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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Kamerasystem, insbesondere für ein Fahrzeug, sowie ein Fahrzeug.
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Kamerasysteme zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung durch eine Fahrzeugscheibe eines Fahrzeuges, insbesondere eine Frontscheibe, werden insbesondere in Fahrerassistenzsystemen eingesetzt, z.B. im Rahmen eines Nachtsichtsystems, als Warnsystem und/oder als Stereokamerasystem zur Bestimmung von Abständen. Die Kamerasysteme werden insbesondere derartig angeordnet, dass sie die Fahrzeugumgebung vor dem Fahrzeug erfassen. Hierzu werden die Kamerasysteme mit Kamerahaltern z.B. an einer Innenseite der Frontscheibe (Windschutzscheibe) oder dem Fahrzeugdach bzw. einer Dachstrebe des Fahrzeugs befestigt und erfassen den Außenraum vor dem Fahrzeug, insbesondere auch die eigene Fahrspur.
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Es ist weiterhin bekannt, Kamerasysteme auch für Sekundärfunktionen zu verwenden, z. B. für die Ermittlung eines Belages auf der Fahrzeugscheibe, insbesondere als Regendetektor.
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Die
WO 2010/76065 A1 zeigt ein Kamerasystem, das als Primärbild eine Fahrzeugumgebung abbildet und als Sekundärbild einen Bereich einer Außenfläche der Fahrzeugscheibe erfasst. Zur Erfassung des Sekundärbildes sind in einem unteren Teil des Erfassungsbereichs ein Spiegel und oberhalb des Objektivs ein weiterer Spiegel vorgesehen. Ein im Wesentlichen oberhalb des Objektivs auf der Scheibenaußenseite haftender Belag wird somit durch Umlenken mittels zweier Spiegel von dem Objektiv erfasst. Bei einem derartigen System ist entsprechend ein hinreichender Bauraum bzw. Platz zur Anordnung der Umlenkspiegel erforderlich.
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In der
DE 10 2004 015 040 A1 wird als Primärfunktion eine Nachtsichtunterstützung, Spurverlassenswarnung oder Verkehrszeichenerkennung beschrieben und als Sekundärfunktion eine Regensensorik zur Erkennung von Wassertropfen auf der Außenseiten der Scheibe. Hierzu weist das Kamerasystem eine Strahlungsquelle auf, von der optische Strahlung zunächst in die Fensterscheibe ein- und wieder auskoppelbar ist, wobei der ausgekoppelte Teil wiederum von einem Bildsensor erfasst wird. Auf der Außenseite der Scheibe haftende Wassertropfen beeinflussen die Totalreflektion des in die Scheibe eingekoppelten Lichtes, so dass der Bildsensor Änderungen im Lichtsignal ermittelt.
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Die
DE 102 01 522 A1 beschreibt ein Kamerasystem mit einer Primärfunktion, wie z. B. der Erfassung von Objekten, und als Sekundärfunktion die Erfassung einer Sichtbehinderung durch Regentropfen auf der Scheibe. Das aufgenommene Bild wird durch eine Auswerteeinheit ausgewertet, um aufgrund der Unschärfeverteilung auf das Vorliegen eines Belages schließen zu können.
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Die
DE 103 23 560 A1 beschreibt eine Kamera, bei der im unteren Teil eines Erfassungsbereichs des Objektivs ein Spiegel vorgesehen ist, der einen Bereich der Fahrzeugumgebung oberhalb des Fahrzeugs erfasst und zu dem Objektiv umlenkt. Hierdurch wird die Ermittlung einer Umgebungshelligkeit ermöglicht.
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Aus Steffen Görmer et. al. „Vision-based Rain Sensing with an In-Vehicle Camera“ 2009, IEEE 978-1-4244-3504-3 ist ein Kamerasystem bekannt, das eine optische Abbildung eines Detektionsbereichs als Sekundärbild auf einem Bildsensor vorschlägt. Hierzu sind zusätzlich zum Objektiv eine Linse und ein Spiegel vorgesehen, so dass aus dem Objektiv, der Linse und dem Spiegel ein Abbildungsystem für einen Detektionsbereich auf der Fahrzeugscheibe gebildet wird.
