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Die Erfindung betrifft eine Kameravorrichtung zum Erzeugen eines Abbilds einer Umgebung, wobei das Abbild beispielsweise in Form von Bilddaten bereitgestellt sein kann. Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Kameravorrichtung.
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Die genannte Kameravorrichtung kann insbesondere nach dem Prinzip einer sogenannten Holocam konstruiert sein, da die Kameravorrichtung ein holografisch-optisches Element nutzt, um Licht aus der Umgebung an eine Bilderfassungseinrichtung, wie beispielsweise eine Kamera, umzulenken. Das heißt, das holografisch-optische Element kann optische Strahlung aus der Umgebung erfassen und einen Strahlengang der optischen Strahlung verändern und dadurch in Richtung der Bilderfassungseinrichtung, insbesondere in Richtung eines Lichteinfallsbereichs der Bilderfassungseinrichtung hin, ablenken. Das holografisch-optische Element weist dazu eine Ablenkstruktur auf, mittels welcher das Licht aus der Umgebung abgelenkt oder gebeugt werden kann. Ein holografisch-optisches Element im Sinne der Erfindung ist dabei ein optisches Bauelement, welches den physikalischen Effekt der Beugung nutzt, um eine Lichtlenkung insbesondere ähnlich der von Linsen, Spiegeln oder Prismen, herbeizuführen. Im Allgemeinen ist eine Herstellung und Wirkungsweise eines derartigen holografisch-optischen Elements bereits hinreichend bekannt. Zur Lichtlenkung weist das holografisch-optische Element eine Ablenkstruktur auf, die insbesondere in ein Substrat des holografisch-optischen Elements eingearbeitet ist. Mittels der Ablenkstruktur kann das Licht aus der Umgebung an die Bilderfassungseinrichtung, insbesondere in einen Lichteinfallsbereich der Bilderfassungseinrichtung, umgelenkt oder abgelenkt werden. Die Bilderfassungseinrichtung umfasst dabei insbesondere einen Bildsensor, mittels welchem das einfallende Licht erfasst und in elektrische Signale umgewandelt wird. Einer Auswerteeinheit, beispielsweise einem Rechengerät, also einem Mikroprozessor oder Mikrocontroller, können aus den elektrischen Signalen des Bildsensors schließlich die Bilddaten erzeugt werden. Bevorzugt kann dem Bildsensor eine abbildende Optik, also beispielsweise ein Objektiv, vorgeschaltet sein, mittels welchem das Licht aus dem holographisch-optischen Element gebündelt auf dem Bildsensor abgebildet wird. Das heißt, die Bilderfassungseinrichtung kann insbesondere als Kamera, zum Beispiel als Fotokamera oder Videokamera, ausgebildet sein.
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Ein derartiges System, bei welchem optische Strahlung oder Licht aus der Umgebung durch ein holografisch-optisches Element an eine Bilderfassungseinrichtung umgelenkt wird, ist beispielsweise aus der
DE 10 2013 210 887 A1 bekannt. Das holografisch-optische Element kann dabei beispielsweise als Folie ausgebildet sein und an einer Innenseite einer Fahrzeugscheibe angeordnet sein. Fällt nun Licht aus der Umgebung, das heißt von der Außenseite der Fahrzeugscheibe, auf das holografisch-optische Element, kann das holografisch-optische Element die optische Strahlung zu einer Kamera im Innenraum des Kraftfahrzeugs umlenken. Die Kamera braucht somit nicht direkt mit ihrem Lichterfassungsbereich auf die Umgebung ausgerichtet sein, sondern kann insbesondere platzsparend und versteckt im Kraftfahrzeuginnenraum angeordnet sein.
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Hierbei ergibt sich jedoch der Nachteil, dass das holografisch-optische Element und die Kamera präzise zueinander angeordnet sein sollten, damit das Licht aus der Umgebung tatsächlich auf den Lichteinfallsbereich der Kamera umgelenkt wird. Sind das holografisch-optische Element und die Kamera beispielsweise nicht ausreichend präzise zueinander angeordnet, kann somit ein Sichtbereich der Holocam verschoben sein, sodass anstelle der gewünschten Umgebung oder eines gewünschten Bereichs der Umgebung ein anderer Bereich der Umgebung mit der Kamera aufgenommen wird. Der Verbau einer derartigen Holocam ist daher mit einem hohen Aufwand verbunden und somit zeit- und kostenintensiv.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Zeit- und Kostenaufwand beim Verbau einer Kameravorrichtung, die als Holocam ausgebildet ist, zu reduzieren.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren offenbart.
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Durch die Erfindung ist eine Kameravorrichtung, also die zuvor beschriebene Holocam, bereitgestellt. Zum Erzeugen des Abbilds der Umgebung umfasst die Kameravorrichtung die zuvor genannte Bilderfassungseinrichtung, welche beispielsweise als Kamera ausgebildet ist. Die Bilderfassungseinrichtung kann einfallendes Licht mit ihrem Lichteinfallsbereich erfassen und anhand des einfallenden Lichts Bilddaten erzeugen, die mit dem einfallenden Licht korreliert sind. Mittels der Bilddaten kann anschließend das Abbild der Umgebung rekonstruiert werden. Um Licht aus der Umgebung auf den Lichteinfallsbereich der Bilderfassungseinrichtung umzulenken, weist die Kameravorrichtung zusätzlich das holografisch-optische Element mit der zuvor genannten Ablenkstruktur auf. Durch das holografisch-optische Element ist hierdurch ein Einkoppelbereich, also eine Lichteinfallsfläche für Licht aus der Umgebung, bereitgestellt. Die Kameravorrichtung ist in eine Sandwichbauweise als gekapseltes, autarkes System ausgestaltet, um einen Verbau und eine Justierung zu vereinfachen. Die Sandwichbauweise wird weiter unten noch genauer beschrieben.
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Ein holografisch-optisches Element ist ein bekanntes optisches Bauelement, das (insbesondere ähnlich einer Linse, eines Spiegels oder eines Prismas) eine Lichtlenkung herbeiführen kann, die sich von einer Brechung an einer transparenten Oberfläche unterscheidet. Dazu weist das holografisch-optische Element die genannte Ablenkstruktur auf. Diese kann beispielsweise als optisches Gitter, auch Beugungsgitter genannt, ausgebildet sein. Grundsätzlich kann ein optisches Gitter durch zumindest abschnittsweise periodische Strukturen, sogenannte Gitterstrukturen, in einem Substrat ausgebildet sein. Mittels der Gitterstruktur kann ein optisches Gitter durch den physikalischen Effekt der Beugung die besagte Lichtlenkung, wie sie zum Beispiel von Spiegeln, Linsen oder Prismen bekannt ist, herbeiführen. Fällt Licht, das heißt fallen Lichtstrahlen auf das optische Gitter, wobei die einfallenden Lichtstrahlen insbesondere die Bragg-Gleichung erfüllen, werden die Lichtstrahlen durch das optische Gitter gebeugt oder abgelenkt. Die Lichtlenkung kann somit insbesondere durch Interferenzerscheinungen der durch das optische Gitter gebeugten Lichtstrahlen erfolgen. Die Ablenkstruktur des Einkoppelbereichs oder Auskoppelbereichs kann dementsprechend auch als Beugungsstruktur bezeichnet werden.
