DE102012215624B3

DE102012215624B3 - Optical arrangement

Info

Publication number: DE102012215624B3
Application number: DE102012215624.0A
Authority: DE
Inventors: Reinhold de Fries
Original assignee: FoxyLED GmbH
Current assignee: FoxyLED GmbH
Priority date: 2012-09-04
Filing date: 2012-09-04
Publication date: 2014-02-27
Anticipated expiration: 2032-09-05
Also published as: KR20150054891A; EP3028101A1; CA2922442A1; WO2014037371A1; CN104903791A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung, welche insbesondere als Rundumsicht-Optik nutzbar ist für Anwendungsfälle, bei denen der Einsatz einer Kamera mit klassischem Objektiv im direkten Strahlengang nicht möglich ist. Dabei wird eine optische Anordnung vorgeschlagen, welche mindestens eine Gürtellinse (1) und mindestens einen optischen Sensor (2), der zumindest teilweise im Strahlengang der mindestens einen Gürtellinse (1) angeordnet ist, umfasst. Damit wird eine für die Rundumsicht geeignete Gürtellinsenoptik in Kombination mit einer zentral angeordneten Bildsensorik bereitgestellt, welche vorzugsweise aus der Vogelperspektive heraus, zur sicheren Erfassung und Bewertung bewegter Objekte eingesetzt werden kann. Es handelt sich dabei um ein effektiv arbeitendes, einfach in technologische Prozesse integrierbares Rundum-Überwachungssystem. Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich durch eine Gürtellinsenausführung mit hoher Lichtstärke und zentraler Bildsensorik zur Umgebungsüberwachung mit Bewegungsauswertung aus.The invention relates to an optical arrangement which can be used, in particular, as an all-round view optics for applications in which the use of a camera with a classic lens in the direct beam path is not possible. An optical arrangement is proposed which comprises at least one belt lens (1) and at least one optical sensor (2) which is at least partially arranged in the beam path of the at least one belt lens (1). This provides a belt lens optic suitable for all-round vision in combination with a centrally arranged image sensor system, which can preferably be used from a bird's eye view for the reliable detection and evaluation of moving objects. It is an effective all-round monitoring system that can be easily integrated into technological processes. A preferred embodiment is characterized by a belt lens design with high light intensity and central image sensor system for environmental monitoring with motion evaluation.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung, welche insbesondere als Rundumsicht-Optik nutzbar ist für Anwendungsfälle, bei denen der Einsatz einer Kamera mit klassischem Objektiv im direkten Strahlengang nicht möglich ist.The invention relates to an optical arrangement, which can be used in particular as a panoramic view optics for applications in which the use of a camera with a classic lens in the direct beam path is not possible.

Für die Rundum-Umgebungsüberwachung kann der Einsatz von einzelnen verschwenk- und/oder verfahrbaren Kameras erfolgen; oder mehrere Kameras werden derartig platziert, dass alle Bereiche erfasst werden können. In der Regel werden hierzu Weitwinkel-Kameras verwendet. Stand der Technik sind aber auch bekannte Überwachungssysteme, mit denen mittels einer Kamera 360° (Deg)-Panoramabilder indirekt aufgenommen werden können. Die Kamera wird hierbei auf einen konvex geformten Spiegel gerichtet, der über einen weiteren Spiegel verzerrte Umgebungs-Abbilder auf die Bildebene der Kamera reflektiert. Die verzerrten Bilddaten werden dann mit einem Bildauswertungssystem in entzerrte umgewandelt.For all-round environmental monitoring, the use of individual swiveling and / or movable cameras can take place; or multiple cameras are placed so that all areas can be detected. As a rule, wide-angle cameras are used for this purpose. However, state of the art are also known monitoring systems with which 360 ° (Deg) panoramic images can be recorded indirectly by means of a camera. The camera is aimed at a convex shaped mirror, which reflects distorted environmental images onto the image plane of the camera via another mirror. The distorted image data is then converted to equalized with an image evaluation system.

Ein derartiges indirektes optisches Überwachungssystem beschreibt z. B. die DE 101 58 415 A1 . Hierbei steht im Vordergrund die Überwachung eines Fahrzeuginnenraums. Mit mindestens einer Rundumsicht-Kamera werden Bilder in krummlinigen Koordinaten erzeugt, auf ebene oder zylindrische Koordinaten transformiert und dann durch eine elektronische Bildauswertung bearbeitet. Personen und/oder Objekte werden hiermit so erfasst, dass beispielsweise für die jeweilige Sitzposition eine automatische Einstellung des Sitzes oder der Sicherheitseinrichtungen erfolgen kann. Für den Fall eines Autounfalls sollen die extrahierten Informationen gespeichert und/oder an eine Rettungsstelle per Funk weiter geleitet werden können. Mit Hilfe dieses Systems sollen auch Teile des Außenraums überwacht werden können, sodass es auch als Kollisionswarn- oder Parkhilfesystem geeignet sein soll.Such an indirect optical monitoring system describes z. B. the DE 101 58 415 A1 , Here, the focus is on monitoring a vehicle interior. With at least one all-round camera, images are generated in curvilinear coordinates, transformed to plane or cylindrical coordinates and then processed by an electronic image analysis. Persons and / or objects are hereby detected in such a way that, for example, an automatic adjustment of the seat or of the safety devices can take place for the respective seat position. In the event of a car accident, the extracted information should be stored and / or forwarded to a rescue center by radio. With the help of this system also parts of the exterior space should be monitored, so that it should also be suitable as a collision warning or parking aid system.