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Die
EP 2 062 777 A1 beschreibt ein optisches Modul für ein einen Umgebungsbereich eines Fahrzeugs erfassendes Assistenzsystem mit einer im Bereich einer Innenseite einer Scheibe des Fahrzeugs angeordneten und in den Umgebungsbereich des Fahrzeugs gerichteten Kamera mit einem Objektiv. Durch das Objektiv ist ein Fernbereich auf einen ersten Abschnitt einer Sensorfläche der Kamera scharf abbildbar, wobei eine optische Anordnung im Sichtfeld der Kamera angeordnet ist, durch welche ein einen Detektionsbereich der Scheibe umfassender Nahbereich auf einen zweiten Abschnitt der Sensorfläche der Kamera scharf abbildbar ist. Die optische Anordnung umfasst hierbei eine Linse, einen Spiegel zum Umlenken des Lichts von dem Detektionsbereich zu der Linse, sowie eine Sichtblende.
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Die
DE 10 2004 037 871 A1 zeigt ein optisches Modul für ein den Außenvorraum in Fahrtrichtung eines Kraftfahrzeugs erfassendes Assistenzsystem. Hierbei projiziert eine Linseneinheit aus mehreren Linsen elektromagnetische Strahlung auf eine sensitive Fläche eines Halbleiterelementes, wobei das Halbleiterelement eine Vielzahl lichtempfindlicher Zellen (Pixel) aufweist, welche zeitweise und/oder zumindest teilweise auch den Nahbereich der Windschutzscheibe des Kraftfahrzeuges erfassen.
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Aus der
DE 10 2008 044 003 A1 ist ein Kameramodul für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug bekannt, das eine Kamera mit einem ortsauflösenden Bildgebungssensor zur Erfassung eines Aufnahmebereiches, insbesondere eines Verkehrsraumes der Umgebung des Kraftfahrzeugs, umfasst. In dem Kameramodul ist ein Sekundärsensor, insbesondere ein Regensensor, integriert, der einen optischen Sensor und mindestens einen Lichtleiter zum Leiten eines optischen Signals von einem Einkopplungsbereich des Kameramoduls zu dem optischen Sensor aufweist.
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Der apparative Aufwand derartiger Abbildungssysteme und ihre optische Justierung sind jedoch nicht unerheblich. Der Detektionsbereich wird über einen unterhalb des Detektionsbereichs angeordneten Spiegel erfasst, so dass die Blickrichtung zum Himmel verläuft. Bei einem derartigen Hintergrund fehlen jedoch meist die Kontraste im Bild, um in den Bildern die Strukturen der Tropfen zu erkennen.
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Die Detektion der transparenten Wassertropfen wird weiterhin dadurch erschwert, dass die detektierbaren Strukturen wie z. B. Kanten der Tropfen z.T. nicht sehr deutlich sind und gegenüber Strukturen des Bildhintergrundes zurücktreten können, so dass sie nur schwer erkannt werden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß sind ein Kamerasystem nach Anspruch 1 sowie ein Fahrzeug nach Anspruch 14 vorgesehen. Somit ist im Erfassungsbereich des Objektivs des Kamerasystems als Vorsatzoptik eine einzige Vorsatzlinse angeordnet. Somit bilden das Objektiv der Kamera, das im Allgemeinen eine oder mehrere Linsen aufweist, und die Vorsatzlinse das optische Abbildungssystem zur Abbildung des Detektionsbereichs.
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Der Detektionsbereich steht hierbei nicht senkrecht auf der Vorsatzlinsen-Achse und wird durch das optische Abbildungssystem aus Objektiv und Vorsatzlinse scharf auf dem Bildsensor abgebildet wird.
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Unter der Vorsatzlinsen-Achse wird hierbei die die Eintrittsfläche und die Austrittsfläche mittig schneidende Gerade verstanden; aufgrund der vorzugsweise vorliegenden unsymmetrischen Ausbildung mit ungleichen und nicht parallelen Ein- und Austrittsfläche bildet diese Vorsatzlinsen-Achse im allgemeinen keine Symmetrieachse.
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Der Detektionsbereich hat vorzugsweise gegenüber einem als Primärbild erfassten Teil des Erfassungsbereichs eine geringere Gegenstandsweite und stellt vorzugsweise einen Bereich der Scheibenaußenseite bzw. einen auf der Scheibenaußenseite haftenden Belag dar.
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Erfindungsgemäß ist kein Spiegel vorgesehen, um das vom Detektionsbereich ausgehende Licht zu der Vorsatzlinse umzulenken oder zwischen der Vorsatzlinse und dem Objektiv umzulenken.
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Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass keine optische Ausrichtung von verschiedenen optischen Elementen zueinander erforderlich ist. Es ist vorzugsweise lediglich die Vorsatzlinse relativ zum Objektiv zu positionieren und das gesamte Kamerasystem im Fahrzeug relativ zur Fahrzeugscheibe zu positionieren, z. B. mittels eines Kamerahalters an der Innenseite der Fahrzeugscheibe, dem Dach oder einem Rückspiegel.
