DE102019210508A1 - Optical sensor module and method - Google Patents

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DE102019210508A1
DE102019210508A1 DE102019210508.4A DE102019210508A DE102019210508A1 DE 102019210508 A1 DE102019210508 A1 DE 102019210508A1 DE 102019210508 A DE102019210508 A DE 102019210508A DE 102019210508 A1 DE102019210508 A1 DE 102019210508A1
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lens
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optical sensor
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Michael Zint
Stefan Christmann
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Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
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Conti Temic Microelectronic GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Optisches Sensormodul (1), insbesondere für ein Fahrzeug, umfassend unter anderem ein Gehäuse (1b), ein Objektiv, einen Imager (7), eine Blende, eine Steuereinheit sowie eine Linsenanordnung (1a) mit einem einstellbaren Linsenelement (2), wobei eine Dioptrienzahl des einstellbaren Linsenelements (2) mittels der Steuereinheit anpassbar ist.The invention relates to an optical sensor module (1), in particular for a vehicle, comprising, inter alia, a housing (1b), an objective, an imager (7), a diaphragm, a control unit and a lens arrangement (1a) with an adjustable lens element (2 ), wherein a diopter number of the adjustable lens element (2) can be adjusted by means of the control unit.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Sensormodul mit einem einstellbaren Linsenelement sowie ein Verfahren zum Anpassen eines einstellbaren Linsenelements.The invention relates to an optical sensor module with an adjustable lens element and a method for adapting an adjustable lens element.

Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise aus der Druckschrift DE102015205076A1 eine Abstandserkennungsvorrichtung mit einem Kameraobjektiv und einem Kamerasensor bekannt. Das Kameraobjektiv besitzt dabei eine variabel einstellbare Brennweite. Ähnliches ist aus der Druckschrift DE102015205077B4 bekannt. In dieser Druckschrift ist ebenfalls ein Kameraobjektiv mit einer variabel einstellbaren Brennweite offenbart, wobei zusätzlich die Abstandserkennungsvorrichtung dazu konfiguriert ist, die Bereitstellung von Bildsignalen für die Verarbeitungseinheit mit einer Brennweitenvariation des Kameraobjektivs zu synchronisieren.From the prior art, for example, from the publication DE102015205076A1 a distance detection device with a camera lens and a camera sensor is known. The camera lens has a variably adjustable focal length. Something similar is from the publication DE102015205077B4 known. This document also discloses a camera lens with a variably adjustable focal length, the distance detection device additionally being configured to synchronize the provision of image signals for the processing unit with a focal length variation of the camera lens.

Bei den genannten Druckschriften wird die Fokussierungsebene der Kamera verändert, um sich an verschiedene Objektweiten anzupassen. Die genannten Systeme sind zudem aktiv ausgestaltet.In the cited publications, the focal plane of the camera is changed in order to adapt to different object widths. The systems mentioned are also actively designed.

Nachteilig bei diesen Systemen ist, dass bei aktiven Systemen ständig Rechenleistung benötigt wird, da sich diese Systeme jedes Mal anpassen, wenn sich die Szene vor der Kamera ändert.A disadvantage of these systems is that active systems constantly require computing power, since these systems adapt each time the scene in front of the camera changes.

Weiter ist bekannt den Bereich einer Erhöhung der Schärfentiefe eines Bildes, insbesondere wenn sich der Imager aus der Fokusebene der Linse bewegt, durch die Auswahl einer kleineren Blendenöffnung bzw. einer größeren f-Zahl der Linse zu erhöhen. It is also known to increase the range of an increase in the depth of field of an image, in particular when the imager moves out of the focal plane of the lens, by selecting a smaller aperture or a larger f-number of the lens.

Nachteilig hierbei ist, dass durch die Auswahl einer kleineren Blendenöffnung die Lichtdurchlässigkeit des gesamten Linsensystems reduziert wird. Aufgrund der kleineren Apertur wird die Größe des Beugungsscheibchens vergrößert, was die theoretisch erreichbare maximale Schärfe des Linsensystems verringert.The disadvantage here is that the light transmission of the entire lens system is reduced by the selection of a smaller aperture. Due to the smaller aperture, the size of the diffraction disk is increased, which reduces the theoretically achievable maximum sharpness of the lens system.

Es ist demnach eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein optisches Sensormodul sowie ein Verfahren bereitzustellen, welches eine gleichbleibende Bildqualität gewährleistet.It is accordingly an object of the present invention to provide an optical sensor module and a method which ensures a constant image quality.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche 1 und 7 gelöst.This object is achieved by the subject matter of independent claims 1 and 7.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous configurations and embodiments are the subject of the subclaims.

