EP1706992A1 - Optical sensor device comprising an optical element at least partially integrated into the appliance housing - Google Patents

Optical sensor device comprising an optical element at least partially integrated into the appliance housing

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Publication number
EP1706992A1
EP1706992A1 EP04798201A EP04798201A EP1706992A1 EP 1706992 A1 EP1706992 A1 EP 1706992A1 EP 04798201 A EP04798201 A EP 04798201A EP 04798201 A EP04798201 A EP 04798201A EP 1706992 A1 EP1706992 A1 EP 1706992A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
optical
optics
sensor device
range
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04798201A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hans-Dieter Bothe
Heiko Freienstein
Steffen Abraham
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1706992A1 publication Critical patent/EP1706992A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/021—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses for more than one lens
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B9/00—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
    • G02B9/04—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having two components only
    • G02B9/06—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having two components only two + components
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof

Definitions

  • Optical sensor device with at least partially integrated optics in the device housing
  • the invention is based on an ontically functional unit, containing an optical furitechnisch element working with optics and a housing enclosing it.
  • Such units are known, for example, in the form of an optical sensor device with a sensor surface and optics from the field of motor vehicle technology.
  • a sensor device is referred to herein as optical if it detects electromagnetic radiation from a frequency section of the visible (VIS) and / or the near infrared (NIR) spectral range.
  • the wavelengths of the radiation are between 400 and 1000 nm.
  • luminaires some of them
  • Optical sensor devices are used in various fields of technology. Optical sensor devices are used more and more frequently, particularly in motor vehicles. For example, they are used in environmental detection or interior sensing of a motor vehicle.
  • optical sensor device An important component of an optical sensor device is its optics as its “eye”.
  • the radiation enters through it and is refracted or focused according to the desired imaging conditions.
  • the optics essentially consist of or consist of one several lenses. In most currently known optical sensor devices, the
  • Optics a self-contained part that is attached in or in front of the housing of the sensor device. Corresponding fastening devices on the housing, such as threaded sockets, are necessary for holding the optics.
  • the production of the individual parts of the optics and their connection to the housing of the sensor device causes additional effort and costs.
  • the optics usually protrude outwards and are therefore striking from the outside for the viewer. Edges and shoulders in the device housing result from the openings required for the optics. Dirt accumulates at these locations, which is not easy to remove at these locations.
  • sensor devices are also known in which the optics do not protrude outwards, but are located behind a pane, protected from external influences.
  • AI disclosed sensor device The optics or parts thereof are integral parts of the windshield.
  • the housing is located directly behind the windshield.
  • this special design of the windshield with integrated Luisen causes high costs, and the attachment of the sensor housing to the flat pane is problematic.
  • At least one object-side optical lens, as a separate individual part, and its fastening arrangement are saved.
  • a lens applies to the The present invention as optical if it acts as lenses for radiation from the VIS and / or NTR range.
  • the housing surface on the object side according to the invention can be cleaned well and offers adequate protection against contamination. A disturbing protrusion of the optics is avoided. An additional lens in front of the lens, which deteriorates the optical quality, is unnecessary.
  • the sensor device is set up for use in a motor vehicle for interior monitoring.
  • the optical sensor devices according to the invention can be installed simply and inexpensively, in a manner which will not later be irritating to the driver.
  • the part of the optics integrated in the housing acting as an optical lens or the entire optics integrated in the housing is transparent for a frequency section of the electromagnetic radiation from the NTR range which is predetermined according to position and width and for that
  • VtS area opaque. Images of objects illuminated with radiation from the NTR area are very similar to those from the VIS area. The absorption and reflection behavior shows no serious differences. This means that a room can be video-monitored with NTR radiation alone. Because the optics are opaque to the human eye, they can be sensed without the person being observed recognizing them and feeling them as annoying. From the outside, the person perceives a uniform, opaque housing surface.
  • the housing part which at least partially contains the optics is produced using injection molding technology. This is a particularly simple and inexpensive way, which in particular further reduces the effort and costs for the production and integration of the optics.