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Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil liegt darin, dass der erforderliche Bauraum gering ist. Anders als bei optischen Systemen mit Umlenkspiegeln kann erfindungsgemäß der Detektionsbereich direkt über die Vorsatzlinse zum Objektiv bzw. der Eintrittspupille des Objektivs gelenkt werden. Vorzugsweise wird ein Detektionsbereich unterhalb der optischen Achse erfasst, so dass kein weiterer Bauraum oberhalb der Kamera erforderlich ist. Somit kann die Kamera z.B. auch in einem oberen Bereich der Frontscheibe angebracht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform verläuft eine Normale des Detektionsbereichs gegenüber der optischen Achse der Vorsatzlinse sogar unter einem Winkel mindestens 90°. Hierbei kann eine zwischen Eintrittsfläche und Austrittsfläche ausgebildete Umfangsfläche der Vorsatzlinse ganz oder bereichsweise parallel zur Innenseite der Scheibe verlaufen.
Insbesondere wenn die Kamera nahe an der Scheibe zu positionieren ist, kann diese Ausbildung vorteilhaft sein, um eine lange Strecke für den Strahlengang zu gewinnen.
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Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass bei gegebenem Abstand zwischen Objektiv und Fahrzeugscheibe ein hinreichend großer Abstand zwischen Objektiv und Detektionsbereich ausgebildet werden kann, so dass die gewünschten Abbildungseigenschaften erreicht werden, wie Verkippung des Schärfebereichs in den Detektionsbereich bei angemessener Tiefenschärfe.
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Gemäß einer bevorzugten Ausbildung liegen die nach hinten, d.h. zum Objektiv hin weisende Austrittsfläche und die entgegengesetzte, d.h. nach vorne hin weisende Eintrittsfläche nicht senkrecht zur optischen Vorsatzlinsen-Achse. Bei gekrümmter, nicht-planer Ausbildung der Ein- oder Austrittsfläche wird hierunter verstanden, dass Tangentialebenen an die Ein- bzw. Austrittsfläche nicht senkrecht zur optischen Vorsatzlinsen-Achse liegen. Vorteilhafterweise liegen auch die optischen Teilstrecken des Abbildungssystems, die an die Eintrittsfläche und Austrittsfläche anschließen, nicht senkrecht auf der Eintrittsfläche bzw. Austrittsfläche.
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Hierdurch wird eine Lichtbrechung bereits an diesen optisch aktiven ÜbergangsFlächen wirksam, um mit der einzigen Vorsatz-Linse gewünschte optische Eigenschaften zu erreichen.
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Die Vorsatzlinse ist vorteilhafterweise prismatisch oder keilförmig ausgebildet, d.h. ihre Eintrittsfläche und Austrittsfläche bzw. Tangentialebenen an die Eintrittsfläche und Austrittsfläche sind nicht parallel und nicht gleich groß. So kann sich die Vorsatzlinse insbesondere von der Kamera weg verbreitern.
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Es wird somit ein optisches Abbildungssystem ausgebildet, bei dem der abzubildende Detektionsbereich gegenüber der optischen Vorsatzlinsen-Achse stark geneigt ist. Erfindungsgemäß wird jedoch erkannt, dass eine derartige Abbildung insbesondere bei Ausbildung der Eintrittsfläche als nicht-sphärische Fläche durchaus möglich ist und gute Abbildungseigenschaften ermöglicht. Die Austrittsfläche der Vorsatzlinse, d.h. die zum Objektiv hin weisende Fläche, kann mit geeigneter Krümmung, insbesondere auch bzgl der Linsen-Achse unsymmetrischer Krümmung, ausgebildet sein. Sie ist vorzugsweise gegenüber der Strecke der optischen Achse zwischen der Eintrittspupille des Objektivs und der Vorsatzlinse geneigt, um eine Lichtbrechung von einem Strahlengang im Wesentlichen parallel zur Frontscheibe mit stärkerer Neigung nach hinten zu dem Objektiv zu ermöglichen. Der Strahlengang von dem Detektionsbereich erfolgt vorteilhafterweise zunächst durch die Frontscheibe, von der Frontscheibe im Wesentlichen nach hinten zu der Eintrittsfläche der Vorsatzlinse, in der Hauptstrahlen der von Punkten des Detektionsbereichs ausgehenden Lichtbündel dann im Wesentlichen parallel zur optischen Vorsatzachse verlaufen, bis sie aus der Austrittsfläche nach hinten weg gebrochen werden.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausbildung wird ein objektseitig telezentrisches optisches Abbildungssystem gebildet. Das aus dem Objektiv und der Vorsatzlinse gebildete Abbildungssystem ermöglicht somit eine objektseitig telezentrische Abbildung, bei der Hauptstrahlen der Lichtbündel zur objektseitigen Seite hin im Wesentlichen parallel verlaufen.