Im Zuge der Erfindung wurde festgestellt, dass insbesondere Temperaturänderungen zu ungewollten Auswirkungen in einem Sensormodul führen können, wodurch sich die Bildqualität verschlechtern kann. Weitere Überlegungen waren dahingehend, dass zum Ausgleich der verschlechterten Bildqualität beispielsweise bestimmte Parameter des Sensormoduls angepasst werden müssenIn the course of the invention, it was found that temperature changes in particular can lead to undesired effects in a sensor module, which can worsen the image quality. Further considerations were that to compensate for the deteriorated image quality, for example, certain parameters of the sensor module must be adapted

Erfindungsgemäß wird daher ein optisches Sensormodul, insbesondere für ein Fahrzeug, vorgeschlagen, umfassend unter anderem ein Gehäuse, ein Objektiv, einen Imager, eine Blende, eine Steuereinheit sowie eine Linsenanordnung mit einem einstellbaren Linsenelement, wobei die Dioptrienzahl des einstellbaren Linsenelements mittels der Steuereinheit anpassbar ist.According to the invention, therefore, an optical sensor module, in particular for a vehicle, is proposed, comprising, inter alia, a housing, an objective, an imager, a diaphragm, a control unit and a lens arrangement with an adjustable lens element, the dioptric number of the adjustable lens element being adjustable by means of the control unit .

Bei dem optischen Sensormodul kann es sich insbesondere um eine Frontkamera oder um eine Surroundview-Kamera eines Fahrzeugs handeln.The optical sensor module can in particular be a front camera or a surround view camera of a vehicle.

Die Steuereinheit umfasst dabei unter anderem eine Recheneinheit sowie eine Steuerelektronik. Mittels der Recheneinheit können Daten verarbeitet und überwacht werden.The control unit includes, among other things, a computing unit and control electronics. The computing unit can be used to process and monitor data.

Die Steuerelektronik der Steuereinheit steuert die angelegte Spannung und/oder den angelegten Strom an dem einstellbaren Linsenelement, um je nach Linsenelement die Dioptrienzahl entsprechend anzupassen. Durch die Anpassung der Dioptrienzahl können in vorteilhafter Weise auftretende Brechungsfehler bzw. Bildlagefehler ausgeglichen und somit eine gute Bildqualität gewährleistet werden.The control electronics of the control unit controls the applied voltage and / or the applied current to the adjustable lens element in order to adjust the number of diopters accordingly, depending on the lens element. By adapting the number of dioptres, refractive errors or image position errors that occur can be compensated for in an advantageous manner and thus good image quality can be guaranteed.

Das einstellbare Linsenelement ist dabei ein zusätzliches Element, welches in die Linsenanordnung eingebracht wird.The adjustable lens element is an additional element which is introduced into the lens arrangement.

Grundsätzlich gilt, dass die Apertur der Linse über die Tiefenschärfe (Depth of Focus) den Temperaturbereich bestimmt, in dem das Kameramodul noch ein akzeptabel scharfes Bild liefert. Hierbei gilt vereinfacht die Relation: je kleiner die Apertur, desto größer der Temperaturbereich akzeptabler Schärfe, aber auch desto kleiner die transmittierte Lichtenergie pro Zeit. Eine Vergrößerung der Apertur würde die Transmission der Lichtenergie pro Zeit erhöhen und somit kürzere Integrationszeiten bei gleichem Signal-zu-Rauschen erlauben, aber zur gleichen Zeit auch den Temperaturbereich akzeptabler Schärfe verringern. Durch das einstellbare Linsenelement jedoch, kann vorteilhafterweise eine optimale Punktspreizfunktion für jeden Temperaturbereich erzielt werde, unabhängig davon wie die Größe der Apertur gewählt wurde. Weiterhin wird durch das einstellbare Linsenelement die optische Designfreiheit im Modul vergrößert und vereinfacht, beispielsweise die Optimierung eines Kameramoduls für schwaches Licht (Low Light), was im Automotivebereich einem der kritischsten Use-Cases entspricht.Basically, the aperture of the lens via the depth of focus determines the temperature range in which the camera module still delivers an acceptably sharp image. The following applies in a simplified manner: the smaller the aperture, the larger the temperature range of acceptable sharpness, but also the smaller the transmitted light energy per time. An enlargement of the aperture would increase the transmission of the light energy per time and thus allow shorter integration times with the same signal-to-noise, but at the same time also reduce the temperature range of acceptable sharpness. With the adjustable lens element, however, an optimal point spreading function can advantageously be achieved for each temperature range, regardless of how the size of the aperture was selected. Furthermore, the adjustable lens element increases and simplifies the optical design freedom in the module, for example the optimization of a camera module for low light, which is one of the most critical use cases in the automotive sector.

