DE102021127662A1

DE102021127662A1 - Kamerasystem für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102021127662A1
Application number: DE102021127662.4A
Authority: DE
Inventors: Donald Peyrot
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2021-10-25
Filing date: 2021-10-25
Publication date: 2023-04-27
Also published as: WO2023072605A1

Abstract

Ein Kamerasystem (3) zur Montage an einer Windschutzscheibe (2) eines Kraftfahrzeugs (1) montiert weist eine Kamera (8) mit einer Linseneinheit (14) auf und ein optisches Element (11), das eine Struktur aufweist, die eine Vielzahl von Prismen (12) auf einer ersten Seite des optischen Elements (11) bildet. Das optische Element (11) ist in einem Sichtfeld (16) der Kamera (8) angeordnet und eine optische Achse (15) der Linseneinheit (14) verläuft durch das optische Element (11).

Description

Die vorliegende Erfindung ist auf ein Kamerasystem zum an einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs montiert werden gerichtet, wobei das Kamerasystem eine Kamera mit einer Linseneinheit aufweist. Die Erfindung ist ferner auf eine Kameraanordnung mit einem solchen Kamerasystem und einer Windschutzscheibe für ein Kraftfahrzeug und auf ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Kameraanordnung gerichtet.
Kameras, die ein äußeres Umfeld eines Kraftfahrzeus abbilden, werden für verschiedene Fahrerassistenzfunktionen oder andere Funktionen zum teilweise oder vollständig automatischen Fahren eines Kraftfahrzeugs verwendet. Eine übliche Position zum Montieren einer Kamera für die Überwachung des vorderen Umfeldes des Kraftfahrzeugs ist die innere Oberfläche der Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs.
Im Allgemeinen und insbesondere, wenn die optische Achse der Kamera ungefähr zur Straßenoberfläche parallel ist, ist die Windschutzscheibe mit Bezug auf die Straßenoberfläche und mit Bezug auf die optische Achse geneigt. Da Kraftfahrzeugkameras ein relativ großes vertikales Sichtfeld aufweisen, bedeutet dies, dass Licht beispielsweise vom Armaturenbrett reflektiert und in die Kamera eintreten kann, was zu einer verschlechterten Bildqualität führen kann. Um solche Reflexionen zu vermeiden, wird eine mechanische Komponente, die auch als Blende (englisch: „shutter“) bezeichnet wird, eingesetzt, die einen Teil der Windschutzscheibe abdeckt und daher Reflexionen, wie beschrieben, blockiert.
Da die Blende aus einem optisch opaken Material, beispielsweise einem grauen oder schwarzen Kunststoffmaterial, besteht, führt die Blende zu einem blinden Fleck im Sichtfeld des Fahrers. Dies kann von einem ästhetischen Blickwinkel aus, aber auch von einem Sicherheitsblickwinkel aus ein Nachteil sein, da es die freie Sicht des Fahrers beeinträchtigt. Insbesondere mit zunehmenden Sichtfeldern von modernen Kraftfahrzeugkameras nimmt die Größe der Blende auch zu, was das Problem noch schlimmer macht.
Aufgrund der Neigung der optischen Achse der Kamera mit Bezug auf die Windschutzscheibe kann ein Kameragehäuse oder ein Linsengehäuse an einem unteren Ende von der Windschutzscheibe entfernt sein, aber an einem oberen Ende bereits sehr nahe an der Windschutzscheibe liegen. Daher kann das Problem durch Verschiebung der Kamera näher an die Windschutzscheibe heran nicht bewältigt werden.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Menge an störenden Reflexionen, die in die Linseneinheit einer Kamera zum an einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs montiert werden eintreten, zu verringern.