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Insbesondere eine derartige Ausbildung ermöglicht es, dass ein Hintergrund im Zusatzbild im Wesentlichen gleichmäßig erscheint. Die parallel verlaufende Hauptstrahlen der Lichtbündel erfassen somit im Außenbereich des Fahrzeugs gleiche oder im Wesentlichen gleiche Bereiche, da Unterschiede von z.B. wenigen Millimetern oder Zentimeter im Außenraum nicht mehr relevant sind. Aufgrund des im Wesentlichen gleichen Hintergrundes kann der Belag als Struktur gegenüber dem Hintergrund besser detektiert werden, als bei herkömmlichen Systemen, bei denen als Sekundärbereich z.B. ein Bereich oberhalb des Fahrzeugs oder neben dem Fahrzeug erfasst wird, aufgrund z.B. Lichtquellen wie Straßenbeleuchtungen, Häusern, etc. sowie auch bei Erfassung des Himmels der Fahrzeugumgebung deutlich unterschiedliche Intensitäten aufweisen kann.
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Vorteilhafterweise verläuft eine optische Zusatzachse des Abbildungssystems von der Fahrzeugscheibe aus nach unten zum Erfassen eines unteren Bereichs des Fahrzeugumfeldes, d.h. insbesondere eine Fahrbahn, zur Ausbildung eines gleichmäßigen Hintergrundes. Der Hintergrund kann somit insbesondere Grautöne des Bodens bzw. bzw. einen Straßenbelags erfassen. Durch diese Neigung der Zusatzachse nach unten kann der Einfluss von Streulicht von z. B. Straßenbeleuchtungen und weiteren Verkehrsteilnehmern gering gehalten werden, so dass die Ausbildung eines gleichmäßigen Hintergrundes verbessert wird.
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Somit wird eine nachfolgende Bilderkennung oder Klassifizierung des Detektionsbereichs als Struktur gegenüber einem im Wesentlichen gleichen Hintergrund ermöglicht.
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Das Kamerasystem kann somit im Wesentlichen durch eine Kamera mit Kameragehäuse, gegebenenfalls zusätzlichem Kamerahalter zur Befestigung am Fahrzeug und einer einteiligen Vorsatzlinse ausgebildet werden, die z.B. am Kameragehäuse oder am Schaltungsträger der Kamera oder auch dem Kamerahalter befestigt wird. Durch die Befestigung an der Kamera oder dem Kamerahalter wird bereits die eindeutige Positionierung und Ausrichtung ermöglicht. Die Zusatzkosten des erfindungsgemäßen Systems sind somit gering und im Wesentlichen durch die Vorsatzlinse bestimmt, die einteilig aus transparentem Material hergestellt, z.B. gespritzt oder gegossen werden kann.
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Vorzugsweise ist die weitere Außenfläche der Vorsatzlinse, d.h. außer der Ein- und Austrittsfläche, zur Verhinderung von Streulichteintritt abgedeckt, z.B. lackiert oder eingespritzt.
Die Vorsatzlinse ist vorzugsweise an einem Schaltungsträger und/oder einem Kameragehäuse des Kamerasystems oder einem das Kamerasystem aufnehmenden Kamerahalter befestigt.
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Die Berechnung der Eintrittsfläche der Vorsatzlinse kann z.B. durch Finite-Elemente-Berechnung erfolgen.
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Eine ergänzende Lichtquelle zur Beleuchtung des Detektionsbereichs ist grundsätzlich nicht erforderlich, kann jedoch vorgesehen sein, insbesondere für eine Detektion bei Dunkelheit.