Weiter ist besonders bevorzugt die Steuereinheit dazu ausgestaltet Temperaturdaten des optischen Sensormoduls von einem Temperatursensor zu empfangen und zu überwachen. Denkbar wäre auch, dass die Bilddaten und deren Bildschärfe bzw. deren Veränderung überwacht wird. Hierdurch könnte eine indirekte Temperaturmessung basierend auf der durch die Temperatur induzierten Bildunschärfe erfolgen.Furthermore, the control unit is particularly preferably designed to receive and monitor temperature data of the optical sensor module from a temperature sensor. It would also be conceivable that the image data and their image sharpness or their change is monitored. This could result in an indirect temperature measurement based on the image blurring induced by the temperature.

Dies ist vorteilhaft, da das Sensormodul bei einer bestimmten Temperatur produziert wird. Ändert sich die Umgebungstemperatur im Betrieb wird es bei Über- oder Unterschreiten dieser bestimmten Temperatur zu mechanischen Veränderungen in bzw. an dem Modul kommen, wodurch sich die Position des Imagers gegenüber der Fokusebene verändert.This is advantageous because the sensor module is produced at a certain temperature. If the ambient temperature changes during operation, mechanical changes will occur in or on the module when this specific temperature is exceeded or not reached, as a result of which the position of the imager relative to the focal plane changes.

Besonders bevorzugt ist die Steuereinheit weiter dazu ausgestaltet einen Wert für einen Versatz einer Objektivfokusebene und einer Bildsensorebene basierend auf den Temperaturdaten zu bestimmen.The control unit is particularly preferably further designed to determine a value for an offset of an objective focus plane and an image sensor plane based on the temperature data.

Durch eine sehr hohe oder eine sehr niedrige Temperatur kommt es zu einer Expansion oder eine Kontraktion des gesamten Sensormoduls. Dadurch entsteht ein Versatz zwischen der Objektivfokusebene und der Bildsensorebene, was wiederum zu Bildlagefehlern und einem unscharfen Bild führt.A very high or a very low temperature results in an expansion or contraction of the entire sensor module. This creates an offset between the lens focus plane and the image sensor plane, which in turn leads to image position errors and a blurred image.

Die Steuereinheit kann den Versatz beispielsweise basierend auf den Temperaturdaten und Materialdaten etc. berechnen. Denkbar wäre auch, dass die Steuereinheit einen Wert für den Versatz aus einer Nachschlagetabelle (Look-up table) abruft, wobei jeder Temperatur bzw. einer bestimmten Temperaturspanne ein Wert für den Versatz zugeordnet ist. Diese Lösung ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da diese besonders leistungssparend und wenig rechenintensiv ist.The control unit can calculate the offset based on the temperature data and material data, etc., for example. It would also be conceivable that the control unit retrieves a value for the offset from a look-up table, a value for the offset being assigned to each temperature or a specific temperature range. This solution is particularly advantageous because it is particularly power-saving and not very computationally intensive.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist durch die anpassbare Dioptrienzahl des einstellbaren Linsenelement der Versatz der Objektivfokusebene und der Bildsensorebene ausgleichbar.In a further preferred embodiment, the offset of the lens focus plane and the image sensor plane can be compensated for by the adjustable number of diopters of the adjustable lens element.

Es wird entsprechend eine geeignete Dioptrienzahl berechnet, welche den Versatz ausgleichen kann und somit auch den Bildlagefehler ausgleicht, um die gewünschte Bildqualität bzw. Bildschärfe zu erhalten. Nach der Berechnung der Dioptrienzahl wird das einstellbare Linsenelement entsprechend von der Steuerelektronik angesteuert.A suitable number of dioptres is calculated accordingly, which can compensate for the offset and thus also compensate for the image position error in order to obtain the desired image quality or image sharpness. After calculating the number of diopters, the adjustable lens element is activated accordingly by the control electronics.

Bevorzugt ist das einstellbare Linsenelement eine Flüssiglinse, eine Polymer-Linse, eine Flüssigkristalllinse oder eine mechanisch bewegbare Linse.The adjustable lens element is preferably a liquid lens, a polymer lens, a liquid crystal lens or a mechanically movable lens.

Bei einer Flüssigkristalllinse kann beispielsweise durch das Anlegen einer Spannung die Ausrichtung der Flüssigkristalle geändert werden. Dadurch lässt sich beispielsweise die Brechkraft der Linse ändern. Flüssiglinsen bestehen in der Regel aus zwei unterschiedlichen Flüssigkeiten, welche nicht miteinander mischbar sind, welche aber eine möglichst gleiche Dichte aber unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen. Durch anlegen einer Spannung kann über den Effekt der Elektrobenetzung der Kontaktwinkel eines Tropfens an einem Kammerfenster der Linse und somit die Brennweite verändert werden. Eine Polymer-Linse besteht aus einer elastischen Polymer-Membran in welcher sich eine optische Flüssigkeit befindet. Durch Zu- bzw. Abführen der Flüssigkeit lässt sich der Fokusbereich der Linse ändern. In the case of a liquid crystal lens, the alignment of the liquid crystals can be changed, for example, by applying a voltage. This allows the refractive power of the lens to be changed, for example. Liquid lenses usually consist of two different liquids which cannot be mixed with one another, but which have the same density as possible but different refractive indices. By applying a voltage, the contact angle of a drop on a chamber window of the lens and thus the focal length can be changed via the effect of electrowetting. A polymer lens consists of an elastic polymer membrane in which an optical liquid is located. The focal area of the lens can be changed by adding or removing the liquid.

