DE102013219798A1

DE102013219798A1 - Bildaufnahmevorrichtung

Info

Publication number: DE102013219798A1
Application number: DE102013219798.5A
Authority: DE
Inventors: Mitsuhiro KIYONO; Ryoichi Sugawara; Ko OYAMA
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2014-04-17
Also published as: JP2014081477A; US9327655B2; US20140104425A1

Abstract

Eine Bildaufnahmevorrichtung (10) weist ein optisches System (20) und einen Bildsensor (40) auf, um Bilder eines nahen Objekts und eines fernen Objekts aufzunehmen. Das optische System weist eine konvexe Linse als ein erstes optisches Element (22) und eine Glasplatte als ein zweites optisches Element (25) mit einem höheren Brechungsindex als Luft auf. Das zweite optische Element ist zwischen dem ersten optischen Element und einem ersten Bildpunkt, an dem ein reelles Bild des nahen Objekts gebildet wird, angeordnet, um eine Positionsdifferenz zwischen dem ersten Bildpunkt und einem zweiten Bildpunkt, an dem ein reelles Bild des fernen Objekts gebildet wird, zu neutralisieren. Der Bildsensor weist mehrere Lichtempfangselemente (42) auf, um einen einzigen Bildrahmen zu erzeugen, der gleichzeitig ein reelles Bild des nahen Objekts und ein reelles Bild des fernen Objekts enthält.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bildaufnahmevorrichtung, die für ein Fahrunterstützungssteuersystem verwendet wird.
Bekannt ist ein Fahrunterstützungssteuersystem für ein Fahrzeug, das eine Bildaufnahmevorrichtung zur Aufnahme eines Bildes und eine Steuervorrichtung zum Ausführen einer Fahrunterstützungssteuerung zur Fahrunterstützung eines Fahrzeugs auf der Grundlage des Umgebungszustands des Fahrzeugs basierend auf dem von der Bildaufnahmevorrichtung aufgenommenen Bild aufweist.
Die Fahrunterstützungssteuerung beinhaltet beispielsweise eine automatische Scheibenwischersteuerung, eine adaptive Geschwindigkeitsregelung und eine Pre-Crash-Sicherheitssteuerung. Die automatische Scheibenwischersteuerung nimmt ein Bild der Windschutzscheibe auf, erfasst Regentropfen auf der Grundlage des aufgenommenen Bildes, bestimmt, dass der Umgebungszustand des Fahrzeugs ein Zustand ist, in dem es regnet, und aktiviert den Scheibenwischer automatisch. Die adaptive Geschwindigkeitsregelung nimmt ein Bild eines Bereichs über der vom Fahrzeug befahrenen Straße auf, erfasst ein vorausfahrendes Fahrzeug auf der Grundlage des aufgenommenen Bildes, bestimmt, dass der Umgebungszustand des Fahrzeugs ein Zustand ist, in dem ein vorausfahrendes Fahrzeug vorhanden ist, und steuert das Verhalten des Fahrzeugs, um dem vorausfahrenden Fahrzeug zu folgen. Die Pre-Crash-Sicherheitssteuerung nimmt ein Bild eines Bereichs über der vom Fahrzeug befahrenen Straße auf, erfasst ein Objekt auf der Straße auf der Grundlage des aufgenommenen Bildes, bestimmt, dass der Umgebungszustand des Fahrzeugs ein Zustand ist, in dem ein Objekt vorhanden ist, dem nicht mehr ausgewichen werden kann, und wendet eine Bremskraft auf das Fahrzeug an oder strafft den Sicherheitsgurt.
Solch ein Fahrunterstützungssteuersystem benötigt eine Bildaufnahmevorrichtung, die den Umgebungszustand des Fahrzeugs genau erfasst, um es einem einzigen aufgenommenen Bild (d. h. Abbild) zu ermöglichen, gleichzeitig verschiedene Objekte mit jeweils verschiedenen Abständen zum Fahrzeug darstellen zu können. Die verschiedenen Objekte jeweils verschiedener Abstände zum Fahrzeug sind beispielhaft durch die Windschutzscheibe des Fahrzeugs und ein vorausfahrendes Fahrzeug oder ein Objekt, dem nicht mehr ausgewichen werden kann, auf der vom Fahrzeug befahrenen Straße dargestellt.
Die JP 2007-060158 A , welche der US 2007/047948 A1 entspricht und nachstehend als Patentdokument 1 bezeichnet wird, schlägt eine Bildaufnahmevorrichtung (d. h. ein Kameramodul) vor, um die obige Anforderung zu erfüllen. Die Bildaufnahmevorrichtung weist auf: eine erste Linse mit einer bestimmten ersten Brennweite, eine zweite Linse mit einer zweiten Brennweite, die länger als die erste Brennweite ist, einen Bildsensor zur Fokussierung von einfallendem Licht, um ein Bild zu erzeugen, einen zweiten Spiegel, um das Licht zu reflektieren, das die zweite Linse durchlaufen hat, und einen ersten Spiegel, um das Licht zu reflektieren, das vom zweiten Spiegel reflektiert wird, derart, dass das reflektierte Licht auf den Bildsensor fällt, während das Licht, das den ersten Spiegel durchlaufen hat, derart übertragen wird, dass das übertragene Licht auf den Bildsensor fällt.
Für gewöhnlich bedarf es in Fahrzeugen an Raum für eine Fahrgastzelle oder muss die Sichtbarkeit in Fahrtrichtung gewährleistet sein, so dass die in der Fahrgastzelle angeordnete Bildaufnahmevorrichtung vorzugsweise geringer Größe ist.
Die im Patentdokument 1 beschriebene Bildaufnahmevorrichtung, die zwei Linsen, zwei Spiegel und einen Bildsensor aufweist, benötigt folglich viele Komponenten, so dass diese Konfiguration bezüglich einer Verkleinerung unzureichend ist.
D. h., die im Patentdokument 1 beschriebene Bildaufnahmevorrichtung ermöglicht nicht gleichzeitig (i) die Erzeugung des aufgenommenen Bildes, das gleichzeitig verschiedene Objekte mit jeweils verschiedenen Abständen zum Fahrzeug klar darstellt, und (ii) eine ausreichende Verkleinerung der Bildaufnahmevorrichtung selbst.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bildaufnahmevorrichtung bereitzustellen, die gleichzeitig (i) die Erzeugung eines aufgenommenen Bildes, das gleichzeitig verschiedene Objekte mit jeweils verschiedenen Abständen zur Bildaufnahmevorrichtung selbst klar darstellen kann, und (ii) eine ausreichende Verkleinerung der Bildaufnahmevorrichtung selbst ermöglicht.
Um die obige Ausgabe zu lösen wird, gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, eine Bildaufnahmevorrichtung bereitgestellt, die ein erstes optisches Element, einen Bildsensor und ein zweites optisches Element aufweist. Das erste optische Element weist eine vorbestimmte erste Brennweite auf, die einen Abstand zu einem bildseitigen Brennpunkt auf einer Bildseite beschreibt. Hierin konvergieren Lichtstrahlen, die von einer Objektseite parallel zu einer optischen Achse (Lr) kommen, an dem bildseitigen Brennpunkt auf der Bildseite. Das erste optische Element ist entlang der optischen Achse von einem ersten Objekt und einem zweiten Objekt auf der Objektseite durch einen ersten Abstand bzw. einen zweiten Abstand getrennt; der zweite Abstand ist größer als der erste Abstand. Der Bildsensor ist an einem ersten Bildbildungspunkt angeordnet, an dem ein Bild durch Lichtstrahlen gebildet wird, die vom ersten Objekt kommen und das erste optische Element durchlaufen. Der Bildsensor ist entlang einer Ebene orthogonal zur optischen Achse angeordnet, der Bildsensor weist mehrere Lichtempfangselemente in einem Array entlang der Ebene auf, jedes Lichtempfangselement gibt ein Empfangssignal proportional zu einer Intensität eines empfangenen Lichts aus, und der Bildsensor erzeugt ein Bild auf der Grundlage der Empfangssignale. Das zweite optische Element weist einen Brechungsindex auf, der höher als ein Brechungsindex von Luft ist. Das zweite optische Element ist zwischen dem ersten optischen Element und dem Bildsensor angeordnet, um Lichtstrahlen zu brechen, die vom zweiten Objekt kommen und das erste optische Element durchlaufen. Das zweite optische Element ermöglicht es, dass eine zweite Position auf der Achse an eine erste Position auf der Achse angenähert wird. Hierin ist die zweite Position auf der Achse ein Fußpunkt (eine Basis oder ein Schnittpunkt) einer senkrechten Linie zur optischen Achse von einem zweiten Bildbildungspunkt, an dem ein Bild durch Lichtstrahlen gebildet wird, die vom zweiten Objekt kommen und das erste optische Element und das zweite optische Element durchlaufen; die erste Position auf der Achse ist ein Fußpunkt einer senkrechten Linie zur optischen Achse von dem ersten Bildbildungspunkt.
