DE102014217750A1

DE102014217750A1 - Kamerasystem und Verfahren zur Umfelderfassung eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102014217750A1
Application number: DE102014217750.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Fechner; Dieter Krökel; Martin Randler
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2014-09-04
Filing date: 2014-09-04
Publication date: 2016-03-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kamerasystem (4) für ein Fahrzeug (2), mit einem Sensormodul (6) und mit einer Filteranordnung (14), die zumindest einen Farbfilter (16) und einen Sperrfilter (18) umfasst, wobei der Farbfilter (16) eine Erfassung von elektromagnetischer Strahlung aus einem ersten Spektralbereich (34) ermöglicht und der Sperrfilter (18) eine Erfassung von elektromagnetischer Strahlung aus einem Teil des ersten Spektralbereichs (34), nämlich einem zweiten Spektralbereich (40) verhindert, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrfilter (18) als Sperrbandfilter ausgebildet ist, der zweite Spektralbereich (40) ein Sperrband ist, das sich von einer ersten Grenzwellenlänge (36) zu einer zweite Grenzwellenlänge (38) erstreckt, und der Sperrfilter (18) eine Erfassung elektromagnetischer Strahlung aus einem dritten Spektralbereich (42) ermöglicht. Desweiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Umfelderfassung eines Fahrzeugs (2), mit einem solchen Kamerasystem (4).

Description

Die Erfindung betrifft ein Kamerasystem für ein Fahrzeug, mit einem Sensormodul und mit einer Filteranordnung, die zumindest einen Farbfilter und einen Sperrfilter umfasst, wobei der Farbfilter eine Erfassung von elektromagnetischer Strahlung aus einem ersten Spektralbereich ermöglicht und der Sperrfilter eine Erfassung von elektromagnetischer Strahlung aus einem Teil des ersten Spektralbereichs, nämlich einem zweiten Spektralbereich verhindert. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Umfelderfassung eines Fahrzeugs mit einem solchen Kamerasystem.
Ein solches Kamerasystem ist beispielsweise aus der DE 10 2012 110 094 A1 bekannt.
In Kraftfahrzeugen werden immer häufiger Kamerasysteme zur Umfelderfassung eingesetzt. Dazu umfasst ein solches Kamerasystem typischerweise ein Sensormodul mit einer Vielzahl an Pixeln, beispielsweise einen CMOS- oder CCD-Sensor, zur Erfassung der Umgebung des Fahrzeugs. Dabei ist es bekannt, dem Sensormodul eine Filteranordnung vorzuschalten, um das auf das Sensormodul einfallende Licht zu filtern und zusätzliche Informationen über die Umgebung zu erhalten. Zur Aufnahme eines Farbbildes ist beispielsweise jedem Pixel der Sensoranordnung entweder ein roter, ein grüner oder ein blauer Farbfilter vorgeschaltet, zur Transmission lediglich des entsprechenden Spektralbereiches des elektromagnetischen Spektrums. Bei lediglich geringer Umgebungsbeleuchtung, beispielsweise nachts, ist es zudem bekannt, anstelle von Licht aus dem sichtbaren Spektralbereich Licht aus dem nicht-sichtbaren Spektralbereich, insbesondere dem Infrarotbereich zu erfassen. Hierzu wird ein Kamerasystem beispielsweise ohne Farbfilter betrieben, wodurch sich insbesondere die Sensitivität der Sensoranordnung erhöht, da im Vergleich zu einem Betrieb mit Farbfilter mehr Licht die Pixel erreicht. Zusätzlich ist es hierbei möglich, die Umgebung mittels Infrarotlicht aktiv zu beleuchten. Mittels eines solchen Kamerasystems ist es dann allerdings nicht möglich, Farbbilder zu erfassen.
Zur kombinierten Erfassung von Farbbildern und Infrarotbildern umfasst das beispielsweise in der DE 10 2012 110 092 A1 beschriebene Sensormodul, dort als Sensoranordnung bezeichnet, sowohl Sensorelemente eines ersten Typs mit einem Farbfilter als auch Sensorelemente eines zweiten Typs ohne Farbfilter. Dabei werden bevorzugt drei unterschiedliche Farbfilter verwendet, nämlich für rotes, grünes und blaues Licht. Dadurch ist es möglich sowohl Farbbilder zu erfassen, als auch bei schlechten Lichtverhältnissen dennoch eine ausreichende Sensitivität des Kamerasystems mittels Erfassung von Infrarotlicht zu gewährleisten.