Dieses Ziel wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs erreicht. Weitere Implementierungen und bevorzugte Ausführungsformen sind ein Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung basiert auf der Idee, ein optisches Element mit einer strukturierten Oberfläche, die eine Vielzahl von Prismen bildet, bereitzustellen. In dieser Weise kann der Strahlengang von Lichtstrahlen, die in die Linseneinheit eintreten, effektiv gefaltet werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Kamerasystem zum an einer Windschutzscheibe, insbesondere an einer inneren Oberfläche der Windschutzscheibe, eines Kraftfahrzeugs montiert werden, bereitgestellt. Das Kamerasystem weist eine Kamera mit einer Linseneinheit auf. Das Kamerasystem weist ein optisches Element auf, das eine Struktur aufweist, die eine Vielzahl von Prismen auf einer ersten Seite des optischen Elements bildet. Das optische Element ist in einem Sichtfeld der Kamera angeordnet und eine optische Achse der Linseneinheit verläuft durch das optische Element.
Insbesondere ist die Kamera dazu geeignet, an der Windschutzscheibe montiert zu werden, so dass sie Bilder, die ein äußeres Umfeld des Kraftfahrzeugs darstellen, durch die Windschutzscheibe hindurch aufnehmen kann.
Das Sichtfeld der Kamera kann als Raumwinkelbereich oder als Kombination eines Winkelbereichs, der ein vertikales Sichtfeld definiert, und eines Winkelbereichs, der ein horizontales Sichtfeld definiert, betrachtet werden.
Die Linseneinheit, die auch als Objektiv bezeichnet werden kann, der Kamera weist eine oder mehrere Linsen mit einer gemeinsamen optischen Achse auf, die der optischen Achse der Linseneinheit beziehungsweise der Kamera entspricht.
Das optische Element kann beispielsweise ein im Wesentlichen flaches optisches Element sein, wobei die erste Seite des optischen Elements strukturiert, insbesondere mikrostrukturiert, ist, um die Vielzahl von Prismen, insbesondere Mikroprismen, zu bilden. Selbst wenn die Strukturierung als Mikrostrukturierung bezeichnet wird und die Prismen als Mikroprismen bezeichnet werden, können die kleinsten physikalischen Abmessungen, beispielsweise die Seitenlängen der Basisflächen der Prismen, in der Größenordnung von mehreren Mikrometern bis zu mehreren Millimetern, beispielsweise von 1 µm bis 5 mm, liegen.
Die Prismen sind insbesondere als nicht-trunkierte Prismen, insbesondere als gerade Prismen, beispielsweise als dreieckige gerade Prismen, ausgebildet. Mit anderen Worten, jedes Prisma weist beispielsweise zwei kongruente Basisflächen auf, die zueinander parallel sind und eine polygonale, insbesondere eine dreieckige, Form oder Kontur aufweisen. Dabei können die Kanten des Polygons oder Dreiecks auch abgerundet sein, aber dennoch als Dreiecke oder Polygone bezeichnet werden. Eine solche Abrundung kann Kanteneffekte aufgrund von Lichtstreuung vermeiden. Ferner weist jedes Prisma eine Vielzahl von Verbindungsflächen auf, die insbesondere rechteckige Verbindungsflächen sind und die entsprechenden Kanten der Basisflächen verbinden. Die Anzahl von Verbindungsflächen ist gleich der Anzahl von Kanten der Basisflächen. Die Verbindungsflächen sind insbesondere zu den Basisflächen senkrecht. Eine Längsrichtung eines Prismas kann als Normalenrichtung zu den Basisflächen definiert sein, die zu den Verbindungsflächen parallel ist.
Insbesondere ist die Orientierung der Vielzahl von Prismen für alle Prismen gleich oder, mit anderen Worten, die Längsrichtungen aller Prismen der Vielzahl von Prismen sind zueinander parallel. Die Längsrichtungen der Prismen sind insbesondere zu einer Hauptebene des optischen Elements parallel. Das optische Element kann beispielsweise eine zweite Seite gegenüber der ersten Seite aufweisen, die eine ebene Oberfläche aufweisen kann, welche die Hauptebene definiert. Das optische Element kann beispielsweise ein Substrat beinhalten, das als Scheibe mit zwei entgegengesetzten ebenen Oberflächen gestaltet ist, wobei eine von ihnen die zweite Seite des optischen Elements bildet und die Prismen auf der anderen Seite des Substrats angeordnet sind.