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Das erfindungsgemäße Kamerasystem ist grundsätzlich nicht auf den Einsatz in einem Fahrzeug beschränkt; es kann auch z. B. zur Abbildung spezifischer, nicht-planer Detektionsbereiche vorgesehen sein. Hierbei kann grundsätzlich auch ein komplex gestalteter Detektionsbereich abgebildet werden, wozu die Eintritts- und/oder Austrittsfläche entsprechend komplex ausgebildet werden können; hierbei sind auch möglich eine unsymmetrischer Krümmung und/oder eine Krümmung mit Wendepunkten, d.h. die Krümmung nimmt in lateraler Richtung (weg von der Vorsatzlinsen-Achse ausgehend nach außen) nicht nur stetig zu oder ab, sondern kann auch variieren.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- 1 zeigt ein Fahrzeug mit einem Kamerasystem gemäß einer Ausführungsform im seitlichen Schnitt;
- 2 zeigt eine schematisierte Darstellung des Strahlengangs des Sekundärbildes in 1;
- 3 zeigt eine schematisierte Darstellung der Bildbereiche des Bildsensors und des Strahlenganges des Primärbildes.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Von einem Fahrzeug 1 sind in 1 eine Frontscheibe 2 (Windschutzscheibe), ein Dachhimmel 3, ein Fahrzeuginnenraum 4 (Fahrgastraum) und ein Kamerasystem 5 dargestellt. Das Kamerasystem 5 ist an der Innenseite 2a der Frontscheibe 2 und/oder am Dachhimmel 3 befestigt und gibt Bildsignale S1 an eine Auswerteeinrichtung 6 aus, die außerhalb des Kamerasystems 5 oder auch Teil des Kamerasystems 5 sein kann und für verschiedene Funktionen bzw. Funktionalitäten vorgesehen ist, wobei eine Hauptfunktion eine Erfassung und Überwachung einer Fahrzeugumgebung (Außenraum) 7 außerhalb des Fahrzeugs 1, insbesondere eines Fahrbahnbereichs vor dem Fahrzeug 1 sein kann, zur Darstellung der Fahrzeugumgebung 7 auf einem Monitor im Fahrzeug 1, und/oder für eine Abstandsmessung als Teil eines Stereo-Kamerasystems, und/oder als Nachtsichtsystem auf Grundlage z.B. von IR-Strahlung.
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Das Kamerasystem 5 weist ein Objektiv 8 mit einer oder mehreren Linsen 9 und einem Bildsensor 10 (Imager-Chip) auf, der auf einem Sensorträger 11 angebracht ist und Imager-Signale S2 zu einem Schaltungsträger 12 mit Bauelementen (Schaltungskomponenten) 14, 15 ausgibt, die wiederum die Bildsignale S1 an die Auswerteeinrichtung 6 ausgibt. Die Auswerteeinrichtung 6 kann entsprechend auch auf dem Schaltungsträger 12 angebracht sein. Das Objektiv 8 legt einen Erfassungsbereich 18 fest, der sich von dem Objektiv 8 aus in Richtung seiner optischen Achse A nach vorne erstreckt.
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Das Kamerasystem 5 weist weiterhin eine Vorsatzlinse 16 auf, die ohne weitere Linsen oder Spiegel eine Vorsatzoptik ausbildet und zusammen mit dem Objektiv 8 ein optisches Abbildungssystem 17 ausbildet, das als Zusatzfunktion die Detektion eines Belages 25 auf einer Scheibenaußenseite 2b der Frontscheibe 2 ermöglicht.
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Der Erfassungsbereich 18 umfasst in seinem oberen Teil 18-1 durch die Frontscheibe 2 hindurch einen Teil der Fahrzeugumgebung 7. Mit seinem gegenüber der optischen Achse A äußeren (in dieser Ausführungsform unteren) Teil 18-2 erfasst der Erfassungsbereich 18 die Vorsatzlinse 16. Die Vorsatzlinse 16 ist z.B. am Schaltungsträger 12, einem Kameragehäuse 20 des Kamerasystems 5 oder auch z.B. an einem in 1 angedeuteten Kamerahalter 30, der das Kameragehäuse 20 trägt und an der Scheibeninnenseite 2a fixiert, befestigt.
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Die optischen Eigenschaften des Objektivs 8 werden nachfolgend insbesondere unter Bezug auf seine Eintrittspupille 22 beschrieben, die - in an sich bekannter Weise - eine optische, fiktive Größe zur Beschreibung des optischen Verhaltens darstellt, wobei die optische Achse A durch die Eintrittspupille 22 verläuft.
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Das aus der Vorsatzlinse 16 und dem Objektiv 8 gebildete Abbildungssystem 17 bildet einen Detektionsbereich 24 auf den Bildsensor 10 ab. Der Detektionsbereich 24 kann genau auf der Scheibenaußenseite 2b oder auch etwas (in Fahrtrichtung) in Richtung der optischen Achse A vor der Scheibenaußenseite 2b angeordnet sein. Hierdurch kann ein Belag, z.B. ein Wassertropfen 25, auf der Scheibenaußenseite 2b auf den Bildsensor 10 abgebildet werden.
