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Optical system e.g. for motor vehicle environment observation camera, includes decoupling- and deflection-wedge for conveying light-beam from object to aperture

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Publication number
DE10245085A1
DE10245085A1 DE2002145085 DE10245085A DE10245085A1 DE 10245085 A1 DE10245085 A1 DE 10245085A1 DE 2002145085 DE2002145085 DE 2002145085 DE 10245085 A DE10245085 A DE 10245085A DE 10245085 A1 DE10245085 A1 DE 10245085A1
Authority
DE
Grant status
Application
Patent type
Prior art keywords
camera
image
observation
light
aperture
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE2002145085
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German (de)
Inventor
Joachim Dr. Massen
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ADC Automotive Distance Control Systems GmbH
Original Assignee
ADC Automotive Distance Control Systems GmbH
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Abstract

An optical system for a camera has at least one first object-side focusing optics, a second image-side focusing optics and field of view aperture and a image-sensor between the two. The optical system has a decoupling- or deflection-unit for conveying a light-beam from an object and then defined by the field-of-view aperture, and broken down into at least two part-bundles of rays which are recorded by the image-sensor parallel or successively for increasing the light/dark dynamics of the camera. Independent claims are included (A) for a vehicle environment observation camera and (B) a method for image recording for a vehicle observation camera.

Description

  • [0001] [0001]
    Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System für eine Kamera, mit mindestens einer ersten, objektseitigen Fokussierungsoptik, einer zweiten, bildseitigen Fokussierungsoptik und einer zwischen der ersten und der zweiten Fokussierungsoptik angeordneten Gesichtsfeldblende. The present invention relates to an optical system for a camera, comprising at least a first object-side focusing optical system, a second image-side focusing optical system and, arranged between the first and the second focussing optics field stop.
  • [0002] [0002]
    Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zur Bildaufzeichnung für eine Fahrzeugumfeldbeobachtungs-Kamera für Kraftfahrzeuge. The invention also relates to a method for image recording for a vehicle environment observation camera for vehicles.
  • [0003] [0003]
    Künftig werden voraussichtlich immer mehr Kraftfahrzeuge Systeme zur Beobachtung des näheren und weiteren Umfelds des Fahrzeugs aufweisen. In the future, more and more vehicles will have systems for monitoring the surroundings of the vehicle closer and further expected. Dies schließt Systeme ein, welche die Bewegung des Fahrzeugs als Ganzes und als bewegliches Objekt in einem Verkehrsstrom auf der Straße ermitteln. This includes systems that determine the movement of the vehicle as a whole, as a movable object in a traffic flow on the road.
  • [0004] [0004]
    Auf der Grundlage dieser Systeme kann eine zielgerichtete Führung und Lenkung des Fahrzeugs zur Fahrerassistenz oder zur Navigation und eine Erweiterung von Insassenschutzsystemen bis hin zur Aufprallvermeidung realisiert werden. On the basis of these systems targeted guidance and steering of the vehicle driver assistance or for navigation and an extension of occupant protection systems to impact avoidance can be realized. Solche Systeme bilden auch die Basis für semiautonomes oder sogar autonomes Fahren. Such systems also form the basis for semi-autonomous or even autonomous driving.
  • [0005] [0005]
    Als Systeme zur Fahrzeugumfeldbeobachtung sind neben den zur Abstands- und Folgeregelung bekannten Radarsystemen insbesondere Kamerasysteme (Fahrzeugumfeldbeobachtungs-Kamera) mit bildgebenden Sensoren (Bildsensoren) auf der Basis des sichtbaren Lichts oder auch im Infrarotbereich geeignet. As systems for vehicle surroundings monitoring, besides the known distance and the sequence control radar systems, in particular camera systems (vehicle surroundings observation camera) using imaging sensors (image sensors) suitable on the basis of visible light or in the infrared range.
  • [0006] [0006]
    Die Kamerasysteme müssen in der Dämmerung und unter starker Sonnenbestrahlung hinreichend sicher und genau ar beiten. The camera systems have reasonable certainty at dusk and directly exposed to sunlight and accurately ar BEITEN. Dies erfordert einen sehr hohen Dynamikbereich des Bildsensors. This requires a very high dynamic range of the image sensor.