Die Prismen und das optische Element sind insbesondere mit Bezug auf die Linseneinheit beziehungsweise die optische Achse derart orientiert, dass die optische Achse zu den Basisflächen der Prismen parallel ist.
Die Vielzahl von Prismen beinhaltet drei oder mehr Prismen. Die Gesamtzahl von Prismen kann beispielsweise zwischen 10 und 100.000 oder mehreren 100.000 liegen. Die Anzahl von Prismen kann beispielsweise 50 bis 100.000 Prismen oder 50 bis 10.000 Prismen sein. Die tatsächliche Anzahl von Prismen hängt von der tatsächlichen Implementierung, vom Sichtfeld der Kamera, vom verfügbaren Bauraum und so weiter ab.
Alle Prismen der Vielzahl von Prismen können beispielsweise identisch sein und können angeordnet sein, um ein eindimensionales Array auf der ersten Seite des optischen Elements zu bilden. Alternativ können die Prismen verschiedene Größen aufweisen, wobei aber die Seitenverhältnisse der jeweiligen Kanten der Basisflächen identisch sind. Mit anderen Worten, die Basisflächen aller Prismen können linear skaliert werden, um kongruent zu sein.
Insbesondere kann die Vielzahl von Prismen in einer periodischen Weise angeordnet sein. Mit anderen Worten, die erste Seite weist eine periodische Struktur auf, die die Vielzahl von Prismen oder das Array von Prismen bildet.
Insbesondere ist das optische Element im Wesentlichen flach. Dies bedeutet, dass die Breite und die Länge des optischen Elements, die gemäß der Hauptebene des optischen Elements definiert sind, signifikant größer sind als die Dicke des optischen Elements, die in einer zur Hauptebene senkrechten Richtung definiert ist. Dabei kann signifikant größer derart verstanden werden, dass die Länge und die Breite beide mindestens 10-mal die Dicke, insbesondere mindestens 100-mal die Dicke, sind.
Das optische Element, insbesondere die Vielzahl von Prismen, und gegebenenfalls das Substrat des optischen Elements sind für sichtbares Licht, das heißt für Licht mit einer Wellenlänge von 380 nm bis 750 nm, transparent.
Die Prismen und/oder das Substrat des optischen Elements können gegebenenfalls beispielsweise ein Kunststoffmaterial enthalten oder daraus bestehen, insbesondere ein transparentes Kunststoffmaterial, wie zum Beispiel Polymethylmethacrylat, PMMA, Polydimethylglutarimid, PMGI, oder Polycarbonat, PC.
Im Allgemeinen wirkt jedes der Prismen als optisch brechendes Element. Das optische Element kann jedoch auch als beugendes Element wirken.
Das optische Element kann beispielsweise mit der Kamera oder der Linseneinheit direkt oder indirekt, das heißt über eine weitere Komponente des Kamerasystems, verbunden sein. Das optische Element kann beispielsweise ein Teil der Kamera oder der Linseneinheit sein und kann beispielsweise innerhalb eines Linsengehäuses der Linseneinheit montiert sein. In anderen Implementierungen ist jedoch das optische Element separat von der Kamera und der Linseneinheit vorgesehen und das optische Element kann zwischen der Linseneinheit und der Windschutzscheibe angeordnet sein. Insbesondere ist die erste Seite des optischen Elements der Linseneinheit zugewandt und die zweite Seite des optischen Elements ist der Windschutzscheibe, insbesondere der inneren Oberfläche der Windschutzscheibe, zugewandt.