Lichtstrahlen, die vom ersten Objekt (d. h. nahen Objekt oder Objekt geringer Distanz) kommen und das erste optische Element durchlaufen, bilden ein Bild an dem ersten Bildbildungspunkt, an dem der Bildsensor angeordnet ist. Lichtstrahlen, die vom zweiten Objekt (d. h. fernen Objekt oder Objekt großer Distanz) kommen und das erste optische Element durchlaufen, bilden ein Bild an dem zweiten Bildbildungspunkt, der nahe dem Bildsensor angeordnet ist. D. h., der Abstand zwischen dem ersten optischen Element und dem zweiten Bildbildungspunkt ist geringer als der Abstand zwischen dem ersten optischen Element und dem ersten Bildbildungspunkt. Wenn das zweite optische Element so bereitgestellt wird, wie es in der obigen Konfiguration gemäß der Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, bilden Lichtstrahlen, die vom fernen Objekt kommen und sowohl das erste optische Element als auch das zweite optische Element durchlaufen, ein Bild an einem unterschiedlichen Bildbildungspunkt, der vom ersten Bildbildungspunkt verlängert ist, um sich dem Bildsensor anzunähern. Genauer gesagt, der unterschiedliche Bildbildungspunkt des fernen Objekts wird an den ersten Bildbildungspunkt des nahen Objekts approximiert. Auf diese Weise ermöglicht es das zweite optische Element, dass der Bildsensor einen einzigen Bildrahmen erzeugen kann, der gleichzeitig ein klares Bild des nahen Objekts und ein klares Bild des fernen Objekts innerhalb eines zulässigen Bokeh darstellt.
Das zulässige Bokeh entspricht einem zulässigen Zerstreuungskreis. Die Tiefenschärfe ist bekanntermaßen als ein Bereich definiert, der einen Zerstreuungskreis aufweist, der geringer als der zulässige Zerstreuungskreis auf der Vorderseite und der Rückseite des idealen Fokus ist.
D. h., die Bildaufnahmevorrichtung gemäß der Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Erzeugung eines einzigen Bildes, das gleichzeitig zwei klare Bilder von zwei verschiedenen Objekten mit jeweils verschiedenen Abständen (d. h. geringer Distanz und großer Distanz) zeigt, ohne viele optische Komponenten zu verwenden, so wie es im Patentdokument 1 der Fall ist.
Ferner ermöglicht es die Bildaufnahmevorrichtung gemäß der Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, dass die Bildaufnahmevorrichtung selbst kleiner als diejenige im Patentdokument 1 ausgebildet ist.
Die obige und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher ersichtlich. In den Zeichnungen zeigt:
1 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer Gesamtkonfiguration eines Fahrunterstützungssteuersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Anordnungsposition einer Bildaufnahmevorrichtung der Ausführungsform;
3 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer schematischen Konfiguration der Bildaufnahmevorrichtung;
4 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Verlängerung einer Brennweite durch ein zweites optisches Element;
5 eine Abbildung zur Veranschaulichung schematisch, wie eine Dicke des zweiten optischen Elements zu bestimmen ist;
6 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer schematischen Konfiguration einer Abstimmvorrichtung;
7 eine Abbildung zur Veranschaulichung eines funktionalen Effekts eines Lichtabschirmungsabschnitts; und
8 eine Abbildung zur Veranschaulichung eines funktionalen Effekts eines Lichtabschirmungsabschnitts.
Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Ein Fahrunterstützungsteuersystem 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in einem Fahrzeug (nachstehend auch, wie in 2 gezeigt, als Host-Fahrzeug V bezeichnet) befestigt, um einen Umgebungszustand des Host-Fahrzeugs V zu erfassen und eine Fahrunterstützungssteuerung auszuführen, um einen Fahrer des Host-Fahrzeugs V dabei zu unterstützen, sicher zu fahren.
Das Fahrunterstützungsteuersystem 1 weist, wie in 1 gezeigt, eine Bildaufnahmevorrichtung 10, eine elektronische Fahrunterstützungssteuereinheit (nachstehend auch als Fahrunterstützungs-ECU bezeichnet) 60 und einen Aktorabschnitt 70 auf. Die Bildaufnahmevorrichtung 10 erzeugt ein aufgenommenes Bild oder Abbild. Die Bildaufnahmevorrichtung 10 ist innerhalb des Fahrzeuginnenraums angeordnet, um so, wie in 2 gezeigt, ein Bild eines Vorausumgebungszustands in einer Fahrtrichtung des Host-Fahrzeugs V aufzunehmen; der Vorausumgebungszustand umfasst eine Frontwindschutzscheibe WS des Host-Fahrzeugs V. Die Bildaufnahmevorrichtung 10 wird nachstehend noch näher beschrieben.
Die Fahrunterstützungs-ECU 60 ist ein Computer bekannter Bauart, der, wie in 1 gezeigt, aufweist: ein ROM 62 zur dauerhaften Speicherung von Daten und Softwareprogrammen, auch wenn die Stromversorgung unterbrochen wird; ein RAM 64 zur temporären Speicherung von Daten und Softwareprogrammen; und eine CPU 66 zum Ausführen einer Vielzahl von Prozessen in Übereinstimmung mit Programmen, die im ROM 62 oder im RAM 64 gespeichert werden.
Der Aktorabschnitt 70 weist auf: eine Verbrennungsmotorsteuervorrichtung 72, die den Verbrennungsmotor des Host-Fahrzeugs steuert, eine Bremssteuervorrichtung 74, die die Bremse des Host-Fahrzeugs steuert; eine Sitzgurtsteuervorrichtung 76, die den Sitzgurt des Host-Fahrzeugs steuert; und eine Scheibenwischersteuervorrichtung 78, die den Scheibenwischer des Host-Fahrzeugs steuert. Die obigen Vorrichtungen 72, 74, 76, 78 sind über einen Kommunikationsbus IN mit der Fahrunterstützungs-ECU 60 verbunden.
Die über den Kommunikationsbus IN ausgeführte Datenkommunikation kann ein CAN-Protokoll („Controller Area Network” Protokoll der Robert Bosch GmbH) anwenden, das für gewöhnlich in Fahrzeugnetzwerken genutzt wird.
In der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet die vom Fahrunterstützungsteuersystem 1 ausgeführte Fahrunterstützungssteuerung wenigstens eine automatische Scheibenwischersteuerung, eine adaptive Geschwindigkeitsregelung und eine Pre-Crash-Sicherheitssteuerung.
D. h., wenn erfasst wird, dass der Umgebungszustand des Host-Fahrzeugs V einen Zustand zeigt, dass es regnet, führt die Fahrunterstützungs-ECU 60 eine automatische Scheibenwischersteuerung aus, die die Scheibenwischersteuervorrichtung 78 steuert, um den Scheibenwischer des Host-Fahrzeugs V anzusteuern. Wenn Regentropfen, die an der Front- bzw. Windschutzscheibe haften, auf der Grundlage des von der Bildaufnahmevorrichtung 10 aufgenommenen Bildes erfasst werden, kann der Umgebungszustand des Host-Fahrzeugs V als ein Zustand bestimmt werden, in dem es regnet.