Zur Erfüllung der vorstehend erläuterten Funktionsbeschreibung soll hauptsächlich eine konventionelle digitale Kamera in Kombination mit wenigstens einem Spiegel Verwendung finden. Je nach Zielstellung, welcher Bereich überwacht werden soll, sind Lage und Ausrichtung der Kamera und der Spiegel neu festzulegen.To fulfill the functional description explained above, a conventional digital camera in combination with at least one mirror is to be used mainly. Depending on the objective, which area is to be monitored, the position and orientation of the camera and the mirror must be redefined.

Auf dem Gebiet der Erfindung ist außerdem eine Anordnung zum Rundumempfang und zur Fokussierung von Lichtsignalen aus der Patentschrift DD 219 884 A1 bekannt. Bei dieser Lösung wird Licht durch eine verspiegelte Gürtellinse auf einen Fotodetektor gelenkt.In the field of the invention is also an arrangement for all-round reception and for focusing of light signals from the patent DD 219 884 A1 known. In this solution, light is directed through a mirrored belt lens onto a photodetector.

Ein optisches Instrument und ein Verfahren zur optischen Überwachung der Umgebung für sich langsam bewegende Fahrzeuge ist aus der Veröffentlichung EP 2 433 837 A1 bekannt. Bei dieser Lösung wird zur Erzeugung eines ersten Bildes Licht durch eine verspiegelte Gürtellinse auf einen Flächendetektor gelenkt, und zur Erzeugung eines zweiten Bildes wird Licht über eine Prismen-Linsenkombination auf den Flächendetektor gelenkt.An optical instrument and method for visually monitoring the environment for slow moving vehicles is known from the publication EP 2 433 837 A1 known. In this solution, to generate a first image, light is directed through a mirrored belt lens onto an area detector, and to generate a second image, light is directed onto the area detector via a prism-lens combination.

Eine vergleichbare Lösung, welche als Kameraaufsatz verwendbar ist, wird in der europäischen Patentschrift EP 0 103 301 B1 beschrieben.A comparable solution which can be used as a camera attachment is described in the European patent specification EP 0 103 301 B1 described.

Eine Laterne zum Rundumabstrahlen eines Warnsignal, bei welcher eine Gürteloptik eingesetzt wird, ist aus der Gebrauchsmusterschrift DE 203 05 625 U1 bekannt.A lantern for Rundumabstrahlen a warning signal in which a belt optics is used, is from the utility model DE 203 05 625 U1 known.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine optische Anordnung zur Verfügung zu stellen, welche die Nachteile der herkömmlichen Lösungen vermeidet und vorzugsweise aus der Vogelperspektive heraus, zur sicheren Erfassung und Bewertung bewegter Objekte eingesetzt werden kann.The object of the present invention is to provide an optical arrangement which avoids the disadvantages of the conventional solutions and can preferably be used from a bird's-eye view for the reliable detection and evaluation of moving objects.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.This object is achieved by the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are contained in the subclaims.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen optischen Anordnung besteht darin, dass eine Umgebungsüberwachung auch bei ungünstigen Lichtverhältnissen ermöglicht wird. Das wird dadurch erreicht, indem eine optische Anordnung eingesetzt wird, welche mindestens eine Gürtellinse und mindestens einen optischen Sensor umfasst. Erfindungsgemäß ist mindestens ein optischer Sensor direkt im Strahlengang von mindestens einer der Gürtellinsen angeordnet. Dabei wird unter einer Anordnung direkt im Strahlengang der Gürtellinse eine Anordnung verstanden, bei der sich im Strahlengang zwischen Gürtellinse und optischem Sensor keine reflektierenden Elemente wie Prismen oder Spiegel befinden. Dementsprechend wird unter einer Anordnung indirekt im Strahlengang der Gürtellinse eine Anordnung verstanden, bei der das von der Gürtellinse kommende Licht durch reflektierende Elemente zu dem optischen Sensor geleitet wird, wobei die Leitung auch eine Strahlengangumkehr umfassen kann.A particular advantage of the optical arrangement according to the invention is that an environmental monitoring is made possible even under unfavorable lighting conditions. This is achieved by using an optical arrangement comprising at least one belt lens and at least one optical sensor. According to the invention, at least one optical sensor is arranged directly in the beam path of at least one of the belt lenses. In this case, an arrangement directly in the beam path of the belt lens is understood to mean an arrangement in which there are no reflective elements such as prisms or mirrors in the beam path between the belt lens and the optical sensor. Accordingly, an arrangement is indirectly understood in the beam path of the belt lens, an arrangement in which the light coming from the belt lens light is guided by reflective elements to the optical sensor, wherein the conduit may also include a beam path reversal.

Die optische Anordnung kann als Kamera mit speziellem Objektiv angesehen werden. Das spezielle Objektiv umfasst erfindungsgemäß mindestens eine Gürtellinse, wobei die mindestens eine Gürtellinse mit einem oder mehreren weiteren optischen Bauteilen kombiniert sein kann. Eine solche Kombination aus Gürtellinse(n) und einem oder mehreren optischen Bauteilen wird nachfolgend als Gürtellinsenoptik bezeichnet.The optical arrangement can be regarded as a camera with a special lens. The special lens according to the invention comprises at least one belt lens, wherein the at least one belt lens can be combined with one or more further optical components. Such a combination of belt lens (s) and one or more optical components is referred to below as belt lens optics.