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Die Vorsatzlinse 16 weist eine (in Fahrtrichtung bzw. bezüglich der optischen Achse A) hintere Austrittsfläche 16a und eine vordere Eintrittsfläche 16b, die somit die optisch aktiven Flächen darstellen, sowie eine für die optischen Eigenschaften nicht relevante und z.B. dunkel lackierte Umfangsfläche 16c auf. Die Umfangsfläche 16c kann z.B. im Wesentlichen zylindrisch, konisch oder auch mehreckig sein.
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Die Austrittsfläche 16a und Eintrittsfläche 16b bzw. Tangentialebenen dieser Flächen sind zueinander nicht zueinander parallel; vorzugsweise sind sie unregelmäßig gekrümmt. Insgesamt ist die Vorsatzlinse 16 keilförmig und/oder prismatisch ausgebildet. Die Eintrittsfläche 16b ist z. B. konvex-konkav gekrümmt. Die Eintrittsfläche 16b ist nicht-sphärisch gekrümmt. Ihr Krümmungsverlauf dient der genauen Fokussierung auf den Detektionsbereich 24 und ist vorteilhafterweise von komplexerer Krümmung. Entsprechend kann auch die Austrittsfläche 16a mit komplexerer Krümmung ausgebildet sein. Grundsätzlich können die optischen Eigenschaften jedoch bei planer Austrittsfläche 16a auch vollständig über die Eintrittsfläche 16b eingestellt werden.
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Die Ermittlung des geometrischen Verlaufs der Austrittsfläche 16a und insbesondere der Eintrittsfläche 16b kann durch eine Berechnung mit finiten Elementen erfolgen.
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Die Vorsatzlinse 16 kann sich hierbei im Wesentlichen parallel zur Frontscheibe 2 erstrecken, d.h. der der Innenseite 2a der Frontscheibe 2 naheliegende Linienbereich der Umfangsfläche 16c mit der eingezeichneten Längserstreckung L verläuft ganz oder im Wesentlichen parallel zur Innenseite 2a der Frontscheibe 2.
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Eine Vorsatzlinsen-Achse B läuft mittig bzw. zentral durch die Austrittsfläche 16a und Eintrittsfläche.
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Der Detektionsbereich 24 verläuft nicht senkrecht zu der Vorsatzlinsen-Achse B, sondern nahezu parallel bzw. unter einem sehr flachen Winkel. Eine in 2 eingezeichnete Normale N auf dem Detektionsbereich 24 verläuft somit unter einem Winkel von etwa 90° zu der Zusatzlinsen-Achse B, z. B. sogar mehr als 90°. Bei anderen Positionierungen der Kamera und insbesondere der Vorsatzlinse kann aber auch ein anderer Winkel ausgebildet sein.
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Der Detektionsbereich 24 wird auf dem Bildsensor 10 in einem Sekundärbild 10-2 abgebildet, zusammen mit dem in dem ersten Teil 18-1 des Erfassungsbereichs 18 erfassten Primärbild 10-1. Die Bilder 10-1 und 10-2 sind in 1 angedeutet und hier übereinander angeordnet; sie können sich überlappen.
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Von der Eintrittspupille 22 des Objektivs 9 aus verläuft die optische VorsatzAchse des Abbildungssystems 17 zunächst in einer Teilstrecke c unter einem spitzen Winkel gegenüber der optischen Achse A nach vorne und unten und gelangt nicht-senkrecht auf die Austrittsfläche 16a; die Austrittsfläche 16a verläuft gegenüber der Teilstrecke C flacher (näher an der Horizontalen). Der Strahlenverlauf wird hier - von der Eintrittspupille 22 aus gesehen, d.h. gegenüber dem optischen Strahlenverlauf in umgekehrter Richtung, von der Teilstrecke C nach unten abgelenkt. Die Vorsatzlinsen-Achse B verläuft gegenüber der Teilstrecke C nach unten abgewinkelt bis zur Eintrittsfläche 16b. die Eintrittsfläche 16b steht ebenfalls nicht senkrecht auf der Vorsatzlinsen-Achse B, sondern verläuft flacher (näher an der horizontalen Ebene), so dass Licht bzw. Strahlung beim Durchgang durch die Eintrittsfläche 16b nach links (Betrachtung entgegen der tatsächlichen Lichtausbreitung) wieder flacher verläuft.