Weiterhin ist aus der DE 10 2012 110 094 A1 ein ähnliches Sensormodul zur Bilderfassung bekannt, mit Sensorelementen eines ersten Typs, die mit einem Farbfilter ausgestaltet sind, sowie Sensorelementen eines zweiten Typs, die ohne Farbfilter ausgestaltet sind. Da die Farbfilter jedoch typischerweise Infrarotlicht, das heißt Licht aus einem nicht-sichtbaren Spektralbereich passieren lassen, ist den Sensorelementen des ersten Typs ein Sperrfilter für Infrarotlicht vorgeschaltet. Dadurch wird insbesondere ein Blenden oder Übersteuern der mit einem Farbfilter versehenen Sensorelemente durch Infrarotlicht verhindert und die Erfassung von Farbbildern verbessert. Mittels der Sensorelemente des zweiten Typs, denen kein Sperrfilter vorgeschaltet ist, ist dann eine Bilderfassung bei lediglich schlechten Beleuchtungssituationen möglich.
Allgemein führt jedoch die Spezialisierung der einzelnen Pixel eines Sensormoduls zur Verschlechterung der Auflösung des Gesamtsystems, da jedes der Pixel vorrangig lediglich entweder zur Erfassung eines sichtbaren Spektralbereiches, das heißt von Licht einer bestimmten Farbe ausgebildet ist, oder zur Erfassung eines nicht-sichtbaren Spektralbereiches, das heißt insbesondere von Infrarotlicht. Daraus ergibt sich folglich ein Zielkonflikt bei der Gestaltung des Kamerasystems bezüglich dessen Auflösung und dessen Sensitivität in unterschiedlichen Beleuchtungssituationen.
Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Kamerasystem anzugeben, das in Umgebungen mit verschiedenen Beleuchtungsverhältnissen jeweils eine verbesserte Auflösung aufweist. Desweiteren soll das Kamerasystem in verschiedenen Beleuchtungsituationen eine verbesserte Sensitivität aufweisen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Kamerasystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die im Zusammenhang mit dem Kamerasystem genannten Vorteile und Weiterbildungen sinngemäß auch für das Verfahren.
Das Kamerasystem ist zur Verwendung in einem Fahrzeug ausgebildet und umfasst ein Sensormodul mit einer Filteranordnung, die zumindest einen Farbfilter und einen Sperrfilter umfasst. Dabei ermöglicht der Farbfilter eine Erfassung von elektromagnetischer Strahlung, das heißt Licht aus einem ersten Spektralbereich und der Sperrfilter verhindert eine Erfassung von elektromagnetischer Strahlung aus einem Teil dieses ersten Spektralbereichs, nämlich aus einem zweiten Spektralbereich. Dabei ist der Sperrfilter als Sperrbandfilter ausgebildet und der zweite Spektralbereich ist ein Sperrband. Dieses erstreckt sich von einer ersten Grenzwellenlänge zu einer zweiten Grenzlängenwelle. Zusätzlich ermöglich der Sperrfilter eine Erfassung von elektromagnetischer Strahlung aus einem dritten Spektralbereich. Dabei ist mit Spektralbereich hier und im Folgenden ein Ausschnitt des elektromagnetischen Spektrums gemeint.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass das Kamerasystem sowohl zur Erfassung von Licht aus unterschiedlichen, insbesondere einem sichtbaren und einem nicht-sichtbaren Spektralbereich geeignet ist und zugleich eine besonders hohe Auflösung aufweist. Letzteres wird vorteilhaft dadurch erreicht, dass jedes Pixel des Sensormoduls vorteilhaft sowohl zur Erfassung von sichtbarem, wie nicht-sichtbarem Licht ausgebildet ist. Damit ermöglicht das Kamerasystem insbesondere eine Umfelderfassung sowohl in einer Tagsituation als auch in einer Nachtsituation. Insbesondere werden mittels der Sensoranordnung in einer Tagsituation vorrangig Farbbilder erfasst und in einer Nachtsituation vorrangig Infrarotbilder. Dabei trägt vorteilhaft die gesamte Sensoranordnung, das heißt insbesondere im Wesentlichen jedes Pixel zur Bilderfassung bei. Damit entspricht die Auflösung des Kamerasystems in einer Tagsituation und in einer Nachtsituation jeweils insbesondere der nominellen Auflösung des Kamerasystem, das heißt, ist gegeben durch die Gesamtanzahl an Pixeln des Sensormoduls.