Bei der Gürtellinse oder Gürtellinsenoptik der handelt es sich vorzugsweise um eine lichtstarke Gürtellinse bzw. Gürtellinsenoptik. In the belt lens or belt lens optics it is preferably a bright belt lens or belt lens optics.

Bei der Gürtellinse handelt es sich insbesondere um ein im Wesentlichen kreisringförmiges transparentes optisches Element. Der Querschnitt der Gürtellinse weist zur Erzeugung einer Linsenwirkung vorzugsweise zwei sphärische Abschnitte auf. Vorzugsweise weist die Gürtellinse einen bikonvexen Querschnitt auf. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Gürtellinse aus mehreren optischen Elementen aufgebaut ist, welche zusammen einen im Wesentlichen geschlossenen Ring bilden. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Gürtellinse als Fresnel-Gürtellinse ausgeführt ist.The belt lens is in particular a substantially circular-shaped transparent optical element. The cross-section of the belt lens preferably has two spherical sections to produce a lens effect. Preferably, the belt lens has a biconvex cross-section. A preferred embodiment provides that the belt lens is composed of a plurality of optical elements, which together form a substantially closed ring. In another preferred embodiment, it is provided that the belt lens is designed as a Fresnel belt lens.

Bei dem optischen Sensor handelt es sich vorzugsweise um ein Photodiodenarray oder eine Photodiodenmatrix, insbesondere um einen CCD-Sensor (CCD = Charge Coupled Device). Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der optische Sensor als Zylinder oder Zylindermantel ausgeführt ist. Dabei ist der Zylinder oder Zylindermantel entlang der axialen Symmetrieachse der Gürtellinse bzw. Gürtellinsenoptik ausgerichtet. Vorzugsweise wird durch die Gürtellinse bzw. Gürtellinsenoptik das Bild der Umgebung direkt auf den zylinder- oder zylindermantelförmigen Sensor abgebildet. In anderen bevorzugten Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass in den Strahlengang zwischen Gürtellinse bzw. und dem zylinder(mantel)förmigen Sensor noch weitere optische Elemente angeordnet sind, beispielsweise um die Abmessungen der optischen Anordnung und die Abbildungseigenschaften der Gürtellinse bzw. Gürtellinsenoptik aufeinander abzustimmen.The optical sensor is preferably a photodiode array or a photodiode matrix, in particular a CCD (Charge Coupled Device) sensor. A preferred embodiment provides that the optical sensor is designed as a cylinder or cylinder jacket. In this case, the cylinder or cylinder jacket is aligned along the axial axis of symmetry of the belt lens or belt lens optics. Preferably, the image of the environment is imaged directly on the cylinder or cylinder jacket-shaped sensor by the belt lens or belt lens optics. In other preferred embodiments it can be provided that further optical elements are arranged in the beam path between the belt lens and the cylinder-shaped sensor, for example in order to match the dimensions of the optical arrangement and the imaging properties of the belt lens or belt lens optics.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der optische Sensor als ebener oder flächiger Sensor ausgebildet ist. Der ebene optische Sensor kann dabei Teil einer Digitalkamera sein. Vorzugsweise wird die von der Gürtellinse bzw. Gürtellinsenoptik gelieferte Bildinformation über mindestens ein in dem Strahlengang zwischen Gürtellinse/Gürtellinsenoptik und dem ebenen Sensor angeordnetes optisches Element auf den Sensor abgebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass durch das in den Strahlengang eingefügte mindestens eine optische Element der Strahlengang umgelenkt wird. Eine (nicht erfindungsgemäße) Ausführungsform sieht vor, dass es sich bei dem optischen Element um einen kegelförmigen Spiegel handelt, der entlang der axialen Symmetrieachse der Gürtellinse bzw. Gürtellinsenoptik ausgerichtet ist.Another preferred embodiment provides that the optical sensor is designed as a planar or planar sensor. The planar optical sensor can be part of a digital camera. Preferably, the image information provided by the belt lens or belt lens optics is imaged onto the sensor via at least one optical element arranged in the beam path between the belt lens / belt lens optics and the plane sensor. In a preferred embodiment, it is provided that the beam path is deflected by the at least one optical element inserted into the beam path. An embodiment (not according to the invention) provides that the optical element is a conical mirror which is aligned along the axial axis of symmetry of the belt lens or belt lens optics.

In einer weiteren (nicht erfindungsgemäßen) Ausführungsform ist vorgesehen, dass im Strahlengang zwischen Gürtellinse/Gürtellinsenoptik und dem ebenen Sensor neben dem Spiegel eine Linse, vorzugsweise eine Ringlinse, besonders bevorzugt eine Ringlinse mit Nullmeniskusquerschnitt, angeordnet ist, um die Abbildungsgröße des durch die Gürtellinse/Gürtellinsenoptik und den kegelförmigen Spiegel gelieferten Abbildung an den optischen Sensor anzupassen.In a further embodiment (not according to the invention), it is provided that in the beam path between the belt lens / belt lens optic and the planar sensor a lens, preferably a ring lens, particularly preferably a ring lens with zero meniscus cross section, is arranged next to the mirror in order to increase the imaging size of the belt lens / lens. Belt lens optics and the conical mirror supplied image to the optical sensor adapt.

