DE102011055928A1

DE102011055928A1 - Optical device e.g. stereo camera, for driver assistance system for detecting e.g. transport area lying ahead of vehicle, has concave mirror and deflecting prism arranged in optical path of near range radiation from near region

Info

Publication number: DE102011055928A1
Application number: DE201110055928
Authority: DE
Inventors: Dieter Krökel; Jochen Bauer; Stefan Rathgeb
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2011-12-01
Filing date: 2011-12-01
Publication date: 2013-06-06

Abstract

The device has an image pickup element (2) e.g. charge coupled device (CCD) image sensor, detecting a far range radiation (3) in a region (2.1) of a sensitive surface from a far region (6) i.e. transport area lying ahead of a vehicle. A concave mirror (8) and a deflecting prism are arranged in an optical path of a near range radiation (4) from a near region between a windscreen (1) and the pickup element such that the radiation is reflected by the mirror and the prism from the near region on the sensitive surface of the pickup element. The mirror includes a curved mirror surface (19). The deflecting prism is designed as an infrared-transmission filter.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung mit multifokaler Abbildung, insbesondere zur Anordnung in einem Fahrzeug und zur Erfassung sowohl eines Fernbereichs, beispielsweise des Verkehrsraums vor dem Fahrzeug zur Objekterkennung, sowie eines Nahbereichs, beispielsweise der Windschutzscheibe bzw. deren Außenseite zur Erkennung von Regen bzw. Ablagerungen. Die optische Vorrichtung ist dabei bevorzugt hinter der Windschutzscheibe des Fahrzeugs angeordnet mit Blickrichtung durch die Windschutzscheibe hindurch. The invention relates to an optical device with multifocal imaging, in particular for arrangement in a vehicle and for detecting both a long-range, for example, the traffic area in front of the vehicle for object detection, as well as a vicinity, such as the windshield or its outside for the detection of rain or deposits , The optical device is preferably arranged behind the windshield of the vehicle with a view through the windshield.

Fahrerassistenzsysteme in Fahrzeugen verwenden häufig eine Kamera zur Erfassung der Fahrzeugumgebung, beispielsweise zur Erkennung verschiedenster Objekte im Umfeld des Fahrzeugs. Die Kameras ist dabei in der Regel hinter der Windschutzscheibe des Fahrzeugs angeordnet und blicken in Fahrtrichtung durch die Scheibe hindurch. Bekannt sind beispielsweise Fahrzeugkameras zur Erkennung von Fahrbahnmarkierungen, Verkehrszeichen und anderer Objekte, sowie Nachtsichtkameras oder auch Stereokameras als optische Abstandssensoren. Driver assistance systems in vehicles often use a camera to detect the vehicle environment, for example, to detect a variety of objects around the vehicle. The cameras are usually located behind the windshield of the vehicle and look in the direction of travel through the window. For example, vehicle cameras are known for detecting lane markings, traffic signs and other objects, as well as night vision cameras or stereo cameras as optical distance sensors.

Neben dem Einbauraum einer solchen Kamera befinden sich typischerweise weitere Sensoren beispielsweise zur Erkennung von Ablagerungen auf der Fahrzeugscheibe wie Verschmutzungen, Feuchtigkeit, Regen oder Eis bzw. Schnee. In addition to the installation space of such a camera are typically other sensors, for example, to detect deposits on the vehicle window as dirt, moisture, rain or ice or snow.

Zum Stand der Technik gehören inzwischen verschiedene Sensorsysteme in Kraftfahrzeugen, die mittels einer Kamera Fahrerassistenzfunktionen mit einer Objekterkennung in einem optischen Fernbereich (z.B. Verkehrszeichen-, Fußgänger-, Fahrspur oder Lichtquellenerkennung) und mittels eines zusätzlichen Sensors, z.B. ein Regensensor, Fahrerassistenzfunktionen mit einer Objekterkennung in einem optischen Nahbereich (z.B. Regenerkennung auf einer Windschutzscheibe) ermöglichen. The prior art now includes various sensor systems in motor vehicles which use a camera to include driver assistance functions with object recognition in a long-distance optical area (for example traffic sign, pedestrian, lane or light source detection) and by means of an additional sensor, e.g. a rain sensor, driver assistance functions with an object recognition in a close-up optical range (e.g., rain detection on a windshield) allow.

Aus der DE 103 55 205 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, zur Befestigung einer Kamera der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, wobei in einem ersten Einbauraum hinter der Windschutzscheibe die Kamera angeordnet ist, die zur Erfassung von Bildern aus dem in Fahrtrichtung des Fahrzeugs vorausliegenden Verkehrsraum dient. Unterhalb des Einbauraums für die Kamera ist ein zweiter Einbauraum für einen Regensensor vorgesehen, dessen Sensorfläche der Windschutzscheibe zugewandt ist. From the DE 103 55 205 A1 a device is known for fixing a camera of the windshield of a vehicle, wherein in a first installation space behind the windshield, the camera is arranged, which serves to capture images from the direction ahead in the direction of travel of the vehicle traffic area. Below the installation space for the camera, a second installation space for a rain sensor is provided, whose sensor surface faces the windshield.

Nachteilig bei der in der DE 103 55 205 A1 beschriebenen Vorrichtung sowie bei anderen bekannten Vorrichtungen, bei denen mehrere Sensoren, insbesondere Kameras und Regensensoren, hinter der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs angeordnet sind, ist ein erhöhter Bedarf an begrenztem Einbauraum. Disadvantageous in the DE 103 55 205 A1 described apparatus and in other known devices in which a plurality of sensors, in particular cameras and rain sensors, are arranged behind the windshield of a vehicle, an increased demand for limited installation space.

Es gibt daher bereits Ansätze mehrere Funktionen auf eine einzelne Kameravorrichtung zu vereinen, beispielsweise mittels bifokaler bzw. multifokaler Kameras, d.h. Kameras die gleichzeitig zwei optische Entfernungsbereiche auf einem einzigen Bildaufnahmeelement erfassen können. There are therefore already approaches to combine several functions on a single camera device, for example by means of bifocal or multifocal cameras, i. Cameras that can simultaneously capture two optical distance ranges on a single image capture element.

Um gleichzeitig unterschiedliche Funktionen mit nur einer Kamera erfüllen zu können, werden hierzu teilweise zusätzliche Elemente in den optischen Pfad, d.h. in den Strahlengang des in die Kamera einfallenden Lichts bzw. der elektromagnetischen Strahlung, eingebracht. Die zusätzlichen Elemente erlauben es mit nur einem in der Kamera angeordneten Bildaufnahmeelement, z.B. einem CMOS- oder CCD-Bildchip, gleichzeitig zwei unterschiedliche Entfernungsbereiche abzubilden. In order to be able to simultaneously fulfill different functions with just one camera, additional elements in the optical path, i. in the beam path of the incident light into the camera or the electromagnetic radiation introduced. The additional elements allow with only one image pickup element in the camera, e.g. a CMOS or CCD image chip to simultaneously map two different distance ranges.

Ein solches System ist aus der EP 1 923 280 A1 bekannt. Durch ein zusätzliches optisches Element mit einer positiven Linse (konvexe Linse) wird ein bestehendes Abbildungssystem, welches auf einen optischen Fernbereich fokussiert ist, in die Lage gebracht, zusätzlich eine scharfe Abbildung von Objekten aus einem optischen Nahbereich auf ein Bildaufnahmeelement zu projizieren, in diesem Fall eine scharfe Abbildung von Regentropfen auf einer Fahrzeugscheibe. Wenn sich keine Regentropfen auf der Scheibe befinden, ist das auf das Bildaufnahmeelement projizierte Bild ausschließlich vom optischen Fernbereich dominiert. Wenn sich Tropfen auf der Windschutzscheibe befinden, wird die Abbildung des Fernbereichs durch die Abbildung des Nahbereichs in der gleichen Bildebene überlagert und das erzeugte Bildsignal wird verändert. Such a system is out of the EP 1 923 280 A1 known. By an additional optical element having a positive lens (convex lens), an existing imaging system focused on a far-end optical range is enabled to additionally project a sharp image of objects from a near-optical region onto an image-sensing element, in this case a sharp picture of raindrops on a vehicle window. When there are no raindrops on the glass, the image projected onto the image pickup element is dominated only by the far-end optical region. If there are drops on the windshield, the far-field image is superimposed by the near-field image in the same image plane, and the generated image signal is changed.