  • the structural units are so-called “sub-units”. This saves twice the manufacturing costs of the interior trim and the object-side housing part of the sensor device.
  • the optics of the device according to the invention are integrated into the interior trim without being prominent and are integrated by the occupants of the vehicle This configuration advantageously enables inexpensive and unobtrusive sensing of the motor vehicle interior, for example for controlling restraint systems.
  • the sensor device according to the invention is particularly suitable for video surveillance systems, such as range video systems and camera systems, the spatial stereo camera systems being particularly worth mentioning.
  • video surveillance systems such as range video systems and camera systems
  • the spatial stereo camera systems being particularly worth mentioning.
  • such systems can be used well in motor vehicles.
  • the light source can consist, for example, of light bulbs or - with further advantageous effects - of LEDs, laser diodes or IREDs (TR Emitting Diodes).
  • the cover according to the invention can also have no optical effect according to a simple variant In other words, the housing can be used not only as an optically effective part of the optics in front of an image sensor, but also as - alone or in conjunction with other optical functional elements - optically acting or only as a covering Part in front of the light source. That means the Lic
  • the source as the first optical functional element can also be seated in the same housing as the sensor device as the second optical functional element.
  • Show it 1 shows a schematic cross section of an exemplary embodiment of the optical sensor device according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic cross section of a part of the housing acting as an optical lens of an exemplary embodiment of the optical sensor device according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of an application example of a video-based system which contains the optical sensor device according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic cross section of an example of the optical sensor device 1 according to the invention.
  • the optical sensor device 1 is enclosed by a device housing 5.
  • This housing 5 consists of cast parts, such as injection molding. Manufacturing in another
  • the device housing 5 has a lenticular shape 3. It is part of the optics of the sensor device 1 that additionally contain a further lens 9.
  • the optics need not necessarily consist of two parts acting as a lens, but is shaped differently depending on the optical requirements and contains one or more optical elements. For example, only the lenticular shape 3 of the device housing 5 can be sufficient as optics for a corresponding use of the sensor device 1 with a special further design.
  • the device housing 5 exists in particular in the area of the lenticular
  • Part 3 made of a material that is transparent to electromagnetic radiation in a frequency range in the NTR and or VES.
  • a material that is transparent to electromagnetic radiation in a frequency range in the NTR and or VES For example, colored plexiglass or colored polycarbonate for injection molding are preferred. These materials are opaque to the human eye, but transparent to radiation from the NTR range, so that the viewer views the housing 5 as an ordinary device cover.
  • the incident radiation is focused by the optics 3, 9 onto the side of the sensor surface 11 that is sensitive to this radiation.
  • a beam path is sketched in dashed lines starting from an object point 13.
  • the sensor surface 11 is, for example, a CCD chip sensitive to NIR radiation.
  • the image information picked up by the sensor surface 11 is forwarded in electronic form via the signal line 15 to image-processing or image-displaying system components, as is known in the prior art.
  • the housing 5 In order to shield the sensor surface 11 from radiation which passes through the housing 5 outside the lenticular shape 3, the housing 5 is provided with a shield 17 in these areas from the inside.
  • This shield 17 consists of a material which is impermeable to radiation from the frequency range sensitive to the sensor surface 11.
  • a filter 19 is located in the beam path between the optics 3, 9 and the sensor surface 11.
  • This filter is, for example, only permeable to radiation from a predetermined, narrowly limited frequency band in the NTR range.
  • the filter material used is, for example, TiO2, which has a permeable frequency window of 40 nm bandwidth in the NTR range.
  • FIG. 2 schematically shows a cross section of a part 3 of the housing 5, which acts as an optical lens, of an example of the optical sensor device 1 according to the invention.
  • the housing 5 is transparent to NTR radiation. It is spherically bulged in the central region 3 on the object side. In comparison, the inside of the housing 5 in this area 3 is only slightly shaped in the direction of the object, so that the diameter of the housing wall increases towards the center.