Da das Material des optischen Elements, insbesondere der Prismen, einen höheren Brechungsindex als Luft aufweist, kann der Strahlengang durch das optische Element effektiv gefaltet werden, so dass das Volumen im Umfeld der Kamera, welches zu nachteiligen Reflexionen führen kann, die in die Kamera eintreten, verringert werden kann. Daher kann die Größe eines Blendenelements (englisch: „shutter element“) zum Blockieren von solchen Reflexionen verringert werden oder das Blendenelement kann vollständig weggelassen werden. Ferner wird mittels des optischen Elements erreicht, dass die optische Achse nicht mehr notwendigerweise zur Straßenoberfläche parallel sein muss, was die Flexibilität des Kameradesigns und der Montageorientierung der Kamera erhöht. Insbesondere kann in bevorzugten Ausführungsformen die optische Achse sogar zu der Windschutzscheibe senkrecht sein. In dieser Weise kann der Abstand zwischen der Kamera und der Windschutzscheibe minimiert werden.
Die Verwendung der Vielzahl von Prismen, insbesondere eines Arrays von Mikroprismen, für das optische Element ist besonders vorteilhaft, da solche optischen Elemente kein großes Maß an Bauraum erfordern und mit geringem Gewicht hergestellt werden können, was den Einbau und die Montage des Kamerasystems im Fahrzeug vereinfacht. Aufgrund des geringen Gewichts wird es ferner vereinfacht, das optische Element mit Bezug auf die Kamera stabil zu halten.
Gemäß mehreren Implementierungen des Kamerasystems ist die Vielzahl von Prismen als periodisches Array von Prismen, insbesondere eindimensionales Array von Prismen, angeordnet.
Dies bedeutet insbesondere, dass alle Prismen dieselbe Orientierung aufweisen oder, mit anderen Worten, ihre Längsrichtungen parallel sind.
Gemäß mehreren Implementierungen ist das optische Element als beugendes optisches Element, beispielsweise als Blazegitter, gestaltet.
Selbst wenn das optische Element als beugendes Element ausgestaltet ist, können immer noch Brechungseffekte auftreten. Insbesondere, je kleiner die charakteristischen Abmessungen der Prismen, insbesondere die Abmessungen der Basisflächen, sind, desto relevanter sind die Beugungseffekte. Wenn beispielsweise die Kantenlängen der Basisflächen in der Größenordnung von einigen Mikrometern, beispielsweise zwischen 1 und 10 µm, liegen, kann das optische Element als beugendes optisches Element beziehungsweise Blazegitter wirken. Ein Vorteil der Verwendung von solch kleinen Strukturen beziehungsweise beugenden optischen Elementen besteht darin, dass Kanteneffekte aufgrund der Dominanz der Beugungseffekte weniger bedeutend werden.
Gemäß mehreren Implementierungen weist die Kamera ein Linsengehäuse auf, das die Linseneinheit, insbesondere auf dem Umfang, umschließt. Das optische Element ist außerhalb des Linsengehäuses angeordnet. Das Linsengehäuse kann beispielsweise einen hohlen Schaft oder einen Tubus aufweisen, der eine im Wesentlichen zylindrische innere Oberfläche aufweist. Die Linseneinheit, insbesondere die mindestens eine Linse der Linseneinheit, kann innerhalb des Tubus oder Schafts angeordnet sein.
Ein Vorteil der Anordnung des optischen Elements außerhalb des Linsengehäuses und insbesondere des Vorsehens des optischen Elements separat von der Kamera ist die erhöhte Flexibilität der Wahl eines speziellen Designs für die Kamera einerseits und des optischen Elements andererseits.
Das optische Element kann beispielsweise an der Windschutzscheibe, insbesondere an der inneren Oberfläche der Windschutzscheibe, befestigt werden oder kann zwischen der Windschutzscheibe und dem Linsengehäuse und der Linseneinheit dementsprechend angeordnet werden.
In anderen Implementierungen umschließt das Linsengehäuse auch das optische Element, insbesondere auf dem Umfang. Insbesondere kann das optische Element innerhalb des Tubus oder des Schafts oder innerhalb eines weiteren konzentrischen Tubus oder Schafts des Linsengehäuses angeordnet sein. In dieser Weise kann eine besonders kompakte Gestaltung des Kamerasystems erreicht werden.