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Vorzugsweise kann ein optisches Gitter gegenüber dem einfallenden Licht richtungsselektiv oder winkelselektiv ausgebildet sein. Somit kann nur Licht, insbesondere ein Anteil des Lichts, das aus einer vorbestimmten Einfallsrichtung, zum Beispiel in einem vorbestimmten Winkel, auf ein optisches Gitter fällt, abgelenkt werden. Licht, insbesondere ein Anteil des Lichts, das aus einer anderen Richtung auf das optische Gitter fällt, wird vorzugsweise nicht abgelenkt oder umso weniger, je größer der Unterschied zur vorbestimmten Einfallsrichtung ist. Der Lichtanteil, welcher von der vorbestimmten Einfallsrichtung oder Optimaleinfallsrichtung abweicht, kann folglich vorzugsweise ungehindert durch das Substrat mit dem optischen Gitter propagieren.
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Zusätzlich oder alternativ kann ein optisches Gitter noch wellenlängenselektiv oder frequenzselektiv ausgebildet sein. Somit kann nur Licht, insbesondere ein erster Anteil des Lichts mit einer vorbestimmten Wellenlänge von dem optischen Gitter in einem bestimmten Beugungswinkel abgelenkt oder gebeugt werden. Licht, insbesondere ein zweiter Anteil des Lichts mit einer anderen als der vorbestimmten Wellenlänge wird vorzugsweise nicht abgelenkt, oder umso weniger je größer der Unterschied zur vorbestimmten Wellenlänge ist. Der zweite Lichtanteil, welcher von der vorbestimmten Wellenlänge oder Optimalwellenlänge abweicht, kann folglich vorzugsweise ungehindert durch das Substrat mit dem optischen Gitter propagieren. Dadurch kann beispielsweise von polychromatischem Licht, welches auf das optische Gitter trifft, wenigstens ein monochromatischer Lichtanteil abgespaltet werden. In vorteilhafter Weise ist der Ablenkeffekt für die Optimalwellenlänge maximal und fällt zu längeren und kürzeren Wellenlängen hin, beispielsweise gemäß einer Gaußglocke, ab oder wird schwächer. Insbesondere wirkt der Ablenkeffekt nur auf einen Bruchteil des sichtbaren Lichtspektrums und/oder in einem Winkelbereich kleiner als 90 Grad.
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Eine Herstellung eines optischen Gitters kann insbesondere mittels Belichtung eines Substrats, also beispielsweise fotolithografisch oder holografisch, erfolgen. In diesem Zusammenhang kann das optische Gitter dann auch als holografisches oder holografisch-optisches Gitter bezeichnet werden.
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Als Material für das besagte Substrat zum Einarbeiten eines optischen Gitters eignet sich besonders ein Polymer, insbesondere ein Fotopolymer, oder eine Folie, insbesondere eine fotosensitive Folie, zum Beispiel aus Kunststoff oder organischen Stoffen. Zur Verwendung derartiger Substrate für die flexible Kameravorrichtung, sollte zusätzlich beachtet werden, dass das Material, insbesondere in Substratform, flexible und lichtwellenleitende Eigenschaften aufweist. Substrate die eine Ablenkstruktur zum Beugen von Licht, beispielsweise in Form eines optischen Gitters aufweisen, können somit als holografisch-optische Elemente bezeichnet werden.
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Die erfindungsgemäße Kameravorrichtung nutzt nun ein derartiges holografisch-optisches Element, um die Lichtlenkung von Licht aus der Umgebung zu der Bildererfassungseinrichtung zu ermöglichen. Um nun den Aufwand beim Verbau einer derartigen Kameravorrichtung oder Holocam zu reduzieren, wird die Kameravorrichtung als gekapseltes, autarkes System vorgeschlagen. Das heißt, insbesondere die Bilderfassungseinrichtung und das holografisch-optische Element sind nicht als zwei getrennte Bauelemente ausgebildet, sondern bilden nun ein gemeinsames Bauelement. Dazu sind das holografisch-optische Element und die Bilderfassungseinrichtung zwischen zwei Deckschichten beispielsweise aus Glas eingefasst. Die Kameravorrichtung ist somit insbesondere in Sandwichbauweise aufgebaut, wobei die Bilderfassungseinrichtung und das holografisch-optische Element einen Kern der Sandwichbauweise bilden und ein erstes Trägerelement und ein zweites Trägerelement die beiden Deckschichten bilden. Die Sandwichbauweise kann beispielsweise eine Verbundglasscheibe ergeben, wie sie in einem Kraftfahrzeug als Fensterscheibe vorgesehen sein kann. Um die Kameravorrichtung möglichst platzsparend auszubilden, können die Trägerelemente beispielsweise als Glasplatten ausgebildet sein. Entsprechend kann auch das holografisch-optische Element als Platte aus Glas oder Polymer oder als Folie ausgebildet sein. Anders ausgedrückt umfasst die Kameravorrichtung für eine Sandwichbauweise ein erstes Trägerelement und ein zweites Trägerelement, die Deckschichten der Kameravorrichtung bilden und zwischen welchen die Bilderfassungseinrichtung und das holografisch-optische Element eingefasst sind.
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Die Bilderfassungseinrichtung kann in diesem Zusammenhang insbesondere als Mikrokamera mit einer größten Außenabmessung kleiner als ein Zentimeter oder als flacher Bildsensor auf einer Leiterplatte oder Platine, auf welcher zusätzlich die Auswerteeinheit ausgebildet ist, bereitgestellt sein. Die Bilderfassungseinrichtung und das holografisch-optische Element können somit direkt zwischen die beiden Trägerelemente einlaminiert sein und somit möglichst einheitlich mit den beiden Trägerelementen verbunden sein. Somit kann das holografisch-optische Element mitsamt der Bilderfassungseinrichtung, also der Kamera, direkt in eine Fensterscheibe oder Fahrzeugscheibe eingearbeitet sein.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass insbesondere die Bilderfassungseinrichtung vor äußeren Einflüssen wie beispielsweise Feuchtigkeit und Staub zusätzlich geschützt ist. Das heißt, die Kameravorrichtung ist somit widerstandsfähiger gegenüber äußeren Einflüssen und ist besonders einfach handzuhaben und zu verbauen.
