DE102011118121B4

DE102011118121B4 - Kameraanordnung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102011118121B4
Application number: DE102011118121.4A
Authority: DE
Inventors: Frank Bläsing
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Kostal Automobil Elektrik GmbH and Co KG
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2019-04-18
Anticipated expiration: 2031-11-11
Also published as: DE102011118121A1

Abstract

Kameraanordnung für ein Kraftfahrzeug, mit einer im Fahrzeuginnenraum hinter einer Fahrzeugscheibe (1) angeordneten Kamera (2) und einem Prisma (5), das zwischen der Fahrzeugscheibe (1) und der Kamera (2) angeordnet und an die Fahrzeugscheibe (1) angekoppelt ist, und eine der Fahrzeugscheibe (1) zugewandte Lichteintrittsfläche und eine dem Kameraobjektiv (8) zugewandte Lichtaustrittsfläche aufweist,wobei ein flexibles Koppelelement (3) zusammen mit einem Träger (4) das Prisma (5) ausbildet, undwobei das Prisma (5) durch die Anformung an die Fahrzeugscheibe (1) mindestens eine nicht ebene Fläche ausbildet, durch die das Prisma (5) an seinem Anbauort die aus der Wölbung der Fahrzeugscheibe (1) resultierende Linsenwirkung kompensiert,dadurch gekennzeichnet,dass das Koppelelement (3) durch den vorgespannten und mit einem definierten Biegeradius vorgebogenen und zumindest im von der Kamera (2) durchblickten Bereich transparenten, biegsamen Träger (4) an die Fahrzeugscheibe (1) angepresst ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kameraanordnung für ein Kraftfahrzeug, mit einer im Fahrzeuginnenraum hinter einer Fahrzeugscheibe angeordneten Kamera und einem Prisma, das zwischen der Fahrzeugscheibe und der Kamera angeordnet und an die Fahrzeugscheibe angekoppelt ist, und eine der Fahrzeugscheibe zugewandte Lichteintrittsfläche und eine dem Kameraobjektiv zugewandte Lichtaustrittsfläche aufweist, wobei ein flexibles Koppelelement zusammen mit einem Träger das Prisma ausbildet, und wobei das Prisma durch die Anformung an die Fahrzeugscheibe mindestens eine nicht ebene Fläche ausbildet, durch die das Prisma an seinem Anbauort die aus der Wölbung der Fahrzeugscheibe resultierende Linsenwirkung kompensiert.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2006 039 065 A1 ist eine entsprechende Anordnung zur Befestigung eines optischen Sensors an einer Fahrzeugscheibe bekannt.
Die Offenlegungsschriften DE 10 2007 039 776 A1 und EP 1 251 048 A2 offenbaren jeweils eine Vorrichtung zur Ankopplung eines optischen Sensors und insbesondere einer Kamera an eine Kraftfahrzeugscheibe unter Verwendung eines flexiblen Koppelmediums.
Eine Kameraanordnung ist in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2004 024 735 A1 beschrieben. Aus diesem Dokument sind Vorteile bekannt, die sich durch die Verwendung eines Prismas bei einer so genannten Fahrerassistenzkamera ergeben, insbesondere die Robustheit des optischen Pfades gegenüber Umwelteinflüssen und die Verkleinerung der für einen vorgegebenen Blickbereich benötigten Einkoppelfläche auf der Scheibenfläche. Zur Erzielung der erwähnten Robustheit und um Lichtreflexionen möglichst zu vermeiden, ist es vorteilhaft, das Prisma über ein weiches Koppelelement direkt an die Fahrzeugscheibe zu drücken. Die Brechungsindizes der optischen Medien sind dabei möglichst gleich.
Bei einer Kamera mit einer an die Fahrzeugscheibe angekoppelten Prismenoptik spielt ab einer gewissen Bildauflösung die Krümmung der Fahrzeugscheibe eine nicht mehr zu vernachlässigende aktive Rolle im optischen Pfad.
Die bei den meisten Fahrzeugtypen vorhandene Krümmung speziell der vorderen Fahrzeugscheibe (Windschutzscheibe) und der schräge Strahlengang beim Durchblicken der normalerweise stark geneigten Scheibe führt zu einer etwas defokussierenden Wirkung der Scheibe, wenn kein Prisma angekoppelt ist. Die Krümmung der Scheibenaußenseite würde bei einer ebenen Scheibeninnenseite eine Fokussierung der Lichtstrahlen bewirken. Durch die Krümmung der Scheibeninnenseite mit einem etwas kleineren Radius wird dieser Effekt etwas überkompensiert.
Wenn an der Innenseite einer gekrümmten Fahrzeugscheibe jedoch ein Prisma mit einem Koppelelement angebracht wird, fehlt wegen des angefügten Koppelelements und der ebenen Prismenrückseite die defokussierende Wirkung einer konkaven Fläche. Das heißt, die gewölbte Fahrzeugscheibe und das an die Fahrzeugscheibe angefügte und mit dem geraden Prisma eingeschlossene Koppelelement wirken zusammen als Linse. Da die effektiv wirkenden Krümmungsradien von Fahrzeugscheiben typischerweise verschieden für die horizontale und vertikale Richtung sind, kann die Linsenwirkung durch eine Veränderung der Fokussierung des Kameraobjektives in der Regel nicht vollständig kompensiert werden.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2009 027 520 A1 schlägt zur Kompensation von Verzeichnungen eine in den Strahlengang eingefügte, komplementär zur Fahrzeugscheibe geformte Entzerrungsscheibe vor. Die hierbei kompensierten geometrischen Verzeichnungen stellen jedoch im Allgemeinen kein besonderes Problem dar. Da sie gleichmäßig sind können sie durch eine rechnerische Bildauswertung beseitigt werden, was durch die fortgeschrittene Prozessortechnik auch keinen besonders hohen Aufwand mehr erfordert.