Weiter ist das einstellbare Linsenelement bevorzugt in eine Blendenöffnung einbringbar. Das einstellbare Linsenelemnt wird dabei in der Position der Blende entlang der optischen Achse in das Linsensystem eigebracht. Weiter kann das einstellbare Linsenelement bevorzugt in die Ebene der Aperturblende des Linsensystems eingebracht werden. Die Position der Blendenebene ist vorteilhaft, da hier Brennweitenänderungen des einstellbaren Linsenelements keine bzw. nur geringe Auswirkung auf die Bildgröße haben.Furthermore, the adjustable lens element can preferably be introduced into a diaphragm opening. The adjustable lens element is introduced into the lens system in the position of the diaphragm along the optical axis. Furthermore, the adjustable lens element can preferably be introduced into the plane of the aperture stop of the lens system. The position of the diaphragm plane is advantageous because here changes in the focal length of the adjustable lens element have little or no effect on the image size.

Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Verfahren zum Anpassen eines einstellbaren Linsenelements für ein optisches Sensormodul mit den folgenden Schritten vorgeschlagen:

  • - Erfassen von Temperaturdaten eines optischen Sensormoduls mittels eines Temperatursensors,
  • - Bestimmen eines Versatzes einer Objektivfokusebene und einer Bildsensorebene mittels einer Steuereinheit basierend auf den Temperaturdaten,
  • - Anpassen einer Dioptrienzahl des einstellbaren Linsenelements mittels der Steuereinheit zum Ausgleich des Versatzes.
According to the invention, a method for adapting an adjustable lens element for an optical sensor module with the following steps is also proposed:
  • - Acquisition of temperature data from an optical sensor module using a temperature sensor,
  • - Determination of an offset of an objective focus plane and an image sensor plane by means of a control unit based on the temperature data,
  • Adaptation of a diopter number of the adjustable lens element by means of the control unit to compensate for the offset.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird nach der Berechnung des Versatzes der Objektivfokusebene und der Bildsensorebene die zum Ausgleich des Versatzes geeignete Diotprienzahl mittels der Steuereinheit bestimmt. Hierfür werden Algorithmen verwendet, welche die Kantenübergänge auf Ihre Schärfe hin untersuchen und somit Rückschlüsse auf die Schärfe des Bildes ziehen. Durch kleine Anpassungen der Flüssiglinse werden diese Übergänge dann schärfer oder weicher, was der Recheneinheit als Indiz für die Regelungsrichtung dient. Der Algorithmus regelt so lange, bis eine optimale Schärfe der Übergänge erreicht ist.In a preferred embodiment of the method, after the offset of the lens focus plane and the image sensor plane has been calculated, the number of diopters suitable for compensating for the offset is determined by means of the control unit. For this, algorithms are used which examine the edge transitions for their sharpness and thus draw conclusions about the sharpness of the image. By making small adjustments to the liquid lens, these transitions become sharper or softer, which the computing unit serves as an indication of the control direction. The algorithm regulates until an optimal sharpness of the transitions is achieved.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Dioptrienzahl über eine Analyse der Bilddaten bestimmt.In a further preferred embodiment, the number of diopters is determined by analyzing the image data.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen du Ausführungsformen ergeben sich aus den Zeichnungen. Gleiche Merkmale oder Bestandteile wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einmalig mit den jeweiligen Bezugszeichen versehen.Further advantageous configurations du embodiments emerge from the drawings. For the sake of clarity, the same features or components have only been given the respective reference symbols once.