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Herausfordernd bei einer derart gekapselten Bauweise der Kameravorrichtung als autarkes System kann sich jedoch die Energieversorgung der Bilderfassungseinrichtung gestalten. Um die Energieversorgung zu ermöglichen, ist bei der erfindungsgemäßen Kameravorrichtung zwischen den Deckschichten eine Versorgungsschnittstelle vorgesehen. Diese Versorgungsschnittstelle kann somit ebenfalls einen Kern der in Sandwichbauweise aufgebauten Kameravorrichtung sein. Zu Beispiel kann die Versorgungsschnittstelle in Form einer elektrischen Induktivität oder einer Anschlussbuchse, zum Beispiel einer USB-Anschlussbuchse ausgebildet sein. Über die Versorgungsschnittstelle kann somit die Kameravorrichtung mit einer externen Energieversorgungseinrichtung gekoppelt werden und beispielsweise drahtlos oder drahtgebunden Energie von der externen Energieversorgungseinrichtung empfangen. Anders ausgedrückt, ist für die elektrische Versorgung der Bilderfassungseinrichtung zusätzlich zwischen den Deckschichten die Versorgungsschnittstelle vorgesehen, die ausgebildet ist, aus einer externen Energieversorgungseinrichtung Energie zu empfangen und die Energie zwischen den Deckschichten zu der Bilderfassungseinrichtung zu leiten. Somit bilden nicht nur das holografisch-optische Element und die Bilderfassungseinrichtung einen Kern der in Sandwichbauweise aufgebauten Kameravorrichtung, sondern auch die Versorgungsschnittstelle. Die Komponenten des Kerns der Kameravorrichtung können im Folgenden auch als Kernelemente bezeichnet werden und können insbesondere hermetisch abgeschlossen zwischen den beiden Trägerelementen eingebettet oder einlaminiert sein.
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Mit anderen Worten ist die Kameravorrichtung somit in mehreren Schichten aufgebaut. Die beiden äußersten Schichten oder Deckschichten sind durch die Trägerelemente gebildet. Diese Trägerelemente können insbesondere dem Schutz und dem Einkapseln der übrigen Komponenten der Kameravorrichtung dienen. Der Kern der in Sandwichbauweise aufgebauten Kameravorrichtung kann dabei ebenfalls selbst mehrere Schichten umfassen. Zum Beispiel kann direkt an der ersten Deckschicht, also an einer Oberfläche des ersten Trägerelements, das holografisch-optische Element angeordnet, das heißt befestigt, also beispielsweise angeklebt sein. Das holografisch-optische Element kann somit eine erste Kernschicht des Kerns bilden und befindet sich somit in einer ersten Schicht des Kerns der Kameravorrichtung. Direkt an das holografisch-optische Element kann die Bilderfassungseinrichtung mit ihrem Lichteinfallsbereich angeordnet sein. Die Bilderfassungseinrichtung bildet somit eine zweite Kernschicht der Kameravorrichtung und liegt somit in einer zweiten Schicht des Kerns. Alternativ können auch die einzelnen Komponenten der Bilderfassungseinrichtung, also beispielsweise die abbildende Optik, der Bildsensor und die Auswerteelektronik separat in unterschiedlichen Schichten des Kerns angeordnet sein. Somit kann beispielsweise die abbildende Optik der Bilderfassungseinrichtung in der zweiten Schicht des Kerns der Kameravorrichtung liegen, wohingegen der Bildsensor in einer dritten Schicht des Kerns liegt und die Auswerteelektronik in einer vierten Schicht des Kerns der Kameravorrichtung liegt. Bevorzugt kann die Versorgungsschnittstelle gemeinsam mit der Auswerteelektronik ebenfalls in der vierten Schicht des Kerns angeordnet sein. Die Versorgungsschnittstelle ist dabei bevorzugt mit der Auswerteelektronik zur elektrischen Versorgung der Bilderfassungseinrichtung gekoppelt. Die Versorgungsschnittstelle kann also beispielsweise einen Teil der Auswerteelektronik der Bilderfassungseinrichtung darstellen.
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Um die Kameravorrichtung insbesondere besonders platzsparend auszubilden, können die beiden Trägerelemente insbesondere als Platten, also beispielsweise als Glasplatten oder Polymerplatten, ausgebildet sein. Als Platte im Sinne der Erfindung ist dabei ein flächiges Gebilde zu verstehen, dessen mittlere Materialstärke sehr viel geringer ist als dessen Länge und Breite. Bevorzugt beträgt die mittlere Materialstärke oder Dicke beispielsweise weniger als 20 Prozent der Länge und/oder Breite, bevorzugt weniger als 10 Prozent der Länge und/oder Breite, besonders bevorzugt weniger als 5 Prozent der Länge und/oder Breite des jeweiligen Trägerelements. Entsprechend kann auch das holografisch-optische Element als Platte, insbesondere aus Glas oder Polymer, oder als Folie beispielsweise aus Polymer, ausgebildet sein. Die Bilderfassungseinrichtung kann insbesondere als Mikrokamera oder Miniaturkamera mit einer besonders flachen Bauform ausgebildet sein. Zum Beispiel kann die Bilderfassungseinrichtung selbst als Holocam realisiert sein, bei welcher ein Bildsensor an ein als Lichtleiter ausgebildetes Trägermedium angebracht ist, wobei an dem Trägermedium ein holografisch-optisches Element als Einkoppelbereich und ein weiteres holografisch-optisches Element als Auskoppelbereich angeordnet ist. Über das erste holografisch-optische Element kann dabei Licht in das Trägermedium eingekoppelt werden und über das Trägermedium an den Auskoppelbereich mittels interner Reflexion weitergeleitet werden. Das weitergeleitete Licht kann bei Auftreffen auf den Auskoppelbereich aus dem Trägermedium ausgekoppelt und somit an den Bildsensor, insbesondere den Lichteinfallsbereich des Bildsensors bereitgestellt werden. Das Trägermedium mit dem Einkoppelbereich und dem Auskoppelbereich kann somit (insbesondere ähnlich einer Linse eines Linsensystems) als abbildende Optik für den Bildsensor genutzt werden, also ein scharfes Abbild der Umgebung auf einer vorbestimmten Abbildungsebene erzeugen. Somit kann die Kameravorrichtung selbst bevorzugt plattenförmig ausgebildet sein und eine Materialstärke von wenigen Zentimetern umfassen. Bevorzugt beträgt die mittlere Materialstärke der gesamten Kameravorrichtung weniger als zwei Zentimeter.
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Durch den Aufbau der Kameravorrichtung in Sandwichbauweise ergibt sich der Vorteil, dass die Kameravorrichtung als gekapseltes und autarkes System an einen Nutzer ausgeführt werden kann. Das heißt, ein derartiges System ist in der Regel widerstandsfähiger gegenüber äußeren Einflüssen, wie beispielsweise Staub oder Feuchtigkeit und es ist zusätzlich einfacher zu handhaben und zu verbauen. Das heißt, der Nutzer eines Kraftfahrzeugs kann beispielsweise die Holocam einfach an eine gewünschte Position an eine Fensterscheibe des Kraftfahrzeugs anbringen, ohne auf die präzise Ausrichtung des holografisch-optischen Elements und der Kamera zueinander achten zu brauchen. Die Justierung der Komponenten der Holocam kann nämlich beispielsweise bereits bei der Fertigung erfolgen. Das heißt, alle Komponenten der Kameravorrichtung können bereits bei der Herstellung der Kameravorrichtung automatisiert vermessen, aneinander ausgerichtet und zusammengefügt werden. Durch die starre Verbindung, also das Anordnen aller Komponenten der Kameravorrichtung zueinander und Verbinden der Komponenten zu einem gekapselten System macht auch eine Dejustierung des Systems unwahrscheinlich. Somit kann die Kameravorrichtung sozusagen als fertiges Set oder Einbauteil bereitgestellt werden.
