine haptische und/oder akustische Ausgabevorrichtung 203 zur Ausgabe von von der Auswerteeinrichtung 210 generierten Zusatzinformationen, wie z. B. Hinweisen oder Warnungen, umfasst. Darüber hinaus kann z. B. ein elektronisches Logbuch 204 zur Aufzeichnung von mittels der Kamera 201 aufgenommenen Bildern und/oder von von der Auswerteeinrichtung 210 generierten Zusatzinformationen, wie z. B. Hinweisen oder Warnungen, vorgesehen sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3824969 C2 [0002]
- DE 69328440 T2 [0003]
- JP 2000171697 A [0004]
- EP 1387199 B1 [0004]
- US 6249374 B1 [0004]
- DE 2006037895 A1 [0005]
- DE 10033599 B4 [0010]
- DE 10115665 A1 [0010]
- DE 10217843 A1 [0010, 0010]
- DE 10228638 A1 [0010]
- DE 10047207 A1 [0010]

Claims

Objektiv (10), insbesondere für Infrarotlicht und/oder sichtbares Licht, zur Abbildung eines Objektes (20) in eine Bildebene, wobei das Objektiv (10) eine dem Objekt (20) zuzuwendende Objektlinse (11) und eine der Bildebene zugewandte Bildlinse (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in Bezug auf die Abbildung eines Objektes (20) für jeden Punkt innerhalb des Bildkreises des Objektivs (10) oder für zumindest einen Punkt innerhalb des Bildkreises des Objektivs (10) gilt: Pdyn > 70 dBmit
wobei P_max die maximale Lichtleistung eines Punktes in der Bildebene zur Abbildung eines Punktes des Objektes (20) ist, und wobei P_min die Lichtleistung eines weiteren Punktes in der Bildebene zur Abbildung des Punktes des Objektes (20) ist, dessen Lichtleistung in Bezug auf die Abbildung des Punktes des Objektes (20) größer ist als die Lichtleistung jedes weiteren Punktes in der Bildebene in Bezug auf die Abbildung des Punktes des Objektes (20) oder wobei P_min die maximale Lichtleistung der in einem weiteren Punkt abgebildeten Reflexbildsignale des Punktes des Objektes (20) ist.
Objektiv (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fremdlichtanteil des Objektivs (10) kleiner ist als 0,8%.
Objektiv (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv (10) zumindest eine zwischen der Objektlinse (11) und der Bildlinse (14) angeordnete erste Mittellinse (13) aufweist.
Objektiv (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv (10) zwischen der Objektlinse (11) und der ersten Mittellinse (13) eine zweite Mittellinse (12) aufweist.
Objektiv (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildlinse (14) eine positive Linse oder eine Sammellinse ist.
Objektiv (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildebene an einem Rand der Bildlinse (14) liegt.
Objektiv (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildebene in der Bildlinse (14) liegt.
Objektiv (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildlinse (14) eine negative Linse oder eine Streulinse ist.
Objektiv (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich abbildbaren Lichts in einem Bereich zwischen in etwa 400 nm und in etwa 900 nm liegt.
Nachtsichtgerät mit einem Infrarotlichtsensor und einem Objektiv (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Abbildung eines Objektes auf den Infrarotlichtsensor, wobei das Nachtsichtgerät ein Display zur Darstellung eines mittels des Infrarotlichtsensors aufgenommenen Bildes aufweist.
Fahrassistenzsystem für ein Fahrzeug, wobei das Fahrassistenzsystem einen Lichtsensor und ein Objektiv (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Abbildung eines Objektes auf den Lichtsensor umfasst, und wobei das Fahrassistenzsystem ein Display zur Darstellung eines mittels des Lichtsensors aufgenommenen Bildes aufweist.