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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kamerasystem mit wenigstens einem Kameramodul und wenigstens einer Streulichtfalle, sowie die Streulichtfalle an sich.
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Stand der Technik
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Die
DE 10 2004 058 683 A1 offenbart ein Kameramodul mit einer einem Objektiv des Kameramoduls vorgeschalteten Streulichtblende. Die Streulichtblende liegt an der Innenseite einer Scheibe an, wobei die Streulichtblende an ihrer Innenseite eine einen Streulichteinfall reduzierende Struktur aufweist. Die den Streulichteinfall reduzierende Struktur umfasst mindestens eine, die orthogonal zur optischen Achse der Kameraanordnung orientiert ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Kamerasystem mit wenigstens einem Kameramodul und wenigstens einer Streulichtfalle offenbart, wobei die wenigstens eine Streulichtfalle, insbesondere an ihrer Innenseite, eine Streulicht reduzierende Struktur umfasst.
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Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Streulicht reduzierende Struktur wenigstens ein holographisches Element, insbesondere ein Volumenhologramm, umfasst.
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Ein Volumenhologramm ist ein auf Beugung beruhendes holografisches optisches Element, welches in seinem Volumen eine Brechzahlmodulation aufweist. Diese Brechzahlvariation wird bei der Hologrammaufnahme erzeugt und erlaubt es bei der Rekonstruktion durch Beugung eine einfallende Welle in die rekonstruierte Welle zu überführen. Hierbei weisen Volumenhologramme insbesondere eine hohe Winkel- oder Wellenlängenselektivität auf.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass durch die Streulicht reduzierende Struktur der Streulichtfalle aufgrund der erfindungsgemäßen Beschaffenheit, kein beziehungsweise kaum Streulicht in das Objektiv des wenigstens einen Kameramoduls fallen kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass abhängig von dem holographischen Element die Streulichtfalle für einen großen Wellenlängenbereich, gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Streulichtfallen, anwendbar ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das wenigstens eine holographische Element ein Transmissionshologramm.
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Dies hat den Vorteil, dass die Lichtstrahlen des einfallenden Streulichts gebündelt und fokussiert werden, wodurch die Strahlungsrichtung des Streulichts kontrolliert und gesteuert werden kann. Zudem verhindert die erfindungsgemäße Streulichtfalle gegenüber herkömmlichen Streulichtfallen Blendungseffekte aufgrund von mehrfach reflektierten Strahlen. Ein weiterer Vorteil zeigt sich darin, dass die erfindungsgemäße Streulichtfalle, beispielsweise bei einem Einsatz in einem Fahrzeug, einen großen Variantenbereich abdeckt, wohingegen Streulichtfallen, deren Wirkungsprinzip von der Oberflächenstruktur abhängt, für jeden Fahrzeugtyp neu designt, getestet und optimiert werden muss.
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Vorzugsweise umfasst die Streulichtfalle wenigstens einen Absorber derart, dass das Streulicht durch den Absorber absorbiert wird.
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Hierin zeigt sich der Vorteil, dass das einfallende Streulicht absorbiert wird, wodurch ein Einfallen des Streulichts in das Kameramodul verhindert wird.
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Vorzugsweise umfasst die Streulicht reduzierende Struktur wenigstens ein zweites holographisches Element.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das wenigstens eine zweite holographische Element ein Reflexionshologramm.
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Hierin zeigt sich der Vorteil, dass das Streulicht aufgrund der Anordnungen mit mehreren holographischen Elementen in beliebige Richtungen umgelenkt werden kann. Dadurch ist es möglich noch effektiver Streulicht herauszufiltern, indem beispielsweise mehr Streulicht auf einen möglichen Absorber umgelenkt wird.
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Vorzugsweise sind das Transmissionshologramm und das Reflexionshologramm durch ein optisch transparentes Material, welches sich zwischen dem Transmissionshologramm und dem Reflektionshologramm befindet, miteinander verbunden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind das Transmissionshologramm und/oder das Reflektionshologramm derart angeordnet, dass das Streulicht derart gebündelt und/oder abgelenkt wird, dass das Streulicht auf den Absorber fällt.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Absorber um einen Sensor, insbesondere einen Helligkeitssensor, welcher das Streulicht absorbiert und gleichzeitig auswertet und/oder der Absorber besteht aus einem Halbleitermaterial, welches insbesondere zur Stromerzeugung geeignet ist und/oder der Absorber ist mit Tapern versehen, welche das Licht vom Absorber ableiten.
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Erfindungsgemäß wird zudem eine Streulichtfalle gemäß den Ansprüchen offenbart.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung aufgeführt.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in den nachfolgenden Beschreibungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 rein beispielhaft ein Kamerasystem mit einem Kameramodul und einer Streulichtfalle.
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2 rein beispielhaft eine Anwendung eines Kamerasystems, welches wenigstens ein Kameramodul mit wenigstens einer Streulichtfalle, hier unterhalb einer Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, umfasst.
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3 rein beispielhaft einen möglichen Aufbau einer Streulichtfalle, welche ein holographisches Element umfasst.