  • the optical axis 21 runs perpendicular to the surface of the housing 5 through the center of the area 3 shaped as a lens.
  • the auxiliary edge 7 surrounding this area 3 serves, for example, for the distance-fixed connection of further elements of the optics or other components of the sensor device.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a video-based system containing the optical sensor device 1 according to the invention for monitoring the interior of a Motor vehicle 25.
  • the monitoring is used to control restraint systems, such as airbags.
  • the interior of motor vehicle 25 is illuminated by an NTR lamp 27.
  • This is, for example, a field of LEDs emitting in the NTR area.
  • the motor vehicle interior illuminated in this way is recorded by a recording system which contains one or more optical sensor devices 1 which are sensitive in this frequency range.
  • the recording system captures the objects of the motor vehicle interior in three dimensions and is designed, for example, as a range video system or as a stereo camera system.
  • the object-side part of the housing of the optical sensor device 1 containing the optics preferably forms part of the interior paneling of the motor vehicle 25.
  • the sensor device 1 is connected to a control unit 29 of the recording system.
  • the control device 29 regulates the functions, which primarily include the alignment and the sensitivity of the sensor device 1, and receives the image signals. It is with that
  • Control unit 31 of the restraint system connected. This evaluates the transmitted image data with regard to the type, position and distance of the object in front of the airbag 33. If, for example, no living object is detected in front of the airbag 33 in the event of an accident, the control system 31 does not ignite the airbag. However, if a person is in the seat in front of the airbag 33, depending on the distance of the person to the deployment area of the airbag, the airbag is more or less ignited. If the person is very close to the deployment area, the ignition of the airbag 33 is weakened. This reduces the risk of injury when igniting the airbag.
  • the optical sensor device according to the invention can be used in banks for monitoring the checkout area.
  • the customer does not recognize the optical sensor device as such and therefore does not feel disturbed by camera surveillance.
  • the features of the subclaims can be combined with one another essentially freely and not by the order in which the claims exist, provided that they are independent of one another.

Abstract

The invention relates to an optical unit (1) which especially comprises a sensor device and contains a housing (5) surrounding said device, a radiation-sensitive sensor surface (11) for detecting electromagnetic radiation from a frequency section, determined widthways and lengthways, of the spectral region containing the near-infrared region (NIR) and/or the visible region (VIS), and an optical element (3, 9). The aim of the invention is to reduce the cost and means required for fixing a lens to the housing (5), and to obtain a uniform housing surface on the object side. To this end, part (3) of the optical element (3; 9) acting as an optical lens on the object side, or the entire optical element (3) of the device (1), is embodied as an integral component of the housing (5) of the device (1).

Description

Optische Sensorvorrichtung mit zumindest teilweise in das Gerätegehäuse integrierter Op- tikOptical sensor device with at least partially integrated optics in the device housing
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer ontisch funktional arbeitenden Baueinheit, enthaltend ein mit einer Optik arbeitendes optisches Furiktionselement und ein dieses umschließendes Gehäuse.The invention is based on an ontically functional unit, containing an optical furiktion element working with optics and a housing enclosing it.
Solche Baueinheiten sind zum Beispiel in Form einer optischen Sensorvorrichtung mit einer Sensorfläche sowie einer Optik aus dem Bereich der Kraftfahrzeugtechnik bekannt. Als optisch wird eine Sensorvotrichtung hierin bezeichnet, wenn sie elektromagnetische Strahlung aus einem Frequenzabschnitt des sichtbaren (VIS) und/oder des nahen infraroten (NIR) Spektralbereichs erfasst. Die Wellenlängen der Strahlung hegen dabei ca. zwischen 400 bis 1000 nm. Ein anderes Beispiel für solche Baueinheiten sind Leuchten, die eineSuch units are known, for example, in the form of an optical sensor device with a sensor surface and optics from the field of motor vehicle technology. A sensor device is referred to herein as optical if it detects electromagnetic radiation from a frequency section of the visible (VIS) and / or the near infrared (NIR) spectral range. The wavelengths of the radiation are between 400 and 1000 nm. Another example of such units are luminaires, some of them
Lichtquelle besitzen, deren Licht über eine spezielle Optik abgestrahlt wird.Have a light source whose light is emitted using special optics.