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Über die Versorgungsschnittstelle kann die Kameravorrichtung und insbesondere die Bilderfassungseinrichtung somit beispielsweise elektrisch induktiv oder per Funk geladen werden. Das heißt, es ist also eine kabellose oder kabelgebundene Energieübertragung möglich. Zum elektrischen Laden kann die Versorgungsschnittstelle beispielsweise als USB-Ladebuchse oder USB-Ladestecker, insbesondere als Mikro-USB- oder Nano-USB-Ladebuchse oder Ladestecker ausgebildet sein. Zum induktiven Laden kann die Versorgungsschnittstelle beispielsweise als elektrische Induktivität, insbesondere planare elektrische Induktivität, und somit als sogenannte Induktionsspule ausgebildet sein. Hingegen kann die Versorgungsschnittstelle zum Energie-übertragen per Funk beispielsweise als Antenne, insbesondere als NFC-Antenne (NFC: Near Field Communication), ausgebildet sein.
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Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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Um eine Lichtstärke des einfallenden Lichts in den Lichteinfallsbereich der Bilderfassungseinrichtung zu vergrößern, ist in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Ablenkstruktur, welche dem Einkoppelbereich zugeordnet ist, als optisches Gitter mit einer Bündelungsgitterstruktur ausgebildet ist.
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Als Bündelungsgitterstruktur oder Sammelgitterstruktur kann eine Struktur oder Ausgestaltung des optischen Gitters, beispielsweise in Bezug auf einen Gitterabstand oder eine Anzahl von Gitterstrukturen in dem Substrat oder eine äußere Form des Substrats in welches das optische Gitter eingearbeitet ist, verstanden werden. Ein derartig ausgebildetes optisches Gitter kann auch als Bündelungsgitter oder Sammelgitter bezeichnet werden und kann ähnlich einer Sammellinse zur Lichtbündelung eingesetzt werden. Das heißt, es werden einzelne Lichtstrahlen des Lichts, das aus der Umgebung auf den Einkoppelbereich fällt, in Abhängigkeit von einem Einfallsort auf dem Einkoppelbereich unterschiedlich stark abgelenkt und zwar derart, dass sich die Lichtstrahlen zum Auskoppelbereich hin bündeln oder sammeln oder konzentrieren. Zum Beispiel kann die Gitterstruktur des optischen Gitters derart angepasst werden, dass beispielsweise an den Rändern des holografisch-optischen Elements die Lichtstrahlen, die insbesondere an den Rändern des holografisch-optischen Elements auftreffen, stärker gebeugt oder abgelenkt werden als Lichtstrahlen, die mittig auf das holografisch-optische Element treffen. Mit anderen Worten ist die erste Ablenkstruktur dazu ausgebildet, das Licht, insbesondere die Lichtstrahlen, zum Auskoppelbereich hin zu bündeln. Eine Bündelungsgitterstruktur kann beispielsweise durch ein optisches Gitter, welches insbesondere in eine Oberfläche des Substrats mit konvexer, insbesondere plankonvexer Oberflächenform eingearbeitet ist, realisiert sein.
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Um einen optischen Weg der Lichtstrahlen in der Kameravorrichtung zu verlängern, ist in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass das erste und/oder das zweite Trägerelement als Lichtleiter ausgebildet ist und das einfallende Licht aus der Umgebung somit von dem Einkoppelbereich über das erste und/oder das zweite Trägerelement zu der Bilderfassungseinrichtung, insbesondere deren Lichteinfallsbereich, mittels interner Reflexion weitergeleitet wird. Somit ist die den Einkoppelbereich darstellende Ablenkstruktur ist ausgebildet, das umzulenkende Licht aus der Umgebung in das Trägermedium einzukoppeln. Der Einkoppelbereich, also die Lichteinfallsfläche der Kameravorrichtung, ist folglich räumlich von dem Lichteinfallsbereich der Bilderfassungseinrichtung getrennt ausgebildet. Die Verlängerung des optischen Wegs des Lichts aus der Umgebung erfolgt insbesondere über die räumliche Trennung des Einkoppelbereichs und des Lichteinfallsbereichs. Dadurch, dass das erste und/oder zweite Trägerelement als Lichtleiter ausgebildet sind, wird durch die beiden Trägerelemente somit insgesamt ein Trägermedium für Lichtleitung gebildet. Um das Licht nun wieder aus dem Trägermedium auszukoppeln und an die Bilderfassungseinrichtung bereitstellen zu können, umfasst das holografisch-optische Element eine weitere Ablenkstruktur, durch welche ein Auskoppelbereich bereitgestellt ist. Das in das Trägermedium über den Einkoppelbereich eingekoppelte Licht aus der Umgebung kann somit über das Trägermedium mittels interner Reflexion, insbesondere Totalreflexion, an die weitere Ablenkstruktur, also den Auskoppelbereich, übertragen werden. Die weitere Ablenkstruktur ist dann ausgebildet, das übertragene Licht aus dem Trägermedium zur Bilderfassungseinrichtung hin auszukoppeln. Zum Erfassen des Lichts ist die Bilderfassungseinrichtung somit vorzugsweise direkt an dem holografisch-optischen Element im Bereich der weiteren Ablenkstruktur angeordnet. Das heißt, der Lichteinfallsbereich der Bilderfassungseinrichtung und der Auskoppelbereich überlappen sich vorzugsweise vollständig. So kann das Licht aus der Umgebung indirekt von der ersten Ablenkstruktur, die den Einkoppelbereich darstellt, an die Bilderfassungseinrichtung übertragen werden.
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Bevorzugt sind die erste Ablenkstruktur und die zweite Ablenkstruktur entlang einer Längserstreckungsrichtung des holografisch-optischen Elements, insbesondere entlang der Längserstreckungsrichtung gesehen, nacheinander, in dem holografisch-optischen Element ausgebildet.