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4 rein beispielhaft einen möglichen Aufbau einer Streulichtfalle, welche zwei holographische Elemente umfasst.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein Kamerasystem (100), welches ein Kameramodul (110) mit Objektiv (111) und eine Streulichtfalle (200) umfasst. Diese ist hier beispielhaft in Form eines aufgeschnittenen Trichters unterhalb des Objektivs (111) vor dem Kameramodul (110) angebracht und schließt mit diesem bündig ab. Dabei absorbiert die Streulichtfalle (200) aufgrund der erfindungsgemäßen Struktur das einfallende Streulicht und verhindert somit, dass dieses auf das Objektiv (110) des Kameramoduls (110) fällt. In dem hier gezeigten Beispiel handelt es sich um eine Monokamera, wobei die erfindungsgemäße Funktionsweise der Streulichtfalle (200) auch bei Stereokameras (oder auch Kamerasystemen (100) mit beliebig vielen Kameramodulen (110)) anwendbar ist, indem sich beispielsweise vor jedem einzelnen Kameramodul (110) eine Streulichtfalle (200) befindet.
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2 zeigt ein Anwendungsbeispiel einer Streulichtfalle (200) für ein Kamerasystem (100) unterhalb der Windschutzscheibe (121) eines Fahrzeugs (120). Beliebige andere Anwendungsmöglichkeiten für beliebige Kamerasysteme (100) sind möglich.
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Die Windschutzscheibe (121) des Fahrzeugs (120) stellt hier einen reflektierenden Gegenstand dar, welcher die Ausgestaltungsmöglichkeiten der hier beanspruchten Streulichtfalle (200) mit ihrer Streulicht reduzierenden Struktur vorteilhaft veranschaulichen soll. Dabei sind selbstverständlich auch andere reflektierende Gegenstände und somit auch andere Anordnungsmöglichkeiten der Streulichtfalle (200) denkbar.
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Die Streulichtfalle befindet sich unterhalb des Objektivs (111) vor einem Kameramodul (110) angebracht. Anhand eines einfallenden Lichtstrahls (1) und dessen weiteren Verlauf (2, 3, 4) soll die Funktionsweise der Streulichtfalle skizziert werden. Ohne die Streulichtfalle wird der einfallende Lichtstrahl (1) reflektiert und trifft anschließend wieder auf die Windschutzscheibe (121) des Fahrzeugs (120). Dabei wird ein Anteil des Lichtstrahls (3) wiederum an der Windschutzscheibe (121) reflektiert und fällt damit in das Objektiv (111) des Kameramoduls (110).
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Der restliche Anteil des Lichtstrahls (4) geht durch die Windschutzscheibe (121) hindurch und kann somit nicht mehr in das Objektiv (111) des Kameramoduls (110) fallen.
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Der Verlauf des Lichtstrahls (1, 3, 4), welcher nach der Reflexion in das Objektiv (111) fällt, sorgt für eine fehlerhafte und/oder ungenaue bzw. unscharfe Aufnahme des Kameramoduls (110), da der reflektierte Lichtstrahl (3), welcher erst nach der Reflexion in das Objektiv (111) der Kamera (110) fällt, beispielsweise eine falsche Darstellung der Umgebung des Fahrzeugs (120) liefert oder auch zu einem Überbelichten und somit einer unbrauchbaren Aufnahme führen kann. Durch das Anbringen der Streulichtfalle (200) mit einer Streulicht reduzierenden Struktur, wie sie die vorliegende Schrift offenbart, kann der reflektierte Lichtstrahl (3) so umgelenkt und/oder absorbiert werden, dass dieser nicht mehr in das Objektiv (111) des Kameramoduls (110) fällt.
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3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Streulichtfalle (200). Hierbei fällt das Streulicht auf ein Transmissionshologramm (210). Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass durch kohärentes Laserlicht eine Gitterstruktur aufgenommen wird, wobei die Abstände der einzelnen Gitterebenen größer ist, als die größte Wellenlänge des Lichtbereichs welcher durch das Transmissionshologramm (210) hindurch geht. Dadurch lassen sich bestimmte Wellenlängenbereiche des Streulichts herausfiltern.
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Das Transmissionshologramm ist dabei beispielsweise auf einer optisch transparenten Schicht (240) angebracht, wobei sich auch beispielsweise Luft dazwischen befinden kann. Diese besteht beispielsweise aus Glas oder einer Polycarbonatverbindung, wobei deren Eigenschaften, wie beispielsweise der Durchmesser und/oder die Form, nicht relevant sind, sondern allein von der Anordnung der Streulichtfalle (200) abhängen, wie beispielsweise der gewünschten Position des Absorbers (230) im Bezug zum Transmissionshologramm (210) und der optisch transparenten Schicht (240) an sich.
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Die Gitterstruktur, welche in dem Transmissionshologramm (210) gespeichert ist, wird dabei derart ausgewählt, dass das Streulicht an dem Transmissionshologramm (210) derart gebeugt wird, dass es auf den Absorber (230) fällt und somit von diesem absorbiert bzw. nicht mehr ungewollt in ein oder auch mehrere Objektive (110) eines Kamerasystems (100) fallen kann.