Dabei wird unter einer Tagsituation eine Situation verstanden, bei der die Umgebung des Fahrzeugs ausreichend ausgeleuchtet ist, typischerweise tagsüber. Möglicherweise ist eine ausreichende Beleuchtung auch nachts gegeben, beispielsweise durch Straßenlaternen oder dergleichen. Unter Nachtsituation wird dann generell verstanden, dass die Umgebung eine im Vergleich zur Tagsituation deutlich geringere Ausleuchtung aufweist, beispielsweise nachts oder möglicherweise auch am Tag, beispielsweise bei Tunnelfahrten.
Der zumindest eine Farbfilter ist einer Anzahl von Pixeln vorgeschaltet und derart ausgebildet, dass diese Pixel lediglich einen bestimmten Teil des sichtbaren Spektralbereichs erfassen. Dabei wird unter sichtbarem Spektralbereich insbesondere ein Wellenlängenbereich von 350 nm bis 750 nm verstanden. Der Farbfilter ermöglicht eine Transmission von Licht aus lediglich einem bestimmten Spektralbereich, hier dem ersten Spektralbereich. Insbesondere umfasst die Filteranordnung zumindest drei verschiedene Typen von Farbfiltern, nämlich rote, grüne und blaue Farbfilter, die zur Transmission von rotem, grünem beziehungsweise blauem Licht ausgebildet sind. Bevorzugterweise ist jedem Pixel des Sensormoduls ein Farbfilter zugeordnet, beispielsweise nach Art des an sich bekannten Bayer-Musters, wodurch das jeweilige Pixel zur Erfassung der entsprechenden Farbe ausgebildet ist. Zusätzlich zur Transmission von sichtbarem Licht ermöglicht jedes Filterelement auch eine Transmission von nicht-sichtbarem Licht, insbesondere Infrarotlicht. Der erste Spektralbereich umfasst somit sowohl sichtbares als auch nicht-sichtbares Licht.
Um insbesondere eine Erfassung von Farbbildern in einer Tagsituation zu verbessern, ist der Sensoranordnung zusätzlich zum Farbfilter ein Sperrfilter vorgeschaltet, der die Transmission eines Teils des ersten Spektralbereichs verhindert. Insbesondere verhindert der Sperrfilter eine Transmission eines Teils des nicht-sichtbaren Lichts. Dadurch wird in der Tagsituation insbesondere die Sensitivität für sichtbares Licht erhöht. Allerdings ist der Sperrfilter nicht zum Abblocken des gesamten mittels der Pixel erfassbaren, nicht-sichtbaren Spektralbereichs ausgebildet, sondern lediglich als Sperrbandfilter ausgestaltet und verhindert lediglich die Transmission eines Teils des nicht-sichtbaren Spektralbereichs, nämlich des zweiten Spektralbereichs. Hierbei werden die Begriffe „gesamt“ und „Teil“ insbesondere mit Bezug auf Wellenlängenbereiche und nicht mit Bezug auf die Intensität des Lichts verwendet. Das auf diese Weise gebildete Sperrband ist zudem durch eine erste und eine zweite Grenzwellenlänge definiert. Dabei ist die erste Grenzwellenlänge insbesondere eine untere Grenzwellenlänge und die zweite Grenzwellenlänge eine obere. Im dritten Spektralbereich, das heißt für Wellenlängen größer als die zweite Grenzwellenlänge ist der Sperrfilter hingegen wiederum durchlässig. Dadurch ist mittels der Sensoranordnung eine Erfassung von Licht aus dem dritten Spektralbereich möglich, der insbesondere ein nicht-sichtbarer Spektralbereich ist.
In einer geeigneten Ausgestaltung ist der Sperrfilter ein einzelnes Bauteil, das allen Pixeln gemeinsam vorgeschaltet ist. In einer geeigneten Variante dagegen sind der Sperrfilter und der Farbilter zu einem einzelnen Kombifilter zusammengefasst, insbesondere ist dann jedem Pixel ein jeweiliger Kombifilter zugeordnet.