Optische Sensorvorrichtungen werden auf verschiedensten Gebieten der Technik eingesetzt. Insbesondere in Kraftfahrzeugen werden optische Sensorvorrichtungen immer häufi- ger benutzt. So finden sie beispielsweise in der Umfelderfassung oder Innenraumsensierung eines Kraftfahrzeugs Verwendung.Optical sensor devices are used in various fields of technology. Optical sensor devices are used more and more frequently, particularly in motor vehicles. For example, they are used in environmental detection or interior sensing of a motor vehicle.
Eine wichtige Komponente einer optischen Sensorvorrichtung ist deren Optik als deren „Auge" Durch sie tritt die Strahlung ein und wird gemäß der gewünschten Abbildungsbe- dingungen gebrochen bzw. fokussiert. Die Optik besteht im wesentlichen aus einer oder aus mehreren Linsen. In den meisten derzeit bekannten optischen Sensorvorrichtungen ist dieAn important component of an optical sensor device is its optics as its “eye”. The radiation enters through it and is refracted or focused according to the desired imaging conditions. The optics essentially consist of or consist of one several lenses. In most currently known optical sensor devices, the
Optik ein in sich abgeschlossener Teil, der in oder vor dem Gehäuse der Sensorvorrichtung befestigt ist. Notwendig sind dabei zur Halterung der Optik entsprechende Befestigungsvorrichtungen am Gehäuse, wie beispielsweise Gewindefassungen. Die Herstellung der einzelnen Teile der Optik und deren Verbindung mit dem Gehäuse der Sensorvorrichtung verursacht zusätzlichen Aufwand und Kosten. Die Optiken ragen zumeist nach außen heraus und sind schon deshalb von außen für den Betrachter auffallend. Kanten und Absätze im Gerätegehäuse entstehen bei den für die Optik notwendigen Durchbrüchen. An diesen Stellen sammelt sich bevorzugt Schmutz an, der an diesen Stellen nicht leicht zu entfernen ist. Doch sind auch Sensorvorrichtungen bekannt, bei denen die Optik nicht nach außen herausragt, sondern sich vor äußeren Einwirkungen geschützt hinter einer Scheibe befindet. Bekannt sind beispielsweise Anordnungen von optischen Sensorvorrichtungen hinter Heckscheiben oder, wie in der japanischen Patentschrift JP 03-273953 offenbart, hinter Scheinwerferscheiben eines Kraftfahrzeugs. Jedoch wird dabei eine zusätzliche Scheibe verwen- det, die kein notwendiger Bestandteil der Optik ist. Daraus resultiert ein zusätzlicher Aufwand und höhere Kosten. Auch verschlechtert jedes weitere Medium im optischen Strahlengang durch Reflexionen, Absorptionen und Beugung die Bildqualität der Sensorvorrichtung.Optics a self-contained part that is attached in or in front of the housing of the sensor device. Corresponding fastening devices on the housing, such as threaded sockets, are necessary for holding the optics. The production of the individual parts of the optics and their connection to the housing of the sensor device causes additional effort and costs. The optics usually protrude outwards and are therefore striking from the outside for the viewer. Edges and shoulders in the device housing result from the openings required for the optics. Dirt accumulates at these locations, which is not easy to remove at these locations. However, sensor devices are also known in which the optics do not protrude outwards, but are located behind a pane, protected from external influences. Arrangements of optical sensor devices behind rear windows or, as disclosed in Japanese Patent JP 03-273953, behind headlight windows of a motor vehicle are known, for example. However, an additional lens is used that is not a necessary part of the optics. This results in additional effort and higher costs. Any other medium in the optical beam path also deteriorates due to reflections, absorption and diffraction, the image quality of the sensor device.