Nachteilig bei dem in der EP 1 923 280 A1 beschriebenen multifokalen Abbildungssystem ist die Tatsache, dass Strahlung sowohl aus einem optischen Nahbereich als auch aus einem optischen Fernbereich gleichzeitig auf einem gemeinsamen Bereich des Bildaufnahmeelements auftrifft und dort zu einem zusammengesetzten Bildsignal führt. Dadurch wird für beide Fahrerassistenzfunktionen, d.h. für die Fernbereichserfassung und die Nahbereichserfassung, die Abbildungsqualität, durch die sich überlagernde Strahlung aus beiden Erfassungsbereichen, herabgesetzt. A disadvantage of the in the EP 1 923 280 A1 described multifocal imaging system is the fact that radiation from both a near optical range and a long distance optical range impinges simultaneously on a common area of the image pickup element and leads there to a composite image signal. As a result, for both driver assistance functions, ie for the far-range detection and the near-range detection, the imaging quality is reduced by the overlapping radiation from both detection ranges.

Die DE 10 2004 037 871 A1 schlägt eine ähnliche Lösung vor. In diesem Fall wird jedoch bei einer optische Vorrichtung, die mit einem Halbleiterelement und einem Objektiv zum Projizieren von elektromagnetischer Strahlung auf die sensitive Fläche des Halbleiterelements ausgebildet ist, zwischen dem Objektiv und der sensitiven Fläche des Halbleiterelements ein zusätzliches optisches Element derart angeordnet, so dass durch das zusätzliche optische Element in einem ersten Bereich der sensitiven Fläche des Halbleiterelements, vor dem sich das zusätzliche optische Element befindet, ein erster Entfernungsbereich abgebildet wird und in einem zweiten Bereich des Sichtbereichs, vor dem sich das zusätzliche optische Element nicht befindet, ein zweiter Entfernungsbereich abgebildet wird. The DE 10 2004 037 871 A1 suggests a similar solution. In this case, however, in an optical device formed with a semiconductor element and an objective for projecting electromagnetic radiation onto the sensitive surface of the semiconductor element, an additional optical element is interposed between the objective and the sensitive surface of the semiconductor element arranged such that a first distance range is imaged by the additional optical element in a first area of the sensitive area of the semiconductor element, in front of which the additional optical element is located, and in a second area of the field of view, in front of which the additional optical element does not is located, a second distance range is displayed.

Nachteilig bei der in der DE 10 2004 037 871 A1 beschriebenen Lösung ist jedoch, dass durch die Kante des zusätzlichen optischen Elements Störungen im Strahlverlauf für die erfassten Nah- und Fernbereichserfassung in der Nähe der Kante entstehen, d.h. im Übergangsbereich zwischen den beiden Bereichen der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements. Darüber hinaus ergeben sich hohe Einbautoleranzanforderungen aufgrund der festen Kante des optischen Elements. Disadvantageous in the DE 10 2004 037 871 A1 described solution, however, that caused by the edge of the additional optical element disturbances in the beam path for the detected near and far range detection in the vicinity of the edge, ie in the transition region between the two areas of the sensitive surface of the image pickup element. In addition, there are high installation tolerance requirements due to the fixed edge of the optical element.

Die EP 1 580 092 A2 schlägt daher vor, eine Kamera für ein Fahrzeug mit einem Bildsensor, welcher erste optische Strahlung aus einem Fernbereich erfasst, derart weiterzubilden, dass mittels eines zusätzlichen optischen Elements, bei dem es sich beispielsweise um einen Hohlspiegel handeln kann, dem Bildsensor zweite optische Strahlung aus einem Nahbereich zuzuführen. Die zweite optische Strahlung wird dabei mittels des Hohlspiegels auf den Bildsensor gespiegelt. Der Hohlspiegel ist dabei über dem Strahlengang der optischen Strahlung aus dem Fernbereich angeordnet und erfasst zweite optische Strahlung aus einem Bereich der Windschutzscheibe des Fahrzeugs, der sich über dem Sichtbereich der Kamera für die Fernbereichserfassung befindet. Die optischen Strahlungen aus dem ersten und den zweiten Entfernungsbereich werden dabei auf getrennten Bereichen des Bildsensors abgebildet, so dass es keine Überlagerung der optischen Strahlungen gibt. The EP 1 580 092 A2 Proposes therefore, a camera for a vehicle with an image sensor, which detects first optical radiation from a remote area, such that by means of an additional optical element, which may be, for example, a concave mirror, the image sensor second optical radiation from a Supply close range. The second optical radiation is mirrored by means of the concave mirror on the image sensor. The concave mirror is arranged above the beam path of the optical radiation from the far field and detects second optical radiation from a region of the windshield of the vehicle, which is located above the field of view of the camera for the remote area detection. The optical radiation from the first and the second removal region are imaged on separate regions of the image sensor, so that there is no superimposition of the optical radiation.

Nachteilig bei der in der EP 1 580 092 A2 beschrieben Lösung ist jedoch die Tatsache, dass für die Anordnung des zusätzlichen optische Elements und damit für die Erfassung des Nahbereichs, zusätzlicher Bauraum erforderlich ist, und dass insgesamt, d.h. für die Erfassung des Fern- und des Nahbereichs, ein großer Sichtbereich der Kamera durch bzw. auf die Windschutzscheibe des Fahrzeugs benötigt wird. Disadvantageous in the EP 1 580 092 A2 However, the solution described is the fact that for the arrangement of the additional optical element and thus for the detection of the near area, additional space is required, and that overall, ie for the detection of the distance and the Nahbereichs, a large field of view of the camera by or is needed on the windshield of the vehicle.

Insgesamt weisen die aus dem Stand der Technik bekannten Systeme, bei welchen die gleichzeitige Erfassung eines Fern- und eines Nahbereichs entweder mittels mehrerer separater Sensorvorrichtungen erfolgt oder bei welchen mehrere Erfassungsfunktionen mittels eines einzelnen optischen Systems realisiert werden, den wesentlichen Nachteil auf, dass diese Systeme umso mehr Bauraum und einen umso größeren Sichtbereich auf bzw. durch die Windschutzscheibe eines Fahrzeugs beanspruchen, je mehr Funktionen (Erfassungsfunktionen bzw. Fahrerassistenz-funktionen) diese Systeme erfüllen. Overall, the known from the prior art systems in which the simultaneous detection of a distance and a close range either by means of several separate sensor devices or in which several detection functions are realized by means of a single optical system, have the significant disadvantage that these systems all the more claim more space and an even greater field of vision on or through the windshield of a vehicle, the more functions (detection functions or driver assistance functions) meet these systems.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine optische Vorrichtung anzugeben, die bei möglichst kompakter Bauweise, mehrere Erfassungsfunktionen, insbesondere eine gleichzeitige Nahbereichs- und eine Fernbereichserfassung- ermöglicht und bei welcher die vorangehend beschriebenen Probleme der bekannten Systeme vermieden werden. The invention is therefore an object of the invention to provide an optical device that allows for the most compact design, multiple detection functions, in particular a simultaneous Nahbereichss- and a Fernbereichserfassung- and in which the above-described problems of the known systems are avoided.