Ferner führt dann, wenn erfasst wird, dass der Umgebungszustand des Host-Fahrzeugs V einen Zustand zeigt, in dem ein vorderes Fahrzeug (auch als ein vorausfahrendes Fahrzeugs bezeichnet) vor dem Host-Fahrzeug vorhanden ist, die Fahrunterstützungs-ECU 60 eine adaptive Geschwindigkeitsregelung aus, die die Verbrennungsmotorsteuervorrichtung 72 und die Bremssteuervorrichtung 74 steuert, um es dem Host-Fahrzeug zu ermöglichen, dem vorausfahrenden Fahrzeug zu folgen. Hier verwendet die vorliegende Ausführungsform eine bekannte Technologie, um ein vorausfahrendes Fahrzeug auf der Grundlage eines aufgenommenen Bildes eines Vorausbereichs oberhalb der vom Host-Fahrzeug V befahrenen Straße zu erfassen.
Ferner kann die Fahrunterstützungs-ECU 60 erfassen, dass der Umgebungszustand des Host-Fahrzeugs V einen Zustand anzeigt, in dem ein Objekt vorhanden ist, dem das Host-Fahrzeug V nicht ausweichen kann, auf der Grundlage einer bekannten Technologie basierend auf einem aufgenommenen Bild eines Vorausbereichs oberhalb der vom Host-Fahrzeug V befahrenen Straße. In solch einem Fall führt die Fahrunterstützungs-ECU 60 eine Pre-Crash-Sicherheitssteuerung aus, die das Host-Fahrzeug V steuert, um einen Schaden zum Zeitpunkt der Kollision mit dem Objekt zu reduzieren. Die Pre-Crash-Sicherheitssteuerung steuert die Bremssteuervorrichtung 74 und die Sitzgurtsteuervorrichtung 76 derart, dass die Bremskraft auf das Host-Fahrzeug V aufgebracht und der Sitzgurt gestrafft wird.
<Bildaufnahmevorrichtung>
Die Bildaufnahmevorrichtung 10 weist, wie in 3 gezeigt, ein optisches System 20, einen Bildsensor 40 und eine Bildverarbeitungsvorrichtung 50 auf; die Bildaufnahmevorrichtung 10 ist in einem Gehäuse 80 enthalten (siehe 6).
Das optische System 20 bricht einfallendes Licht, das in das optische System 20 selbst eintritt, um ein Bild zu bilden. Das optische System 20 weist ein erstes optisches Element 22, ein zweites optisches Element 25, ein Lichtreduzierungselement 30 und eine Abstimmvorrichtung 52 (siehe 6) auf.
Der Bildsensor 40 ist ein Sensor bekannter Bauart, der mehrere Lichtempfangselemente 42 aufweist, die Empfangssignale proportional zur Lichtintensität des empfangenen Lichts ausgeben. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Lichtempfangselemente 42 in einem Array von n Reihen × m Spalten auf einer Ebene orthogonal zu einer optischen Achse Lr des ersten optischen Elements 22 angeordnet. Hierin beschreiben „n” beispielsweise eine ganze Zahl von größer als eins und „m” beispielsweise eine ganze Zahl von größer als eins.
Der Bildsensor 40 ist in der Bildbildungsebene des optischen Systems 20 angeordnet, um ein Bild aufzunehmen oder zu photographieren, das auf die Bildbildungsebene projiziert wird. Die „Bildbildungsebene” ist eine Ebene, die orthogonal zur optischen Achse Lr des ersten optischen Elements 22 verläuft, und eine Ebene (Bildpunkt), auf die ein reelles Bild projiziert wird, das durch das Licht vom ersten Objekt gebildet wird.
Die Bildverarbeitungsvorrichtung 50 weist im Wesentlichen einen Computer bekannter Bauart mit wenigstens einem ROM, einem RAM und einer CPU zum Ausführen einer Bildverarbeitung für ein vom Bildsensor 40 erzeugtes Bild auf.
<Optisches System>
Nachstehend wird das optische System 20 näher beschrieben.
Das erste optische Element 22 ist eine Konvexlinse; die Konvexlinse ermöglicht es dem Licht, das von einem Objekt kommt, dass an einer Position weiter entfernt als ein objektseitiger Brennpunkt f vorhanden ist, derart an einem Bildbildungspunkt (d. h. Bildpunkt) zu konvergieren, dass ein reelles Bild gebildet wird. Die Brennweite des ersten optischen Elements 22 wird im Voraus als eine erste Brennweite bestimmt.
Solch ein erstes optisches Element 22 bildet ein reelles Bild mit dem Licht von einem ersten Objekt, dass an einem Punkt (erste Distanz) weiter entfernt als ein objektseitiger Brennpunkt f1 bezüglich des ersten optischen Elements 22 vorhanden ist; das reelle Bild wird an einem ersten Bildbildungspunkt gebildet. Ein Fußpunkt (Basis oder Schnittpunkt) einer senkrechten Linie vom ersten Bildbildungspunkt zur optischen Achse Lr wird als eine erste Position auf der Achse bezeichnet. Ferner bildet das erste optische Element 22 ein reelles Bild mit dem Licht von einem zweiten Objekt, das an einem Punkt (zweite Distanz) vorhanden ist, der weiter entfernt als das erste Objekt bezüglich des ersten optischen Elements 22 vorhanden ist; das reelle Bild wird an einem zweiten Bildbildungspunkt gebildet. D. h., der zweite Abstand des zweiten Objekts ist größer als der erste Abstand des ersten Objekts. Genauer gesagt, das zweite Objekt kann als ein fernes Objekt oder Objekt großer Distanz bezeichnet werden, und das erste Objekt kann als ein nahes Objekt oder Objekt geringer Distanz bezeichnet werden. Ein Fußpunkt einer senkrechten Linie vom zweiten Bildbildungspunkt zur optischen Achse Lr wird als eine zweite Position auf der Achse bezeichnet. Der Abstand vom optischen Element 22 zur ersten Position auf der Achse ist größer als der Abstand vom optischen Element 22 zur zweiten Position auf der Achse.
In der vorliegenden Ausführungsform wird angenommen, dass das erste Objekt ein Objekt ist, das an einer Außenoberfläche der Windschutzscheibe WS des Host-Fahrzeugs V haftet, wie beispielsweise ein Regentropfen. Ferner wird in der vorliegenden Ausführungsform angenommen, dass das zweite Objekt ein Objekt ist, das in einem Vorausbereich über der vom Host-Fahrzeug V befahrenen Straße vorhanden ist, wie beispielsweise ein vorausfahrendes Fahrzeug oder ein auf die Straße fallendes Objekt.
Das zweite optische Element 25 ist ein plattenförmiges Element, das aus Glas aufgebaut und in Form eines Halbkreises ausgebildet ist; das Glas weist einen Brechungsindex auf, der höher als der Brechungsindex von Luft ist. Das zweite optische Element 25 ist zwischen (i) dem ersten optischen Element 22 und (ii) dem ersten Bildbildungspunkt, an dem ein reelles Bild durch das erste optische Element 22 mit dem Licht vom ersten Objekt gebildet wird, angeordnet. Das zweite optische Element 25 ist derart angeordnet, dass das Band, das die Kreismitte durchläuft, mit dem Boden des halbkreisförmigen zweiten optischen Elements 25 zusammenfällt und orthogonal zur optischen Achse Lr des ersten optischen Elements 22 verläuft.
Das zweite optische Element 25 ist vorgesehen, um eine Positionsdifferenz zwischen (i) dem ersten Bildbildungspunkt, an dem das reelle Bild durch das Licht vom ersten Objekt gebildet wird, und (ii) dem zweiten Bildbildungspunkt, an dem das reelle Bild durch das Licht vom zweiten Objekt gebildet wird, zu absorbieren bzw. neutralisieren.
Genauer gesagt, das Objekt R, das als das zweite Objekt dient, ist, wie in 4 gezeigt, unendlich weiter als der zweite Abstand angeordnet; das Licht Lb vom Objekt R wird durch das erste optische Element 22 gebrochen und tritt in einem Winkel θi in das zweite optische Element 25 ein. Das Licht Lb (d. h. der Lichtstrahl Lb), das in das zweite optische Element 25 eingetreten ist, wird durch die Änderung des Mediums in einem Brechungswinkel θr gebrochen, um den Verlauf zu ändern, und erreicht anschließend eine Grenzfläche zwischen (i) dem zweiten optischen Element 25 und (ii) der Luft. Ferner erreicht das Licht Lb die Grenzfläche in einem Einfallswinkel θr und tritt in einem Brechungswinkel θi in die Luft aus.