  • [0007] [0007]
    Der Begriff „Dynamikbereich" oder „Dynamikumfang" bedeutet hier und im folgenden einen Bereich für eine Hell/Dunkel-Dynamik. The term "dynamic range" or "dynamic range" here and below means a portion of a light / dark dynamic. Das bedeutet einen Helligkeitsbereich, in dem Bildkontraste noch hinreichend aufgelöst werden können. This means a brightness range, can be adequately resolved yet in the image contrast. Der Dynamikumfang wird in dB -auf Grundlage einer logarithmische Skala- angegeben und beschreibt das Verhältnis zwischen dem Sättigungssignal und dem Rauschpegel des Sensors. The dynamic range is specified in dB -on the basis of a logarithmic scale and describes the relationship between the saturation signal and the noise level of the sensor.
  • [0008] [0008]
    Unter dem Begriff „elektronischer Dynamikbereich" ist hier und im folgenden der Dynamikumfang D elektronisch zu verstehen, der sich aus der Definition eines Spannungsverhältnisses oder eines Stromverhältnisses (Photostrom I) ergibt: The term "electronic dynamic range" is understood here and electronically in following the dynamic range D, the results from the definition of a voltage ratio or current ratio (photocurrent I): D elektronisch = 20 · log (I hell / I dunkel D electronic = 20 * log (I light / dark I
  • [0009] [0009]
    Demgegenüber ergibt sich die „optische Dynamik" D optisch aus der Definition eines Leistungsverhältnisses, der optischen Empfangsleistung P: In contrast, the "optical dynamic" D yields optically from the definition of a power ratio of the optical reception power P: D optisch = 10 · log (P hell / P dunkel D optically = 10 · log (P light / dark P
  • [0010] [0010]
    Es gilt: The following applies: D elektronisch = 2 · Doptisch D = 2 x electronically Doptisch
  • [0011] [0011]
    Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches System für eine Kamera zu schaffen, das deren Dynamikumfang verbessert und insbesondere den Dynamikanforderungen im Kraftfahrzeugbereich genügt. The invention has for its object to provide an optical system for a camera, which improves their dynamic range and in particular satisfies the dynamic requirements in the automotive field.
  • [0012] [0012]
    Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. This object is solved by the features of the independent claims of the invention. Durch die Merkmale der davon abhängigen Unteransprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen angegeben. By the features of the dependent sub-claims advantageous developments are given.
  • [0013] [0013]
    Nach der Erfindung wird die Aufgabe durch ein optisches System für eine Kamera gelöst, das mindestens eine erste, objektseitige Fokussierungsoptik, eine zweite, bildseitige Fokussierungsoptik, eine zwischen der ersten und der zweiten Fokussierungsoptik angeordnete Gesichtsfeldblende eine Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit und einen Bildsensor aufweist, mittels der ein Lichtstrahl, der von einem Objekt ausgeht und durch die Gesichtsfeldblende begrenzt wird, in mindestens zwei Teilbündel zerlegt wird und die Teilbündel parallel oder nacheinander von dem Bildsensor aufgezeichnet werden, zwecks Erhöhung der Hell/Dunkel-Dynamik der Kamera. According to the invention the object is achieved by an optical system for a camera, comprising at least a first object-side focusing optical system, a second image-side focusing optical system, disposed between the first and second focussing optics field stop a Auskopplungs- or deflection unit, and an image sensor, means of a light beam emanating from an object and is limited by the field diaphragm, is divided into at least two partial bundles and the partial bundles are recorded in parallel or sequentially by the image sensor, in order to increase the light / dark-dynamics of the camera. Es ist demnach wesentlich, dass die Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit ein Mittel aufweist, das geeignet ist, den aus dem Bereich der Gesichtsfeldblende ausfallenden Lichtstrahl zu teilen und somit einen bestimmten Anteil des Lichtstrahls von dem restlichen Lichtstrahl auszukoppeln bzw. abzulenken, damit diese örtlich oder zeitlich getrennt aufgezeichnet werden können. It is therefore essential that the Auskopplungs- or deflection unit comprises a means which is adapted to divide the emerging from the area of ​​the field diaphragm light beam and thus decouple or divert a certain portion of the light beam from the remaining light beam, so that this time locally or may be recorded separately.