Diese Aufgabe wird durch eine optische Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind. This object is achieved by an optical device having the features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments are the subject of dependent claims, wherein combinations and developments of individual features are conceivable with each other.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, eine optische Vorrichtung, insbesondere eine Fahrzeugkamera, die beispielsweise mittels eines Abbildungssystems auf einen optischen Fernbereich fokussiert ist, derart mit einem zusätzlichen optischen Element auszugestalten, beispielsweise mit einem Hohlspiegel, das zusätzlich elektromagnetische Strahlung aus einem optischen Nahbereich, insbesondere aus einem Bereich einer Fahrzeugscheibe, bildscharf auf einem einzigen Bildaufnahmeelement zur Abbildung gebracht wird. Gemäß einer bevorzugte Ausgestaltung handelt es sich bei dem Nahbereich um den Bereich der Windschutzscheibe, der gleichzeitig im Sichtbereich der optischen Vorrichtung für die Erfassung des Fernbereichs liegt, so dass für die Fern- und Nahbereichserfassung ein gemeinsamer Sichtbereich auf bzw. durch die Windschutzscheibe genutzt wird und eine besonders kompakte Bauweise erreicht wird. Durch die kompakte Bauweise der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung wird dabei zusätzlicher Bauraum geschaffen, beispielsweise für die Anordnung einer aktiven Beleuchtung, gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Vorrichtung. An essential idea of the invention is to configure an optical device, in particular a vehicle camera, which is focused, for example, by means of an imaging system on a long-distance optical range, with an additional optical element, for example with a concave mirror which additionally comprises electromagnetic radiation from a near-optical range. in particular from a region of a vehicle window, focused on a single image pickup element for imaging. According to a preferred embodiment, the near zone is the area of the windshield that is simultaneously in the field of vision of the optical device for the detection of the long range, so that for remote and near range detection a common field of view is used on or through the windshield, and a particularly compact design is achieved. The compact design of the optical device according to the invention thereby additional space is created, for example, for the arrangement of an active lighting, according to a particular embodiment of the device.

Die erfindungsgemäße optische Vorrichtung ist vorzugsweise in einem Fahrzeug angeordnet, insbesondere im Fahrzeuginnenraum hinter der Windschutzscheibe, und umfasst wenigstens ein Bildaufnahmeelement mit einer für elektromagnetische Strahlung sensitiven Fläche. The optical device according to the invention is preferably arranged in a vehicle, in particular in the vehicle interior behind the windshield, and comprises at least one image-receiving element with a surface sensitive to electromagnetic radiation.

Bei dem Bildaufnahmeelement handelt es sich vorzugsweise um einen lichtempfindlichen Halbleiterbildsensor, beispielsweise ein CCD- oder CMOS-Bildsensor. Das Bildaufnahmeelement dient insbesondere zur Erfassung von elektromagnetischer Strahlung und zur Erzeugung und/oder Ausgabe von elektrischen Signalen in Abhängigkeit der erfassten elektromagnetischen Strahlung. The image-recording element is preferably a photosensitive semiconductor image sensor, for example a CCD or CMOS image sensor. The image recording element is used in particular for detecting electromagnetic radiation and for generating and / or outputting electrical signals as a function of the detected electromagnetic radiation.

Bei der elektromagnetischen Strahlung handelt es sich vorzugsweise um elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Spektralbereich und/oder um elektromagnetische Strahlung im Infrarot und/oder im Ultraviolettbereich. The electromagnetic radiation is preferably electromagnetic radiation in the visible spectral range and / or electromagnetic radiation in the infrared and / or ultraviolet range.

Die optische Vorrichtung ist bevorzugt als Fahrzeugkamera ausgestaltet und kann weitere Komponenten umfassen, insbesondere ein Gehäuse, ein Abbildungssystem und Bildauswerteelektronik. The optical device is preferably designed as a vehicle camera and may comprise further components, in particular a housing, an imaging system and image evaluation electronics.

Bei dem Abbildungssystem handelt es sich vorzugsweise um ein Objektiv, das eine oder mehrere Linsen sowie andere optische Strahlformungs-/Strahllenkungselemente aufweisen kann. Das Abbildungssystem dient insbesondere zur Projektion von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere aus einem vor einem Fahrzeug liegenden Umgebungsbereich bzw. aus einem Fernbereich, auf das Bildaufnahmeelement bzw. in eine hinter dem Abbildungssystem liegende Bildebene. The imaging system is preferably an objective that may include one or more lenses as well as other optical beamforming / beam steering elements. The imaging system is used in particular for the projection of electromagnetic radiation, in particular from a surrounding area located in front of a vehicle or from a distant area, onto the image recording element or into an image plane lying behind the imaging system.

Bei der Bildauswerteelektronik handelt es sich vorzugsweise um elektronische Einrichtungen, die zur Auswertung der mittels des optischen Moduls erfassten elektromagnetischen Strahlung bzw. der mittels des Bildaufnahmeelements erzeugten elektrischen Signale dienen. Bei den elektronischen Einrichtungen kann es sich damit beispielweise um elektrische Schaltungen und Mikroprozessoren zur Durchführung von Bildverarbeitungsalgorithmen handeln. The image evaluation electronics are preferably electronic devices which serve for evaluating the electromagnetic radiation detected by means of the optical module or the electrical signals generated by means of the image recording element. The electronic devices may thus be, for example, electrical circuits and microprocessors for performing image processing algorithms.

Das Bildaufnahmeelement und die Bildauswerteelektronik sind bevorzugt auf einer oder mehreren Leiterplatten angeordnet, beispielsweise PCB-Leiterplatten (Printed Circuit Board) handelt. Das Bildaufnahmeelement und die Bildauswerteelektronik können auf einer gemeinsamen oder auf getrennten Leiterplatten angeordnet sein. Bei Ausgestaltung mit getrennten Leiterplatten, sind die Leiterplatten vorzugsweise elektrisch miteinander verbunden. The image pickup element and the image evaluation electronics are preferably arranged on one or more printed circuit boards, for example printed circuit board (PCB). The image pickup element and the image evaluation electronics can be arranged on a common or on separate printed circuit boards. In the embodiment with separate printed circuit boards, the printed circuit boards are preferably electrically connected to each other.

Erfindungsgemäß ist die optische Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass das Bildaufnahmeelement in wenigstens einem ersten Bereich der sensitiven Fläche elektromagnetische Strahlung aus einem ersten optischen Entfernungsbereich und in wenigstens einem zweiten Bereich der sensitiven Fläche elektromagnetische Strahlung aus einem zweiten optischen Entfernungsbereich erfasst. Die optische Vorrichtung kann auch zur Erfassung weiterer Entfernungsbereiche ausgebildet sein. Bei dem ersten Entfernungsbereich handelt es sich bevorzugt um einen Umgebungsbereich um das Fahrzeug, insbesondere um den in Fahrtrichtung des Fahrzeugs vorausliegenden Verkehrsraum. Hierzu ist das Abbildungssystem, welches zur Projektion von elektromagnetischer Strahlung auf die sensitive Fläche des Bildaufnahmeelements in der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung angeordnet sein kann, vorzugsweise auf einen Fernbereich fokussiert, so dass die optische Vorrichtung für die Fernbereichserfassung beispielsweise einen Tiefenschärfenbereich zwischen 2 m und unendlich aufweist. Die optische Vorrichtung ist dabei mittels des Abbildungssystems auf einen Umgebungsbereich des Fahrzeug fokussiert, insbesondere den in Fahrtrichtung vorausliegenden Verkehrsraum sowie insbesondere derart, dass die Windschutzscheibe nicht im Tiefenschärfebereich der Fernbereichserfassung liegt. Der erste optische Entfernungsbereich wird im Folgenden als Fernbereich und die elektromagnetische Strahlung aus dem Fernbereich als Fernbereichsstrahlung bezeichnet. According to the invention, the optical device is embodied such that the image recording element detects electromagnetic radiation from a first optical distance range in at least one first area of the sensitive area and electromagnetic radiation from a second optical distance area in at least one second area of the sensitive area. The optical device can also be designed to detect further distance ranges. The first distance range is preferably an ambient area around the vehicle, in particular the traffic space ahead in the direction of travel of the vehicle. For this purpose, the imaging system, which can be arranged for the projection of electromagnetic radiation on the sensitive surface of the image pickup element in the optical device according to the invention, preferably focused on a far range, so that the optical device for the remote area detection, for example, has a depth of field range between 2 m and infinity. The optical device is focused by means of the imaging system on an ambient region of the vehicle, in particular the traffic space ahead in the direction of travel and in particular such that the windshield is not in the depth of field of the far-range detection. The first optical distance range is referred to below as the far range and the electromagnetic radiation from the far range as long range radiation.