Darin zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Linsenanordnung gemäß einer Ausführungsform des Sensormoduls;
  • 2 eine weitere schematische Darstellung einer Linsenanordnung gemäß einer Ausführungsform des Sensormoduls;
  • 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Sensormoduls,
  • 4 ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens.
Show in it:
  • 1 a schematic representation of a lens arrangement according to an embodiment of the sensor module;
  • 2 a further schematic representation of a lens arrangement according to an embodiment of the sensor module;
  • 3 a schematic representation of an embodiment of the sensor module,
  • 4th a schematic flow diagram of an embodiment of the method.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Linsenanordnung 1a gemäß einer Ausführungsform des Sensormoduls 1. Die Linsenanordnung 1a weist dabei einen vorderen Teil 3 sowie einen hinteren Teil 4 der Linsenanordnung auf. Zwischen dem vorderen Teil 3 und dem hinteren Teil 4 ist ein einstellbares Linsenelement 2 angeordnet. Der vordere Teil 3 ist dabei der Teil bei welchem die Lichtstrahlen 6 zuerst auftreffen. Diese Lichtstrahlen 6 bewegen sich durch den vorderen Teil 3 über das einstellbare Linsenelement 2 und den hinteren Teil 4 hin zu dem Imager 7. 1 shows a schematic representation of a lens arrangement 1a according to one embodiment of the sensor module 1 . The lens arrangement 1a has a front part 3 as well as a rear part 4th the lens assembly. Between the front part 3 and the rear part 4th is an adjustable lens element 2 arranged. The front part 3 is the part where the light rays 6th hit first. These rays of light 6th move through the front part 3 via the adjustable lens element 2 and the back part 4th towards the imager 7th .

In 1 sind drei Darstellungen der Linsenanordnung 1a für verschiedene Szenarien I-III gezeigt. Das erste Szenario I beschreibt den Betrieb des Sensormoduls 1 bei einer Temperatur T=T_0, wobei T_0 einer Umgebungstemperatur entspricht, bei der das Sensormodul 1 gefertigt wurde. Das einstellbare Linsenelement 2 ist in diesem Szenario I nicht aktiv bzw. muss nicht aktiv sein, und es wird keine Dioptrienzahl angepasst. Je nach Linsensystem kann es notwendig sein, dass das einstellbare Linsenelement 2 eine spezifische Brennweite aufweist. In dem zweiten Szenario II hat sich die Temperatur erhöht und somit eine Expansion des Sensormoduls bzw. wie hier dargestellt der Linsenanordnung 1a hervorgerufen. Hierbei ändert sich auch die Linsenabbildung aufgrund der Temperatur. Hierzu zählen unter anderem Brechungsindizes, Linsenradien, Linsendicken und/oder Linsenposition. Es ergibt sich hierbei ein Versatz 5 zwischen der Objektivfokusebene OE und der Bildsensorebene BE, wobei hierbei der Abstand zwischen Objektivfokusebene OE und Bildsensorebene BE vergrößert wird. Das einstellbare Linsenelement 2 ist in diesem Szenario II ebenfalls nicht aktiv bzw. es wird keine Dioptrienzahl angepasst. Somit ergibt sich eine Fokusabweichung an dem Imager 7, was zu einer schlechteren Bildqualität bzw. einem unscharfen Bild führt. In dem dritten Szenario III wurde eine entsprechende Dioptrienzahl des einstellbaren Linsenelements eingestellt, wodurch der Versatz 5 ausgeglichen wurde und die Lichtstrahlen 6 somit wieder fokussiert an dem Imager 7 auftreffen.In 1 are three representations of the lens arrangement 1a for different scenarios I-III shown. The first scenario I. describes the operation of the sensor module 1 at one temperature T = T_0, where T_0 corresponds to an ambient temperature at which the sensor module 1 was made. The adjustable lens element 2 is in this scenario I. not active or does not have to be active and no diopter number is adjusted. Depending on the lens system, it may be necessary that the adjustable lens element 2 has a specific focal length. In the second scenario II the temperature has increased and thus an expansion of the sensor module or, as shown here, the lens arrangement 1a evoked. The lens image also changes due to the temperature. These include, among other things, refractive indices, lens radii, lens thicknesses and / or lens positions. This results in an offset 5 between the lens focus plane OE and the image sensor plane BE , with the distance between the lens focus plane OE and image sensor plane BE is enlarged. The adjustable lens element 2 is in this scenario II also not active or no diopter number is adjusted. This results in a focus deviation on the imager 7th which leads to poor image quality or a blurred image. In the third scenario III an appropriate number of diopters of the adjustable lens element was set, thereby reducing the offset 5 has been balanced and the rays of light 6th thus again focused on the imager 7th hit.