Allgemein kann es sich bei den in dem Strahlengang zwischen Gürtellinse/Gürtellinsenoptik und dem optischen Sensor angeordneten optischen Elementen um lichtbeugende, lichtreflektierende und/oder lichtbrechende Element handeln.In general, the optical elements arranged in the beam path between the belt lens / belt lens optic and the optical sensor can be light-diffractive, light-reflecting and / or light-refracting elements.

Zum Zweck der Erkennung von sich bewegenden Objekten können optische Sensoren mit geringer Auflösung eingesetzt werden.For the purpose of detecting moving objects, low-resolution optical sensors may be used.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die optische Anordnung mindestens eine Energiequelle zur Versorgung zumindest des optischen Sensors, mindestens einen mit dem optischen Sensor verbundenen Multiplexer und mindestens einen AD-Wandler zur Digitalisierung der von dem Multiplexer gelieferten analogen Daten aufweist. Die digitalen Daten können dann einer Datenverarbeitungseinheit zur Verfügung gestellt werden.A preferred embodiment provides that the optical arrangement has at least one energy source for supplying at least the optical sensor, at least one multiplexer connected to the optical sensor and at least one AD converter for digitizing the analog data supplied by the multiplexer. The digital data can then be made available to a data processing unit.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die optische Anordnung weiter mindestens eine Datenverarbeitungseinheit, wie z. B. mindestens einen Prozessor, umfasst. Die mindestens eine Datenverarbeitungseinheit ist zumindest zeitweise mit zumindest einem Teil der optischen Sensoren verbunden, so dass Signale oder Daten zwischen den optischen Sensoren und der mindestens einen Datenverarbeitungseinheit ausgetauscht werden können.In a preferred embodiment it is provided that the optical arrangement further comprises at least one data processing unit, such. B. at least one processor includes. The at least one data processing unit is at least temporarily connected to at least a part of the optical sensors so that signals or data can be exchanged between the optical sensors and the at least one data processing unit.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die optische Anordnung weiter mindestens ein lichtemittierendes Element, wie beispielsweise mindestens eine lichtemittierende Diode (LED), umfasst.In another preferred embodiment, it is provided that the optical arrangement further comprises at least one light-emitting element, such as at least one light-emitting diode (LED).

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass mindestens eine Gürtellinse/Gürtellinsenoptik und mindestens ein optischer Sensor in einer gemeinsamen Baueinheit kombiniert sind. Bei der gemeinsamen Baueinheit kann es sich beispielsweise um ein Gehäuse, insbesondere um eine Leuchte, vorzugsweise um eine Straßenleuchte, handeln. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die gemeinsame Baueinheit auch mindestens eine Datenverarbeitungseinheit umfasst. Zusätzlich oder alternativ können auch eine oder mehrere Datenverarbeitungseinheiten vorgesehen sein, die außerhalb der gemeinsamen Baueinheit angeordnet sind, beispielsweise als zentrale Steuereinheit für mehrere Baueinheiten.A further preferred embodiment provides that at least one belt lens / belt lens optics and at least one optical sensor are combined in a common structural unit. The common structural unit can be, for example, a housing, in particular a lamp, preferably a street lamp. In another preferred embodiment, it is provided that the common structural unit also comprises at least one data processing unit. Additionally or alternatively, one or more data processing units may be provided which are arranged outside the common structural unit, for example as a central control unit for a plurality of structural units.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass zumindest ein Teil der Datenverarbeitungseinheiten derart konfiguriert ist, dass die von den optischen Sensoren gelieferten Signale ausgewertet werden, um sich bewegende Objekte zu erkennen. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht weiter vor, dass die lichtemittierenden Elemente durch mindestens eine Datenverarbeitungseinheit gesteuert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit eines sich bewegenden Objektes zumindest ein Teil der lichtemittierenden Elemente gesteuert werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass zumindest ein Teil der lichtemittierenden Elemente aktiviert oder hochgedimmt wird, wenn sich ein Objekt im durch die Sensoren erfassten Bereich bewegt. Die Steuerung kann ebenfalls vorsehen, dass die lichtemittierenden Elemente deaktiviert oder heruntergedimmt werden, wenn innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums kein sich bewegendes Objekt detektiert wurde. A preferred embodiment provides that at least a part of the data processing units is configured in such a way that the signals supplied by the optical sensors are evaluated in order to detect moving objects. A preferred embodiment further provides that the light-emitting elements are controlled by at least one data processing unit. In a preferred embodiment it is provided that, depending on a moving object, at least a part of the light-emitting elements are controlled. In particular, it is provided that at least part of the light-emitting elements is activated or dimmed when an object moves in the area detected by the sensors. The controller may also provide for deactivating or dimming down the light-emitting elements if no moving object has been detected within a predetermined period of time.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens zwei, vorzugsweise jedoch eine Vielzahl, von Baueinheiten durch mindestens eine Datenverarbeitungseinheit gesteuert werden. Hierbei kann vorgesehen werden, dass mehrere Baueinheiten miteinander kommunizieren, um beispielsweise ein sich näherndes Objekt einer anderen Baueinheit anzukündigen. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass hierfür die Bewegungen des Objektes ausgewertet werden, beispielsweise durch vektorielle Auswertung, insbesondere durch Auswertung des optischen Flusses.In another preferred embodiment, it is provided that at least two, but preferably a plurality of units are controlled by at least one data processing unit. It can be provided that several units communicate with each other, for example, to announce an approaching object of another unit. A preferred embodiment provides that for this purpose the movements of the object are evaluated, for example by vectorial evaluation, in particular by evaluation of the optical flow.