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Für den Fall, dass die erste Ablenkstruktur als optisches Gitter mit der Bündelungsgitterstruktur ausgebildet ist, ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die zweite Ablenkstruktur als optisches Gitter mit einer Zerstreuungsgitterstruktur ausgebildet ist. Als Zerstreuungsgitterstruktur kann ebenfalls eine Struktur oder Ausgestaltung des optischen Gitters, beispielsweise in Bezug auf einen Gitterabstand oder eine Anzahl von Gitterstrukturen in dem Substrat, oder eine äußere Form des Substrats, in welches das optische Gitter eingearbeitet ist, verstanden werden. Ein derartig ausgebildetes optisches Gitter kann auch als Zerstreuungsgitter bezeichnet werden und kann ähnlich einer Zerstreuungslinse zur Lichtstreuung eingesetzt werden. Das heißt, es werden einzelne Lichtstrahlen des Lichts, das aus der Umgebung auf den Einkoppelbereich fällt, in Abhängigkeit von einem Einfallsort auf dem Auskoppelbereich unterschiedlich stark abgelenkt, und zwar derart, dass sich die Lichtstrahlen aus dem gebündelten Zustand heraus zerstreuen und insbesondere parallelisieren. Das heißt, die Lichtstrahlen verlaufen zum Einkoppeln in den Lichteinfallsbereich der Bilderfassungseinrichtung parallel zueinander. Mit anderen Worten kann die weitere Ablenkstruktur dazu ausgebildet sein, das gebündelte Licht, insbesondere die gebündelten Lichtstrahlen, welche von der einkoppelnden Ablenkstruktur übertragen werden, zum Übertragen an die Bilderfassungseinrichtung parallelisieren. Eine Bündelungsgitterstruktur kann beispielsweise durch ein optisches Gitter, welches insbesondere in eine Oberfläche des Substrats mit konkaver, insbesondere plankokaver, Oberflächenform eingearbeitet ist, realisiert sein.
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Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass die zweite Ablenkstruktur zumindest ein optisches Gitter mit einer Zerstreuungsgitterstruktur aufweist, welches die Lichtstrahlen des gebündelten Lichts in Abhängigkeit von einem Einfallsort unterschiedlich stark ablenkt, sodass die zweite Ablenkstruktur die Lichtstrahlen zum Übertragen an die Bilderfassungseinrichtung parallelisiert.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Bilderfassungseinrichtung keine eigene abbildende Optik mehr benötigt. Die abbildende Optik kann durch die Ausgestaltung des holografisch-optischen Elements bereitgestellt sein.
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Um die elektrische Versorgung, das heißt die Energiezufuhr und den Betrieb der Kameravorrichtung zeitversetzt zu ermöglichen, ist in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die Versorgungsschnittstelle eine Energiespeichereinrichtung umfasst. Die Energiespeichereinrichtung kann insbesondere in Form einer Batterie oder eines Akkumulators oder eines Kondensators bereitgestellt sein. Mit der Energiespeichereinrichtung kann somit die empfangene Energie von der externen Energieversorgungseinrichtung zwischengespeichert werden.
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Zum Transportieren der Bilddaten in der Kameravorrichtung ist in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die Kameravorrichtung eine Speichereinrichtung umfasst. Die Speichereinrichtung, auch Datenspeicher oder Speichermedium genannt, kann insbesondere als Halbleiterspeicher ausgebildet sein. Mittels der Speichereinrichtung können die von der Bilderfassungseinrichtung erzeugten Bilddaten gespeichert oder hinterlegt werden. Somit ist die Bilderfassungseinrichtung bevorzugt dazu ausgebildet, die Bilddaten nach dem Erzeugen an die Speichereinrichtung bereitzustellen. Die Speichereinrichtung ist ausgebildet, die erzeugten Bilddaten zu speichern. Um die Kameravorrichtung weiter als das gekapselte System zu realisieren, ist die Speichereinrichtung ebenfalls zwischen den Deckschichten der Kameravorrichtung eingefasst und bildet somit eine Kernschicht oder eine weitere Schicht des Kerns der Kameravorrichtung. Beispielsweise kann die Speichereinrichtung in einer gemeinsamen Schicht mit der Auswerteelektronik liegen und insbesondere ein Teil der Auswerteelektronik sein. Das heißt, die Auswerteelektronik der Bilderfassungseinrichtung und die Speichereinrichtung können insbesondere auf einer gemeinsamen Leiterplatte oder Platine realisiert sein.
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Die Speichereinrichtung kann insbesondere als fest verbauter Speicher, als fest verbautes, nicht-flüchtiges Speichermedium wie beispielsweise ein EEPROM (electrically erasable programmable read only memory - elektrisch löschbarer und programmierbarer schreibgeschützter Speicher), oder als MRAM (magnet resistive random access memory - magnetoresistiver Direktzugriffsspeicher) oder als Flashspeicher ausgebildet sein. Alternativ kann die Speichereinrichtung auch als herausnehmbare oder austauschbare Speichereinrichtung ausgebildet sein. Dazu kann die Speichereinrichtung beispielsweise als Flash-Speicherkarte ausgebildet sein. Dazu kann die Kameravorrichtung insbesondere seitlich eine Öffnung, das heißt einen Schlitz, in den die Speicherkarte eingeführt werden kann, aufweisen.
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Um die Bilddaten nun beispielsweise auch an eine externe Anzeigeeinrichtung bereitstellen zu können, ist in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass für eine Datenübertragung der Bilddaten der Bilderfassungseinrichtung zusätzlich zwischen den Deckschichten eine Kommunikationsschnittstelle vorgesehen ist. Die Kommunikationsschnittstelle oder Datenübertragungsschnittstelle kann analog zu der Versorgungsschnittstelle ebenfalls als USB-Buchse oder USB-Stecker, insbesondere als Mikro-USB-Buchse oder Mikro-USB-Stecker oder Nano-USB-Buchse oder Nano-USB-Stecker ausgebildet sein. Alternativ kann die Datenübertragungsschnittstelle auch als Steckverbinder für ein Flachbandkabel ausgebildet sein. Das heißt, die Datenübertragung kann drahtgebunden mittels einer Steckverbindung zwischen der Kommunikationsschnittstelle und der externen Anzeigeeinrichtung hergestellt werden. Alternativ kann die Datenübertragung auch drahtlos, also beispielsweise per Funk oder induktiv erfolgen. Dazu kann die Kommunikationsschnittstelle beispielsweise als elektrische Induktivität, also als Induktionsspule oder als Antenne, ausgebildet sein. Somit können die Bilddaten beispielsweise mittels Bluetooth, WIFI, LTE, NFC übertragen werden. Weiterhin könnte die Kommunikationsschnittstelle auch als Infrarotmodul ausgebildet sein. Somit können die Daten beispielsweise per Infrarotlicht an die Anzeigeeinrichtung übertragen werden.