Aufgrund der kombinierten Transmissionscharakteristika des Farbfilters und des Sperrfilters ist sowohl eine Erfassung von sichtbarem Licht wie auch von nicht-sichtbarem Licht mittels der gesamten Sensoranordnung ermöglicht. Dabei ermöglicht der Farbfilter sowohl eine Transmission von sichtbarem wie auch von nicht-sichtbarem Licht und der Sperrfilter blockiert insbesondere denjenigen Teil des nicht-sichtbaren Spektralbereichs, der in einer Tagsituation möglicherweise zu einer Sättigung der Pixel führt. Die Sensitivität der Anordnung im vom Sperrbandfilter durchgelassenen nicht-sichtbaren Spektralbereich, das heißt im dritten Spektralbereich, ist dabei insbesondere geringer als die Sensitivität des Farbfilter im sichtbaren Spektralbereich.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung beträgt die erste Grenzwellenlänge wenigstens 650 nm und höchstens 800 nm. Dadurch ist die erste Grenzwellenlänge insbesondere im Grenzbereich zwischen sichtbaren und nicht-sichtbaren Spektralbereich angeordnet, wodurch wiederum eine besonders geeignete Farberfassung ermöglicht ist. Im Falle von drei unterschiedlichen Typen von Farbfitlern liegt deren Hauptwellenlänge, das heißt diejenige Wellenlänge, bei der die Transmission des Farbfilters maximal ist unterhalb der ersten Grenzwellenlänge. Beispielsweise betragen die Hauptwellenlängen bei roten, grünen und blauen Farbfitlern, etwa 600 nm, 540 nm beziehungsweise 460 nm.
Zweckmäßigerweise beträgt die zweite Grenzwellenläge wenigstens 900 nm und höchstens 1000 nm. Hierdurch überlappt das Sperrband mit der Transmissionscharakteristik des Farbfilters in besonders geeigneter Weise, nämlich derart, dass ein Spektralbereich maximaler Transmission von nicht-sichtbarem Licht ausgeschnitten wird. Mit anderen Worten: Der Farbfilter weist im nicht-sichtbaren Spektralbereich eine zweite Hauptwellenlänge auf und das Sperrband ist derart angeordnet, dass das diese zweite Hauptwellenlänge zwischen der ersten und der zweiten Grenzwellenlänge liegt. Dadurch wird die Sensitivität der Sensoranordnung zugunsten einer Farberfassung eingestellt. Durch geeignete Wahl der zweiten Grenzwellenlänge ist es dann möglich, die Sensitivität des von der Sensoranordnung wiederum erfassten nicht-sichtbaren Spektralbereiches relativ zur Sensitivität des erfassten sichtbaren Spektralbereiches einzustellen.
Vorteilhafterweise ist der dritte Spektralbereich ein Transmissionsband, das sich von der zweiten Grenzwellenlänge zu einer dritten Grenzwellenlänge erstreckt. Das heißt insbesondere, dass der Sperrfilter eine Erfassung elektromagnetischer Strahlung oberhalb der dritten Grenzwellenlänge verhindert. In dieser Ausgestaltung umfasst der Sperrfilter ein Sperrband und ein Transmissionsband, wobei sich das Transmissionsband an das Sperrband in Richtung größerer Wellenlängen anschließt. Dabei ermöglicht das Transmissionsband ein Einstellen der Sensitivität des Kamerasystems im nicht-sichtbaren Bereich und insbesondere in einer Nachsituation. Bevorzugterweise beträgt die Differenz zwischen dritter und zweiter Grenzwellenlänge wenigstens 5 nm und höchstens 50 nm. Mit anderen Worten: Die Bandbreite des Transmissionsbands beträgt zwischen 5 nm und 50 nm. Dadurch ist es insbesondere möglich, die Sensitivität des Kamerasystems in einer Nachtsituation relativ zur Sensitivität in einer Tagsituation weiter einzustellen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt die erste Grenzwellenlänge wenigstens 650 nm und höchstens 750 nm, die zweite Grenzwellenlänge wenigstens 800 nm und höchstens 940 nm und die dritte Grenzwellenlänge wenigstens 860 nm und höchstens 1000 nm, wobei die zweite und die dritte Grenzwellenlänge stets derart ausgewählt sind, dass die zweite Grenzwellenlänge geringer ist als die dritte. Auf diese Weise ist ein zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug besonders geeignetes Kamerasystem realisiert. Zudem eignet sich ein gemäß dieser Weiterbildung ausgebildeter Sperrfilter besonders zur Kombination mit und Erweiterung von bereits bekannten Farbfiltern und Sensormodulen.