Bei dem zweiten Entfernungsbereich handelt es sich bevorzugt um einen Bereich einer Scheibe, insbesondere um einen Bereich der Windschutzscheibe des Fahrzeugs, hinter der die erfindungsgemäße optische Vorrichtung angeordnet sein kann. Die Erfassung des zweiten Entfernungsbereichs dient dabei vorzugsweise zur Erkennung von Feuchtigkeit und/oder Regen, bzw. allgemein von Ablagerungen, auf der Scheibe. Der zweite optische Entfernungsbereich wird im Folgenden als Nahbereich und die elektromagnetische Strahlung aus dem Nahbereich als Nahbereichsstrahlung bezeichnet. The second removal region is preferably an area of a pane, in particular around a region of the windshield of the vehicle, behind which the optical device according to the invention can be arranged. The detection of the second distance range is preferably used for the detection of moisture and / or rain, or generally of deposits, on the disc. The second optical distance range is referred to below as short range and the electromagnetic radiation from the near range as short range radiation.

Die erfindungsgemäße optische Vorrichtung umfasst weiterhin zumindest ein optisches Element, das eine gekrümmte Spiegelfläche aufweist und im Strahlengang der Nahbereichsstrahlung angeordnet ist, vorzugsweise zwischen der Scheibe und dem Bildaufnahmeelement bzw. zwischen der Scheibe und dem auf den Fernbereich fokussierten Abbildungssystem. Das zumindest eine optische Element befindet sich dabei vorzugsweise außerhalb des Strahlenganges der Fernbereichsstrahlung. The optical device according to the invention further comprises at least one optical element which has a curved mirror surface and is arranged in the beam path of the near-field radiation, preferably between the disc and the image-recording element or between the disc and the imaging system focused on the far-range. The at least one optical element is preferably located outside the beam path of the long-range radiation.

Erfindungsgemäß wird mittels des optischen Elements die Nahbereichsstrahlung, insbesondere über bzw. durch das auf den Fernbereich fokussierte Abbildungssystem, auf die sensitive Fläche des Bildaufnahmeelements reflektiert bzw. umgelenkt. Das optische Element ist dabei vorzugsweise derart ausgebildet, dass es die Nahbereichsstrahlung kollimiert und umlenkt, insbesondere derart, dass eine bildscharfe Abbildung des Nahbereichs, in dem wenigstens zweiten Bereich der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements erfolgt. Die bildscharfe Abbildung des Nahbereichs ist, obwohl das Abbildungssystem auf einen Fernbereich fokussiert ist und obwohl der Nahbereich nicht im Tiefenschärfenbereich des Abbildungssystems liegt, insbesondere deshalb möglich, da mittels des optischen Elements die Nahbereichsstrahlung vorzugsweise kollimiert wird, d.h. in eine im Wesentlichen parallele optische Strahlung umgewandelt wird. According to the invention, the near-field radiation, in particular via or through the imaging system focused on the far-range, is reflected or deflected onto the sensitive surface of the image-recording element by means of the optical element. In this case, the optical element is preferably designed such that it collimates and deflects the near-field radiation, in particular in such a way that an image-sharp image of the near region takes place in the at least second region of the sensitive surface of the image recording element. The crisp image of the near range, although the imaging system is focused on a far-end area and although the near-field is not in the depth-of-field of the imaging system, is particularly possible because the near-field radiation is preferably collimated by the optical element, i. is converted into a substantially parallel optical radiation.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung, handelt es sich bei dem optischen Element um einen Hohlspiegel, beispielweise um einen Parabolspiegel. Der Hohlspiegel ist dabei vorzugsweise unterhalb des Strahlengangs der Fernbereichsstrahlung sowie derart angeordnet, dass mittels des Hohlspiegels die Nahbereichsstrahlung auf die sensitive Fläche des Bildaufnahmeelements reflektiert wird. Bei der Nahbereichsstrahlung handelt es sich vorzugsweise um elektromagnetische Strahlung aus einem Bereich der Windschutzscheibe, durch den die Fernbereichsstrahlung tritt. Das bedeutet, dass es sich bei dem mittels des Bildaufnahmeelements erfassten Nahbereich bevorzugt um einen Bereich der Windschutzscheibe handelt, durch den die elektromagnetische Strahlung des mittels der optischen Vorrichtung erfassten Fernbereichs handelt. Hierdurch wird für die Fernbereichs- und Nahbereichserfassung in vorteilhafter Weise ein gemeinsamer Sichtbereich durch bzw. auf die Windschutzscheibe genutzt und die erfindungsgemäße optische Vorrichtung kann besonders kompakt ausgebildet und platzsparend im Fahrzeuginnenraum hinter der Windschutzscheibe angeordnet werden. In a preferred embodiment of the optical device according to the invention, the optical element is a concave mirror, for example a parabolic mirror. The concave mirror is preferably arranged below the beam path of the long-range radiation and in such a way that the near-field radiation is reflected onto the sensitive surface of the image-capturing element by means of the concave mirror. The near-field radiation is preferably electromagnetic radiation from a region of the windshield through which the far-field radiation passes. This means that the proximity area detected by means of the image recording element is preferably a region of the windscreen through which the electromagnetic radiation of the remote area detected by means of the optical device acts. As a result, a common field of view through or on the windshield is advantageously used for the far-range and near range detection and the optical device according to the invention can be designed to be particularly compact and space-saving in the vehicle interior behind the windshield.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung handelt es sich bei dem optischen Element um ein Prisma, beispielswiese ein Umlenkprisma, mit einer gekrümmten Spiegelfläche. Das Prisma ist dabei vorzugsweise derart angeordnet, dass mittels des Prismas elektromagnetische Strahlung eines Nahbereichs auf die sensitive Fläche des Bildaufnahmeelements reflektiert wird, durch den die Fernbereichsstrahlung tritt. Das bedeutet, dass es sich bei dem mittels des Bildaufnahmeelements erfassten Nahbereich insbesondere um einen Bereich der Windschutzscheibe handelt, durch den die Fernbereichsstrahlung tritt. In a further preferred embodiment of the optical device according to the invention, the optical element is a prism, for example a deflection prism, with a curved mirror surface. The prism is preferably arranged such that by means of the prism electromagnetic radiation of a near range is reflected onto the sensitive surface of the image pickup element, through which the far-field radiation occurs. This means that the proximity area detected by means of the image recording element is, in particular, a region of the windshield through which the far-field radiation passes.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung ist das Prisma dabei direkt unterhalb des Strahlengangs der Fernbereichsstrahlung angeordnet. Hierdurch wird für die Fernbereichs- und Nahbereichserfassung in vorteilhafter Weise ein gemeinsamer Sichtbereich durch bzw. auf die Windschutzscheibe genutzt und die erfindungsgemäße optische Vorrichtung kann besonders kompakt ausgebildet und platzsparend im Fahrzeuginnenraum hinter der Windschutzscheibe angeordnet werden. In an advantageous embodiment of the optical device according to the invention, the prism is arranged directly below the beam path of the long-range radiation. As a result, a common field of view through or on the windshield is advantageously used for the far-range and near range detection and the optical device according to the invention can be designed to be particularly compact and space-saving in the vehicle interior behind the windshield.