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Somit kann auch die Kommunikationsschnittstelle eine weitere Kernschicht der Kameravorrichtung bilden. Alternativ kann die Kommunikationsschnittstelle auch in eine der bereits bestehenden Schichten des Kerns integriert sein. Zum Beispiel kann die Kommunikationsschnittstelle in besonders vorteilhafter Weise in einer Schicht mit der Auswerteelektronik ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Kommunikationsschnittstelle sogar ein Teil der Auswerteelektronik und ist mit der Auswerteelektronik der Bilderfassungseinrichtung somit zusammen auf einer Leiterplatte realisiert. Somit können trotz der Sandwichbauweise der Kameravorrichtung die Bilddaten an die externe Anzeigeeinrichtung übertragen werden. Die Anzeigeeinrichtung kann beispielsweise als Smartphone (mobiles Endgerät) oder Tablet oder Bildschirm ausgebildet sein. Mittels der Anzeigeeinrichtung können die Bilddaten anschließend rekonstruiert werden, sodass auf der Anzeigeeinrichtung das gewünschte Abbild der Umgebung wahrnehmbar ist.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Daten über eine gleiche Schnittstelle übertragen werden, über welche die Bilderfassungseinrichtung auch mit Energie versorgt wird. Somit können die Kommunikationsschnittstelle und die Versorgungsschnittstelle als eine gemeinsame Datenübertragungs- und Versorgungsschnittstelle ausgebildet sein.
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Um einen besonders flachen Kern der Sandwichbauweise der Kameravorrichtung realisieren zu können, kann als jeweilige Ablenkstruktur des holografisch-optischen Elements zumindest ein optisches Gitter, insbesondere ein holografisches Oberflächengitter oder ein holografisches Volumengitter, bereitgestellt sein.
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Bei einem holografischen Oberflächengitter (surface holografic gratings, kurz: SHG) kann die Gitterstruktur durch optisches Verformen einer Oberflächenstruktur des Substrats erzeugt werden. Durch die veränderte Oberflächenstruktur kann auftreffendes Licht abgelenkt, zum Beispiel reflektiert werden. Beispiele für holografische Oberflächengitter sind sogenannte Sägezahn- oder Blazegitter. Im Gegensatz dazu kann die Gitterstruktur bei holografischen Volumengittern (volume holografic gratings, kurz: VHG) in das gesamte Volumen oder einen Teilbereich des Volumens des Substrats eingearbeitet sein. Holografische Oberflächengitter und holografische Volumengitter sind in der Regel frequenzselektiv. Es sind jedoch auch optische Gitter bekannt die polychromatisches Licht beugen können. Diese werden als holografische Mehrfachvolumengitter (multiplexed volume holografic gratings, kurz: MVHG) bezeichnet und können beispielsweise durch Verändern der Periodizität der Gitterstruktur eines optischen Gitters oder durch Anordnen mehrerer holografisches Volumengitter hintereinander hergestellt werden.
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Um das Sichtfeld eines Nutzers beim Anbringen der Kameravorrichtung an eine gewünschte Oberfläche nicht zu behindern und insbesondere eine besonders flache Kameravorrichtung zu erhalten, ist in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die Trägerelemente, welche das Trägermedium bilden, und das holografisch-optische Element jeweils als Folie oder als Platte aus Polymer oder Glas und insbesondere transparent ausgebildet sind.
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Somit kann der Nutzer die Kameravorrichtung beispielsweise an einer Fahrzeugscheibe, insbesondere der Windschutzscheibe, anbringen, ohne dass sein Sichtbereich durch die Kameravorrichtung eingeschränkt wird. Bevorzugt können die nichttransparenten Komponenten, also die Bilderfassungseinrichtung und die Versorgungs- und Kommunikationsschnittstelle, dabei in einem kleinen Flächenbereich des Kerns der Kameravorrichtung ausgebildet sein. Somit kann der Nutzer die Kameravorrichtung insbesondere so anordnen, dass der kleine Flächenbereich mit den nichttransparenten Komponenten beispielsweise am äußersten Rand der Fahrzeugscheibe angeordnet ist.
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In vorteilhafter Weise wird die Kameravorrichtung bereits mit einem Befestigungselement zum Befestigen an der gewünschten Oberfläche geliefert. Das Befestigungselement kann beispielsweise als Klebeschicht oder Kleberaupe ausgebildet sein, mittels der die Kameravorrichtung an die gewünschte Oberfläche angeklebt werden kann.
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Um die Notwendigkeit einer Nachrüstung einer Oberfläche mit der Kameravorrichtung zu vermeiden, kann in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Trägerelemente als eine Fensterscheibe für ein Kraftfahrzeug oder als eine Deckscheibe für einen Bildschirm ausgebildet sind. Somit kann der Kern, also die Kernelemente der Kameravorrichtung, direkt in eine Fensterscheibe oder in eine Deckscheibe für einen Bildschirm eingearbeitet oder eingebettet sein. Ein Bildschirm kann beispielsweise ein Monitor oder ein Display eines Mobiltelefons oder Tablets sein. Ein derartig ausgebildeter Bildschirm als Holocam oder Kameravorrichtung kann sich besonders gut für eine Videotelefonie eignen.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer Kameravorrichtung, wie sie zuvor beschrieben ist. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer vollintegrierten Kameravorrichtung zum Erfassen eines Abbilds einer Umgebung;
- 2 eine Explosionszeichnung des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels der vollintegrierten Kameravorrichtung; und
- 3 eine schematische Darstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels der vollintegrierten Kameravorrichtung zum Erfassen des Abbilds der Umgebung.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt in perspektivischer Ansicht eine schematische Darstellung einer Kameravorrichtung K, mittels welcher ein Abbild einer Umgebung erzeugt oder erfasst werden kann. Das Abbild der Umgebung kann dabei beispielsweise in Form von Bilddaten bereitgestellt sein. Die Kameravorrichtung K kann beispielsweise an einer Fahrzeugscheibe eines Kraftfahrzeugs angebracht werden, oder in diese integriert werden, um beispielsweise ein Umfeld oder die Umgebung des Kraftfahrzeugs erfassen und überwachen zu können. Damit die Kameravorrichtung K möglichst platzsparend an eine gewünschte Oberfläche angebracht oder in diese integriert werden kann und um den Aufwand beim Aufbau oder Anbringen der Kameravorrichtung K an der gewünschten Oberfläche zu reduzieren, ist die Kameravorrichtung K als vollintegrierte Kameravorrichtung und somit als gekapseltes, autarkes System ausgeführt. Wie in 1 gezeigt, sind die Komponenten der Kameravorrichtung K dabei in einer Sandwichbauweise aufgebaut. Als Deckschichten der Sandwichbauweise umfasst die Kameravorrichtung K zwei Trägerelemente, nämlich das erste Trägerelement T1 und das zweite Trägerelement T2. Diese Trägerelemente T1, T2 können bevorzugt als Platten aus Glas oder Polymer ausgebildet sein. In einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Trägerelemente T1, T2 auch direkt als zwei Verglasungselemente einer Fahrzeugscheibe ausgebildet sein, sodass die übrigen Komponenten der Kameravorrichtung K, welche insbesondere die Kernelemente oder den Kern der Sandwichbauweise bilden, direkt in die Fahrzeugscheibe einlaminiert oder eingearbeitet oder eingebettet sein können.