Vorzugsweise weist das Kamerasystem zusätzlich eine Lichtquelle auf, mit einer Zentralwellenlänge, die im dritten Spektralbereich liegt. Hierdurch ist insbesondere eine zusätzliche Beleuchtung der Umgebung in einer Nachtsituation ermöglicht, wodurch wiederum die Umfelderfassung mittels des Kamerasystems verbessert wird. Vorteilhaft ist dabei auch die Bandbreite des dritten Spektralbereiches besonders gering auswählbar, beispielsweise höchstens 10 nm, wodurch wiederum die Farberfassung in einer Tagsituation verbessert wird. Als Lichtquelle dient beispielsweise eine Anzahl von Leuchtdioden, insbesondere Infrarotleuchtdioden, die vorteilhaft im Scheinwerfer des Fahrzeugs angebracht sind. Dabei markiert die Zentralwellenlänge insbesondere ein Emissionsmaximum der Lichtquelle. Dadurch, dass der dritte Spektralbereich derart ausgebildet ist, dass die Zentralwellenlänge in diesem liegt, ist eine optimale Nutzung der Lichtquelle ermöglicht. In einer Nachtsituation ist es dann insbesondere trotz einer möglicherweise geringen Sensitivität der Sensoranordnung im dritten Spektralbereich möglich, mittels zusätzlicher Beleuchtung durch die Lichtquelle eine besonders gute Umfelderfassung zu realisieren.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung umfasst das Kamerasystem eine Steuereinheit, die derart eingerichtet ist, dass diese das Kamerasystem zwischen einem Tagsichtmodus und einem Nachtsichtmodus umschaltet und im Nachtsichtmodus insbesondere die Lichtquelle einschaltet. Der Tagsichtmodus dient dabei insbesondere zur Umfelderfassung in einer Tagsituation, der Nachtsichtmodus zur Umfelderfassung in einer Nachtsituation. Dadurch ist der Betriebsmodus des Kamerasystems insbesondere in Abhängigkeit der Umgebungsbedingungen einstellbar, wobei Betriebsmodi beispielsweise der Tagsichtmodus oder der Nachsichtmodus sind. Insbesondere ermöglicht diese Weiterbildung in Kombination mit geeigneter Sensorik auch ein automatisches Umschalten zwischen dem Tagsichtmodus und dem Nachtsichtmodus. Vorzugsweise aktiviert die Steuereinrichtung im Nachtsichtmodus die Lichtquelle, zur zusätzlichen Beleuchtung und deaktiviert diese im Tagsichtmodus.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 ein Fahrzeug mit einem Kamerasystem,
2 ein Sensormodul mit einer Filteranordnung,
3 Transmissionsfunktionen der einzelnen Elemente der Filteranordnung gemäß 2, und
4 Transmissionsfunktionen einer Variante der einzelnen Elemente der Filteranordnung gemäß 2.
Die 1 zeigt schematisch ein Fahrzeug 2, das mit einem Kamerasystem 4 zur Umfelderfassung ausgerüstet ist. Dieses umfasst wiederum ein Sensormodul 6. Mittels einer Steuereinheit 8 ist das Kamerasystem 4 zwischen einem Tagsichtmodus und einem Nachtsichtmodus umschaltbar. Zusätzlich weist das hier dargestellte Kamerasystem 4 eine zusätzliche Lichtquelle 10 auf, zur unterstützenden Beleuchtung der Umgebung des Fahrzeugs 2 in einer Nachtsituation. Die Lichtquelle 10 ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel in die Frontscheinwerfer des Fahrzeugs 2 integriert. Zum Umschalten des Kamerasystems 4 sind das Sensormodul 6 und die Lichtquelle 10 mit der Steuereinheit 8 geeignet verbunden.