  • [0014] [0014]
    Der ausgekoppelte bzw. abgelenkte Strahl und der nicht ausgekoppelte bzw. nicht abgelenkte Restanteil des ursprünglichen Strahls (Reststrahl) werden dabei in ihrer Intensität oder Helligkeit so gewählt, dass sie sich ergänzen. The decoupled or deflected beam and the non-decoupled or undeflected residual portion of the original beam (remaining beam) are in this case chosen in its intensity or brightness so that they complement each other. Der Dynamikumfang des den Lichtstrahl aufnehmenden Bildsensors kann so vorteilhaft stark erhöht werden. The dynamic range of the light beam receiving image sensor can be increased so much beneficial. Es ist möglich, den Gesamtdynamikumfang nahezu zu verdoppeln. It is possible to double the overall dynamic range almost.
  • [0015] [0015]
    Es ist nach der Erfindung vorgesehen, dass die erste Fokussierungsoptik ein erstes Bild entwirft, das von der Gesichtsfeldblende begrenzt wird und dass mittels der Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit ein zweites Bild erzeugt wird, das im wesentlichen mit dem ersten Bild übereinstimmt. There is provided according to the invention in that the first focusing lens designs a first image, which is limited by the field stop and that a second image is formed by means of the Auskopplungs- or deflection unit, substantially coincides with the first image. Durch das optische System wird somit das durch die Gesichtsfeldblende begrenzte Bild verdoppelt. By the optical system, the limited by the field diaphragm image is thus doubled. Es entstehen gleichzeitig zwei Bilder, die auf dem Bildsensor dargestellt werden. simultaneously creates two images that are displayed on the image sensor. Die zwei Bilder werden dabei in ihrer Helligkeit so gewählt, dass sich vorteilhaft eine Ergänzung des Dynamikbereichs des Bildsensors ergibt. The two images are selected here in their brightness so that an advantageous complement the dynamic range of the image sensor results. Der Gesamtdynamikumfang kann nahezu verdoppelt werden. The overall dynamic range can be almost doubled.
  • [0016] [0016]
    Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit der zweiten optischen Fokussierungsoptik zugeordnet ist und einen optischen Keil oder ein zumindest annähernd keilförmiges Prisma aufweist oder dass die Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit als ein Teil einer der zweiten optischen Fokussierungsoptik zugeordneten Linse, insbesondere als ein Linsensegment, ausgebildet ist. According to the invention it is provided that the Auskopplungs- or deflection unit of the second optical focusing optics is assigned and having an optical wedge or an at least approximately wedge-shaped prism, or the Auskopplungs- or deflection unit associated as a part of the second optical focusing optics lens, particularly as a lens segment , is trained.
  • [0017] [0017]
    Nach der Erfindung ist es vorgesehen, dass die erste und zweite Fokussierungsoptik zumindest eine Sammellinse aufweist. According to the invention it is provided that the first and second focusing lens comprises at least one converging lens. Die Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit wird vorzugsweise durch ein die optischen Eigenschaften, wie Brechungseigenschaften, des Randbereichs der zweiten, bildseitigen Fokussierungsoptik veränderndes Mittel dargestellt. The Auskopplungs- or deflection unit is preferably represented by the optical properties such as refractive properties of the edge region of the second, image-side focusing optics modifying agent. Es können die Brechungseigenschaften des Randbereichs direkt verändert werden durch besondere Ausgestaltung oder Materialeigenschaften des Randbereichs dieser Linse oder aber es können zusätzliche optische Mittel, wie ein keilförmiges Prisma, im Randbereich angeordnet sein. It can be directly changed by special design or material properties of the edge region of this lens or but additional optical means, such as a wedge-shaped prism can be arranged in the edge region, the refractive properties of the edge region.
  • [0018] [0018]
    Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass das von der ersten Fokussierungsoptik entworfene erste Bild mittels der Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit ein zweites Mal im wesentlichen räumlich getrennt, vorzugsweise parallelverschoben, auf dem Bildsensor abgebildet wird. According to the invention, it is provided that the designed from the first focusing optics first image by means of the deflection unit Auskopplungs- or substantially spatially separated from a second time, preferably parallel shifted, is imaged on the image sensor. Demnach wird nicht nur ein einziges Bild auf dem Sensor entworfen, sondern zwei mal dasselbe Bild nebeneinander mit unterschiedlich starker Intensität auf den Bildsensor abgebildet. Thus, a single image on the sensor is not only designed but two times side by side displayed the same image with different degrees of intensity on the image sensor.
  • [0019] [0019]
    Es können nach der Erfindung die Bilder aber auch übereinander projiziert werden. It can be projected to the invention, the images but also about each other. Das von der ersten Fokussierungsoptik entworfene erste Bild wird dann mittels der Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit ein zweites Mal im wesentlichen an demselben Ort auf dem Bildsensor abgebildet. Designed by the first focusing optics first image is then mapped by means of the Auskopplungs- or deflection unit a second time in substantially the same location on the image sensor.