2 zeigt dieselben Bauteile wie 1 und ebenfalls drei verschiedene Szenarien I-III. Das erste Szenario I ist identisch mit dem aus 1. In dem zweiten Szenario II der 2 hat sich die Temperatur verringert was zu einer Kontraktion des Sensormoduls führt. Daraus resultiert ein Versatz 5 zwischen Objektivfokusebene OE und Bildsensorebene BE, wobei aufgrund der Kontraktion der Abstand zwischen Objektivfokusebene OE und Bildsensorebene BE verkleinert wird. In diesem Szenario II ist das einstellbare Linsenelement 2 nicht aktiv bzw. die Dioptrienzahl ist nicht angepasst. Dies führt zu einem defokussierten Auftreffen der Lichtstrahlen 6 auf dem Imager 7. In dem dritten Szenario III wurde eine entsprechende Dioptrienzahl des einstellbaren Linsenelements eingestellt, wodurch der Versatz 5 ausgeglichen wurde und die Lichtstrahlen 6 somit wieder fokussiert an dem Imager 7 auftreffen. 2 shows the same components as 1 and also three different scenarios I-III . The first scenario I. is identical to the one from 1 . In the second scenario II the 2 the temperature has decreased which leads to a contraction of the sensor module. This results in an offset 5 between lens focus plane OE and image sensor plane BE , where, due to the contraction, the distance between the lens focus plane OE and image sensor plane BE is reduced. In this scenario II is the adjustable lens element 2 not active or the dioptre number is not adjusted. This leads to a defocused impact of the light rays 6th on the imager 7th . In the third scenario III an appropriate number of diopters of the adjustable lens element was set, thereby reducing the offset 5 has been balanced and the rays of light 6th thus again focused on the imager 7th hit.

3 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Sensormoduls 1. Das Sensormodul 1 besteht dabei aus einer Linsenanordnung 1a und einem Gehäuse 1b. Weiterhin ist die Bildsensorebene BE gezeigt. Hierbei ist das gesamte Sensormodul 1 bei sich verändernder Temperatur T in drei verschiedenen Varianten A, B und C gezeigt. Weiterhin sind so genannten Punktspreizfunktionen (PSF) 8 für die jeweiligen Varianten A-C gezeigt. Die Werte 8a der Punktspreizfunktionen 8 verändern sich beispielsweise aufgrund von Abbildungsfehlern. Je niedriger der Wert 8a ist umso unschärfer wird das Bild. Je höher der Wert 8a auf der PSF 8 ist desto schärfer ist das Bild. Das Bezugszeichen 9 beschreibt einen Wert, bei dem die Schärfe des Bildes noch akzeptabel ist. 3 shows a schematic representation of an embodiment of the sensor module 1 . The sensor module 1 consists of a lens arrangement 1a and a housing 1b . Furthermore is the image sensor plane BE shown. Here is the entire sensor module 1 with changing temperature T in three different versions A. , B. and C. shown. Furthermore, so-called point spread functions (PSF) 8th for the respective variants AC shown. The values 8a the point spread functions 8th change due to imaging errors, for example. The lower the value 8a is, the blurrier the image. The higher the value 8a on the PSF 8th the sharper the image. The reference number 9 describes a value at which the sharpness of the image is still acceptable.

In der ersten Variante A wurde das Sensormodul 1 derart fokussiert, dass bei einer Temperatur T=T_0, also der Temperatur bei der Produktion des Sensormoduls die beste Bildschärfe erreicht wird. Ändert sich nun die Temperatur T, verändert sich auch der jeweilige Wert 8a der Punktspreizfunktion 8. In Variante A erreicht der Wert 8a bei T=T_0 den höchsten Wert und die beste Schärfe. Bei einer niedrigeren Temperatur T<T_0 wird der Wert 8a der PSF 8 niedriger und das Sensormodul 1 liefert ein unscharfes Bild. Dies ist auf die Kontraktion des Sensormoduls 1 und die Verschiebung der Bildsensorebene BE zurückzuführen. Wird die Temperatur T größer als T_0, also T>T_0, sinkt der Wert 8a der PSF 8 ebenfalls ab, was zu einem sehr unscharfen Bild führt. Der Wert 8a für T>T_0 liegt dabei auch unterhalb des Wertes 9 für eine akzeptable Schärfe.In the first variant A. became the sensor module 1 so focused that at one temperature T = T_0, i.e. the temperature during the production of the sensor module the best image sharpness is achieved. If the temperature changes now T , the respective value also changes 8a the point spread function 8th . In variant A. reaches the value 8a at T = T_0 the highest value and the best sharpness. At a lower temperature T <T_0, the value becomes 8a the PSF 8th lower and the sensor module 1 provides a blurred image. This is due to the contraction of the sensor module 1 and the displacement of the image sensor plane BE traced back. Will the temperature T greater than T_0, i.e. T> T_0, the value decreases 8a the PSF 8th also starting, resulting in a very blurry Image leads. The value 8a for T> T_0 is also below the value 9 for acceptable sharpness.