Es sollte beachtet werden, dass die Winkel θi und θr durch die folgenden Gleichungen (1) bzw. (2) beschrieben werden. „r” in der Gleichung (1) beschreibt die Höhe von der optischen Achse Lr zu einem Objektpunkt des Objekts R, und „Lf” beschreibt die Brennweite des ersten optischen Elements 22. Hierin beschreibt „n1” in der Gleichung (2) ein Brechungsindex der Luft; „n2” beschreibt einen Brechungsindex des Glases, das Material des zweiten optischen Elements 25 darstellt.
Das Licht Lb wird durch die Präsenz des zweiten optischen Elements 25 gebrochen. Solch eine Brechung verlängert den Bildbildungspunkt (d. h. den zweiten Bildbildungspunkt), an dem das reelle Bild des als das zweite Objekt dienenden Objekts R gebildet wird, um den Abstand entsprechend der der längeren Distanz ΔLf. Der Bildbildungspunkt kann ebenso als ein Bildpunkt bezeichnet werden. Die Linsendicke g (entlang der optischen Achse Lr) des zweiten optischen Elements 25 wird bestimmt, um es dem zweiten Bildbildungspunkt zu ermöglichen, sich dem ersten Bildbildungspunkt, an dem das reelle Bild durch das Licht vom ersten Objekt gebildet wird, anzunähern (zu approximieren).
Genauer gesagt, die Linsendicke g des zweiten optischen Elements 25 wird in Übereinstimmung mit den folgenden Gleichungen (3) und (4) bestimmt.
Hierin beschreibt Δf1 in der Gleichung (3) eine Distanz, die erforderlich ist, damit der zweite Bildbildungspunkt an den ersten Bildbildungspunkt approximiert werden kann. Nachstehend wird die Distanz Δf1 als eine Differenzneutralisierungsdistanz Δf1 bezeichnet. Genauer gesagt, die Differenzneutralisierungsdistanz Δf1 ist derart spezifiziert, dass ein Bild, das durch das Licht vom ersten Objekt auf einer Bildbildungsebene gebildet wird, und ein Bild, das durch das Licht vom zweiten Objekt auf einer Bildbildungsebene gebildet wird, innerhalb eines Bereichs vorgesehen sind, in dem die zwei Bilder als klar erkennbar sind. Die Phrase „innerhalb eines Bereichs, in dem die zwei Bilder als klar erkennbar sind” zeigt einen Zustand, in dem die zwei Bilder, die durch das optische System 20 gebildet werden, innerhalb eines Bereichs eines sogenannten zulässigen oder akzeptablen Bokeh liegen, das einem zulässigen Zerstreuungskreis entspricht. Die Tiefenschärfe ist bekanntermaßen als ein Bereich mit einem Zerstreuungskreis unter dem zulässigen Zerstreuungskreis auf der Vorderseite und der Rückseite des idealen Fokus definiert.
Ferner ändert sich die verlängerte Distanz ΔLf in Abhängigkeit von mehreren jeweils verschiedenen Lichtstrahlen oder Lichtpfaden, die von einem betreffenden Objekt (Objektpunkt) kommen, das eine vorbestimmte Größe in einem vorbestimmten Abstand von der Bildaufnahmevorrichtung 10 aufweist. Wie in 5 gezeigt, beschreibt Δf1 eine verlängerte Distanz des Lichtstrahls Lb1, der an einer höheren Position weiter entfernt von der optischen Achse Lr in das erste optische Element 22 eintritt; beschreibt ΔLf2 (ΔLf2 > ΔLf1) eine verlängerte Distanz des Lichtstrahls Lb2, der an einer niedrigeren Position näher zur optischen Achse Lr in das erste optische Element 22 eintritt. Dies ergibt eine Differenz ΔP auf der Grundlage der verschiedenen Lichtstrahlen oder Lichtpfade auf der Bildbildungsebene auf dem Bildsensor 40 oder den Lichtempfangselementen 42.
Wenn die Differenz ΔP die Größe Pmax von einem Lichtempfangselement 42 überschreitet, ist das gebildete Bild des gleichen Punktes des gleichen zweiten Objektes im aufgenommenen Bild oder Abbild unklar oder unscharf (d. h. Bokeh). Folglich wird die Linsendicke g des zweiten optischen Elements 25 derart bestimmt, dass die Differenz ΔP, die auf der Bildbildungsebene orthogonal zur optischen Achse Lr erzeugt wird, innerhalb der Größe Pmax eines einzelnen Lichtempfangselements 42 liegt.
Ferner erfährt das zweite optische Element 25 eine bekannte optische Politurbehandlung. Solch eine optische Politurbehandlung dient zur Verringerung der Dispersion von Licht oder lokalen Brechung aufgrund der Oberfläche des zweiten optischen Elements 25 und ferner dazu, das zweite optische Element 25 derart zu polieren, dass die Konkavität-Konvexität auf der Oberfläche des zweiten optischen Elements 25 einen bestimmten Wert unterschreitet.
Es sollte beachtet werden, dass der Bildsensor 40 das reelle Bild des ersten Objekts und das reelle Bild des zweiten Objekts derart aufnimmt, dass beide in einem einzigen Bild (Bildrahmen) enthalten sind.
<Lichtreduzierungselement>
Das Lichtreduzierungselement 30 ist ein Element, das einen Reduzierungsprozess erfahren hat, der eine Transmission von Licht reduziert; das Element 30 weist einen Abschirmabschnitt 32 für Licht geringer Distanz, einen Abschirmabschnitt 34 für Licht großer Distanz und einen Reflexionsreduzierungsabschnitt 36 auf. Das Lichtreduzierungselement 30 der vorliegenden Ausführungsform ist als ein integriertes bzw. einteiliges Element vorgesehen, das den Abschirmabschnitt 32 für Licht geringer Distanz, den Abschirmabschnitt 34 für Licht großer Distanz und den Reflexionsreduzierungsabschnitt 36 aufweist.
Der Abschirmabschnitt 32 für Licht geringer Distanz ist ein rechteckiges Element, das eine Lichtabschirmungsbehandlung erfahren hat, und befindet sich zwischen dem ersten optischen Element 22 und dem Bildsensor 40. Der Abschirmabschnitt 32 für Licht geringer Distanz liegt dem ersten optischen Element 22 gegenüber, um das Licht zu behindern, das von einem Objektpunkt kommt, der um die optische Achse Lr herum existiert; der Abschnitt 32 ist am zweiten optischen Element 25 befestigt, um den Bereich um die optische Achse Lr herum auf der Oberfläche des zweiten optischen Elements 25 abzudecken. Genauer gesagt, der Abschirmabschnitt 32 für Licht geringer Distanz ist derart am zweiten optischen Element 25 befestigt, dass (i) ein Ende des Abschirmabschnitts 32 für Licht geringer Distanz mit der Bodenseite des zweiten optischen Elements 25 zusammenfällt, welche die optische Achse Lr orthogonal schneidet, und dass (ii) das andere Ende des Abschirmabschnitts 32 für Licht geringer Distanz als sich in der Richtung erstreckend vorgesehen ist, die von der optischen Achse Lr wegführt.
Der Abschirmabschnitt 34 für Licht großer Distanz ist ein rechteckiges Element, das eine Lichtabschirmungsbehandlung erfahren hat, und befindet sich zwischen dem Bildsensor 40 und dem ersten optischen Element 22, um das Licht zu behindern, das von einem Objektpunkt kommt, der um die optische Achse Lr herum (d. h. in der Nähe der optischen Achse Lr) existiert. Der Abschirmabschnitt 34 für Licht großer Distanz ist derart vorgesehen, dass (i) ein Ende des Abschirmabschnitts 34 für Licht großer Distanz mit dem einen Ende des Abschirmabschnitts 32 für Licht geringer Distanz zusammenfällt, und dass (ii) das andere Ende des Abschirmabschnitts 34 für Licht großer Distanz als sich in der Richtung erstreckend vorgesehen ist, die von der optischen Achse Lr wegführt und entgegengesetzt zur Erstreckungsrichtung des zweiten optischen Element 25 verläuft.