Die 2 zeigt schematisch einen Ausschnitt des Sensormoduls 6. Dieses umfasst eine Vielzahl von Pixeln 12, die in einer Matrix angeordnet sind. Den Pixeln 12 ist eine Filteranordnung 14 vorgeschaltet, die hier eine Mehrzahl von Farbfiltern 16 sowie einen Sperrfilter 18 umfasst. Dabei ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel jedem Pixel 12 ein Farbfilter 16 zugeordnet, zur Transmission eines bestimmten Spektralbereichs des elektromagnetischen Spektrums. Dabei sind die Farbfilter 16 derart ausgebildet, das sich ein sogenanntes Bayer-Muster ergibt, jeder Farbfilter 16 ist somit ein roter, ein grüner oder ein blauer Filter. Damit ist jedes der Pixel 12 entweder zur Erfassung von rotem, grünem oder blauem Licht ausgebildet. Der Sperrfilter 18 ist den Farbfiltern 16 vorgeschaltet bezüglich der Einfallsrichtung des Lichts L auf das Sensormodul 6. In einer hier nicht dargestellten Variante ist der Sperrfilter jedoch den Farbfiltern 16 nachgeschaltet, das heißt zwischen den Farbfiltern 16 und den Pixeln 12 angeordnet.
Die 3 und 4 zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel der Farbfilter 16 und des Sperrfilters 18 anhand deren Transmissionscharakteristik für Licht. Dabei ist jeweils die Quanteneffizienz des jeweiligen Filters 16, 18, das heißt die Intensität des von diesem Filter 16, 18 transmittierten Lichts im Vergleich zur Intensität des einfallenden Lichts, gegen die Wellenlänge des Lichts aufgetragen. In den 3 und 4 sind jeweils vier Transmissionsfunktionen 20, 22, 24, 26 dargestellt, wobei drei Transmissionsfunktionen 20, 22, 24 drei verschiedenen Typen von Farbfiltern 16 zugeordnet sind und die vierte Transmissionsfunktion 26 dem Sperrfilter 18 zugeordnet ist. Allgemein ist es jedoch möglich, dass mehr oder weniger als drei Farbfilter 16 im Sensormodul 6 verwendet werden. Vorzugsweise werden jedoch, wie auch in 2 dargestellt, drei verschiedene Typen von Farbfiltern 16 verwendet, nämlich ein roter, ein grüner und ein blauer Typ. Entsprechend sind in den 3 und 4 die drei Transmissionsfunktionen 20, 22, 24 jeweils einem Typ zugeordnet, nämlich ist die Transmissionsfunktion 20 einem blauen Farbfilter 16 zugeordnet, die Transmissionsfunktion 22 einem grünen Farbfilter 16 und die Transmissionsfunktion 24 einem roten Farbfilter 16. Die Transmissionsfunktion 26 ist dem Sperrfilter 18 zugeordnet. In den hier gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Transmissionsfunktionen 20, 22, 24 für die Farbfilter 16 jeweils gleich, für den Sperrfilter 18 sind jedoch unterschiedliche Varianten der Transmissionsfunktion 26 dargestellt.
Die Transmissionsfunktionen 20, 22, 24 der Farbfilter 16 weisen jeweils im sichtbaren Bereich, das heißt insbesondere in einem Wellenlängenbereich zwischen 350 nm und 750 nm jeweils ein lokales Transmissionsmaximum 28A, 28B, 28C auf, dem eine Hauptwellenlänge zugeordnet ist. Die Hauptwellenlängen sind entsprechend des zu transmittierenden Anteils des elektromagentischen Spektrum unterschiedlich. Zusätzlich zu den Transmissionsmaxima im sichtbaren Bereich weisen die Transmissionsfunktionen 20, 22, 24 jeweils ein weiteres lokales Transmissionsmaximum 30A, 30B, 30C im nicht-sichtbaren Spektralbereich auf, der sich zu größeren Wellenlängen hin an den sichtbaren Spektralbereich anschließt. Mit anderen Worten: Zusätzlich zur Transmission eines bestimmten Teils des sichtbaren Spektralbereichs ermöglichen die Farbfilter 16 jeweils auch die Transmission von Licht aus dem nicht-sichtbaren Spektralbereich, das heißt hier dem Infrarotbereich. Insgesamt ermöglichen die Farbfilter 16 somit eine Transmission von Licht aus einem ersten Spektralbereich 34, der sowohl sichtbares wie auch nicht-sichtbares Licht umfasst.