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Die Kernelemente oder der Kern der Kameravorrichtung K bilden ein holografisch-optisches Element H, eine Bilderfassungseinrichtung B und eine Versorgungsschnittstelle S1, welche gleichzeitig auch eine Kommunikationsschnittstelle bildet. Die Bilderfassungseinrichtung B ist beispielsweise als Kamera, insbesondere als Fotokamera oder Videokamera, ausgebildet, welche eine besonders flache Bauform aufweist. Die Bilderfassungseinrichtung B kann mit einem Lichteinfallsbereich einfallendes Licht erfassen und aus dem einfallenden Licht Bilddaten erzeugen. Dazu kann die Bilderfassungseinrichtung B, wie in der Explosionszeichnung der vollintegrierten Kameravorrichtung K in 2 gezeigt, einen Bildsensor BS und eine Auswerteelektronik P aufweisen. Licht, welches auf den Bildsensor BS trifft, kann durch den Bildsensor BS in elektrische Signale umgewandelt werden und mittels der Auswerteelektronik P können aus diesen elektrischen Signale zu Bilddaten rekonstruiert werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Kameravorrichtung K umfasst die Bilderfassungseinrichtung B zusätzlich zu dem Bildsensor BS und der Auswerteelektronik P zusätzlich noch eine eigene abbildende Optik, also beispielsweise ein Linsensystem in Form eines Objektivs. Mittels der abbildenden Optik können einzelne Gegenstandspunkte in der Umgebung, insbesondere Punkte in der Umgebung, die sich in einer Gegenstandsebene befinden, scharf auf dem Bildsensor abgebildet werden.
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Um Licht aus der Umgebung auf die Bilderfassungseinrichtung B, insbesondere den Lichteinfallsbereich L der Bilderfassungseinrichtung B, umzulenken, ist der Bilderfassungseinrichtung B das holografisch-optische Element H vorgeschaltet. Ein holografisch-optisches Element, im Folgenden auch mit HOE abgekürzt, ist ein in seiner Funktionsweise bekanntes optisches Bauelement, welches einfallendes Licht ablenken kann, und hierbei insbesondere richtungsselektiv und/oder frequenzselektiv wirken kann. Dazu umfasst ein holografisch-optisches Element eine Ablenkstruktur zum Beispiel in Form eines optischen Gitters, welche insbesondere mittels Belichtung, das heißt zum Beispiel holografisch oder fotolithografisch, in ein Trägermedium, also beispielsweise ein fotosensitives Glas oder eine fotosensitive Folie, eingearbeitet ist. Eine Ausgestaltung einer Gitterstruktur des optischen Gitters, das heißt eine Anzahl der Gitterebenen, ein Gitterabstand von einzelnen Gitterelementen und eine Form des Substrats, in welches das Gitter eingearbeitet ist, kann dabei die Art der Lichtlenkung des holografisch-optischen Elements bestimmen. Besonders bevorzugt kann das HOE H der Kameravorrichtung K in 1 Oberflächenhologramm ausgebildet, sein. Das heißt, die Ablenkstruktur kann als holografisches Oberflächengitter, beispielsweise als Blaze- oder Sägezahngitter, ausgebildet sein. Das optische Oberflächengitter ist somit in eine Oberfläche des Substrats des HOE H eingearbeitet, wodurch eine Oberflächenstruktur des Substrats verändert wird.
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Wie in 1 gezeigt, kann eine Fläche des HOE H insbesondere sehr viel größer ausgebildet sein als eine Fläche des Lichteinfallsbereichs L der Bilderfassungseinrichtung B. Somit kann die Ablenkstruktur des HOE H als Bündelungsgitterstruktur ausgebildet sein. Dadurch kann Licht in Abhängigkeit von einem Einfallsort auf den HOE H von der Ablenkstruktur unterschiedlich stark abgelenkt werden, und zwar derart, dass einzustrahlendes Licht auf den Lichteinfallsbereich L der Bilderfassungseinrichtung B gebündelt oder fokussiert wird. Zum Beispiel kann vorgesehen sein, dass die Ablenkstruktur das Licht aus der Umgebung stärker beugt, je weiter der Einfallsort des Lichts von einem Zentrum oder Mittelpunkt der Bilderfassungseinrichtung B, also von einem Zentrum des Lichteinfallsbereichs L der Bilderfassungseinrichtung B, entfernt ist. Somit kann beispielsweise Licht, welches zentriert über das HOE H auf die Lichteinfallsfläche L fällt, nicht abgelenkt werden und je weiter sich der Einfallsort von dem Mittelpunkt entfernt, desto stärker wird das Licht von der Ablenkstruktur des HOE H zum Lichteinfallsbereich L hin abgelenkt.
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Um bei einer derart gekapselten und autarken Ausgestaltung der Kameravorrichtung K nun die Energieversorgung der Bilderfassungseinrichtung B zu ermöglichen, umfasst die Kameravorrichtung K als weiteres Kernelement die Schnittstelle S1, die insbesondere als Versorgungsschnittstelle und gleichzeitig auch als Kommunikationsschnittstelle ausgebildet ist. Über die Schnittstelle S1 kann somit zur elektrischen Versorgung der Bilderfassungseinrichtung B Energie empfangen werden und gleichzeitig oder zeitversetzt kann die Bilderfassungseinrichtung B ihre Bilddaten über die Schnittstelle S1 versenden. Die Schnittstelle S1 ist in 1 als elektrisch Induktivität, also als Induktionsspule, ausgebildet. Somit kann die Kameravorrichtung K die Bilddaten drahtlos senden und die Energie zur elektrischen Versorgung drahtlos empfangen. Zur Energieübertragung kann die Kameravorrichtung K über die Schnittstelle S1 mit einer externen Energieversorgungseinrichtung Q gekoppelt werden. Die externe Energieversorgungseinrichtung Q kann dabei eine weitere Schnittstelle S2, die ebenfalls als elektrische Induktivität oder Induktionsspule ausgebildet sein kann, aufweisen. Durch Koppeln der beiden als Induktionsspulen ausgebildeten Schnittstellen S1 und S2 über ein Magnetfeld kann die Bilderfassungseinrichtung B somit induktiv und besonders drahtlos mit Energie versorgt werden. Bevorzugt kann die Schnittstelle S1 dabei in die Auswerteelektronik P der Bilderfassungseinrichtung B integriert sein. Wie in 2 gezeigt, kann die Auswerteelektronik P dabei beispielsweise als elektronische Schaltung auf einer Leiterplatte ausgebildet sein. Die Schnittstelle S1, also die Induktionsspule, kann somit beispielsweise ebenfalls beispielsweise als planare Spule auf der Leiterplatte der Auswerteelektronik P ausgebildet sein.
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Wie in der Explosionsgrafik in 2 gezeigt, sind die einzelnen Komponenten der Kameravorrichtung K dabei bevorzugt schichtweise, das heißt gestapelt oder aneinander anliegend, angeordnet und bilden so im aneinander anliegenden Zustand die Kameravorrichtung K. Die Trägerelemente T1 und T2 bilden die Deckschichten der Kameravorrichtung K und umschließen die übrigen Komponenten, auch Kernelemente genannt, die den Kern der Kameravorrichtung K bilden. Direkt an dem ersten Trägerelement kann zunächst das HOE H angeordnet sein. An dem HOE H liegt bevorzugt die Bilderfassungseinrichtung B an. Dazu kann beispielsweise der Bildsensor der Bilderfassungseinrichtung B direkt an dem HOE H anliegen und die Auswerteelektronik kann dem Bildsensor in Bezug auf das HOE H nachgeschaltet sein.