Zur Erläuterung: wenn eine Fahrzeugscheibe als Prisma wirkt, verzerrt sie das Außenbild, wenn sie als Linse wirkt, defokussiert sie. Die Defokussierung kommt durch die Scheibenkrümmung und den - je nach Blickwinkel - unterschiedlichen Einfallswinkel der Lichtstrahlen zustande. Bei einer beispielhaft angenommenen Scheibenneigung von 25° fallen Horizont-Lichtstrahlen unter einem Einfallswinkel von 65° auf die Fahrzeugscheibe. Bei einem vertikalen Sichtbereich von +/- 15° liegt also der Einfallswinkelbereich zwischen 50° und 80°. Für die großen Winkel erhält man eine andere Defokussierung als für die kleinen Winkel, so dass dieser Effekt nicht durch eine Objektiv(de)fokussierung ausgeglichen werden kann. Bei der nachfolgend beschriebenen Erfindung geht es speziell um diesen Defokussierungseffekt.
Problematisch ist, dass wie bereits beschrieben, durch die Krümmung der Fahrzeugscheibe, die zudem orts- und richtungsabhängig variieren kann, ein defokussierend wirkender Linseneffekt entsteht. Dieser Effekt ist zwar relativ klein, macht sich aber, da Fahrerassistenzkameras in zunehmendem Maße hohe Bildauflösungen aufweisen, immer störender bemerkbar. Defokussierungen bewirken Bildunschärfen, die rechnerisch nicht einfach zu kompensieren sind.
Eine Möglichkeit, den durch die Fahrzeugscheibe bewirkten Linseneffekt zu kompensieren, besteht darin, auf der Rückseite einer Glasprismenoptik eine sphärische Oberfläche anzuformen, die an die Krümmung der Fahrzeugscheibe angepasst ist. Für eine optimale Kompensationswirkung muss für jede Scheibenform ein passend geformtes Prisma gefertigt werden.
Dabei weisen nicht nur unterschiedliche Fahrzeugtypen unterschiedlich geformte Fahrzeugscheiben auf; die Scheibenkrümmung kann auch bei Fahrzeugscheiben des gleichen Fahrzeugtyps variieren und ist im Allgemeinen zudem noch auf jeder einzelnen Fahrzeugscheibe stark ortsabhängig. Daher muss zumindest für jeden Fahrzeugtyp und zusätzlich für jeden vorgesehenen Anbauort jeweils eine eigene Prismenform vorgesehen werden, woraus ein nicht unerheblicher Aufwand resultiert.
Es stellte sich die Aufgabe, eine Kameraanordnung zu schaffen, die einen einfachen Aufbau aufweist und auf einfache Weise eine Kompensation des durch die Wölbung einer Fahrzeugscheibe ergebenden Defokussierungseffekts ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Kameraanordnung dadurch gelöst, dass das Koppelelement durch den vorgespannten und mit einem definierten Biegeradius vorgebogenen und zumindest im von der Kamera durchblickten Bereich transparenten, biegsamen Träger an die Fahrzeugscheibe angepresst ist. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß ist das Prisma hier kein Einzelteil mit einer festen Form, sondern es wird durch das flexible Koppelelement und einen an dem Koppelelement anliegenden Träger gebildet. Der Träger besteht aus einem biegsamen Material und liegt mit einer elastischen Vorspannung an dem Koppelelement an. Durch das Material und die Anordnung des biegsamen Trägers, sowie durch die dem Träger vorgegebene Vorspannung kann dessen Form und damit zugleich die Form des Koppelelements so vorgegeben werden, dass die durch die Scheibenform bewirkte Defokussierung kompensiert wird.
Der Träger kann vorteilhafterweise in dem nicht von der Kamera durchblickten Bereich durch einen federsteifen Metall- oder Kunststoffrahmen unterstützt sein.
In den 1 und 2 ist die Erfindung auf schematische Weise skizziert. Die 1 zeigt ein auf einem Träger 4 angeordnetes flexibles Koppelelement 3 vor dem Anfügen an eine Fahrzeugscheibe 1 eines Kraftfahrzeugs. Die Fahrzeugscheibe 1 ist vorzugsweise die Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs und weist eine Wölbung auf, dessen Biegeradius ortsabhängig variieren kann.
Der aus einem transparenten und flexiblen Material, vorzugsweise einer Kunststofffolie oder einer Dünnglasscheibe, bestehende Träger 4 wird von mindestens zwei Haltelementen 6 mechanisch vorgespannt gehalten. Nach dem Einbau in das Kraftfahrzeug sind die Haltelemente 6 auf hier nicht näher dargestellte Weise mit der Fahrzeugscheibe 1 oder mit der Fahrzeugkarosserie verbunden.
Auf den Träger 4 ist ein flexibles Koppelelement 3 aufgebracht, das vorzugsweise aus einem Flüssigsilikonkautschuk (auch bekannt unter der Bezeichnung liquid silicone rubber, abgekürzt LSR) besteht. Der Träger 4 ist zwischen den Haltelementen 6 so vorgespannt/vorgebogen, dass der Träger 4 und das darauf befindliche Koppelelement 3 einen definierten Biegeradius annehmen. Wird die Anordnung aus Koppelelement 3 und Träger 4 an die Fahrzeugscheibe 1 angepresst, so verformt sich das Koppelelement 3 derart, dass es sich an die Innenseite der Fahrzeugscheibe 1 vollständig anlegt und dabei die Krümmung der Fahrzeugscheibe 1 annimmt.
Die Biegung des transparenten Trägers 4 kompensiert nun die durch die äußere Wölbung der Fahrzeugscheibe 1 entstehende Linsenwirkung. Hinter der nun annähernd brechungsfreien Anordnung aus Fahrzeugscheibe 1, Koppelkörper 3 und Träger 4 ist eine Kamera 2 angeordnet, die hier über mechanische Befestigungselemente 7 mit den Halteelementen 6 verbunden dargestellt ist. Die optische Ankopplung des Kameraobjektivs 8 kann über eine kurze Luftstrecke 8 erfolgen.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugscheibe
2: Kamera
3: Koppelelement
4: Träger
5: Prisma
6: Haltelemente
7: Befestigungselemente
8: Kameraobjektiv
9: Luftstrecke