Es kann auch vorgesehen sein, dass durch die optischen Sensoren einer Baueinheit optische Signale, insbesondere Lichtsignale aus dem sichtbaren und/oder unsichtbaren Frequenzbereich, detektiert und an andere Baueinheiten übertragen werden. Dabei können die Signale als optische Signale weiter übertragen werden. In diesem Fall werden die von dem optischen Sensor einer Baueinheit detektierten Signale an eine Datenverarbeitungseinheit übertragen, die ebenfalls von der Baueinheit umfasst oder von der Baueinheit getrennt angeordnet ist. Die Datenverarbeitungseinheit wertet die Signale aus und steuert in Abhängigkeit des Ergebnisses der Auswertung das lichtemittierende Element der Baueinheit an, welches entsprechende Signale aussendet. Alternativ oder zusätzlich können die empfangenen optischen Signale von der Datenverarbeitungseinheit auch auf anderem Wege weitergeleitet werden, beispielsweise drahtgebunden an eine andere Datenverarbeitungseinheit oder über Funk. Die Auswertung der optischen Signale durch die Datenverarbeitungseinheit kann dabei eine Dekodierung umfassen. Derartige optische Anordnungen können beispielsweise in U-Booten eingesetzt werden, um über dem Wasser Signale zu übertragen.It can also be provided that optical signals, in particular light signals from the visible and / or invisible frequency range, are detected by the optical sensors of a structural unit and transmitted to other structural units. The signals can be transmitted further as optical signals. In this case, the signals detected by the optical sensor of a structural unit are transmitted to a data processing unit which is likewise comprised by the structural unit or is arranged separately from the structural unit. The data processing unit evaluates the signals and controls, depending on the result of the evaluation, the light-emitting element of the structural unit, which emits corresponding signals. Alternatively or additionally, the received optical signals can also be forwarded by the data processing unit by other means, for example, wired to another data processing unit or via radio. The evaluation of the optical signals by the data processing unit can comprise a decoding. Such optical arrangements can be used for example in submarines to transmit signals above the water.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die optische Anordnung sowohl mit optischen Sensoren als auch mit lichtemittierenden Elementen ausgestattet, so dass die optische Anordnung sowohl als (Rundum-)Lichtempfangseinheit als auch als (Rundum-)Lichtsendeeinheit genutzt werden kann. Eine andere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die optische Anordnung nur entweder als separate (Rundum-)Lichtempfangseinheit oder als separate (Rundum-)Lichtsendeeinheit betrieben wird.In a preferred embodiment, the optical arrangement is equipped both with optical sensors and with light-emitting elements, so that the optical arrangement can be used both as (all-around) light-receiving unit and as (all-round) light-emitting unit. Another preferred embodiment provides that the optical arrangement is operated only either as a separate (all-round) light-receiving unit or as a separate (omnidirectional) light-emitting unit.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens eine der Datenverarbeitungseinheiten zur Ausführung von mindestens

– einer Auswertung von durch den mindestens einen optischen Sensor detektierten Signalen,
– einer Detektion von bewegten Objekten, insbesondere einer vektoriellen Auswertung,
– einer Ausführung von Algorithmen der Bildverarbeitung, insbesondere von Transformieren von durch den mindestens einen optischen Sensor detektierten Signalen,
– einer Erzeugung von Signalen, die durch eine optische Ausgabeeinheit visualisiert werden können, insbesondere in Abhängigkeit detektierter Signale,
– einer Aktivierung und/oder Deaktivierung, insbesondere eines Hoch- und/oder Herunterdimmens, des mindestens einen lichtemittierenden Elements in Abhängigkeit von detektierten bewegten Objekten,
– einer Steuerung von mehreren Baueinheiten, insbesondere in Abhängigkeit von detektierten bewegten Objekten,
– einer Übertragung von durch den mindestens einen optischen Sensor einer ersten Baueinheit detektierten Signalen an den mindestens einen optischen Sensor mindestens eine zweite Baueinheit und/oder an eine Datenverarbeitungseinheit konfiguriert ist.