  • [0020] [0020]
    Beide Bilder werden aber zeitlich getrennt. Both images are but separated in time. Dies kann beispielsweise durch mechanische Blenden (Shutter) oder durch optoelektronische Schalter, die zB nach dem Prinzip von Flüssigkristallanzeigen arbeiten, realisiert werden. This may for example by a mechanical diaphragm (shutter) or be realized by opto-electronic switch, for example, operate on the principle of liquid crystal displays.
  • [0021] [0021]
    Als Bildsensoren sind alle bekannten und denkbaren Sensoren für eine Bilderfassung geeignet, insbesondere Multisensorstrukturen aus lichtempfindlichen Elementen (Bildpunkten bzw. Pixeln), die in Zeilen- oder Matrixform angeordnet sind und ihr Licht aus der erfindungsgemäßen Optik erhalten. As image sensors, all known and conceivable sensors are suitable for an image acquisition, in particular multi-sensor structures of photosensitive elements (pixels or pixels) that are arranged in line or matrix form and receive their light from the inventive optics.
  • [0022] [0022]
    Durch die Erfindung ist auch eine Anwendung von Bildsensoren mit einer relativ niedrigen Dynamik zur Umfeldbeobachtung im Kraftfahrzeugbereich möglich. The invention also provides an application of image sensors having a relatively low dynamic environment for observation in the automotive field is possible. Erfindungsgemäß weisen die Bildsensoren einen Dynamikumfang in einem Bereich von vorzugsweise 50 bis 100 dB elektronischer Dynamikumfang auf. According to the invention, the image sensors a dynamic range in a range of preferably 50 to 100 dB electronic dynamic range.
  • [0023] [0023]
    Es können auch Si-Bildsensoren (CCD Charge-Coupled Devices) verwendet werden. It can also be used Si image sensors (CCD Charge-Coupled Devices). Bei den CCD-Bildsensoren werden durch das über eine transparente Elektrode einfallende Licht proportional zur Intensität und Belichtungszeit Ladungsträger erzeugt, die in einem „Potentialsumpf" (Si-SiO 2 -Grenzschicht) gesammelt werden. Mit weiteren Elektroden werden diese Ladungen in eine lichtundurchlässige Zone verschoben und in „analogen" Schieberegistern (Eimerkettenprinzip) zeilenweise in ein Ausgangsregister weitertransportiert, das mit hoher Taktrate seriell ausgelesen wird. In the CCD image sensors incident light are generated in proportion to the intensity and exposure time charge carriers by a transparent electrode, which are in a "potential sump" (Si-SiO 2 -Grenzschicht) collected. With further electrodes, these charges are transferred in an opaque zone and "analog" shift registers (bucket brigade principle) line by line, which is read serially at high clock rate transported further in an output register. Durch das erfindungsgemäße optische System kann die relativ begrenzte Hell-Dunkeldynamik dieser CCD-Sensoren von ca. 60 dB so stark verbessert werden, dass diese zumindest für einige Anwendungsfälle mit geringerer Dynamikanforderung eingesetzt werden können. The inventive optical system, the light-dark relatively limited dynamics of these CCD sensors can thus be greatly improved by about 60 dB, that they can be used at least for some applications with reduced dynamics requirement.
  • [0024] [0024]
    Vorzugsweise werden aber auf CMOS-Technik beruhende Bildsensoren eingesetzt. But preferably based on CMOS technology, image sensors are used. Die hier mögliche logarithmische Helligkeit/Signalkennlinie entspricht dem menschlichen Auge und weist eine Dynamik von bis zu 120 dB auf. The possible here logarithmic brightness / signal characteristic corresponding to the human eye and has a dynamic range of up to 120 dB. Bei Verwendung von CMOS-Sensoren kann auch eine Blendensteuerung entfallen. When using CMOS sensors, iris control is not necessary. Eine konstante Kontrastauflösung im gesamten Helligkeitsbereich wird ermöglicht. A constant contrast in the entire brightness range is possible. Diese Sensoren gestatten darüber hinaus vorteilhaft einen wahlfreien Zugriff auf die einzelnen Pixel bei gleichzeitig höherer Empfindlichkeit (höhere Ausleserate). These sensors also enable advantageously a random access to the individual pixels at the same time, higher sensitivity (higher read-out rate). Auch eine erste Vorverarbeitung der Signale auf dem Bildsensorchip ist möglich. A first pre-processing of the signals on the image sensor chip is possible.