Mit der Anordnung unterhalb des Strahlengangs der Fernbereichsstrahlung ist bevorzugt ein Einbauraum unterhalb des Sichttrichters der optischen Vorrichtung für die Fernbereichserfassung gemeint und vorzugsweise ein Einbauraum senkrecht unterhalb der optischen Achse des auf den Fernbereich fokussierten Abbildungssystems, welches in der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung angeordnet sein kann. Bei Ausgestaltung der optischen Vorrichtung als Fahrzeugkamera mit einer im Sichttrichter der Fernbereichserfassung und hinter der Windscheibe angeordneten Streulichtblende, kann das optische Element beispielsweise in der Streulichtblende angeordnet bzw. integriert sein. With the arrangement below the beam path of the long-range radiation is preferably an installation space below the sight funnel of the optical device for remote area detection meant and preferably an installation space vertically below the optical axis of the focused on the far field imaging system, which may be arranged in the optical device according to the invention. In the embodiment of the optical device as a vehicle camera with a stray light aperture arranged in the sight funnel of the long range detection and behind the windshield, the optical element can be arranged or integrated, for example, in the scattered light stop.

In einer besonderen Ausgestaltung umfasst die erfindungsgemäße optische Vorrichtung wenigstens eine aktive Beleuchtung, insbesondere zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung und/oder zur Beleuchtung zumindest des Bereichs der Scheibe, der als Nahbereich mittels der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung erfasst werden kann. Bei der mittels der aktiven Beleuchtung erzeugten elektromagnetischen Strahlung handelt es sich dabei vorzugsweise um elektromagnetische Strahlung im Infrarotbereich. Die erfindungsgemäße optische Vorrichtung kann weiterhin wenigstens ein Einkoppelelement umfassen, zur Einkoppelung der mittels der aktiven Beleuchtung erzeugten elektromagnetischen Strahlung in die Scheibe. Das Bildaufnahmeelement der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung kann in dem Falle beispielsweise derart ausgebildet sein, dass das Bildaufnahmeelement im ersten Bereich, d.h. im Bereich für die Fernbereichserfassung, ausschließlich elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Spektralbereich und im zweiten Bereich, d.h. im Bereich für die Nahbereichserfassung, ausschließlich elektromagnetische Strahlung im Infrarotbereich erfasst. Hierzu können beispielsweise eines oder mehrere optische Filterelemente, beispielsweise Spektralfilter, vor der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements angeordnet sein. In a particular embodiment, the optical device according to the invention comprises at least one active illumination, in particular for generating electromagnetic radiation and / or for illuminating at least the region of the disc, which can be detected as close range by means of the optical device according to the invention. The electromagnetic radiation generated by the active illumination is preferably electromagnetic radiation in the infrared range. The optical device according to the invention may further comprise at least one coupling element, for coupling the electromagnetic radiation generated by the active illumination in the disc. The image pickup element of the optical device according to the invention may, for example, be designed such that the image pickup element in the first region, i. in the range for long-range detection, excluding electromagnetic radiation in the visible and second ranges, i. in the area for close range detection, only electromagnetic radiation in the infrared range recorded. For this purpose, for example, one or more optical filter elements, for example spectral filters, may be arranged in front of the sensitive surface of the image recording element.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung, insbesondere bei Ausgestaltung mit wenigstens einer aktiven Beleuchtung, die zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung im Infrarotbereich und zur Beleuchtung eines als Nahbereich erfassten Bereichs der Scheibe dient, sowie insbesondere für den Fall, dass es sich bei dem optischen Element um einen Hohlspiegel handelt, ist die gekrümmte Spiegelfläche des optischen Elements bevorzugt mit einer optischen Filterbeschichtung ausgebildet. Die optische Filterbeschichtung ist dabei vorzugsweise derart ausgestaltet, dass an der gekrümmten Spiegelfläche des optischen Elements elektromagnetische Strahlung im Infrarotbereich reflektiert und elektromagnetische Strahlung zumindest im sichtbaren und/oder im Ultraviolettbereich absorbiert wird. In an advantageous embodiment of the optical device according to the invention, in particular in the embodiment with at least one active illumination, which for detecting electromagnetic radiation in the infrared range and for illuminating a detected as a short-range Area of the disc serves, and in particular for the case that it is the optical element is a concave mirror, the curved mirror surface of the optical element is preferably formed with an optical filter coating. The optical filter coating is preferably designed such that electromagnetic radiation in the infrared region is reflected at the curved mirror surface of the optical element and electromagnetic radiation is absorbed at least in the visible and / or ultraviolet region.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung, insbesondere bei Ausgestaltung mit wenigstens einer aktiven Beleuchtung, die zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung im Infrarotbereich und zur Beleuchtung eines als Nahbereich erfassten Bereichs der Scheibe dient, sowie insbesondere wenn es sich bei dem optischen Element um ein Umlenkprisma handelt, ist das optische Element als Infrarot-Transmissionsfilter ausgebildet. Das optische Element ist dabei vorzugsweise derart ausgebildet, dass mittels des optischen Elements elektromagnetische Strahlung im Infrarotbereich transmittiert und reflektiert bzw. umgelenkt sowie elektromagnetische Strahlung zumindest im sichtbaren Spektralbereich und/oder im Ultraviolettbereich absorbiert wird. Hierzu kann die gekrümmte Spiegelfläche des Umlenkprismas mit einer Infrarotstrahlung reflektierenden Schicht, bzw. mit einer Infrarot-Filterschicht ausgestaltet sein und/oder das Umlenkprisma kann ganz oder teilweise aus einem Infrarotstrahlung transmittierendem Material gefertigt sein. In a further advantageous embodiment of the optical device according to the invention, in particular in the embodiment with at least one active illumination, which serves to generate electromagnetic radiation in the infrared range and to illuminate an area of the disc detected as a near area, and in particular if the optical element is a Deflection prism is, the optical element is designed as an infrared transmission filter. The optical element is preferably designed such that by means of the optical element electromagnetic radiation in the infrared range is transmitted and reflected or deflected and electromagnetic radiation is absorbed at least in the visible spectral range and / or in the ultraviolet range. For this purpose, the curved mirror surface of the deflecting prism can be configured with an infrared radiation-reflecting layer or with an infrared filter layer and / or the deflecting prism can be wholly or partially made of a material transmitting infrared radiation.