Insbesondere ist das optische Element mit Bezug auf das Sichtfeld der Linseneinheit derart angeordnet, dass alles Licht, das in die Linseneinheit eintritt, notwendigerweise vorher durch das optische Element hindurchgetreten ist. Dies kann für Kamerasysteme, bei denen das optische Element außerhalb des Linsengehäuses angeordnet ist, oder für Kamerasysteme, bei denen das optische Element innerhalb des Linsengehäuses angeordnet ist, der Fall sein.
Gemäß mehreren Implementierungen ist die optische Achse der Linseneinheit zur ebenen Oberfläche auf der zweiten Seite des optischen Elements senkrecht. In dieser Weise kann das durch das optische Element belegte Volumen minimiert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Kameraanordnung für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt. Die Kameraanordnung weist ein Kamerasystem gemäß der Erfindung und eine Windschutzscheibe für das Kraftfahrzeug auf. Das Kamerasystem ist an der Windschutzscheibe, insbesondere an der inneren Oberfläche der Windschutzscheibe, montiert.
Gemäß mehreren Implementierungen der Kameraanordnung ist die optische Achse der Linseneinheit zur Windschutzscheibe senkrecht.
In dieser Weise kann die Größe einer Blende zum Blockieren von ungewollten Reflexionen vor dem Eintritt in die Linseneinheit durch Minimieren des Abstandes zwischen der Linseneinheit und der Windschutzscheibe minimiert werden.
In einigen Implementierungen schließt die optische Achse einen Winkel mit der Windschutzscheibe ein, insbesondere mit der inneren Oberfläche der Windschutzscheibe, der innerhalb des Intervalls [80°, 100°] oder innerhalb des Intervalls [88°, 102°] liegt oder der gleich 90° ist.
Mit anderen Worten, die Normalenrichtung oder die lokale Normalenrichtung zur inneren Oberfläche der Windschutzscheibe in der Position, in der die optische Achse durch die Windschutzscheibe verläuft, schließt einen Winkel mit der optischen Achse im Intervall [-10°, 10°] oder innerhalb des Intervalls [-2°, 2°] beziehungsweise einen Winkel von 0° ein.
Gemäß mehreren Implementierungen der Kameraanordnung, bei denen das optische Element außerhalb des Linsengehäuses angeordnet ist, ist das optische Element zwischen der inneren Oberfläche der Windschutzscheibe und der Linseneinheit angeordnet.
Insbesondere ist die ebene Oberfläche auf der zweiten Seite des optischen Elements der inneren Oberfläche der Windschutzscheibe zugewandt und kann zur inneren Oberfläche der Windschutzscheibe parallel sein. Das optische Element kann in einigen Implementierungen auch an der Windschutzscheibe befestigt sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug mit einer Kameraanordnung gemäß der Erfindung bereitgestellt.
Weitere Merkmale der Erfindung sind aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ersichtlich. Die vorstehend in der Beschreibung erwähnten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachstehend in der Figurenbeschreibung erwähnten und/oder in den Figuren gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen können von der Erfindung nicht nur in der jeweiligen angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen enthalten sein. Insbesondere sind Ausführungsformen und Merkmalskombinationen, die nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten Anspruchs aufweisen, auch von der Erfindung enthalten. Überdies sind Ausführungsformen und Merkmalskombinationen, die über die in den Rezitationen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen, von der Erfindung enthalten.
Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf spezielle beispielhafte Implementierungen und jeweilige schematische Zeichnungen im Einzelnen erläutert. In den Zeichnungen können identische oder funktional identische Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sein. Die Beschreibung von identischen oder funktional identischen Elementen wird mit Bezug auf verschiedene Figuren nicht notwendigerweise wiederholt.