  • [0025] [0025]
    In einer besonders günstigen Ausführungsform der Erfindung werden an sich bekannte, bereits in großen Stückzahlen produzierte Formate für die Sensoren eingesetzt, vorzugsweise CMOS-Kamerasensoren, mit im wesentlichen einer VGA-Auflösung (640 × 480 Pixel) oder SVGA-Auflösung (800 × 600 Pixel). In a particularly favorable embodiment of the invention are known per se, already in large numbers produced formats for the sensors used, preferably CMOS camera sensors having substantially a VGA resolution (640 × 480 pixels) or SVGA (800 × 600 pixels ).
  • [0026] [0026]
    Für eine Anwendung in einer Fahrzeugumfeldbeobachtungs-Kamera, zB zur Spurerkennung, wird das VGA- oder SVGA-Format nicht vollständig benötigt. For use in a vehicle environment observation camera, eg for track identification, the VGA or SVGA format is not fully needed. Daher wird eine Hälfte des Bildsensorchips jeweils zur Darstellung eines der beiden Bildern genutzt, um das Bild zweimal zeitparallel aufzunehmen. Therefore, a half of the image sensor chips is used to represent each one of the two images in order to capture the image twice time parallel. Durch Verwendung der Standardformate sind die Kosten des Systems gering. By using the default formats, the cost of the system are low. Denn diese werden bereits in großen Stückzahlen gefertigt. Because they are already manufactured in large numbers.
  • [0027] [0027]
    Die Erfindung ist aber ausdrücklich nicht auf die Verwendung dieser Standard-Sensoren beschränkt. The invention is not specifically limited to the use of these standard sensors. Es ist beispielsweise vorgesehen, auch spezielle hochdynamische Sensoren beim optischen System nach der Erfindung zu verwenden. It is provided, for example, to use special highly dynamic sensors in the optical system according to the invention. Insbesondere ist eine Anwendung von sogenannten TFA (Thin Film an ASIC)-Chips als Bildsensoren vorgesehen. In particular, an application of so-called TFA (thin film on ASIC) chip is provided as the image sensors. Durch Einsatz dieser Sensoren kann ein Dynamikumfang von insgesamt größer 200 dB erreicht werden. By using these sensors, a total dynamic range of greater than 200 dB can be achieved. Diese Systeme können dann auch bei geringer Lichtstärke, insbesondere in der Dämmerung oder in der Nacht, zB als Nachtsichtgeräte, eingesetzt werden. These systems can then even at low light intensity, especially at dusk or at night, for example, be used as night vision devices.
  • [0028] [0028]
    Das erfindungsgemäße optisches System wird vorzugsweise für eine Fahrzeugumfeldbeobachtungs-Kamera für Kraftfahrzeuge, eingesetzt. The optical system according to the invention is preferably used for a vehicle environment observation camera for vehicles.
  • [0029] [0029]
    Die zugrundeliegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Bildaufzeichnung für eine Fahrzeugumfeldbeobachtungs-Kamera für Kraftfahrzeuge, gelöst, bei dem ein Objektbild separiert wird in mindestens zwei Bilder und die zwei Bilder zeitlich oder örtlich getrennt erfasst werden. The underlying object is also achieved by a method for image recording for a vehicle environment observation camera for motor vehicles, in which an object image is separated two images and the two images are recorded separately in time or place at least. Anschließend können die beiden getrennten Bilder umgewandelt, verstärkt und/oder aufbereitet werden, zwecks Erhöhung des Dynamikbereichs der Kamera. Subsequently, the two separate images can be converted, amplified and / or processed, in order to increase the dynamic range of the camera.
  • [0030] [0030]
    Bei dem Verfahren weisen die Signalumwandlung-, verstärkung und -aufbereitung zumindest folgende Schritte, einzeln oder in Kombination miteinander, auf: eine Ladungsträgerintegration oder Direktauslese, einen beliebigen Pixelzugriff, ein „dual-sampling", einen „regional shutter", eine Analog-Digital-Wandlung der Bildinformationen, ein „correlated double sampling, eine digital Signalverarbeitung (Integration auf demselben Chip), eine analoge oder digitale Signalintegration zur Rauschunterdrückung und/oder eine Fensterbildung (elektronisches Zoom). In the processes, the Signalumwandlung-, reinforcement and processing at least the following steps, either individually or in combination, on a carrier integration or direct readout, any pixel access, a "dual-sampling", a "regional shutter", an analog-to-digital -transition of the image information, a "correlated double sampling, a digital signal processing (integration on the same chip), an analog or digital signal integration for noise suppression and / or a windowing (electronic zoom).