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Nachfolgend verläuft die optische Vorsatzachse in einer Teilstrecke D zwischen der Vorsatzlinse 16 und der Frontscheibe 2 wieder flacher bzw. unter einem geringen Winkel gegenüber der optischen Achse A und gelangt unter einem spitzen Winkel auf die Scheibeninnenseite 2a, an der das Licht wiederum weiter nach oben in die optisch dichtere Frontscheibe 2 hinein gebrochen wird. In der Frontscheibe 2 gelangt das Licht entlang der Teilstrecke E, die nicht parallel zur Normalen N ist, zu dem Detektionsbereich 24 auf oder vor der Scheibenaußenseite 2b. von der Schiebenaußenseite 2b aus verläuft die optische Vorsatzachse nach links entlang der Teilstrecke F, die gegenüber einer horizontalen Ebene und vorzugsweise auch gegenüber der optischen Achse nach unten geneigt ist und somit eine Fahrbahn erfasst.
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Die optische Achse A kann parallell zu der horizontalen Ebene oder auch etwas nach oben oder unten geneigt sein; die Teilstrecke F verläuft hingegen in Fahrtrichtung bzw. zur Fahrzeugumgebung (Außenraum) 7 hin nach unten.
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Bemerkenswert an dieser optischen Einrichtung ist somit insbesondere auch, dass der Detektionsbereich 24 unter einem sehr großen Winkel gegenüber der - gekrümmten - Eintrittsfläche 16b steht. Dennoch wird der Detektionsbereich 24 scharf auf dem Bildsensor 10 abgebildet, was durch die Formgebung der Eintrittsfläche 16a und der Austrittsfläche 16b erreicht wird.
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Die Vorsatzlinse ist aus einem optisch transparenten, gegenüber Licht optisch dichteren Material wie z.B. Mineralglas oder transparenten Kunststoff wie z.B. Acrylglas einteilig ausgebildet; sie kann vorzugsweise ein Pressteil oder Gussteil sein, das somit kostengünstig ausbildbar ist. Grundsätzlich sind keine Nachbearbeitungen der Austrittsfläche 16a und Eintrittsfläche 16b erforderlich. Die Umfangsfläche 16c (Seitenfläche) wird vorteilhafterweise zur Vermeidung von Streulicht durch eine Lackierung oder andere Beschichtung oder durch Einspritzen in Kunststoffmaterial abgedunkelt.
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Grundsätzlich ist die Anordnung der Vorsatzlinse 16 auch oberhalb der optischen Achse A oder seitlich hiervon möglich. Aus Gründen der Positionierung des Einbaus im Fahrzeug 1 ist die gezeigte Ausführungsform jedoch vorteilhaft, da die Zusatzoptik nicht die Bilderfassung in dem relevanten Teil 18-1 des Erfassungsbereichs 18 mit der vor dem Fahrzeug liegenden Straßenszene und oberhalb hiervon z.B. angeordneten Verkehrszeichen, Ampeln, etc. beeinträchtigt, sondern lediglich einen unteren Bereich, der z.B. auf die Motorhaube des Fahrzeugs 1 führt. Vorteilhafterweise ist die Fahrbahn bzw. Straße im Primärbereich bis zu der durch die Motorhaube bestimmten Sichtkante voll sichtbar, d.h. die Sekundärfunktion beeinträchtigt die Primärfunktion nicht.
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Weiterhin ist aufgrund des nach vorne abfallenden Verlaufs der Frontschreibe 2 der optische Weg zwischen dem Detektionsbereich 24 und der Eintrittspupille 22 deutlich größer als bei einer Positionierung oberhalb der optischen Achse A, wo die Eintrittspupille 22 bereits nahe an der Frontscheibe 2 liegt und somit aufgrund des geringen zur Verfügung stehenden optischen Weges nur eine geringe Tiefenschärfe möglich ist, um den auf der Scheibenaußenseite 2b ausgebildeten Belag abzubilden, und auch optische Fehler bzw. Aberrationen gering zu halten. Bei der in 1 gezeigten Ausbildung kann z.B. der optische Weg zwischen dem Detektionsbereich 24 und Eintrittspupille 22 in der Größenordnung der Dimensionierung des Kamerasystems 5 liegen.