In einer besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung, insbesondere bei Ausgestaltung mit wenigstens einer aktiven Beleuchtung, die zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung im Infrarotbereich und zur Beleuchtung eines als Nahbereich erfassten Bereichs einer Scheibe des Fahrzeugs dient, ist über dem ersten Bereich der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements ein Infrarot-Sperrfilter angeordnet, insbesondere ein dielektrischer Infrarot-Sperrfilter. Hierdurch wird die elektromagnetische Strahlung aus dem Nahbereich nicht auf dem ersten Bereich der sensitiven Fläche abgebildet bzw. erfasst und es erfolgt eine vorteilhafte Trennung von Nah- und Fernbereichserfassung auf der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements, bei der die Erfassung des Fernbereichs auf dem ersten Bereich der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements, vorzugsweise nicht durch die Infrarotstrahlung aus dem Nahbereich überlagert und gestört wird. Ein weiterer Vorteil bei der Ausgestaltung mit einem dielektrischen Infrarot-Sperrfilter besteht darin, dass dielektrische Filter in der Regel nur wenige Mikrometer dick sind. Die Kante des Filters, d.h. die Kante zwischen den Bereichen der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelement für die Nah- und Fernbereichserfassung, verursacht zudem keine oder nur eine sehr geringe Störung der Erfassung von elektromagnetischer Strahlung, so dass die beiden Bereiche der sensitiven Fläche nahezu vollständig für die Nah- bzw. Fernbereichserfassung genutzt werden können. In a particular embodiment of the optical device according to the invention, in particular in the embodiment with at least one active illumination, which is used to generate electromagnetic radiation in the infrared range and to illuminate a region of a window of the vehicle detected as a near zone, the sensitive area of the image sensing element is above the first area arranged an infrared cut filter, in particular a dielectric infrared cut filter. As a result, the electromagnetic radiation from the near range is not imaged or detected on the first area of the sensitive area and there is an advantageous separation of near and far area detection on the sensitive area of the image recording element, in which the detection of the long range on the first area of the sensitive Surface of the image pickup element, preferably not superimposed by the infrared radiation from the near area and disturbed. Another advantage of the embodiment with an infrared dielectric barrier filter is that dielectric filters are usually only a few micrometers thick. The edge of the filter, i. The edge between the areas of the sensitive area of the image recording element for the near and far range detection, causes no or only a very small disturbance of the detection of electromagnetic radiation, so that the two areas of the sensitive area almost completely used for the near or far area detection can be.

Weitere Vorteile sowie optionale Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Further advantages and optional embodiments of the optical device according to the invention will be apparent from the description and the drawings. Embodiments are shown in simplified form in the drawings and explained in more detail in the following description.

Es zeigt It shows

1: eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung mit einem Hohlspiel als optisches Element. 1 : A preferred embodiment of the optical device according to the invention with a hollow play as an optical element.

2: eine Ausgestaltungsvariante der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung mit einem Umlenkprisma als optisches Element. 2 : An embodiment variant of the optical device according to the invention with a deflection prism as an optical element.

1 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung, die in diesem Fall in einem Fahrzeug hinter der Windschutzscheibe 1 angeordnet ist. Die optische Vorrichtung umfasst ein Bildaufnahmeelement 2, mit einer für elektromagnetische Strahlung 3; 4 sensitiven Fläche. Die optische Vorrichtung umfasst weiterhin ein Abbildungssystem 5, in diesem Fall ein Objektiv, welches auf einen Fernbereich 6 fokussiert ist und beispielsweise eine oder mehrere Linsen (nicht dargestellt) umfassen kann. Die optische Achse 7 des Abbildungssystems 5 ist in diesem Fall horizontal bzw. waagerecht zum Horizont in Fahrtrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet. Die optische Vorrichtung umfasst weiterhin ein optisches Element, in diesem Fall einen Hohlspiegel 8, mit einer gekrümmten Spiegelfläche 19. Der Hohlspiegel 8 ist in einem Bauraum zwischen der Windschutzscheibe 1 und dem Abbildungssystem 5 angeordnet, in diesem Fall unterhalb des Strahlenganges der elektromagnetischen Strahlung 3 aus dem Fernbereich 6 bzw. senkrecht unterhalb der optischen Achse 7 des Abbildungssystems 5. Der Hohlspiegel 8 ist weiterhin derart angeordnet, dass die elektromagnetische Strahlung 4 aus einem Nahbereich, bei dem es sich in diesem Fall um einen Bereich 10 der Windschutzscheibe 1 handelt, kollimiert und in das Abbildungssystem 5 reflektiert bzw. umgelenkt wird, so dass durch das Abbildungssystem 5 eine bildscharfe Abbildung des Nahbereichs auf einem Bereich 2.2 der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements 2 erfolgt. 1 shows a preferred embodiment of the optical device according to the invention, which in this case in a vehicle behind the windshield 1 is arranged. The optical device comprises an image pickup element 2 , with one for electromagnetic radiation 3 ; 4 sensitive area. The optical device further comprises an imaging system 5 , in this case a lens, which is on a long-range 6 is focused and may include, for example, one or more lenses (not shown). The optical axis 7 of the imaging system 5 is in this case horizontally or horizontally aligned to the horizon in the direction of travel of the vehicle. The optical device further comprises an optical element, in this case a concave mirror 8th , with a curved mirror surface 19 , The concave mirror 8th is in a space between the windshield 1 and the imaging system 5 arranged, in this case below the beam path of the electromagnetic radiation 3 from the distance 6 or vertically below the optical axis 7 of the imaging system 5 , The concave mirror 8th is further arranged such that the electromagnetic radiation 4 from a close range, which in this case is an area 10 the windshield 1 act, collimated and into the imaging system 5 is reflected or deflected, so through the imaging system 5 a crisp, close-up picture of one area 2.2 the sensitive surface of the image pickup element 2 he follows.

Die optische Vorrichtung aus 1 ist dabei erfindungsgemäß derart ausgebildet bzw. der Hohlspiegel 8 ist derart angeordnet, das in einem ersten Bereich 2.1, der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements 5, elektromagnetische Strahlung 3 aus dem Fernbereich 6 (Fernbereichsstrahlung) und in einem zweiten Bereich 2.2, der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements, elektromagnetische Strahlung 4 aus dem Nahbereich (Nahbereichsstrahlung) erfasst bzw. bildscharf abgebildet wird. The optical device off 1 is inventively designed in this way or the concave mirror 8th is arranged in a first area 2.1 , the sensitive area of the image pickup element 5 , electromagnetic radiation 3 from the distance 6 (Long-range radiation) and in a second area 2.2 , the sensitive surface of the image pickup element, electromagnetic radiation 4 from the near range (near-field radiation) recorded or focused image.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der optischen Vorrichtung gemäß 1 können somit gleichzeitig ein optischer Fernbereich 6, insbesondere der vor der Fahrzeug liegenden Verkehrsraum beispielsweise zur Objekterkennung, und ein Nahbereich, beispielsweise die Außenseite der Windschutzscheibe 1 zur Erfassung von Feuchtigkeit bzw. Regen 9, auf getrennten Bereichen 2.1; 2.2 der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements 2 erfasst und es können die gewonnenen Bilddaten beispielsweise für Fahrerassistenzfunktionen ausgewertet werden. Due to the inventive design of the optical device according to 1 can thus simultaneously a long-distance optical range 6 , in particular the traffic space lying in front of the vehicle, for example for object recognition, and a proximity area, for example the outside of the windscreen 1 for detecting moisture or rain 9 , on separate areas 2.1 ; 2.2 the sensitive surface of the image pickup element 2 recorded and it can be evaluated, for example, for driver assistance functions, the image data obtained.