Genauer gesagt, der Abschirmabschnitt 32 für Licht geringer Distanz und der Abschirmabschnitt 34 für Licht großer Distanz können dazu ausgelegt sein, eine Intensität eines Grenzlichts zu verringern, das in den Bildsensor 40 eintritt. Das Grenzlicht beinhaltet ein Grenzlicht großer Distanz und ein Grenzlicht geringer Distanz. Das Grenzlicht großer Distanz beinhaltet erste Lichtstrahlen großer Distanz, die vom zweiten Objekt kommen, das erste optische Element 22 durchlaufen und in den Bildsensor 40 eintreten, ohne das zweite optische Element 25 zu durchlaufen. Die ersten Lichtstrahlen großer Distanz verlaufen benachbart zu zweiten Lichtstrahlen großer Distanz, die vom zweiten Objekt kommen, das erste optische Element 22 und das zweite optische Element 25 durchlaufen und in den Bildsensor 40 eintreten. Das Grenzlicht geringer Distanz beinhaltet erste Lichtstrahlen geringer Distanz, die vom ersten Objekt kommen, das erste optische Element 22 und das zweite optische Element 25 durchlaufen und in den Bildsensor 40 eintreten. Die ersten Lichtstrahlen geringer Distanz verlaufen benachbart zu zweiten Lichtstrahlen geringer Distanz, die vom ersten Objekt kommen, das erste optische Element 22 durchlaufen und in den Bildsensor 40 eintreten, ohne das zweite optische Element 25 zu durchlaufen.
Der Reflexionsreduzierungsabschnitt 36 ist ein Element, das eine Lichtabschirmungsbehandlung erfahren hat, und angeordnet, um die Bodenfläche des zweiten optischen Elements 25 entlang der optischen Achse Lr abzudecken. Die Lichtabschirmungsbehandlung, die auf (i) den Abschirmabschnitt 32 für Licht geringer Distanz, (ii) den Abschirmabschnitt 34 für Licht großer Distanz und (iii) den Reflexionsreduzierungsabschnitt 36 angewandt wird, beinhaltet ein Aufbringen von Farbe, die Licht absorbiert, ein Abdecken mit einem dünnen Film, der Licht absorbiert, oder ein Bilden eines plattenförmigen Elements unter Verwendung eines Materials, das Licht absorbiert.
<Abstimmvorrichtung>
Die Abstimmvorrichtung 52 ist, wie in 6 gezeigt, dazu ausgelegt, die Position des zweiten optischen Elements 25 und des Lichtreduzierungselements 30 entlang der Richtung abzustimmen, die orthogonal zur optischen Achse Lr verläuft; die Abstimmvorrichtung 52 weist einen Halteabschnitt 54, einen Befestigungsabschnitt 56 und einen Abstimmknopf 58 auf.
Der Halteabschnitt 54 ist ein Rahmenkörper, der das zweite optische Element 25 hält. Der Befestigungsabschnitt 56 ist ein wellenartiges Element, dessen eines Ende mit dem Halteabschnitt 54 verbunden ist und dessen anderes Ende in einem Bereich außerhalb des Gehäuses 80 angeordnet ist. Der Befestigungsabschnitt 56 weist einen Außenumfang auf, der eine Schraube darauf bildet. Das Gehäuse 80 weist ein Loch auf, durch das der Befestigungsabschnitt 56 führt. Ferner ist das Loch des Gehäuses 80 gebildet, um die Schraube des Befestigungsabschnitts 56 aufzunehmen.
Der Abstimmknopf 58 ist ein Knopf, der mit einem Ende des Befestigungsabschnitts 56 außerhalb des Gehäuses 80 verbunden ist. D. h., in der Abstimmvorrichtung 52 bewegt sich der Befestigungsabschnitt 56, der mit dem Abstimmknopf 58 verknüpft ist, wenn der Abstimmknopf 58 gedreht wird, in einer geraden Linie entlang der Richtung, die orthogonal zur optischen Achse Lr verläuft. Zusammen mit dem Befestigungsabschnitt 56 bewegt sich der Halteabschnitt 54 entlang einer geraden Linie in der Richtung, die orthogonal zur optischen Achse Lr verläuft.
Folglich werden dann, wenn der Abstimmknopf 58 gedreht wird, so dass der Halteabschnitt 54 in der Richtung bewegt werden kann, die zur Innenseite des Gehäuses 80 oder Außenseite des Gehäuses 80 führt, die Positionen des zweiten optischen Elements 25 und des Lichtreduzierungselements 30 entlang der Richtung abgestimmt, die orthogonal zur optischen Achse Lr verläuft.
(Effekte der Ausführungsform)
Die Lichtstrahlen, die einzig das erste optische Element 22 durchlaufen, unter einer Mehrzahl von Lichtstrahlen vom ersten Objekt (nahes Objekt), bilden ein Bild auf einer ersten Bildbildungsebene (d. h. an dem ersten Bildbildungspunkt), ohne durch das zweite optische Element 25 gebrochen zu werden. Der Bildsensor 40 ist am ersten Bildbildungspunkt angeordnet. Was die Lichtstrahlen vom zweiten Objekt (fernes Objekt) betrifft, so bilden die Lichtstrahlen, die einzig das erste optische Element 22 durchlaufen, ein Bild auf einer Ursprungsbildbildungsebene (d. h. an dem Ursprungsbildbildungspunkt), ohne durch das zweite optische Element 25 gebrochen zu werden. Der Ursprungsbildbildungspunkt ist nahe dem Bildsensor 40. Demgegenüber werden die Lichtstrahlen, die vom zweiten Objekt kommen und sowohl das erste optische Element 22 als auch das zweite optische Element 25 durchlaufen, zusätzlich durch das zweite optische Element 25 gebrochen. So wird beispielsweise ein Brennpunkt von Lichtstrahlen, die parallel zur optischen Achse Lr verlaufen und in das erste optische Element 22 eintreten, um ΔLf in Richtung des Bildsensors 40 „verlängert”. Folglich bilden, unter den Lichtstrahlen vom zweiten Objekt, Lichtstrahlen, die sowohl das erste optische Element 22 als auch das zweite optische Element 25 durchlaufen, ein Bild auf einer zweiten Bildbildungsebene (d. h. am zweiten Bildbildungspunkt), die vom Ursprungsbildbildungspunkt in Richtung des Bildsensors 40 verlängert worden ist. D. h., die Bereitstellung des zweiten optischen Elements 25 realisiert einen Zustand, in dem die Position eines Fußpunkts einer senkrechten Linie vom zweiten Bildbildungspunkt des zweiten Objekts zur optischen Achse Lr an die Position eines Fußpunkts einer senkrechten Linie vom ersten Bildbildungspunkt des ersten Objekts zur optischen Achse Lr approximiert werden kann. Folglich werden (i) das Bild, das durch die Lichtstrahlen gebildet wird, die vom zweiten Objekt kommen und sowohl das erste optische Element 22 als auch das zweite optische Element 25 durchlaufen, und (ii) das Bild, das durch die Lichtstrahlen gebildet wird, die vom ersten Objekt kommen und einzig das erste optische Element 22 durchlaufen, innerhalb eines zulässigen Bokeh entsprechend einem zulässigen Zerstreuungskreis gebildet.
Folglich ermöglicht die Bildaufnahmevorrichtung 10 die Erzeugung eines klaren aufgenommenen Bildes, das gleichzeitig mehrere Objekte zeigt, die in verschiedenen Abständen zur Bildaufnahmevorrichtung 10 vorhanden sind, wie beispielsweise ein erstes Objekt (d. h. ein nahes Objekt), das in einem ersten Abstand (d. h. kurzen Abstand) vorhanden ist, und ein zweites Objekt (d. h. fernes Objekt), das in einem zweiten Abstand (d. h. großen Abstand) vorhanden ist.
Ferner ist die Bildaufnahmevorrichtung 10, um solch ein klares aufgenommenes Bild zu erzeugen, das verschiedene Objekte (Objektabbilder) mit jeweils verschiedenen Abständen zeigt, nur mit einer Glasplatte als das zweite optische Element 25 ausgerüstet. Ungleich der Bildaufnahmevorrichtung, die im Patentdokument 1 beschrieben wird, sind der erste Spiegel und der zweite Spiegel nicht erforderlich. Folglich kann die Bildaufnahmevorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in geringerer Größe bereitgestellt werden.