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In dieser dargestellten Ausgestaltung der Kameravorrichtung K können das erste und zweite Trägerelement T1, T2 als Schutz der Kernelemente beispielsweise vor Feuchtigkeit, Staub und mechanischen Einflüssen, wie zum Beispiel gegen Verschieben oder Fingerabdrücke auf dem HOE H dienen. Die Kameravorrichtung ist somit besonders widerstandsfähig oder resistent gegenüber Verschmutzungen oder äußere Einflüsse. Dadurch, dass die Kameravorrichtung K außerdem als gekapseltes, autarkes Systems an den Nutzer bereitgestellt werden kann, ergibt sich der Vorteil, dass ein versehentliches Demontieren oder Verschieben der Komponenten zueinander durch den Nutzer vermieden wird. Folglich sind das HOE H und die Bilderfassungseinrichtung B in der Regel präzise zueinander angeordnet, sodass ein Verschieben eines Sichtbereichs oder Aufnahmebereichs der Kameravorrichtung K vermieden wird. Folglich kann der Aufwand zur präzisen Ausrichtung der Komponenten beim Verbau einer derartigen Kameravorrichtung K reduziert werden.
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3 zeigt nun eine alternative Ausgestaltung der Kameravorrichtung K in seitlicher Schnittansicht. Wie in 1 umfasst die Kameravorrichtung K dabei als Deckschichten das erste und zweite Trägerelement T1, T2 und als Kernelemente das HOE H und die Bilderfassungseinrichtung B, in welche die Schnittstelle S1 integriert ist. In der Ausgestaltung der Kameravorrichtung K, wie sie in 3 gezeigt ist, ist das Trägerelement T1 jedoch als Lichtleiter ausgebildet. Das heißt, das Trägerelement T1 kann Licht mittels interner Reflexion weiterleiten. Zudem umfasst das HOE H in 3 zwei Ablenkstrukturen, nämlich die erste Ablenkstruktur A1 und die zweite Ablenkstruktur A2. Durch die erste Ablenkstruktur A1 ist dabei ein Einkoppelbereich E bereitgestellt und durch die zweite Ablenkstruktur A2 ist ein Auskoppelbereich A bereitgestellt. Das HOE H ist in 3 insbesondere als Volumenhologramm dargestellt, das heißt, die erste und zweite Ablenkstruktur A1, A2 sind zum Bilden des Einkoppelbereichs E und des Auskoppelbereichs A in das gesamte Volumen des Substrats des HOE H eingearbeitet. Direkt im Bereich der zweiten Ablenkstruktur A2, also im Auskoppelbereich, ist die Bilderfassungseinrichtung B mit ihrem Lichteinfallsbereich L angeordnet. Weiterhin ist in 3 auch dargelegt, dass der Einkoppelbereich E, also insbesondere eine Fläche des Einkoppelbereichs E, größer ausgebildet ist als der Auskoppelbereich, also als eine Fläche des Auskoppelbereichs A. Somit ist die Fläche des Einkoppelbereichs E auch größer als die Fläche des Lichteinfallsbereichs L der Bilderfassungseinrichtung B.
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Mit einer derartig ausgestalteten Kameravorrichtung K, wie sie in 3 gezeigt ist, kann somit einerseits ein optischer Weg in der Kameravorrichtung K verlängert werden und andererseits kann eine Lichtstärke des über den Lichteinfallsbereich L einfallenden Lichts in die Bilderfassungseinrichtung B vergrößert werden. Licht S, welches nämlich aus der Umgebung auf den Einkoppelbereich E fällt, wird durch die erste Ablenkstruktur A1 in einem vorbestimmten Winkel abgelenkt, sodass das Licht S in das Trägermedium T1 eingekoppelt wird. Das Trägermedium T1 kann aufgrund seiner lichtleitenden Eigenschaften das Licht nun von dem Einkoppelbereich an den Auskoppelbereich übertragen. Trifft das übertragene Licht nun auf den Auskoppelbereich A, kann es dort durch die zweite Ablenkstruktur in Richtung der Bilderfassungseinrichtung B erneut abgelenkt werden. Durch den Auskoppelbereich wird das übertragende Licht mittels des Trägermediums somit aus dem Trägerelement T1 ausgekoppelt. Die Bilderfassungseinrichtung B kann anschließend das ausgekoppelte Licht S erfassen und daraus Bilddaten erzeugen. Um die Lichtstärke auf den Lichteinfallsbereich L der Bilderfassungseinrichtung B zu vergrößern, weist der Einkoppelbereich zudem als erste Ablenkstruktur eine Bündelungsgitterstruktur auf, wodurch das Licht S, insbesondere die Lichtstrahlen des Lichts S, das aus der Umgebung auf den Einkoppelbereich E fällt, zum Auskoppelbereich A hin gebündelt wird. Gleichzeitig weist der Auskoppelbereich A als zweite Ablenkstruktur A2 eine Zerstreuungsgitterstruktur auf, sodass das gebündelte Licht das von der ersten Ablenkstruktur A1 gebündelte Licht S zum Erfassen durch die Bilderfassungseinrichtung B wieder zerstreut und dadurch insbesondere parallelisiert werden kann.
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Bei einer derartigen Ausgestaltung der Kameravorrichtung K ergibt sich der Vorteil, dass insbesondere bei einer transparenten Ausgestaltung der Trägerelemente T1, T2 und des HOE H für einen Nutzer quasi unsichtbar an der gewünschten Oberfläche angebracht werden kann. Zum Beispiel können die Trägerelemente T1 und T2 zwei Verglasungselemente einer Fahrzeugscheibe, insbesondere eine Windschutzscheibe, darstellen. Die Kernelemente können dabei vollständig in die Fensterscheibe des Kraftfahrzeugs integriert werden. Dabei kann der Bereich der Kameravorrichtung K, welcher den Einkoppelbereich E aufweist, beispielsweise mittig in der Fensterscheibe ausgebildet sein. Der Auskoppelbereich A und insbesondere die Bilderfassungseinrichtung B, welche ein nichttransparentes Kernelement der Kameravorrichtung K darstellt, kann stattdessen versteckt beispielsweise hinter einer Verkleidung, das heißt in einem Bereich der Fahrzeugscheibe, angeordnet sein, der hinter einer Verkleidung oder einem Rahmen der Fahrzeugscheibe versteckt ist. Somit kann verhindert werden, dass ein Sichtbereich des Nutzers, also beispielsweise eines Fahrers des Kraftfahrzeugs, durch die Kameravorrichtung K gestört wird.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie mittels der Kameravorrichtung eine vollintegrierte Holocam bereitgestellt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013210887 A1 [0003]