Dadurch das entsprechend 1 ein gemeinsamer Bereich 10 der Windschutzscheibe 1 sowohl als Sichtbereich für die Erfassung der Fernbereichsstrahlung 3, als auch für die Erfassung der Nahbereichsstrahlung 4 genutzt wird, ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise für die optische Vorrichtung. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist entsprechend 1 weiterhin eine aktive Beleuchtung 11 angeordnet. Die aktive Beleuchtung 11 dient zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung 12, insbesondere von elektromagnetischer Strahlung 12 im Infrarotbereich, sowie zur Beleuchtung des Bereichs 10 der Windschutzscheibe 1 aus dem die Nahbereichsstrahlung 4 erfasst wird. In diesem Fall wird die mittels der aktiven Beleuchtung 11 erzeugte elektromagnetische Strahlung 12 über ein Einkoppelelement 13, beispielsweise ein Lichtleiter, derart in die Windschutzscheibe 1 eingekoppelt, dass die elektromagnetische Strahlung 12 über Totalreflektion in der Windschutzscheibe 1 in Richtung des erfassten Bereichs 10 geführt wird. Für den Fall, dass sich feuchte Ablagerungen bzw. Regen 9 auf der Scheibe 1 befinden, wird die elektromagnetische Strahlung 12 ganz oder teilweise aus der Scheibe 1 ausgekoppelt und in Richtung des Hohlspiegels 8 reflektiert. Durch den Hohlspiegel 8 wird die ausgekoppelte elektromagentische Strahlung 12; 4 gemäß der vorangegangenen Beschreibung kollimiert und in das Abbildungssystem 5 umgelenkt, so dass in einem Bereich 2.2 der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements 2 eine Abbildung der Strahlung 4 erfolgt. Insbesondere für den Fall, dass die aktive Beleuchtung 11 ausschließlich elektromagnetische Strahlung 12 im Infrarotbereich erzeugt, beispielsweise mittels einer Infrarot-LED (Light Emitting Diode), kann z.B. ein Infrarot-Sperrfilter (nicht dargestellt) vor dem Bereich 2.1 der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements 2 für die Fernbereichserfassung angeordnet sein, um Störungen der Fernbereichserfassung durch die Nahbereichserfassung zu vermeiden. Der Hohlspiegel 8 bzw. dessen gekrümmte Spiegelfläche 19 kann alternativ oder zusätzlich mit einer optischen Filterbeschichtung ausgebildet sein, dass an der Spiegelfläche 19 ausschließlich elektromagnetische Strahlung 12; 4 im Infrarotbereich reflektiert bzw. umgelenkt und elektromagnetische Strahlung im Ultraviolettbereich und/oder im sichtbaren Spektralbereich absorbiert wird, insbesondere um Störungen der Nahbereichserfassung auf dem Bereich 2.2 der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements 2 durch Störlicht, beispielsweise aufgrund von Sonnenstrahlung erzeugte Störreflexe am Hohlspiegel 8, zu vermeiden oder zumindest stark abzuschwächen. As a result, the corresponding 1 a common area 10 the windshield 1 both as a viewing area for the detection of long-range radiation 3 , as well as for the detection of the near-field radiation 4 is used, results in a particularly compact design for the optical device. According to a preferred embodiment of the device according to the invention is accordingly 1 continue to have an active lighting 11 arranged. The active lighting 11 serves to generate electromagnetic radiation 12 , in particular of electromagnetic radiation 12 in the infrared range, as well as to illuminate the area 10 the windshield 1 from which the near-field radiation 4 is detected. In this case, the means of active lighting 11 generated electromagnetic radiation 12 via a coupling element 13 , For example, a light guide, in the windshield 1 coupled in that the electromagnetic radiation 12 about total reflection in the windshield 1 in the direction of the detected area 10 to be led. In the event that damp deposits or rain 9 on the disc 1 are located, the electromagnetic radiation 12 wholly or partly from the disc 1 decoupled and in the direction of the concave mirror 8th reflected. Through the concave mirror 8th becomes the decoupled electromagnetic radiation 12 ; 4 collimated and into the imaging system as described above 5 diverted so that in one area 2.2 the sensitive surface of the image pickup element 2 a picture of the radiation 4 he follows. Especially in the event that the active lighting 11 only electromagnetic radiation 12 generated in the infrared range, for example by means of an infrared LED (Light Emitting Diode), for example, an infrared cut filter (not shown) in front of the area 2.1 the sensitive surface of the image pickup element 2 be arranged for the remote area detection to avoid disturbances of the remote area detection by the proximity detection. The concave mirror 8th or its curved mirror surface 19 may alternatively or additionally be formed with an optical filter coating that on the mirror surface 19 only electromagnetic radiation 12 ; 4 is reflected or deflected in the infrared range and electromagnetic radiation is absorbed in the ultraviolet range and / or in the visible spectral range, in particular disturbances of the near range detection in the area 2.2 the sensitive surface of the image pickup element 2 by interfering light, for example due to solar radiation generated disturbing reflections on the concave mirror 8th to avoid or at least greatly mitigate.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung umfasst diese weiterhin Bildauswerteelektronik 14, die auf einer Leiterplatte 15 angeordnet ist. Entsprechend 1 kann auf derselben Leiterplatte 15 auch die aktive Beleuchtung 11 angeordnet sein. Das Bildaufnahmeelement 2 ist entsprechend 1 auf einer separaten Leiterplatte 16 angeordnet, die bevorzugt mit der Leiterplatte 15, auf welcher die Bildauswerteelektronik angeordnet ist, elektrisch verbunden ist. Die optische Vorrichtung im Beispiel aus 1 umfasst weiterhin ein Gehäuse 17, das über eine Haltevorrichtung (nicht dargestellt) an der Windschutzscheibe 1 des Fahrzeugs angeordnet sein kann. Die optische Vorrichtung aus 1 kann erfindungsgemäß als Fahrzeugkamera ausgestaltet sein und weitere Elemente umfassen, wie beispielsweise eine Streulichtblende, Halte- bzw. Befestigungsvorrichtungen sowie elektrische Verbindungselemente zu weiteren elektronischen Einrichtungen im Fahrzeug. According to a preferred embodiment of the optical device according to the invention, this further comprises image evaluation electronics 14 on a circuit board 15 is arranged. Corresponding 1 can on the same circuit board 15 also the active lighting 11 be arranged. The image pickup element 2 is appropriate 1 on a separate circuit board 16 arranged, preferably with the circuit board 15 , on which the image evaluation electronics is arranged, is electrically connected. The optical device in the example 1 further comprises a housing 17 , via a holding device (not shown) on the windshield 1 of the vehicle can be arranged. The optical device off 1 can be configured according to the invention as a vehicle camera and include other elements, such as a lens hood, holding or fastening devices and electrical connection elements to other electronic devices in the vehicle.

Das Abbildungssystem 5 kann erfindungsgemäß auch mehrteilig ausgestaltet sein. The imaging system 5 can also be configured in several parts according to the invention.

Wie in 2 dargestellt kann die erfindungsgemäße optische Vorrichtung in einer besonderen Ausgestaltung mit einem Prisma bzw. mit einem Umlenkprisma 18 als optisches Element ausgebildet sein. Das Umlenkprisma 18 kann dabei direkt an der Windschutzschutzscheibe 1 angeordnet sein kann. Das Umlenkprisma 18 weist vorzugsweise eine gekrümmte Spiegelfläche 19 auf, an der elektromagnetische Strahlung 4 aus einem optischen Nahbereich, beispielsweise die Außenseite der Windschutzscheibe 1, kollimiert und in Richtung des Abbildungssystems 5 umgelenkt wird. As in 2 illustrated, the optical device according to the invention in a particular embodiment with a prism or with a deflection prism 18 be formed as an optical element. The deflecting prism 18 Can do this directly on the windshield 1 can be arranged. The deflecting prism 18 preferably has a curved mirror surface 19 on, at the electromagnetic radiation 4 from a near optical area, for example, the outside of the windshield 1 , collimated and in the direction of the imaging system 5 is diverted.