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Der Absorber (230) besteht beispielsweise aus schwarzem Stoff oder Black Silicon und ist bezüglich des Transmissionshologramms (210) auf der gegenüberliegenden Seite der optisch transparenten Schicht (240) angebracht. Weiterhin kann der Absorber (230) beispielsweise auch aus lichtabsorbierenden Halbleitermaterialien, unter anderem aus Solarzellen, bestehen. Wobei der Absorber in diesem Fall somit auch zur Stromgewinnung verwendet werden kann. Generell sind auch noch weitere Einsatzmöglichkeiten für den Absorber (230) denkbar, so kann beispielsweise dieser auch als Detektor zur Lichtmessung im Sinne eines Helligkeitssensors verwendet werden.
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Weiterhin kann der Absorber (230) beispielsweise mit sogenannten Tapern versehen sein, wobei es sich bei diesen um Lichtleiterbündel handelt, welche das Licht weiterleiten, beispielsweise in einen Bereich in dem es entweder keinen Schaden verursacht bzw. kann es derart auch, wie oben erwähnt, mit einem Detektor bzw. Sensor verbunden werden, welcher sich nicht direkt an dem Absorber (230) befindet.
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Fällt nun Streulicht auf die Streulichtfalle (200), trifft dieses erst auf das Transmissionshologramm (210). Aufgrund seiner oben beschriebenen Eigenschaften ist ein Transmissionshologramm winkelselektiv. Dadurch lassen sich die Lichtstrahlen des Streulichts derart beugen, dass dieses nur von bestimmten Richtungen kommend, an dem Transmissionshologramm (210) derart gebeugt wird, dass das Streulicht auf den Absorber (230) umgelenkt und absorbiert wird.
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4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Streulichtfalle (200). Hierbei befindet sich nicht wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ausgehend von der optisch transparenten Schicht (240) nicht der Absorber (230) auf der gegenüberliegenden Seite, sondern ein Reflexionshologramm (220).
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Hierbei wird ausgenutzt, dass das Transmissionshologramm (210) einfallendes Streulicht in eine ebene Welle umwandelt und diese vom Reflexionshologramm (220) derart umgelenkt wird, dass der Beugungswinkel einem Winkel größer dem Winkel für die Totalreflexion entspricht.
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Dabei sind die beiden Hologramme (210, 220) jeweils auf den beiden Seiten eines Trägermaterials, beispielsweise der transparenten Schicht (240), angebracht. Durch den Brechungsindexunterschied zu den umliegenden Medien ergibt sich der Winkel für die Totalreflexion, welcher auch kritischer Winkel genannt wird, und es kommt zur Weiterleitung des Lichts innerhalb der transparenten Schicht (240), bis dieses auf den Absorber (230) trifft.
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Ein Reflexionshologramm (220) zeichnet sich dadurch aus, dass die gespeicherte Gitterstruktur derart aufgenommen wird, dass die Abstände der einzelnen Gitterebenen kleiner als die kleinste Wellenlänge des zu absorbierenden Streulichts sind und deren Orientierung derart vorliegt, dass das zu absorbierende Streulicht nicht wie bei dem Transmissionshologramm (210) hindurch geht, sondern an diesem reflektiert und dadurch umgelenkt wird.
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Bei dem Reflektionshologramm (220) werden aufgrund seiner oben beschriebenen Eigenschaften nur Lichtstrahlen des Streulichts mit einer bestimmten Wellenlänge gebeugt. Aufgrund dieser gegenüber dem Transmissionshologramm (210) vorliegenden wellenlängenselektiven Eigenschaft, kann somit Streulicht in einem bestimmten Wellenlängenbereich an dem Reflexionshologramm (220) reflektiert und auf den Absorber (230) umgelenkt werden.
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Dabei kann sich das Reflexionshologramm (220) auch aus mehreren Schichten zusammensetzen, beispielsweise aus drei Hologrammen in rot, grün und blau (die zusammen das sogenannte RGB Hologramm ergeben), wobei jedes einzelne einen bestimmten Bereich des Lichts innerhalb des sichtbaren Bereichs reflektiert, um Streulicht im vollständig sichtbaren Lichtbereich zu reflektieren und umzulenken.
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Der Absorber (230) ist hierbei in einem 90 Grad Winkel gegenüber dem Transmissionshologramm (210) und dem Reflektionshologramm (220) zwischen den Volumenhologrammen (210, 220) angebracht. Allerdings besteht gerade aufgrund der winkelselektiven Eigenschaft des Transmissionshologramm (210) und aufgrund der wellenlängenselektiven Eigenschaft des Reflexionshologramms (220) Designfreiheit was die genaue Anbringung des Absorbers (230) betrifft, wodurch die erfindungsgemäße Streulichtfalle (200) sehr variabel einsetzbar ist.
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Selbstverständlich sind noch weitere Ausführungsbeispiele und Mischformen der dargestellten Beispiele möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004058683 A1 [0002]