In a preferred embodiment it is provided that at least one of the data processing units for execution of at least

An evaluation of signals detected by the at least one optical sensor,
A detection of moving objects, in particular a vectorial evaluation,
An implementation of algorithms of image processing, in particular of transforming signals detected by the at least one optical sensor,
A generation of signals that can be visualized by an optical output unit, in particular as a function of detected signals,
An activation and / or deactivation, in particular an up- and / or down-dimming, of the at least one light-emitting element as a function of detected moving objects,
A control of several structural units, in particular as a function of detected moving objects,
A transmission of signals detected by the at least one optical sensor of a first structural unit to the at least one optical sensor, at least one second structural unit and / or to a data processing unit is configured.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind Gürtellinse und Bildsensorik in einem gemeinsamen Gehäuse als abgeschlossene Baueinheit eingebettet. Die kompakteste Bauform der Typenreihe, ist die symbolgebende Funktionseinheit mit einem speziell an die Linsencharakteristik angepassten zylinder(mantel)förmigen Bildsensor. Sie kann beispielsweise platzsparend in Straßenleuchten zur Auslösung des Hochdimmens von LED-Lichtquellen, bei Erkennung sich nähernder Objekte, auch unter heruntergedimmten Lichtverhältnissen, sowie zum Empfang von Daten über Lichtsignale eingesetzt werden. Der an eine Konstantstromquelle angeschlossene mehrkanalige, als Photodiodenmatrix ausgeführte Bildsensor empfängt die von der Gürtellinse übertragenen analogen Bildsignale direkt und leitet diese an die in der zentralen elektronischen Steuerung befindlichen analogen Multiplexer weiter. Hier werden die Signale über einen AD-Wandler digitalisiert und der vorhandenen Rechnereinheit zur Weiterverarbeitung übergeben. Über eine Schnittstelle lässt sich ein Monitor zur symbolisierten Visualisierung der Bewegungsabläufe von Objekten anschließen. Weiterhin besteht die Möglichkeit, Bewegungen vektoriell auszuwerten.In a preferred embodiment, belt lens and image sensor are embedded in a common housing as a closed unit. The most compact design of the type series is the symbol-giving functional unit with a cylinder (sheath) shaped image sensor specially adapted to the lens characteristics. It can be used, for example, to save space in street lights for triggering the dimming of LED light sources, when detecting approaching objects, even in dimmed lighting conditions, as well as for receiving data via light signals. The connected to a constant current source multi-channel, designed as a photodiode array image sensor receives the transmitted from the belt lens analog image signals directly and passes them to the located in the central electronic control analog multiplexers on. Here, the signals are digitized via an AD converter and the transfer existing computer unit for further processing. An interface can be used to connect a monitor for the symbolized visualization of the motion sequences of objects. Furthermore, it is possible to vectorically evaluate movements.

Unter ,symbolgebend' wird dabei verstanden, dass die von einem optischen Sensor empfangene Bildinformation, vorzugsweise nach Bearbeitung durch Software, als grob aufgelöstes Objektabbild auf optischen Ausgabegeräten, wie z. B. auf einem Monitor, dargestellt werden können. Dabei ist In einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass detektierte Objekte als geometrische Symbole, beispielsweise als blinkendes Kreuz o. dgl., wiedergegeben werden.The term "symbolic" is understood to mean that the image information received by an optical sensor, preferably after processing by software, as a roughly resolved object image on optical output devices such. B. on a monitor can be displayed. In a preferred embodiment, it is provided that detected objects are reproduced as geometric symbols, for example as a blinking cross or the like.

Nach einer (nicht erfindungsgemäßen) Ausführungsform für die bildgebende Funktion, werden die von einer Gürtellinse erzeugten analogen Bilddaten über einen kegelförmigen Spiegel in Kombination mit einer Ringlinse, auf einen konventionell ebenen Bildsensor oder eine digitale Kamera umgelenkt, dort digitalisiert und dann von der vorhandenen Rechnereinheit weiterverarbeitet und ausgewertet. Auf einen angeschlossenen Monitor können die entzerrten, auf Kartesische Koordinaten transformierten Umgebungs-Abbilder in Echtzeit oder bei späterem Abruf visualisiert werden.According to an embodiment (not according to the invention) for the imaging function, the analog image data generated by a belt lens are deflected via a conical mirror in combination with a ring lens, onto a conventionally planar image sensor or a digital camera, digitized there and then further processed by the existing computer unit and evaluated. On a connected monitor, the rectified, on Cartesian coordinates transformed environment images can be visualized in real time or later retrieval.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform stellt die Anwendung der Gürtellinse unter Umkehrung der Strahlengangrichtung dar. Hierbei sind LED-Lichtquellen um das Linsenzentrum so angeordnet, dass ihre Abstrahlwinkel mit den Brennpunktstrahlen der Gürtellinse, die von deren bikonvexem Querschnitt generiert werden, synchron verlaufen. Die am Ausgang austretenden Lichtstrahlen erzeugen dann einen definierten Lichtkegel, so wie er beispielsweise für das Betreiben von Straßenleuchten erforderlich ist.A further preferred embodiment is the application of the belt lens, with the direction of the beam path being reversed. In this case, LED light sources are arranged around the lens center in such a way that their emission angles synchronize with the focal ray of the belt lens, which are generated by their biconvex cross-section. The light rays emerging at the exit then produce a defined light cone, as required, for example, for the operation of street lights.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht eine Rundumsicht-Kameraeinheit zur Umgebungsüberwachung über eine Gürtellinse/Gürtellinsenoptik vor, welche die analogen Bildinformationen aus ihrem Erfassungsbereich im direkten Strahlengang auf einen zentral angeordneten zylinder(mantel)förmigen Bildsensor sendet, von dem aus dann die analogen Daten über Multiplexer und AD-Wandler zur Weiterverarbeitung an eine separate Rechnereinheit geleitet werden. Gürtellinse/Gürtellinsenoptik und Bildsensor mit ihren Anschlussleitungen für die Konstantstromquelle und den nach Kanalzugehörigkeit und PIN-Ziffer gekennzeichneten Ausgängen bilden, gemeinsam mit dem Gehäuse, eine kompakte Funktionseinheit, welche somit auch zum Empfang und Weiterleitung von Daten über Lichtsignale geeignet ist.A further preferred embodiment provides an all-round camera unit for environmental monitoring via a belt lens / belt lens optics, which sends the analog image information from its coverage in the direct beam on a centrally located cylinder (coat) shaped image sensor, from which then the analog data via multiplexer and AD converters are routed to a separate computer unit for further processing. Belt lens / belt lens optics and image sensor with their connecting cables for the constant current source and the outputs marked according to channel and PIN number form, together with the housing, a compact functional unit, which is thus also suitable for receiving and forwarding data via light signals.