In den Figuren zeigen

1 schematisch ein Kraftfahrzeug mit einer beispielhaften Implementierung einer Kameraanordnung gemäß der Erfindung,
2 eine schematische Seitenansicht einer Kameraanordnung,
3 eine schematische Draufsicht einer Kameraanordnung,
4 schematisch eine Windschutzscheibe mit einer Blende,
5 schematisch eine Seitenansicht einer beispielhaften Implementierung einer Kameraanordnung gemäß der Erfindung,
6 eine perspektivische Ansicht eines optischen Elements für die Verwendung in einer beispielhaften Implementierung eines Kamerasystems gemäß der Erfindung,
7 eine Seitenansicht des optischen Elements von 6,
8 schematisch ein Funktionsprinzip des optischen Elements von 6 und 7, und
9 schematisch eine Seitenschnittansicht einer weiteren beispielhaften Implementierung eines Kamerasystems gemäß der Erfindung.

1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Kameraanordnung 5 gemäß der Erfindung. Die Kameraanordnung 5 weist ein Kamerasystem 3 gemäß der Erfindung auf, das eine Kamera 8 und ein optisches Element 11 beinhaltet. Die Kameraanordnung 5 beinhaltet auch eine Windschutzscheibe 2 des Kraftfahrzeugs 1 und das Kamerasystem 3 ist an einer inneren Oberfläche der Windschutzscheibe 2 montiert.
Das Kraftfahrzeug 1 kann auch ein elektronisches Steuergerät, ECU, 4, das mit der Kamera 8 zum Empfangen, Verarbeiten und/oder Weiterleiten von Kamerabildern oder Videoströmen, die durch die Kamera 8 erzeugt werden, gekoppelt ist aufweisen. Die Kamera 8 ist insbesondere angeordnet, um ein äußeres Umfeld des Kraftfahrzeugs 1 durch die Windschutzscheibe 2 hindurch zu erfassen.
Die Kameraanordnung 5 und das Kamerasystem 3 gemäß der Erfindung werden mit Bezug auf 5 bis 9 im Folgenden genauer erläutert.
2 und 3 zeigen schematisch eine Seitenansicht beziehungsweise eine Draufsicht eines bekannten Kamerasystems 3', das ebenso an einer inneren Oberfläche 6' einer Windschutzscheibe 2 eines Kraftfahrzeugs montiert sein kann.
Das Kamerasystem 3' weist eine Kamera 8' und ein Kameragehäuse zum Montieren der Kamera 8' an der inneren Oberfläche 6' auf. Wie aus 2 zu sehen ist, liegt ein oberer Abschnitt der Kamera 8' nahe der inneren Oberfläche 6' oder berührt sogar die innere Oberfläche 6', während ein unterer Abschnitt der Kamera 8' aufgrund der geneigten Orientierung der optischen Achse der Kamera 8' mit Bezug auf die Windschutzscheibe 2' von der Windschutzscheibe 2' entfernt ist. Um Reflexionen von einem Armaturenbrett des Kraftfahrzeugs, die in die Linseneinheit der Kamera 8' eintreten, zu verhindern, kann daher ein Blendenelement 9' vorgesehen sein, das entsprechende Reflexionen blockiert. Das Blendenelement 9' weist eine Öffnung 10' auf, die auf die Kamera 8' und ihre optische Achse ausgerichtet ist, wie schematisch in 4 dargestellt.
Da das Blendenelement 9' einen blinden Fleck im Sichtfeld des Fahrers des Kraftfahrzeugs verursacht, ist es erwünscht, das Blendenelement 9' so klein wie möglich zu machen oder sogar das Blendenelement 9' vollständig wegzulassen.
In 5 ist eine schematische Seitenansicht einer beispielhaften Implementierung einer Kameraanordnung 5 gemäß der Erfindung, wie sie beispielsweise im Kraftfahrzeug 1 von 1 verwendet werden kann, gezeigt.
Die Kamera 8 des Kamerasystems 3 weist eine Linseneinheit mit einer oder mehreren Linsen auf, die eine optische Achse 15 aufweist. Das optische Element 11 ist insbesondere als im Wesentlichen flaches optisches Element 11 gestaltet und weist eine Struktur auf, die eine Vielzahl von Prismen 12 auf einer ersten Seite, die der Kamera 8 zugewandt ist, bildet, wie schematisch in 6 in einer perspektivischen Ansicht und in 7 in einer entsprechenden Seitenansicht gezeigt. In 6 und 7 sind die Prismen 12 als dreieckige Prismen gestaltet, wobei die Basisflächen insbesondere durch rechtwinklige Dreiecke definiert sind.