Genauer gesagt, die Bildaufnahmevorrichtung 10 kann gleichzeitig (i) ein aufgenommenes Bild oder Abbild, das mehrere Objekte mit jeweils verschiedenen Abständen zur Bildaufnahmevorrichtung 10 gleichzeitig klar darstellt, erzeugen und (ii) die Bildaufnahmevorrichtung 10 selbst ausreichend verkleinern oder miniaturisieren. Ferner wird die Linsendicke g des zweiten optischen Elements 25 derart bestimmt, dass das Licht (d. h. die Lichtstrahlen), die von einem Punkt des zweiten Objekts kommen, in ein Lichtempfangselement 42 eintreten können; dies hilft dabei, zu verhindern, dass das aufgenommene Bild des zweiten Objekts unklar wird.
Ferner weist die Bildaufnahmevorrichtung 10 die Abstimmvorrichtung 52 auf, um die Installationsposition des zweiten optischen Elements 25 abzustimmen. Dies ermöglicht die Erzeugung von deutlich klareren Bilden, die durch die Lichtstrahlen gebildet werden, die vom ersten und vom zweiten Objekt kommen.
Das Licht, das durch den Umfang des zweiten optischen Elements 25 läuft und in den Bildsensor 40 eintritt, bildet dann ein Bild, das durch die Interferenz des Lichts unklar ist. So tritt beispielsweise das Licht, das aus einem Bereich in der Nähe der optischen Achse Lr in das optische System 20 eintritt, in den Bildsensor 40 ein, ohne durch das erste optische Element 22 oder das zweite optische Element 25 gebrochen zu werden. Der Lichtstrahl aus einem Bereich in der Nähe der optischen Achse Lr kann das Licht vom ersten Objekt (d. h. Licht kurzer Distanz) und das Licht vom zweiten Objekt (d. h. Licht großer Distanz) aufweisen. In solch einem Fall verursachen diese Lichtstrahlen eine gegenseitige Interferenz; folglich kann ein von einer herkömmlichen Bildaufnahmevorrichtung aufgenommenes Bild zeigen, dass eine Objektabbildung durch das Licht vom ersten Objekt und eine Objektabbildung durch das Licht vom zweiten Objekt unklar oder unscharf ist.
Zu diesem Zweck sind beispielsweise, wie in 7 gezeigt, der Abschirmabschnitt 32 für Licht geringer Distanz und der Abschirmabschnitt 34 für Licht großer Distanz in der Bildaufnahmevorrichtung 10 vorgesehen; diese Konfiguration kann einen Lichtstrahl abschwächen, der aus einem Bereich nahe der optischen Achse Lr eintritt und den Abschnitt im Bereich nahe der optischen Achse Lr des zweiten optischen Elements 25 durchläuft, unter all den Lichtstrahlen, die in den Bildsensor 40 eintreten. D. h., der Abschirmabschnitt 32 für Licht geringer Distanz und der Abschirmabschnitt 34 für Licht großer Distanz können das Licht abschwächen, das den ersten Abschirmbereich und/oder den zweiten Abschirmbereich in der 7 durchläuft und in den Bildsensor 40 eintritt.
Folglich hilft die Bildaufnahmevorrichtung 10 dabei, zu verhindern, dass achsnahe Bilder (Bilder nahe der optischen Achse) unklar sind; die achsnahen Bilder werden durch die Lichtstrahlen gebildet, die benachbart zueinander verlaufen (Grenzlicht), unter den Lichtstrahlen vom ersten Objekt und den Lichtstrahlen vom zweiten Objekt, oder durch die achsnahen Lichtstrahlen, die im Bereich nahe der optischen Achse Lr verlaufen, den Abschnitt im Bereich nahe der optischen Achse Lr des zweiten optischen Elements 25 durchlaufen und den Bildsensor 40 erreichen.
Ferner sind beispielsweise, wie in 8 gezeigt, der Abschirmabschnitt 32 für Licht geringer Distanz und der Abschirmabschnitt 34 für Licht großer Distanz in der Bildaufnahmevorrichtung 10 vorgesehen; diese Konfiguration kann einen Lichtstrahl abschwächen, der den Abschnitt nahe der optischen Achse Lr (um die optische Achse Lr herum) des zweiten optischen Elements 25 durchläuft, unabhängig von den Positionen der Objekte, die den Lichtstrahl emittieren. D. h., der Abschirmabschnitt 32 für Licht geringer Distanz und der Abschirmabschnitt 34 für Licht großer Distanz können einen Lichtstrahl mindern, der den ersten Abschirmbereich und/oder den zweiten Abschirmbereich in der 8 durchläuft und anschließend in den Bildsensor 40 eintritt.
Folglich kann die Bildaufnahmevorrichtung 10 verhindern, dass ein Bild, das durch die Lichtstrahlen gebildet wird, die einen Lichtstrahl enthalten, der nahe der optischen Achse Lr durch das zweite optische Element 25 verläuft, unklar wird. Ferner ist die Bildaufnahmevorrichtung 10 mit dem Reflexionsreduzierungsabschnitt 36 ausgerüstet, um den Boden des zweiten optischen Elements 25 zu bedecken; hierdurch kann verhindert werden, dass das am Boden reflektierte Licht in den Bildsensor 40 eintritt. Dies führt dazu, dass die Bildaufnahmevorrichtung 10 verhindern kann, dass ein Geisterbild im aufgenommenen Bild erscheint; das Geisterbild ist ein Bild eines Objekts, das eigentlich nicht vorhanden ist.
Das Fahrunterstützungsteuersystem 1 mit der Bildaufnahmevorrichtung 10 kann, wie vorstehend beschrieben, den Umgebungszustand des Host-Fahrzeugs V auf der Grundlage des von der Bildaufnahmevorrichtung 10 aufgenommenen Bildes erkennen, um so die Erkennungsgenauigkeit zu verbessern. Folglich ermöglicht es das Fahrunterstützungsteuersystem 1 dem Host-Fahrzeug V, sicherer zu fahren.
(Weitere Ausführungsformen)
Vorstehend ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt, sondern kann auf verschiedene Weise modifiziert werden, ohne ihren Schutzumfang zu verlassen.
So ist beispielsweise die Form des zweiten optischen Elements 25 in der obigen Ausführungsform als als halbkreisförmig beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. D. h., die Form des zweiten optischen Elements 25 kann polygonal, wie beispielsweise rechteckig, hexagonal oder kreisrund sein.
In Fällen, in denen die Form des zweiten optischen Elements 25 polygonal ist, kann das zweite optische Element 25 vorzugsweise derart angeordnet sein, dass die Bodenseite des zweiten optischen Elements 25 die optische Achse Lr des ersten optischen Elements 22 orthogonal schneidet.
In Fällen, in denen die Form des zweiten optischen Elements 25 kreisrund ist, kann das zweite optische Element 25 vorzugsweise derart ausgebildet sein, dass es einen Durchmesser aufweist, der geringer als derjenige des ersten optischen Elements 22 ist, und koaxial zur optischen Achse des ersten optischen Elements 22 angeordnet sein.
Ferner ist das zweite optische Element 25 in der obigen Ausführungsform aus Glas aufgebaut. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Solange das Material des zweiten optischen Elements 25 die Transmission von Licht zulässt und einen Dämpfungsgrad aufweist, der unter einem vorbestimmten Wert liegt, kann es Acrylharz oder ein anderes Material sein, das für optische Elemente, wie beispielsweise eine Linse, verwendet wird.
Ferner ist das zweite optische Element 25 zwischen dem ersten optischen Element 22 und dem bildseitigen Brennpunkt f2 des ersten optischen Elements 22 angeordnet. Das zweite optische Element 25 kann jedoch anders angeordnet sein. Das zweite optische Element 25 kann beispielsweise zwischen dem ersten optischen Element 22 und dem Bildbildungspunkt, an dem das Echtbild durch das Licht vom ersten Objekt gebildet wird, angeordnet sein.
Ferner weist das Lichtreduzierungselement 30 der obigen Ausführungsform den Abschirmabschnitt 32 für Licht geringer Distanz, den Abschirmabschnitt 34 für Licht großer Distanz und den Reflexionsreduzierungsabschnitt 36 auf. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Das Lichtreduzierungselement 30 kann beispielsweise wenigstens entweder den Abschirmabschnitt 32 für Licht geringer Distanz, den Abschirmabschnitt 34 für Licht großer Distanz oder den Reflexionsreduzierungsabschnitt 36 aufweisen. D. h., das Lichtreduzierungselement 30 kann irgendeinen des Abschirmabschnitts 32 für Licht geringer Distanz, des Abschirmabschnitts 34 für Licht großer Distanz und des Reflexionsreduzierungsabschnitts 36 nicht aufweisen. Alternativ können zwei des Abschirmabschnitts 32 für Licht geringer Distanz, des Abschirmabschnitts 34 für Licht großer Distanz und des Reflexionsreduzierungsabschnitts 36 weggelassen sein.