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In 3 sind zur Verdeutlichung des Strahlenganges bzw. Strahlverlaufes des Sekundärbildes Strahlenbündel eingezeichnet. Hierbei ist der Strahlenverlauf von einem oberen Punkt P1 des Detektionsbereichs 24 und einem unteren Punkt P2 des Detektionsbereiches 24 (Gegenstandspunkte, Detektionspunkte) bis zur Eingangspupille 22 dargestellt. Der weitere Strahlengang von der Eingangspupille 22 zum Bildsensor 10 ist hier entsprechend nicht weiter dargestellt. Die von den beiden Punkten P1, P2 ausgehenden Strahlenbündel R1 und R2 erfassen somit jeweils die gesamte Eingangspupille 22. Die Strahlenbündel R1 und R2 werden durch ihre Hauptstrahlen M1 und M2 festgelegt. Die Hauptstrahlen M1 und M2 gelangen entsprechend auf einen mittleren Punkt M3 der Eintrittspupille 22. Die jeweils beiden äußeren Strahlen der Strahlenbünde R1, R2 werden entsprechend auf die äußeren Punkte der Eintrittspupille 22 geführt. Beim weiteren optischen Weg von der Eintrittspupille 22 zum Bildsensor 10 werden die Strahlenbündel R1, R2 nachfolgend jeweils wieder zusammengeführt und auf jeweils einen Bildpunkt für den oberen Punkt P1 und einen weiteren Bildpunkt für den unteren Punkt P2 abgebildet.
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Bei dieser Darstellung zeigt sich, dass die Hauptstrahlen M1, M2 bezüglich der Vorsatzlinse 16 objektseitig, d.h. von der Eintrittsfläche 16b aus zu der Frontscheibe 2 und von dort weiter in die Fahrzeugumgebung (Außenraum) 7 im Wesentlichen parallel verlaufen. Das Objektiv 8 und die Vorsatzlinse 16 bilden somit ein objektseitig telezentrisches Abbildungssystem 17. Somit erfassen die Strahlenbündel R1 und R2 in der Fahrzeugumgebung 7 im Wesentlichen den gleichen Bereich, z.B. einen Straßenbereichs vor dem Fahrzeug 1. Der Versatz der Hauptstrahlen M1 und M2 ist hierbei unerheblich und liegt z. B. im mm- oder cm-Bereich. Die Defokussierung nimmt bei Entfernen von der Frontscheibe 2, d.h. in den Figuren nach links, zu. Aufgrund der bei Entfernungen im Meter-Bereich starken Defokussierung erfassen die Strahlenbündel R1 und R2 im wesentlichen gemittelte Grauwerte ohne Struktur. Aufgrund der telezentrischen Anordnung sind diese Grauwerte bzw. gemittelten Werte auch im Wesentlichen gleich, da im wesentlichen gleiche Bereiche erfasst werden.
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Somit können Strukturen auf dem Detektionsbereich 24, z.B. durch einen Belag 25 wie z. B. Wassertropfen, vor einem gleichmäßigen Hintergrund ohne Strukturen abgebildet werden. Hierdurch wird eine Bilderkennung des Belages 25, z. B. durch Kantenerkennung, möglich.
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Aufgrund der keilförmigen oder prismatischen Ausbildung der Vorsatzlinse kann eine wellenlängendispersive Lichtbrechung auftreten. Bevorzugt wird daher zumindest für das Sekundärbild monochromatisches Licht oder auf einen schmalen Wellenlängenbereich beschränktes Licht eingesetzt, z.B. durch eine Filterschicht auf dem Bildsensor 10 oder als Teil des Bildsensors 10. Die Wellenlänge kann im sichtbaren oder auch im IR-Bereich liegen. Bei Einsatz als Nachtsichtsystem wird der Bildsensor 10 z. B. vollständig im IR-Bereich ausgelegt.
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Weiterhin kann die wellenlängendispersive Lichtbrechung auch mittels eines Farbsensors, z. B. mit einer Farbfilter-Maske mit z. B. einem Bayer-Pattern vor den Pixeln, ausgenutzt werden, indem in mehreren Farbkanälen aufgenommen und ausgewertet wird und die Ergebnisse der Messungen bei verschiedenen Wellenlängen dann nachfolgend mit einander verarbeitet werden.
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Ergänzend kann eine Lichtquelle zur Beleuchtung des Detektionsbereichs 24 vorgesehen sein, insbesondere bei Dunkelheit. Eine derartige Lichtquelle kann in üblicherweise als eine angesteuerte LED ausgebildet sein, die von der Fahrzeugsinnenseite her Strahlung durch die Frontscheibe auf den Detektionsbereich 24 ausgibt.
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Die Auswerteeinrichtung 6 kann auf Grundlage dieser Zusatzfunktion z.B. eine Anzeigeeinrichtung im Fahrzeug ansteuern und/oder gegebenenfalls auch direkt eine Scheibenwischerfunktion initiieren und/oder Zeitintervalle der Scheibenwischerfunktion steuern.