In bevorzugten Ausführungsformen ist die optische Achse 15 zur horizontalen Straßenoberfläche nicht parallel, sondern geneigt, wie schematisch in 5 dargestellt. Folglich liegt der Winkel, der zwischen der optischen Achse 15 und der inneren Oberfläche 6 eingeschlossen ist, näher an 90° oder kann sogar gleich 90° sein. Mit anderen Worten, der durch die optische Achse 15 und eine Normalenrichtung auf der inneren Oberfläche 6 eingeschlossene Winkel ist verringert oder sie können sogar parallel sein. In dieser Weise kann der Abstand zwischen der Kamera 8 und der Windschutzscheibe 2 minimiert werden.
Insbesondere ist das optische Element 11 im Sichtfeld 16 der Linseneinheit beziehungsweise der Kamera 8 angeordnet, so dass es vollständig den jeweiligen Querschnitt des Sichtfeldes 16 abdeckt. Mit anderen Worten, alle Lichtstrahlen, die in die Kamera 8 eintreten, sind notwendigerweise vorher durch das optische Element 11 hindurchgetreten.
In dem Beispiel der Prismen 12, das in 6 und 7 gezeigt ist, weisen alle Prismen 12 identische Abmessungen auf. Eine Hauptebene des optischen Elements 11, die in diesem Beispiel durch die x-y-Ebene gegeben ist, ist zu einer der Verbindungsflächen von jedem der Prismen 12 parallel. Insbesondere sind die Basisflächen der Prismen 12 zur Hauptebene senkrecht und zu der in diesem Beispiel durch die x-z-Ebene gegebenen Ebene parallel. Insbesondere kann im Fall von rechtwinkligen Dreiecken als Basisflächen einer der Schenkel von jedem der rechtwinkligen Dreiecke zur Hauptebene parallel sein.
Der Effekt des optischen Elements 11 ist schematisch in 8 angezeigt. Wie in 8 gezeigt, sind die Hypotenusen der Prismen 12 oder ihrer jeweiligen Basisflächen der Kamera 8 zugewandt. Ein Eckwinkel der Prismen 12, insbesondere der Winkel, den der Schenkel, der der Windschutzscheibe 2 zugewandt ist, mit den Hypotenusen einschließt, ist mit α bezeichnet. Eine Neigung der Windschutzscheibe 2 mit Bezug auf die Straßenoberfläche ist als θ₀ bezeichnet. Ferner wird als nicht einschränkendes Beispiel angenommen, dass die Windschutzscheibe 2 und das optische Element 11 oder mit anderen Worten die Prismen denselben Brechungsindex n₁ aufweisen, während der Brechungsindex von Luft mit n₀ bezeichnet ist.
Das Licht tritt in die Prismen 12 unter dem Winkel $θ_{1} = {sin}^{- 1} (\frac{n_{0} sin θ_{0}}{n_{1}})$
ein und tritt aus den Prismen 12 mit dem Winkel $θ_{2} = θ_{1} - α = {sin}^{- 1} (\frac{n_{0} sin θ_{0}}{n_{1}}) - α .$
aus.
Damit die Kamera 8 zur Windschutzscheibe 2 senkrecht ist, und um die Blendengröße zu minimieren, kann man θ₂ = 0 setzen und daher gilt $α = {sin}^{- 1} (\frac{n_{0} sin θ_{0}}{n_{1}}),$
was aufgrund einer Totalreflexion des unteren Teils des Sichtfeldes unwahrscheinlich ist. Wenn man den untersten Lichtstrahl des vertikalen Sichtfeldes betrachtet, ist somit der maximierte Prismenwinkel $α = {sin}^{- 1} (\frac{n_{0} sin (θ_{0} + V F O V / 2)}{n_{1}}),$
wobei VFOV der Winkel ist, der das gesamte vertikale Sichtfeld definiert.