Ferner erfährt das Lichtreduzierungselement 30 in der obigen Ausführungsform die Lichtabschirmungsbehandlung. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Es kann jede beliebige Behandlung oder Technologie angewandt werden, welche die Transmission von Licht dämpft.
Ferner kann das Lichtreduzierungselement 30 selbst in der vorliegenden Erfindung weggelassen sein. Darüber hinaus wird die Bildaufnahmevorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung in der obigen Ausführungsform auf das Fahrunterstützungsteuersystem 1 angewandt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Die Bildaufnahmevorrichtung 10 kann beispielsweise auf ein Überprüfungssystem angewandt werden, das die Qualität von Produkten in einem Überprüfungsprozess einer Produktlinie überprüft, oder auf eine oder als eine Digitalkamera bekannter Bauart angewandt werden.
In dem Überprüfungssystem kann angenommen werden, dass ein Produkt eine Stufe mit einem vorbestimmten Niveau aufweist; eine Fläche der Stufe kann als ein erstes Objekt angesehen werden, wohingegen die andere Fläche als ein zweites Objekt angesehen wird. Ein aufgenommenes Bild kann das erste Objekt und das zweite Objekt zur Überprüfung der Tatsache zeigen, ob das Produkt normal oder fehlerhaft ist. D. h., die Bildaufnahmevorrichtung 10 kann für eine industrielle Bildverarbeitung eingesetzt werden.
In der Digitalkamera kann die Bildaufnahmevorrichtung 10 zur Aufnahme eines Bildes verwendet werden, das verschiedene Aufnahmeobjekte in jeweils verschiedenen Abständen klar darstellt.
Obgleich vorstehend eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zusammengefasst aufgezeigt wird, sind, wie folgt beschrieben, verschiedene andere Ausgestaltungen denkbar.
Gemäß einer optionalen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann das zweite optische Element beispielsweise eine Glasplatte sein.
Solch eine Konfiguration der Bereitstellung von einzig einer Glasplatte ermöglicht die Erzeugung von klaren Bildern verschiedener Objekte verschiedener Abstände von der Bildaufnahmevorrichtung und eine ausreichende Verkleinerung.
Ferner kann das zweite optische Element, gemäß einer optionalen Ausgestaltung, eine bestimmte Dicke entlang der optischen Achse aufweisen, um es mehreren Lichtstrahlen, die vom zweiten Objekt kommen und das erste optische Element und das zweite optische Element durchlaufen, zu ermöglichen, in ein einziges Lichtempfangselement des Bildsensors einzutreten.
Solch eine Konfiguration der Bestimmung einer Dicke des zweiten optischen Elements entlang der optischen Achse ermöglicht es, dass die zweite Position auf der Achse des zweiten Objekts (fernes Objekt) an die erste Position auf der Achse des ersten Objekts (nahes Objekt) approximiert werden kann.
Ferner können mehrere Lichtstrahlen, die vom zweiten Objekt kommen und das erste optische Element und das zweite optische Element durchlaufen, in ein einziges Lichtempfangselement des Bildsensors eintreten; dies hilft dabei, zu verhindern, dass ein Bild des zweiten Bildes (fernes Objekt) unklar ist.
Ferner kann das zweite optische Element, gemäß einer optionalen Ausgestaltung, eine Außenfläche aufweisen, die eine optische Politur erfahren hat.
Solch eine optische Politur, die auf das zweite optische Element angewandt wird, ermöglicht die Erzeugung eines klaren Bildes des zweiten Objekts.
Ferner kann, gemäß einer optionalen Ausgestaltung, ferner eine erste Abstimmvorrichtung enthalten sein, um eine Position des zweiten optischen Elements in einer Richtung abzustimmen, die orthogonal zur optischen Achse verläuft.
Solch eine Konfiguration ermöglicht eine Abstimmung der Installationsposition des zweiten optischen Elements und die Erzeugung eines deutlich klareren Bildes, das durch das Licht gebildet wird, das sowohl vom ersten Objekt als auch vom zweiten Objekt kommt.
Ferner kann ein Grenzlicht als ein in den Bildsensor eintretendes Licht definiert werden; das Grenzlicht beinhaltet ein Grenzlicht großer Distanz und ein Grenzlicht geringer Distanz. Das Grenzlicht großer Distanz weist erste Lichtstrahlen großer Distanz auf. Die ersten Lichtstrahlen großer Distanz kommen vom zweiten Objekt, durchlaufen das erste optische Element und treten in den Bildsensor ein, ohne das zweite optische Element zu durchlaufen. Die ersten Lichtstrahlen großer Distanz verlaufen benachbart zu zweiten Lichtstrahlen großer Distanz, die vom zweiten Objekt kommen, das erste optische Element und das zweite optische Element durchlaufen und in den Bildsensor eintreten. Das Grenzlicht geringer Distanz weist erste Lichtstrahlen geringer Distanz auf. Die ersten Lichtstrahlen geringer Distanz kommen vom ersten Objekt, durchlaufen das erste optische Element und das zweite optische Element und treten in den Bildsensor ein. Die ersten Lichtstrahlen geringer Distanz verlaufen benachbart zu zweiten Lichtstrahlen geringer Distanz, die vom ersten Objekt kommen, das erste optische Element durchlaufen und in den Bildsensor eintreten, ohne das zweite optische Element zu durchlaufen.
Für gewöhnlich werfen die Lichtstrahlen des Grenzlichts eine Interferenz untereinander auf, die bewirkt, dass die von der Bildaufnahmevorrichtung erzeugten Bilder unklar sind (d. h. unscharf sind oder Bokeh).
Zu diesem Zweck kann, gemäß einer optionalen Ausgestaltung, ferner ein Lichtreduzierungselement enthalten sein, um eine Intensität des Grenzlichts zu verringern, das in den Bildsensor eintritt.
Solch eine Konfiguration der weiteren Bereitstellung eines Lichtreduzierungselements hilft dabei, zu verhindern, dass das durch das Licht mit dem Grenzlicht erzeugte Bild unklar ist.
Ferner kann das Lichtreduzierungselement, gemäß einer optionalen Ausgestaltung, als ein Lichtabschirmungsabschnitt ausgebildet sein, um den Bildsensor vor dem Grenzlicht abzuschirmen.
Auf diese Weise kann noch sicherer verhindert werden, dass das im Bild enthaltene Bild (Abbild) unscharf wird.
Die Bodenfläche des zweiten optischen Elements kann übrigens eine Dicke entlang der optischen Achse aufweisen; die Dicke kann größer als ein vorbestimmter Wert sein. In solch einem Fall reflektiert der Boden Licht und kann so ein Geisterbild, das eigentlich nicht vorhanden ist, in einem aufgenommenen Bild erzeugt werden.
Zu diesem Zweck kann, gemäß einer optionalen Ausgestaltung, ferner ein Reflexionsreduzierungsabschnitt enthalten sein, um eine Reflexion von Licht an der Bodenfläche des zweiten optischen Elements zu verringern.
Solch eine Konfiguration mindert die Erzeugung eines Geisterbildes, das eigentlich nicht vorhanden ist, in einem aufgenommenen Bild.
Ferner kann die Bildaufnahmevorrichtung, gemäß einer optionalen Ausgestaltung, in einem Fahrzeuginnenraum eines Fahrzeugs befestigt sein. In dieser Konfiguration kann das vom Bildsensor erzeugte Bild anzeigt: (i) ein Objekt, das an einer Außenfläche einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs befestigt ist, als das erste Objekt, und (ii) ein Objekt, das sich über einer vom Fahrzeug befahrenen Straße in Fahrtrichtung des Fahrzeugs befindet, als das zweite Objekt.
Diese Konfiguration ermöglicht es der Bildaufnahmevorrichtung, ein Fahrunterstützungssteuersystem zu bilden, das in einem Fahrzeug befestigt und verwendet wird.