Eine andere (nicht erfindungsgemäße) Ausführungsform sieht vor, dass die von der Gürtellinsenoptik bereitgestellten analogen Bildsignale über einen kegelförmigen Oberflächenspiegel umgelenkt und zunächst über eine Ringlinse an einen integrierten Flächenbildsensor weitergeleitet werden, von welchem dann die digitalisierten Daten per Leitung oder Funk an die separate Rechnereinheit zur Weiterverarbeitung übergeben werden. Für ausgewählte Einsatzfälle kann unter Verzicht auf den Flächenbildsensor, eine separate digitale Kamera an der dafür vorgesehenen Schnittstelle montiert werden.Another embodiment (not according to the invention) provides that the analog image signals provided by the belt lens optics are deflected via a conical surface mirror and first transmitted via an annular lens to an integrated area image sensor, from which the digitized data is then transmitted by line or radio to the separate computer unit Further processing will be handed over. For selected applications, a separate digital camera can be mounted on the interface provided, dispensing with the surface image sensor.

Die Erfindung stellt somit eine für die Rundumsicht entwickelte Gürtellinse/Gürtellinsenoptik in Kombination mit einer zentral angeordneten Bildsensorik bereit, welche vorzugsweise aus der Vogelperspektive heraus, zur sicheren Erfassung und Bewertung bewegter Objekte eingesetzt werden kann. Es handelt sich dabei um ein effektiv arbeitendes, einfach in technologische Prozesse integrierbares Rundum-Überwachungssystem. Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich durch eine Gürtellinsenausführung mit hoher Lichtstärke und zentraler Bildsensorik zur Umgebungsüberwachung mit Bewegungsauswertung aus.The invention thus provides a belt lens / belt lens optics developed for all-round visibility in combination with a centrally arranged image sensor system, which can preferably be used from a bird's-eye view for reliable detection and evaluation of moving objects. It is an all-around monitoring system that works effectively and can be easily integrated into technological processes. A preferred embodiment is characterized by a belt lens design with high light intensity and central image sensor for environmental monitoring with motion evaluation.

Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rundumsicht-Kameraeinheit ist in den folgenden Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:An embodiment of a panoramic camera unit according to the invention is shown in the following drawings. Show it:

1 einen schematischen Schnitt einer symbolgebenden Rundumsicht-Kameraeinheit durch deren Gehäuse und Gürtellinse. Der zylindrische Körper des Bildsensors, mit seiner, in dessen Mantel eingebetteten Photodiodenanordnung, ist als volle Ansicht betrachtbar, 1 a schematic section of a symbolic all-round camera unit through the housing and belt lens. The cylindrical body of the image sensor, with its photodiode array embedded in its cladding, can be viewed as a full view,

2 einen schematischen Schnitt einer bildgebenden (nicht erfindungsgemäßen) Rundumsicht-Kameraeinheit durch deren Gehäuse, Gürtellinse, kegelförmigen Oberflächenspiegel und Ringlinse für den analogen Ausgang. Die Schnittstelle für die Anordnung eines Flächen-Bildsensors 6 oder einer digitalen Kamera ist eingezeichnet. 2 a schematic section of an imaging (not inventive) all-round camera unit through the housing, belt lens, conical surface mirror and ring lens for the analog output. The interface for the arrangement of a surface image sensor 6 or a digital camera is drawn.

Die schematische Darstellung der 1 zeigt die im Gehäuse 3 angeordneten Komponenten einer erfindungsgemäßen Rundumsicht-Kameraeinheit. Von Bedeutung sind zunächst die Geometrie und optischen Parameter der lichtstarken Gürtellinse 1 aus transparentem Werkstoff mit bikonvexem Querschnitt für die effektive Übertragung sich bewegender Umgebungsabbilder im direkten Strahlengang, auf den zentral angeordneten zylindermantelförmigen Bildsensor 2. Diese Direktübertragung der analogen Bildsignale auf den Sensor, verhindert Verluste, wie sie in der Regel bei einer Strahlengangumlenkung in eine andere Ebene auftreten und ermöglicht deshalb auch den erfolgreichen Einsatz bei schlechteren Lichtverhältnissen.The schematic representation of 1 shows the in the case 3 arranged components of a panoramic camera unit according to the invention. Of importance are first the geometry and optical parameters of the bright belt lens 1 of transparent material with biconvex cross-section for the effective transmission of moving ambient images in the direct beam path, on the centrally arranged cylinder-jacket-shaped image sensor 2 , This direct transmission of the analogue image signals to the sensor prevents losses, as they usually occur in a beam path deflection in another plane and therefore also allows the successful use in poor lighting conditions.