Es wird betont, dass diese Wahl von α nur zur Erläuterung gewählt wurde und in einer tatsächlichen Implementierung anders sein kann.
In 9 ist eine Seitenschnittansicht einer weiteren beispielhaften Implementierung eines Kamerasystems 3 gemäß der Erfindung gezeigt. Die Kamera 8 weist ein Linsengehäuse 13 auf, das die Linseneinheit 14 umschließt. In dieser Implementierung ist das optische Element 11 auch innerhalb des Linsengehäuses 13 angeordnet und es kann daher als Teil der Kamera beziehungsweise der Linseneinheit 14 betrachtet werden. In solchen Implementierungen können die asymmetrischen Verzerrungen aufgrund des optischen Elements 11 minimiert werden.
Wie beschrieben, insbesondere mit Bezug auf die Figuren, ermöglicht es die Erfindung, die Größe eines Blendenelements zum Blockieren von ungewollten Reflexionen, die in eine Linseneinheit einer Kamera eintreten, die an einer inneren Oberfläche einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs montiert ist, zu verringern.

Claims

Kamerasystem (3) zum an einer Windschutzscheibe (2) eines Kraftfahrzeugs (1) montiert werden, wobei das Kamerasystem (3) eine Kamera (8) mit einer Linseneinheit (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass - das Kamerasystem (3) ein optisches Element (11) aufweist, das eine Struktur aufweist, die eine Vielzahl von Prismen (12) auf einer ersten Seite des optischen Elements (11) bildet; und - das optische Element (11) in einem Sichtfeld (16) der Kamera (8) angeordnet ist und eine optische Achse (15) der Linseneinheit (14) durch das optische Element (11) verläuft.
Kamerasystem (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Prismen (12) als periodisches Array von Prismen angeordnet ist.
Kamerasystem (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (11) als beugendes optisches Element ausgestaltet ist.
Kamerasystem (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (11) als Blazegitter ausgestaltet ist.
Kamerasystem (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Kamera (8) ein Linsengehäuse (13) aufweist, das die Linseneinheit (14) umschließt; und - das optische Element (11) außerhalb des Linsengehäuses (13) angeordnet ist.
Kamerasystem (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass - die Kamera (8) ein Linsengehäuse (13) aufweist, das die Linseneinheit (14) umschließt; und - das Linsengehäuse (13) das optische Element (11) umschließt.
Kamerasystem (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (11) eine ebene Oberfläche auf einer zweiten Seite aufweist, die zur ersten Seite entgegengesetzt ist.
Kamerasystem (3) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse (15) der Linseneinheit (14) senkrecht zu der ebenen Oberfläche ist.
Kamerasystem (3) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Vielzahl von Prismen (12) zwei Basisflächen aufweist, die senkrecht zu der ebenen Oberfläche sind.
Kamerasystem (3) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisflächen von allen der Vielzahl von Prismen (12) zueinander parallel sind.
Kamerasystem (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Prismen (12) eine Vielzahl von dreieckigen Prismen ist.
Kameraanordnung (5) für ein Kraftfahrzeug (1), wobei die Kameraanordnung (5) eine Windschutzscheibe (2) für ein Kraftfahrzeug (1) und ein Kamerasystem (3) aufweist, das an der Windschutzscheibe (2) montiert ist und nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgestaltet ist.
Kameraanordnung (5) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass - das Kamerasystem (3) gemäß Anspruch 5 ausgestaltet ist; und - das optische Element (11) zwischen einer inneren Oberfläche (6) der Windschutzscheibe (2) und der Linseneinheit (14) angeordnet ist.
Kameraanordnung (5) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse einen Winkel mit der Windschutzscheibe (2) einschließt, der innerhalb des Intervalls [80°, 100°] oder innerhalb des Intervalls [88°, 102°] liegt oder der gleich 90° ist.
Kraftfahrzeug (1) mit einer Kameraanordnung (5) nach einem der Ansprüche 12 bis 14.