In der Variante B wurde die PSF 8 für kalte Temperaturen optimiert. Die Werte 8a für T=T_0 sowie T<T_0 liegen oberhalb des Wertes 9 für eine akzeptable Schärfe, wobei der Wert 8a bei T<T_0 aufgrund der Optimierung für kalte Temperaturen am höchsten ist. Der Wert 8a für T>T_0 liegt weiterhin unterhalb des Wertes 9. Somit würde auch hier bei hohen Temperaturen das Sensormodul ein unscharfes Bild liefern.In the variant B. became the PSF 8th optimized for cold temperatures. The values 8a for T = T_0 and T <T_0 are above the value 9 for acceptable sharpness, with the value 8a is highest at T <T_0 due to the optimization for cold temperatures. The value 8a for T> T_0 is still below the value 9 . The sensor module would therefore also deliver a blurred image here at high temperatures.

In Variante C wurde die PSF für warme Temperaturen optimiert. Bei dieser Variante ist festzustellen, dass bei T=T_0, T<T_0 und T>T_0 die zugehörigen Werte 8a alle oberhalb des Wertes 9 einer akzeptablen Schärfe liegen. Je nach Modulverhalten kann es sehr schwierig bzw. besonders bei geringer f-Zahl des Objektivs sogar unmöglich sein das temperaturabhängige Modulverhalten (z.B. Verschiebung der Bildebene, Materialausdehnung) allein durch passive Änderung der BFL (Back focal length) des Linsensystem zu kompensieren. Es wäre dann nicht möglich die Zielwerte der Bildschärfe für alle Betriebstemperaturen zu gewährleisten. Der Einsatz eines verstellbaren Linsenelements stellt hier eine mögliche Lösung dar.In variant C. the PSF was optimized for warm temperatures. With this variant it can be determined that with T = T_0, T <T_0 and T> T_0 the associated values 8a all above the value 9 an acceptable sharpness. Depending on the module behavior, it can be very difficult or even impossible, especially with a low f-number of the lens, to compensate for the temperature-dependent module behavior (e.g. shift of the image plane, material expansion) simply by changing the BFL (back focal length) of the lens system. It would then not be possible to guarantee the target values for image sharpness for all operating temperatures. The use of an adjustable lens element is a possible solution here.

4 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens. In Schritt S1 des Verfahrens werden Temperaturdaten eines optischen Sensormoduls mittels eines Temperatursensors erfasst. In einem zweiten Schritt S2 wird ein Versatz einer Objektivfokusebene und einer Bildsensorebene mittels einer Steuereinheit basierend auf den Temperaturdaten oder alternativ auf Basis der Bilddaten berechnet. In einem weiteren Schritt S3 wird eine Dioptrienzahl des einstellbaren Linsenelements mittels einer Steuerelektronik zum Ausgleich des Versatzes angepasst. 4th shows a schematic flow diagram of an embodiment of the method. In step S1 of the method, temperature data of an optical sensor module are recorded by means of a temperature sensor. In a second step S2, an offset of an objective focus plane and an image sensor plane is calculated by means of a control unit based on the temperature data or, alternatively, based on the image data. In a further step S3, a diopter number of the adjustable lens element is adjusted by means of control electronics to compensate for the offset.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
SensormodulSensor module
1a1a
LinsenanordnungLens assembly
1b1b
Gehäusecasing
22
einstellbares Linsenelementadjustable lens element
33
vorderer Teil der Linsenanordnungfront part of the lens assembly
44th
hinterer Teil der Linsenanordnungrear part of the lens assembly
55
VersatzOffset
66th
LichtstrahlenRays of light
77th
ImagerImager
88th
Punktspreizfunktion PSFPoint spread function PSF
8a8a
Wert der Punktspreizfunktion PSFValue of the point spread function PSF
99
Wert für eine akzeptable SchärfeValue for acceptable sharpness
BEBE
BildsensorebeneImage sensor level
OEOE
ObjektivfokusebeneLens focus plane
TT
Temperaturtemperature
I-IIII-III
SzenarienScenarios
A-CA-C
Variantenvariants

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102015205076 A1 [0002]DE 102015205076 A1 [0002]
  • DE 102015205077 B4 [0002]DE 102015205077 B4 [0002]

Claims (9)