Obgleich die vorliegende Erfindung in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte wahrgenommen werden, dass sie nicht auf die bevorzugten Ausführungsformen und Konstruktionen beschränkt ist. Die vorliegende Erfindung soll verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen mit umfassen. Ferner sollen, obgleich die verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen, die bevorzugt werden, offenbart wurden, andere Kombinationen und Konfigurationen, die mehr, weniger oder nur ein einziges Element umfassen, ebenso als mit im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung beinhaltet verstanden werden.
Vorstehend wird eine Bildaufnahmevorrichtung aufgezeigt.
Eine Bildaufnahmevorrichtung 10 weist ein optisches System 20 und einen Bildsensor 40 auf, um Bilder eines nahen Objekts und eines fernen Objekts aufzunehmen. Das optische System weist eine konvexe Linse als ein erstes optisches Element 22 und eine Glasplatte als ein zweites optisches Element 25 mit einem höheren Brechungsindex als Luft auf. Das zweite optische Element ist zwischen dem ersten optischen Element und einem ersten Bildpunkt, an dem ein reelles Bild des nahen Objekts gebildet wird, angeordnet, um eine Positionsdifferenz zwischen dem ersten Bildpunkt und einem zweiten Bildpunkt, an dem ein reelles Bild des fernen Objekts gebildet wird, zu neutralisieren. Der Bildsensor weist mehrere Lichtempfangselemente 42 auf, um einen einzigen Bildrahmen zu erzeugen, der gleichzeitig ein reelles Bild des nahen Objekts und ein reelles Bild des fernen Objekts enthält.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2007-060158 A [0005]
US 2007/047948 A1 [0005]

Claims

Bildaufnahmevorrichtung (10) mit: – einem ersten optischen Element (22) mit einer vorbestimmten ersten Brennweite, die einen Abstand zu einem bildseitigen Brennpunkt auf einer Bildseite beschreibt, wobei Lichtstrahlen, die von einer Objektseite parallel zu einer optischen Achse (Lr) kommen, an dem bildseitigen Brennpunkt auf der Bildseite konvergieren, wobei das erste optische Element entlang der optischen Achse von einem ersten Objekt und einem zweiten Objekt auf der Objektseite durch einen ersten Abstand bzw. einen zweiten Abstand beabstandet ist, und wobei der zweite Abstand größer als der erste Abstand ist; – einem Bildsensor (40), der an einem ersten Bildbildungspunkt angeordnet ist, an dem ein Bild durch Lichtstrahlen gebildet wird, die vom ersten Objekt kommen und das erste optische Element durchlaufen, wobei der Bildsensor entlang einer Ebene orthogonal zur optischen Achse angeordnet ist, der Bildsensor mehrere Lichtempfangselemente in einem Array entlang der Ebene aufweist, jedes Lichtempfangselement ein Empfangssignal proportional zu einer Intensität eines empfangenen Lichts ausgibt, und der Bildsensor ein Bild auf der Grundlage der Empfangssignale erzeugt; und – einem zweiten optischen Element (25) mit einem Brechungsindex, der höher als ein Brechungsindex von Luft ist, wobei das zweite optische Element zwischen dem ersten optischen Element und dem Bildsensor angeordnet ist, um Lichtstrahlen zu brechen, die vom zweiten Objekt kommen und das erste optische Element durchlaufen, wobei es das zweite optische Element ermöglicht, dass eine zweite Position auf der Achse an eine erste Position auf der Achse angenähert werden kann, wobei die zweite Position auf der Achse ein Fußpunkt einer senkrechten Linie zur optischen Achse von einem zweiten Bildbildungspunkt ist, an dem ein Bild durch Lichtstrahlen gebildet wird, die vom zweiten Objekt kommen und das erste optische Element und das zweite optische Element durchlaufen, wobei die erste Position auf der Achse ein Fußpunkt einer senkrechten Linie zur optischen Achse von dem ersten Bildbildungspunkt ist.
Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite optische Element eine Glasplatte ist.
Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite optische Element eine bestimmte Dicke aufweist, um es mehreren Lichtstrahlen, die vom zweiten Objekt kommen und das erste optische Element und das zweite Objekt durchlaufen, zu ermöglichen, in ein einziges Lichtempfangselement (42) des Bildsensors einzutreten.
Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite optische Element eine Außenfläche aufweist, die eine optische Politur erfahren hat.
Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine erste Abstimmvorrichtung (52) aufweist, um eine Position des zweiten optischen Elements in einer Richtung abzustimmen, die orthogonal zur optischen Achse verläuft.
Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner ein Lichtreduzierungselement (30, 32, 34) aufweist, um eine Intensität eines Grenzlichts zu verringern, das in den Bildsensor eintritt, wobei – das Grenzlicht ein Grenzlicht großer Distanz und ein Grenzlicht geringer Distanz aufweist, wobei – das Grenzlicht großer Distanz erste Lichtstrahlen großer Distanz beschreibt, die vom zweiten Objekt kommen, das erste optische Element durchlaufen und in den Bildsensor eintreten, ohne das zweite optische Element zu durchlaufen, wobei – die ersten Lichtstrahlen großer Distanz benachbart zu zweiten Lichtstrahlen großer Distanz verlaufen, die vom zweiten Objekt kommen, das erste optische Element und das zweite optische Element durchlaufen und in den Bildsensor eintreten, – das Grenzlicht geringer Distanz erste Lichtstrahlen geringer Distanz beschreibt, die vom ersten Objekt kommen, das erste optische Element und das zweite optische Element durchlaufen und in den Bildsensor eintreten, wobei – die ersten Lichtstrahlen geringer Distanz benachbart zu zweiten Lichtstrahlen geringer Distanz verlaufen, die vom ersten Objekt kommen, das erste optische Element durchlaufen und in den Bildsensor eintreten, ohne das zweite optische Element zu durchlaufen.
Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtreduzierungselement einen Lichtabschirmungsabschnitt (32, 34) aufweist, um den Bildsensor vor dem Grenzlicht abzuschirmen.
Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass – der Lichtabschirmungsabschnitt ein Element aufweist, das eine Lichtabschirmungsbehandlung erfahren hat; und – der Lichtabschirmungsabschnitt (32) angeordnet ist, um dem ersten optischen Element gegenüberzuliegen, indem er einen Abschnitt des zweiten optischen Elements abdeckt, um den Abschnitt des zweiten optischen Elements vor dem Grenzlicht geringer Distanz abzuschirmen.
Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass – der Lichtabschirmungsabschnitt ein Element aufweist, das eine Lichtabschirmungsbehandlung erfahren hat; und – der Lichtabschirmungsabschnitt (34) zwischen dem ersten optischen Element und dem Bildsensor angeordnet ist, um den Bildsensor vor dem Grenzlicht großer Distanz abzuschirmen.
Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine zweite Abstimmvorrichtung (52) aufweist, um eine Installationsposition des Lichtabschirmungsabschnitts in einer Richtung abzustimmen, die orthogonal zur optischen Achse des ersten optischen Elements verläuft.
Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner einen Reflexionsreduzierungsabschnitt (36) aufweist, um eine Reflexion eines Lichts an einer Bodenfläche des zweiten optischen Elements zu verringern, wobei die Bodenfläche des zweiten optischen Elements als ein Element mit einer Dicke entlang der optischen Achse gebildet ist, wobei die Dicke größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflexionsreduzierungsabschnitt ein Element aufweist, das eine Lichtabschirmungsbehandlung erfahren hat.
Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs befestigt ist, wobei – das vom Bildsensor erzeugte Bild anzeigt: (i) ein Objekt, das an einer Außenfläche einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs befestigt ist, als das erste Objekt, und (ii) ein Objekt, das sich über einer vom Fahrzeug befahrenen Straße in Fahrtrichtung des Fahrzeugs befindet, als das zweite Objekt.
Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass – das zweite optische Element ein Element in Form eines Polygons orthogonal zur optischen Achse aufweist; und – das zweite optische Element derart angeordnet ist, dass eine Bodenseite des Polygons die optische Achse schneidet.
Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass – das zweite optische Element ein Element in Form eines Kreises orthogonal zur optischen Achse aufweist; und – das zweite optische Element derart angeordnet ist, dass eine Mitte des Kreises mit der optischen Achse zusammenfällt.