In 3 ist die Transmissionsfunktion 26 eines ersten Ausführungsbeispiels des Sperrfilters 18 dargestellt. In diesem Fall ist der Sperrfilter 18 als Sperrbandfilter ausgebildet und die Transmissionsfunktion 26 weist ein Sperrband auf, das durch eine erste Grenzwellenlänge 36 und eine zweite Grenzwellenlänge 38 charakterisiert ist. Durch diese ist zudem ein zweiter Spektralbereich 40 definiert. Dieser liegt in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen im nichtsichtbaren Spektralbereich, dem Infrarotbereich. Dabei beträgt die untere Grenzwellenlänge 36 hier etwa 740 nm und die obere Grenzwellenlänge 38 hier etwa 940 nm. Die beiden Grenzwellenlängen 36, 38 schließen dabei insbesondere die im nicht-sichtbaren Spektralbereich liegenden Transmissionsmaxima 30A, 30B, 30C der Transmissionsfunktionen 20, 22, 24 der Farbfilter 16 ein. Auf diese Weise wird im Betrieb insbesondere eine übermäßige Erfassung von Infrarotlicht verhindert, jedoch zeigt 3 auch, dass Infrarotlicht aus einem dritten Spektralbereich 42, jenseits der zweiten Grenzwellenlänge 38 hindurch gelassen wird. Die Sensitivität des Kamerasystems 4 in einer Tagsituation wird dann insbesondere durch das Verhältnis der Menge an transmittiertem Licht aus dem sichtbaren Spektralbereich und der Menge an transmittiertem Licht des nicht-sichtbaren Spektralbereichs bestimmt. Durch entsprechende Wahl der ersten Grenzwellenlänge 36 und besonders der zweiten Grenzwellenlänge 38 ist es daher möglich, die Sensitivität geeignet einzustellen.
Die 4 zeigt eine Variante der Transmissionsfunktion 26, das heißt eines zweiten Ausführungsbeispiels des Sperrfilters 18. Dabei schließt sich an das durch den zweiten Spektralbereich 40 definierte Sperrband der dritte Spektralbereich 42 als Transmissionsband an. Dieses weist eine Bandbreite 44 auf, die durch die zweite Grenzwellenlänge 38 und eine dritte Grenzwellenlänge 46 definiert ist. Jenseits der dritten Grenzwellenlänge 46 wird eine Transmission von nicht sichtbarem Licht durch den Sperrfilter 18 verhindert. Die in der 4 dargestellte Ausführungsform ermöglicht insbesondere eine verbesserte Sensitivität im Tagsichtmodus dadurch, dass die Bandbreite 44 des Transmissionsbands besonders schmal ausgewählt ist und hier etwa 20 nm entspricht. Dadurch wird lediglich ein geringer Anteil des nicht-sichtbaren Spektralbereichs durch die Filteranordnung 14 hindurch gelassen.
Um in einer Nachtsituation dann eine geeignete Umfelderfassung zu ermöglichen, wird im Nachtsichtmodus zusätzlich die Lichtquelle 10 aktiviert, die zusätzliches Licht im nicht-sichtbaren, besonders im dritten Spektralbereich 42 bereitstellt. Dazu weist die Lichtquelle 10 eine Zentralwellenlänge 48 auf, die innerhalb des Transmissionsbandes des Sperrfilters 18 liegt, das heißt größer ist als die zweite Grenzwellenlänge 38 und kleiner ist als die dritte Grenzwellenlänge 46. Durch die Kombination mit der Lichtquelle 10 ist es trotz des vergleichsweise schmalen Transmissionsbandes möglich, auch in einer Nachtsituation eine geeignete Sensitivität des Kamerasystems 4 zu realisieren.