  • [0031] [0031]
    Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen ( The invention is (in the following description with reference to the accompanying drawings 1 1 und and 2 2 ) näher erläutert. below) in more detail.
  • [0032] [0032]
    Die The 1 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform des optischen Systems mit einem optischen Keil als Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit. schematically shows an embodiment of the optical system with an optical wedge as Auskopplungs- or deflection unit.
  • [0033] [0033]
    Die The 2 2 zeigt schematisch eine Ausführungsform des optischen Systems mit einem Linsensegment als Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit. schematically shows an embodiment of the optical system with a lens segment as Auskopplungs- or deflection unit.
  • [0034] [0034]
    In der In the 1 1 ist ein optisches System für eine Kamera zur Fahrzeugumfeldbeobachtung dargestellt. an optical system for a camera is shown to the vehicle surroundings monitoring. Das optische System weist im wesentlichen eine erste, objektseitige Fokussierungsoptik The optical system has essentially a first object-side focusing optics 1 1 , eine zweite, bildseitige Fokussierungsoptik A second, image-side focusing optics 2 2 und eine dazwischen angeordnete Gesichtsfeldblende and an interposed field stop 3 3 auf. on. Mit einem optischen Keil With an optical wedge 4 4 als Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit wird ein Teil as Auskopplungs- or deflection unit, a part 5 5 des in die Gesichtsfeldblende einfallenden Lichtstrahls ausgekoppelt. coupled out of the incident in the field diaphragm light beam. Daher fällt nur ein bestimmter Anteil Therefore, only a certain percentage falls 6 6 der gesamten, durch die Gesichtsfeldblende of the total, by the field stop 3 3 einfallenden Strahlmenge incident beam amount 7 7 auf einen Bildsensorchip an image sensor chip 8 8th . ,
  • [0035] [0035]
    Die The 2 2 zeigt schematisch eine alternative Ausführungsform des optischen Systems mit einer anderen Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit. schematically shows an alternative embodiment of the optical system with another Auskopplungs- or deflection unit. Das optische System ist bis auf die Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit im wesentlichen so aufgebaut wie das in The optical system is built up on the Auskopplungs- or deflection unit substantially as in the 1 1 gezeigte System. System shown. Daher sind die identischen bzw. analogen Komponenten mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden im folgenden nicht näher erläutert. Therefore, the identical or similar components are denoted by the same reference numerals and will not be explained in detail below. Im Unterschied zur Unlike the 1 1 weist die Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit ein Linsensegment Auskopplungs-, the deflection unit or a lens segment 9 9 auf, das ein Teil der zweiten, bildseitigen Fokussierungsoptik on that part of the second, image-side focusing optics 2 2 darstellt. represents. Durch das Linsensegment Through the lens segment 9 9 lässt sich im wesentlichen derselbe Strahlengang und dieselbe Strahlenenergieverteilung wie bei dem in can be substantially the same optical path and the same beam energy distribution as in the in 1 1 gezeigten System erreichen. achieve system shown.
  • [0036] [0036]
    Die in In the 1 1 und and 2 2 gezeigten optischen System weisen den Vorteil eines technisch relativ einfachen und damit kostengünstigen Aufbaus auf, da zur Auskopplung bzw. Ablenkung nur ein weiteres optisches Element optical system shown have the advantage of a technically relatively simple and thus inexpensive structure, since the extraction or deflection only one further optical element 4 4 , . 9 9 notwendig ist. necessary is.