Optisches Sensormodul (1), insbesondere für ein Fahrzeug, umfassend unter anderem ein Gehäuse (1b), ein Objektiv, einen Imager (7), eine Blende, eine Steuereinheit sowie eine Linsenanordnung (1a) mit einem einstellbaren Linsenelement (2), wobei eine Dioptrienzahl des einstellbaren Linsenelements (2) mittels der Steuereinheit anpassbar ist.Optical sensor module (1), in particular for a vehicle, comprising, inter alia, a housing (1b), an objective, an imager (7), an aperture, a control unit and a lens arrangement (1a) with an adjustable lens element (2), wherein a The number of diopters of the adjustable lens element (2) can be adjusted by means of the control unit. Optisches Sensormodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ausgestaltet ist Temperaturdaten des optischen Sensormoduls (1) von einem Temperatursensor zu empfangen und zu überwachen.Optical sensor module (1) according to Claim 1 , characterized in that the control unit is designed to receive and monitor temperature data of the optical sensor module (1) from a temperature sensor. Optisches Sensormodul (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit weiter dazu ausgestaltet ist einen Wert für einen Versatz (5) einer Objektivfokusebene (OE) und einer Bildsensorebene (BE) basierend auf den Temperaturdaten zu bestimmen.Optical sensor module (1) according to Claim 2 , characterized in that the control unit is further designed to determine a value for an offset (5) of an objective focus plane (OE) and an image sensor plane (BE) based on the temperature data. Optisches Sensormodul (1) nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinheit eine Dioptrienzahl des einstellbaren Linsenelement (2) bestimmbar ist, mittels welcher der Versatz (5) der Objektivfokusebene (OE) und der Bildsensorebene (BE) ausgleichbar ist.Optical sensor module (1) according to one of the Claims 1 - 3 , characterized in that a diopter number of the adjustable lens element (2) can be determined by means of the control unit, by means of which the offset (5) of the lens focus plane (OE) and the image sensor plane (BE) can be compensated. Optisches Sensormodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das einstellbare Linsenelement (2) eine Flüssiglinse, eine Polymer-Linse, eine Flüssigkristalllinse oder eine mechanisch bewegbare Linse ist.Optical sensor module (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the adjustable lens element (2) is a liquid lens, a polymer lens, a liquid crystal lens or a mechanically movable lens. Optisches Sensormodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das einstellbare Linsenelement (2) in eine Ebene der Aperturblende einbringbar ist.Optical sensor module (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the adjustable lens element (2) can be introduced into a plane of the aperture stop. Verfahren zum Anpassen eines einstellbaren Linsenelements (2) für ein optisches Sensormodul (1) mit den folgenden Schritten: - Erfassen (S1) von Temperaturdaten eines optischen Sensormoduls (1) mittels eines Temperatursensors, - Berechnen (S2) eines Versatzes (5) einer Objektivfokusebene (OE) und einer Bildsensorebene (BE) mittels einer Steuereinheit basierend auf den Temperaturdaten, - Anpassen (S3) einer Dioptrienzahl des einstellbaren Linsenelements (2) mittels der Steuereinheit zum Ausgleich des Versatzes (5).Method for adapting an adjustable lens element (2) for an optical sensor module (1) with the following steps: - Acquisition (S1) of temperature data from an optical sensor module (1) by means of a temperature sensor, - Calculation (S2) of an offset (5) of an objective focus plane (OE) and an image sensor plane (BE) by means of a control unit based on the temperature data, - Adaptation (S3) of a diopter number of the adjustable lens element (2) by means of the control unit to compensate for the offset (5). Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Berechnung des Versatzes (5) der Objektivfokusebene (OE) und der Bildsensorebene (BE) eine zum Ausgleich des Versatzes (5) geeignete Diotprienzahl mittels der Steuereinheit bestimmt wird.Procedure according to Claim 7 , characterized in that after the calculation of the offset (5) of the lens focus plane (OE) and the image sensor plane (BE) a suitable number of dioptres to compensate for the offset (5) is determined by means of the control unit. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dioptrienzahl durch eine Analyse von Bilddaten des Sensormoduls bestimmt wird.Procedure according to Claim 7 , characterized in that the number of diopters is determined by analyzing image data from the sensor module.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022117341A1 (en) 2022-07-12 2024-01-18 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Method for determining a distance to an object in a field of view of a camera, computer program, control unit for a vehicle camera, camera and driver assistance system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060045504A1 (en) * 2004-08-25 2006-03-02 Panavision Imaging, Llc Method and apparatus for controlling a lens, and camera module incorporating same
US20100182484A1 (en) * 2007-06-28 2010-07-22 Tomokuni Iijima Image pickup apparatus and semiconductor circuit element
US20140036084A1 (en) * 2011-04-18 2014-02-06 Magna Electronics, Inc. Vehicular camera with variable focus capability
DE102014104029B3 (en) * 2014-03-24 2015-04-23 Sick Ag Optoelectronic device and method for taking sharp images

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060045504A1 (en) * 2004-08-25 2006-03-02 Panavision Imaging, Llc Method and apparatus for controlling a lens, and camera module incorporating same
US20100182484A1 (en) * 2007-06-28 2010-07-22 Tomokuni Iijima Image pickup apparatus and semiconductor circuit element
US20140036084A1 (en) * 2011-04-18 2014-02-06 Magna Electronics, Inc. Vehicular camera with variable focus capability
DE102014104029B3 (en) * 2014-03-24 2015-04-23 Sick Ag Optoelectronic device and method for taking sharp images

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022117341A1 (en) 2022-07-12 2024-01-18 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Method for determining a distance to an object in a field of view of a camera, computer program, control unit for a vehicle camera, camera and driver assistance system

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