Claims

Kameraanordnung für ein Kraftfahrzeug, mit einer im Fahrzeuginnenraum hinter einer Fahrzeugscheibe (1) angeordneten Kamera (2) und einem Prisma (5), das zwischen der Fahrzeugscheibe (1) und der Kamera (2) angeordnet und an die Fahrzeugscheibe (1) angekoppelt ist, und eine der Fahrzeugscheibe (1) zugewandte Lichteintrittsfläche und eine dem Kameraobjektiv (8) zugewandte Lichtaustrittsfläche aufweist, wobei ein flexibles Koppelelement (3) zusammen mit einem Träger (4) das Prisma (5) ausbildet, und wobei das Prisma (5) durch die Anformung an die Fahrzeugscheibe (1) mindestens eine nicht ebene Fläche ausbildet, durch die das Prisma (5) an seinem Anbauort die aus der Wölbung der Fahrzeugscheibe (1) resultierende Linsenwirkung kompensiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (3) durch den vorgespannten und mit einem definierten Biegeradius vorgebogenen und zumindest im von der Kamera (2) durchblickten Bereich transparenten, biegsamen Träger (4) an die Fahrzeugscheibe (1) angepresst ist.
Kameraanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht ebene Fläche die Lichtaustrittsfläche des Prismas (5) ist.
Kameraanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht ebene Fläche des Prismas (5) eine sphärische, zylindrische oder ellipsoidische Form aufweist.
Kameraanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der nicht ebenen Fläche des Prismas (5) der Form der Innenseite der Fahrzeugscheibe (1) am Anbauort des Prismas (5) entspricht.
Kameraanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (4) als eine Kunststofffolie oder eine Ultradünnglasscheibe ausgebildet ist.
Kameraanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (4) im nicht von der Kamera durchblickten Bereich durch einen federsteifen Metall- oder Kunststoffrahmen unterstützt wird.