In einer besondere Ausgestaltung, insbesondere wenn das Umlenkprisma 18 direkt an der Innenseite der Windschutzscheibe 1 angeordnet ist, kann elektromagnetische Strahlung 4, insbesondere wenn es sich dabei um Infrarotstrahlung 12 handelt, die mittels einer aktiven Beleuchtung 11 erzeugt, mittels eines Einkoppelelements in die Windschutzscheibe 1 eingekoppelt und in der Windschutzscheibe 1 über Totalreflektion geführt wird, mittels des Umlenkprismas 18 aus der Scheibe 1 ausgekoppelt, kollimiert und Richtung des Abbildungssystems 5 umgelenkt werden, so dass eine Abbildung auf einem Bereich 2.2 der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements 2 erfolgt. Befindet sich Feuchtigkeit bzw. Regen 9 auf der Außenseite der Windschutzscheibe 1, würde in diesem Falle die über Totalreflektion in der Scheibe 1 geführte elektromagnetische Strahlung 12 bereits vor der Auskoppelung durch das Prisma 9 teilweise aus der Scheibe 1 ausgekoppelt werden. Hierdurch würde die elektromagnetische Strahlung 12 bei Erreichen und bei Auskoppelung durch das Umlenkprisma 18 eine geringere Intensität aufweisen, als für den Fall, dass sich keine Feuchtigkeit 9 auf der Scheibe 1 befindet. Das Umlenkprisma 18 kann zudem mit einem Infrarot-Transmissionsfilter 20 oder alternativ ganz oder teilweise aus einem ausschließlich Infrarotstrahlung 12; 4 transmittierenden Material ausgestaltet sein, so dass nur elektromagnetische Strahlung 12, die von der aktiven Beleuchtung erzeugt und in die Scheibe eingekoppelt wurde, vom Umlenkprisma 18 umgelenkt bzw. in Richtung das Abbildungssystems 5 reflektiert wird. In a particular embodiment, in particular when the deflection prism 18 directly on the inside of the windshield 1 is arranged, electromagnetic radiation 4 especially if it is infrared radiation 12 acts by means of an active lighting 11 generated by means of a coupling element in the windshield 1 coupled and in the windshield 1 is guided by total reflection, by means of the deflection prism 18 from the disc 1 decoupled, collimated and direction of the imaging system 5 be redirected, leaving a picture on one area 2.2 the sensitive surface of the image pickup element 2 he follows. Is moisture or rain 9 on the outside of the windshield 1 In this case, the total reflection would be in the disk 1 guided electromagnetic radiation 12 even before decoupling through the prism 9 partly from the disc 1 be decoupled. This would cause the electromagnetic radiation 12 when reaching and decoupling by the deflection prism 18 have a lower intensity than in the event that no moisture 9 on the disc 1 located. The deflecting prism 18 can also use an infrared transmission filter 20 or alternatively wholly or partly of an exclusively infrared radiation 12 ; 4 transmissive material be designed so that only electromagnetic radiation 12 , which was generated by the active lighting and coupled into the disc, from the deflection prism 18 deflected or in the direction of the imaging system 5 is reflected.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Windschutzscheibe Windshield
2 2: Bildaufnahmeelement Image Sensor
2.12.1: Bereich der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements für die Fernbereichserfassung Area of the sensitive area of the image acquisition element for the remote area detection
2.22.2: Bereich der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements für die Nahbereichserfassung Area of the sensitive area of the image pickup element for the proximity detection
3 3: Fernbereichsstrahlung Far field radiation
4 4: Nahbereichsstrahlung short-range radiation
5 5: Abbildungssystem imaging system
6 6: Fernbereich remote area
7 7: optische Achse des Abbildungssystems optical axis of the imaging system
8 8th: Hohlspiegel concave mirror
9 9: Regen / Feuchtigkeit Rain / moisture
10 10: Sichtbereich der optischen Vorrichtung auf/ durch die Windschutzscheibe Viewing area of the optical device on / through the windshield
11 11: aktive Beleuchtung active lighting
12 12: elektromagnetische Strahlung electromagnetic radiation
13 13: Einkoppelelement coupling element
14 14: Bildauswerteelektronik image processing electronics
15 15: Leiterplatte circuit board
16 16: Leiterplatte circuit board
17 17: Gehäuse casing
18 18: Umlenkprisma deflecting prism
19 19: gekrümmte Spiegelfläche curved mirror surface
20 20: Infrarot-Transmissionsfilter Infrared transmission filter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10355205 A1 [0005, 0006]
EP 1923280 A1 [0009, 0010]
DE 102004037871 A1 [0011, 0012]
EP 1580092 A2 [0013, 0014]

Claims

Optical device for a vehicle comprising at least one image recording element ( 2 ) with one for electromagnetic radiation ( 3 . 4 ) sensitive surface, wherein the optical device is formed such that the image pickup element ( 2 ) - in at least a first area ( 2.1 ) of the sensitive surface electromagnetic radiation ( 3 ) detected from a first optical distance range, wherein the first distance range around at least one surrounding area ( 6 ), in particular the traffic space around the vehicle, and - in at least a second area ( 2.2 ) of the sensitive surface electromagnetic radiation ( 4 ) is detected from a second optical distance range, wherein the second distance range is an area of a disk ( 1 ) of the vehicle for detecting moisture and / or rain ( 9 ) on the disc ( 1 ), characterized in that the optical device comprises at least one optical element ( 8th . 18 ) having a curved mirror surface ( 19 ) and in the beam path of the electromagnetic radiation ( 4 ) from the second distance range between the disc ( 1 ) and the image pickup element ( 2 ) is arranged such that by means of the optical element ( 8th . 18 ) the electromagnetic radiation ( 4 ) from the second distance range on the sensitive surface of the image pickup element ( 2 ) is reflected.

Optical device according to claim 1, characterized in that it is in the optical element ( 8th . 18 ) around a concave mirror ( 8th ), which is below the beam path of the electromagnetic radiation ( 3 ) is arranged from the first distance range, such that it is at the means of the concave mirror ( 8th ) from the second distance range on the sensitive surface of the image pickup element ( 2 ) reflected electromagnetic radiation ( 4 ) to electromagnetic radiation ( 4 ) from one area ( 10 ) of the disc ( 1 ), by which the electromagnetic radiation ( 3 ) comes out of the first distance range.

Optical device according to claim 1, characterized in that it is in the optical element ( 8th . 18 ) around a deflection prism ( 18 ).

Optical device according to claim 3, characterized in that the deflecting prism ( 18 ) below the beam path of the electromagnetic radiation ( 3 ) is arranged from the first distance range, such that it is in the means of the deflection prism ( 18 ) from the second distance range on the sensitive surface of the image pickup element ( 2 ) reflected electromagnetic radiation ( 4 ) to electromagnetic radiation ( 4 ) from one area ( 10 ) of the disc ( 1 ), by which the electromagnetic radiation ( 3 ) comes out of the first distance range.

Optical device according to one of the preceding claims, characterized in that the optical device - at least one active illumination ( 11 ), for the generation of electromagnetic radiation ( 12 ) in the infrared range, and - at least one coupling element ( 13 ), for coupling by means of active illumination ( 11 ) generated electromagnetic radiation ( 12 ) in the disc ( 1 ).

Optical device according to Claim 5, in which the optical element ( 8th . 18 ) around a concave mirror ( 8th ), characterized in that the curved mirror surface ( 19 ) of the concave mirror ( 8th ) is formed with an optical filter coating such that on the curved mirror surface ( 19 ) of the wooden mirror ( 8th ) electromagnetic radiation ( 4 . 12 ) is reflected in the infrared range and electromagnetic radiation in the ultraviolet range and / or in the visible spectral range is absorbed.

Optical device according to Claim 5, in which the optical element ( 8th . 18 ) around a deflection prism ( 18 ), characterized in that the deflecting prism ( 18 ) is designed as an infrared transmission filter, such that by means of deflecting prism ( 18 ) electromagnetic radiation ( 4 . 12 ) is deflected in the infrared range and electromagnetic radiation is absorbed in the ultraviolet range and / or in the visible spectral range.

Optical device according to one of the preceding claims, characterized in that the optical device comprises an infrared cut-off filter which extends over the first region ( 2.1 ) of the sensitive surface of the image pickup element ( 2 ) is arranged.

Optical device according to one of the preceding claims, located in the interior of a vehicle behind the windshield ( 1 ) is arranged, viewed in the direction of a vehicle ahead in the direction of travel of traffic ( 6 ), for recording the traffic area ( 6 ) and to detect moisture and / or rain ( 9 ) on the windscreen ( 1 ).

Vehicle in which an optical device according to one of the preceding claims is arranged.