Die hauptsächliche Anwendung dieser Funktionseinheit besteht in der sicheren Erfassung sich bewegender Objekte und der Bewegungsauswertung zur Steuerung technologischer Prozesse sowie zum Empfang von Daten über Lichtsignale. Die Visualisierung der Bewegungsabläufe ist durch die Umwandlung sich bewegender Umgebungsabbilder in geometrische Symbole gegeben. Das Gehäuse 3 wird entsprechend der vorliegenden Einsatzbedingungen, in der erforderlichen Schutzart ausgeführt.The main application of this functional unit is the secure detection of moving objects and motion evaluation for the control of technological processes as well as the reception of data via light signals. The visualization of the movements is given by the transformation of moving environment images into geometric symbols. The housing 3 is carried out in the required degree of protection according to the conditions of use.

Die schematische Darstellung der 2 zeigt die im Gehäuse 3 angeordneten Komponenten einer abgewandelten Form einer erfindungsgemäßen Rundumsicht-Kameraeinheit, wobei die abgewandelte Form nicht von der Erfindung umfasst ist. Bei unveränderter Gürtellinse 1, gegenüber der vorher beschriebenen Funktionseinheit, ist hier eine Strahlengangumlenkung erforderlich. Hierzu ist im Zentrum der Gürtellinse 1 ein kegelförmiger Oberflächenspiegel 4 angeordnet. Dessen Grundkörper besteht aus Kunststoff mit fein bearbeiteter, hoch reflektierend beschichteter Oberfläche. Die Abbildungsgröße der umgelenkten analogen Bildinformation wird durch eine Ringlinse 5 aus transparentem Werkstoff mit Nullmeniskus-Querschnitt, auf den innerhalb des Gehäuses 3 angeordneten Flächenbildsensor 6 oder der außerhalb an eine vorhandene Anschlussvorrichtung montierten digitalen Kamera angepasst. Aufgrund der Eignung dieser Funktionseinheit für die bildgebende Darstellung, ist ihr Einsatz sowohl zu Referenzbildvergleichen in technologischen Prozessen als auch im Objekt-Sicherheitsbereich möglich.The schematic representation of 2 shows the in the case 3 arranged components of a modified form of a panoramic camera unit according to the invention, wherein the modified form is not included in the invention. With unchanged belt lens 1 , compared to the previously described functional unit, a beam path deflection is required here. This is in the center of the belt lens 1 a conical surface mirror 4 arranged. Its base body is made of plastic with finely processed, highly reflective coated surface. The image size of the deflected analog image information is transmitted through a ring lens 5 Made of transparent material with zero-meniscus cross-section, on the inside of the housing 3 arranged area image sensor 6 or the digital camera mounted outside to an existing terminal device. Due to the suitability of this functional unit for the imaging, it is possible to use it for reference image comparisons in technological processes as well as in object security.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: GürtellinseCylindrical lens
22: zylindermantelförmiger BildsensorCylinder-shaped image sensor
33: Gehäusecasing
44: kegelförmiger Oberflächenspiegelconical surface mirror
55: Ringlinsering lens
66: ebener Flächenbildsensorplanar area image sensor

Claims

Optical arrangement comprising: - at least one belt lens ( 1 ) and - at least one optical sensor ( 2 ), which at least partially in the beam path of the at least one belt lens ( 1 ), characterized in that the at least one belt lens ( 1 ) and the at least one optical sensor ( 2 ) are further arranged such that optical signals from the entrance into the at least one belt lens ( 1 ) unreflected up to the at least one optical sensor ( 2 ), reach.

Optical arrangement according to claim 1, characterized in that the at least one optical sensor ( 2 ) at least one substantially cylindrical or cylinder jacket-shaped optical sensor ( 2 ).

Optical arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one optical sensor ( 2 ) Diodes, in particular photodiodes, comprises.

Optical arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the optical arrangement comprises at least one light-emitting element, in particular at least one light-emitting diode.

Optical arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the optical arrangement comprises at least one data processing unit, wherein at least a part of the optical sensor ( 2 ) and / or at least part of the light-emitting elements are at least temporarily communicatively connected to the at least one data processing unit.

Optical arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the belt lenses ( 1 ) and at least one of the optical sensors ( 2 ) are arranged in a common structural unit.

Optical arrangement according to claim 6, characterized in that the common structural unit comprises at least one data processing unit.

Optical arrangement according to claim 6 or 7, characterized in that a plurality of modules are communicatively connected to each other via one of the data processing units.

Optical arrangement according to one of claims 5 to 8, characterized in that at least one of the data processing units for performing at least - an evaluation of by the at least one optical sensor ( 2 ) detected signals, - a detection of moving objects, in particular a vectorial evaluation, - an execution of algorithms of image processing, in particular of transforming by the at least one optical sensor ( 2 ) detected signals, - a generation of signals that can be visualized by an optical output unit, in particular as a function of detected signals, - an activation and / or deactivation, in particular an up and / or down dimming, the at least one light-emitting element as a function of detected moving objects, - a control of several structural units, in particular as a function of detected moving objects, - a transmission of light through the at least one optical sensor ( 2 ) of a first module detected signals to the at least one optical sensor ( 2 ) is configured at least a second unit and / or to a data processing unit.