  • [0037] [0037]
    Durch die Auskopplung bzw. Ablenkung mittels Keil ( By extraction or by means of deflection wedge ( 1 1 ) oder Linsensegment ( () Or lens segment 2 2 ) werden gleichzeitig zwei Bilder A,B erzeugt und auf dem Bildsensor ) Simultaneously generates two images A, B and on the image sensor 8 8th dargestellt. shown. Die Intensität der beiden Bilder A,B wird so gewählt, dass die Helligkeiten sich ergänzen und somit der Dynamikbereich erweitert wird. The intensity of the two images A, B is selected so that the brightness complement each other and thus the dynamic range is expanded. Bei im wesentlicher gleicher Fläche bekommt hier der untere Teil des Bildsensors (Bild B) einen geringen Anteil With the same in the essential area here the lower part of the image sensor (image B) receives a small proportion 5 5 des ursprünglichen Lichtstrahls of the original light beam 7 7 ab. from. Dieser Teil des Sensors ist „lichtunempfindlicher" und für eine hohe Lichtintensität, wie sie bei Fahrsituationen im hellen Sonnenlicht vorkommen, gut geeignet. Auf den oberen Bereich (Bild A) entfällt ein deutlich größerer Strahlanteil This part of the sensor is "light-insensitive" and a high light intensity, such as those found well suited to situations in bright sunlight. On the top (image A) representing a much larger beam portion 6 6 . , Dadurch ist dieser Bereich vergleichsweise „lichtempfindlicher". Es können auf diesem Teil auch Objekte bei schwachen Lichtverhältnissen, zB bei der Dämmerung, kontrastreich abgebildet werden. Insgesamt kann der Dynamikumfang des Bildsensorchips This this area is relatively "light-sensitive". It can on this part also objects in low light conditions, such as at dusk, are mapped contrast. Overall, the dynamic range of the image sensor chips can 8 8th so erhöht werden. thus be increased. Denn der gesamte Dynamikbereich wird im wesentlichen begrenzt durch eine „Hell-Grenze" bei der Abbildung auf den Bereich B des Sensors und durch eine „Dunkel-Grenze" bei der Abbildung auf den Bereich A des Sensors mit einer hohen Strahlintensität. After the entire dynamic range is substantially defined by a "light-limit" in the figure to the area B of the sensor and by an "off line" in the figure to the area A of the sensor with a high beam intensity.
  • [0038] [0038]
    Auch eine Addition der Bildintensitäten von Bereich A und Bereich B zur Erhöhung der Empfindlichkeit (verbesserte Dunkel-Grenze) ist erfindungsgemäß möglich. Also, an addition of the image intensities of area A and area B to increase the sensitivity (improved dark boundary) is possible in the invention.
  • [0039] [0039]
    Durch die im folgenden angegebenen Maßnahmen, einzeln oder in Kombination miteinander, wird bei der nachfolgenden elektronischen Signalverstärkung und Bearbeitung des Ausgangs-Signals des Sensors By the features specified in the following measures, individually or in combination, is in the subsequent electronic amplification and signal processing of the output signal of the sensor 8 8th die Dynamik weiter optimiert: the dynamics further optimized:
    eine Anpassung der pixelinternen Verstärkung, eine Anpassung der Bildaufnahmezeit (Shutter, Belichtung) und/oder ggf. eine pixelindividuelle Steuerung von Belichtung und Verstärkung zur Vergrößerung des Dynamikumfangs in einem Bild. an adaptation of the internal pixel gain, an adjustment of the image acquisition time (shutter, exposure) and / or optionally a pixel individual control of exposure and gain to increase the dynamic range of an image.

Claims (13)

  1. Optisches System für eine Kamera, mit mindestens einer ersten, objektseitigen Fokussierungsoptik, einer zweiten, bildseitigen Fokussierungsoptik, einer zwischen der ersten und der zweiten Fokussierungsoptik angeordneten Gesichtsfeldblende und einem Bildsensor, dadurch gekennzeichnet , dass das optische System eine Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit aufweist, mittels der ein Lichtstrahl, der von einem Objekt ausgeht und durch die Gesichtsfeldblende begrenzt wird, in mindestens zwei Teilbündel zerlegt wird und die Teilbündel parallel oder nacheinander von dem Bildsensor aufgezeichnet werden, zwecks Erhöhung der Hell/Dunkel-Dynamik der Kamera. An optical system for a camera, comprising at least a first object-side focusing optical system, a second image-side focusing optical system, arranged between the first and second focussing optics field stop and an image sensor, characterized in that the optical system comprises a Auskopplungs- or deflection unit, by means of the a light beam emanating from an object and is limited by the field diaphragm, is divided into at least two partial bundles and the partial bundles are recorded in parallel or sequentially by the image sensor, in order to increase the light / dark-dynamics of the camera.