Bezugszeichenliste

2: Fahrzeug
4: Kamerasystem
6: Sensormodul
8: Steuereinheit
10: Lichtquelle
12: Pixel
14: Filteranordnung
16: Farbfilter
18: Sperrfilter
20: Transmissionsfunktion (blau)
22: Transmissionsfunktion (grün)
24: Transmissionsfunktion (rot)
26: Transmissionsfunktion (Sperrfilter)
28A, 28B, 28C: Transmissionsmaximum
30A, 30B, 30C: Transmissionsmaximum
34: erster Spektralbereich
36: erste Grenzwellenlänge
38: zweite Grenzwellenlänge
40: zweiter Spektralbereich
42: dritter Spektralbereich
44: Bandbreite
46: dritte Grenzwellenlänge
48: Zentralwellenlänge
L: Einfallsrichtung des Lichts

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012110094 A1 [0002, 0005]
DE 102012110092 A1 [0004]

Claims

Kamerasystem (4) für ein Fahrzeug (2), mit einem Sensormodul (6) und mit einer Filteranordnung (14), die zumindest einen Farbfilter (16) und einen Sperrfilter (18) umfasst, wobei der Farbfilter (16) eine Erfassung von elektromagnetischer Strahlung aus einem ersten Spektralbereich (34) ermöglicht und der Sperrfilter (18) eine Erfassung von elektromagnetischer Strahlung aus einem Teil des ersten Spektralbereichs (34), nämlich einem zweiten Spektralbereich (40) verhindert, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrfilter (18) als Sperrbandfilter ausgebildet ist, der zweite Spektralbereich (40) ein Sperrband ist, das sich von einer ersten Grenzwellenlänge (36) zu einer zweite Grenzwellenlänge (38) erstreckt, und der Sperrfilter (18) eine Erfassung elektromagnetischer Strahlung aus einem dritten Spektralbereich (42) ermöglicht.
Kamerasystem (4) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Grenzwellenlänge (36) wenigstens 650 nm beträgt und höchstens 800 nm.
Kamerasystem (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Grenzwellenlänge (38) wenigstens 900 nm beträgt und höchstens 1000 nm.
Kamerasystem (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Spektralbereich (42) ein Transmissionsband ist, das sich von der zweiten Grenzwellenlänge (38) zu einer dritten Grenzwellenlänge (46) erstreckt.
Kamerasystem (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen dritter Grenzwellenlänge (46) und zweiter Grenzwellenlänge (38) wenigstens 5 nm und höchstens 50 nm beträgt.
Kamerasystem (4) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Grenzwellenlänge (36) wenigstens 650 nm beträgt und höchsten 750 nm, die zweite Grenzwellenlänge (38) wenigstens 800 nm und höchstens 940 nm und die dritte Grenzwellenlänge (46) wenigstens 860 nm und höchstens 1000 nm.
Kamerasystem (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dieses zusätzlich eine Lichtquelle (10) aufweist, mit einer Zentralwellenlänge (48), die im dritten Spektralbereich (42) liegt.
Kamerasystem (4) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Steuereinheit (8) umfasst, die derart eingerichtet ist, dass diese das Kamerasystem (4) zwischen einem Tagsichtmodus und einem Nachsichtmodus umschaltet sowie im Nachtsichtmodus insbesondere die Lichtquelle (10) einschaltet.
Verfahren zur Umfelderfassung eines Fahrzeugs (2), bei dem ein Kamerasystem des Fahrzeugs (2) ein Sensormodul (6) umfasst und eine Filteranordnung (14), die zumindest einen Farbfilter (16) und einen Sperrfilter (18) umfasst, wobei mittels des Farbfilters (14) eine Erfassung von elektromagnetischer Strahlung aus einem ersten Spektralbereich (34) ermöglicht wird und mittels des Sperrfilters (18) eine Erfassung von elektromagnetischer Strahlung aus einem Teil des ersten Spektralbereichs (34), nämlich einem zweiten Spektralbereich (40) verhindert wird, und wobei der Sperrfilter (18) als Sperrbandfilter ausgebildet ist, der zweite Spektralbereich (40) ein Sperrband ist, das sich von einer ersten Grenzwellenlänge (36) zu einer zweiten Grenzwellenlänge (38) erstreckt, und mittels des Sperrfilters (18) eine Erfassung elektromagnetischer Strahlung aus einem dritten Spektralbereich (42) ermöglicht wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamerasystem (4) mittels einer Steuereinheit (8) zwischen einem Tagsichtmodus und einem Nachtsichtmodus umgeschaltet wird, wobei im Nachtsichtmodus insbesondere eine Lichtquelle (10) des Kamerasystems (4) eingeschaltet wird.