  2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fokussierungsoptik ein erstes Bild entwirft, das von der Gesichtsfeldblende begrenzt wird und dass mittels der Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit ein zweites Bild erzeugt wird, das im wesentlichen mit dem ersten Bild übereinstimmt. An optical system according to claim 1, characterized in that the first focusing lens designs a first image, which is limited by the field stop and that a second image is formed by means of the Auskopplungs- or deflection unit, substantially coincides with the first image.
  3. Optisches System nach einem der Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit der zweiten optischen Fokussierungsoptik zugeordnet ist und einen optischen Keil aufweist. Optical system according to one of claim 1 or 2, characterized in that the Auskopplungs- or deflection unit of the second optical focusing optics is assigned and having an optical wedge.
  4. Optisches System nach einem der Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit als ein Teil einer der zweiten optischen Fokussierungsoptik zugeordneten Linse ausgebildet ist. Optical system according to one of claim 1 or 2, characterized in that the deflection unit Auskopplungs- or associated as a part of the second optical focusing optics lens is formed.
  5. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Fokussierungsoptik zumindest eine Sammellinse aufweist. Optical system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the first and second focusing lens comprises at least one converging lens.
  6. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das von der ersten Fokussierungsoptik entworfene erste Bild mittels der Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit ein zweites Mal im wesentlichen räumlich getrennt, vorzugsweise parallelverschoben, auf dem Bildsensor abgebildet wird. Optical system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the designed from the first focusing optics first image by means of the deflection unit Auskopplungs- or spatially separated a second time substantially, preferably parallel shifted, is imaged on the image sensor.
  7. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das von der ersten Fokussierungsoptik entworfene erste Bild mittels der Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit ein zweites Mal im wesentlichen an demselben Ort auf einem Bildsensor abgebildet wird und beide Bilder zeitlich getrennt werden. Optical system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the designed from the first focusing optics first image by means of the Auskopplungs- or deflecting unit is imaged a second time in substantially the same location on an image sensor, and both images are separated in time.
  8. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor einen Dynamikumfang (elektronische Dynamik) in einem Bereich von 40 dB bis 120 dB aufweist. Optical system according to one of claims 1 to 7, characterized in that the image sensor has a dynamic range (electronic dynamics) in a range from 40 dB to 120 dB.
  9. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor im wesentlichen eine VGA-Auflösung oder SVGA-Auflösung aufweist. Optical system according to one of claims 1 to 8, characterized in that the image sensor has a substantially VGA or SVGA resolution.
  10. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des optischen Systems ein bestimmtes Verhältnis der Intensitäten oder Helligkeiten des ausgekoppelten bzw. abgelenkten Lichtstrahls zu dem ursprünglichen Lichtstrahl eingestellt wird, zwecks Verbesserung des Dynamikumfangs der Kamera. Optical system according to one of claims 1 to 9, characterized in that a specific ratio of intensities or brightnesses of the coupled or deflected light beam is set to the original light beam by the optical system, so as to improve the dynamic range of the camera.
  11. Fahrzeugumfeldbeobachtungs-Kamera für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera ein optisches System nach einem der vorangegangenen Ansprüche aufweist. Vehicle environment observation camera for motor vehicles, characterized in that the camera comprises an optical system according to any one of the preceding claims.
  12. Verfahren zur Bildaufzeichnung für eine Fahrzeugumfeldbeobachtungs-Kamera für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass ein Objektbild separiert wird in mindestens zwei Bilder, dass die mindestens zwei Bilder parallel aufgezeichnet werden und zeitlich getrennt oder örtlich getrennt erfasst werden und dass die beiden Bilder anschließend umgewandelt, verstärkt und/oder aufbereitet werden, zwecks Erhöhung des Dynamikumfangs der Fahrzeugumfeldbeobachtungs-Kamera. A method of image recording for a vehicle environment observation camera for motor vehicles, characterized in that an object image is separated into at least two images, the at least two images are recorded in parallel and are recorded separately in time or spatially separated, and that the two images then converted, amplified, and / or prepared, in order to increase the dynamic range of the vehicle environment observation camera.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlung, Verstärkung und/oder Aufbereitung zumindest eine pixelindividuelle Verstärkung aufweist, die automatisch oder extern steuerbar ist, und eine elektronische Belichtungssteuerung aufweist, die automatisch oder extern steuerbar ist The method of claim 12, characterized in that the conversion, amplification and / or processing at least one pixel individual gain that is automatically or controlled externally, and having an electronic exposure control which is automatic or externally controllable
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