Eine Verbesserung stellt demgegenüber die in der deutschen Patentschrift DE 198 05 000In contrast, an improvement is presented in German patent DE 198 05 000
AI offenbarte Sensorvorrichtung dar. Die Optik bzw. Teile davon sind dabei integrale Bestandteile der Windsschutzscheibe. Das Gehäuse ist unmittelbar hinter der Windschutzscheibe angeordnet. Jedoch verursacht diese besondere Ausgestaltung der Windschutzscheibe mit integrierten Luisen hohe Kosten, und die Befestigung des Sensorgehäuses an der flachen Scheibe gestaltet sich problematisch.AI disclosed sensor device. The optics or parts thereof are integral parts of the windshield. The housing is located directly behind the windshield. However, this special design of the windshield with integrated Luisen causes high costs, and the attachment of the sensor housing to the flat pane is problematic.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Mit den Maßnahmen der unabhängigen Ansprüche werden Baueinheiten im Sinne von mehr oder weniger kompakt ausgeführten Funktionseinheiten nach dem Oberbegriff desWith the measures of the independent claims, structural units in the sense of more or less compactly designed functional units according to the preamble of
Anspruchs 1 sowie der unabhängigen, weiteren Ansprüche bereitgestellt, enthaltend beispielsweise eine vielseitig verwendbare optische Sensorvorrichtung oder eine Leuchte, bei denen deren jeweilige Optik einfach und kostengünstig in die in sich abgeschlossene Baueinheit eingefügt ist. Dabei werden 2xtmindest eine objektseitige optische Linse, als separa- tes Einzelteil, und deren Befestigungsanordnung eingespart. Eine Linse gilt für die vorlie- gende Erfindung dabei als optisch, wenn sie als Linsen für Strahlung aus dem VIS- und/oder NTR-Bereich wirkt.Claim 1 and the independent, further claims provided, containing, for example, a versatile optical sensor device or a lamp, in which the respective optics are simply and inexpensively inserted into the self-contained unit. At least one object-side optical lens, as a separate individual part, and its fastening arrangement are saved. A lens applies to the The present invention as optical if it acts as lenses for radiation from the VIS and / or NTR range.
Die erfindungsgemäß einheitüche objektseitige Gehäusefläche lässt sich gut säubern und bietet ausreichenden Schutz vor Verunreinigungen. Ein störendes Herausragen der Optik wird vermieden. Unnötig ist eine, die optische Qualität verschlechternde, zusätzliche Scheibe vor der Optik.The housing surface on the object side according to the invention can be cleaned well and offers adequate protection against contamination. A disturbing protrusion of the optics is avoided. An additional lens in front of the lens, which deteriorates the optical quality, is unnecessary.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Verbesse- rangen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung angegeben.Advantageous refinements, developments and improvements in the respective subject matter of the invention are specified in the subclaims.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Sensorvorrichtung zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug zur Innenraumüberwachung eingerichtet. Gerade in Kraftfahrzeugen lassen sich die erfindungsgemäßen optischen Sensorvorrichtungen ein- fach und kostengünstig, in einer später den Fahrer nicht irritierenden Weise einbauen.According to an advantageous embodiment of the present invention, the sensor device is set up for use in a motor vehicle for interior monitoring. Especially in motor vehicles, the optical sensor devices according to the invention can be installed simply and inexpensively, in a manner which will not later be irritating to the driver.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der in das Gehäuse integrierte, als optische Linse wirkende Teil der Optik oder die gesamte in das Gehäuse integrierte Optik für einen nach Lage und Breite vorbestimmten Frequenzab- schnitt der elektromagnetischen Strahlung aus dem NTR-Bereich transparent und für denAccording to a further advantageous embodiment of the present invention, the part of the optics integrated in the housing acting as an optical lens or the entire optics integrated in the housing is transparent for a frequency section of the electromagnetic radiation from the NTR range which is predetermined according to position and width and for that
VtS-Bereich undurchsichtig ausgebildet. Abbildungen von mit Strahlung aus dem NTR- Bereich beleuchteten Objekten sind denen aus dem VIS-Bereich sehr ährdich. Das Absorp- tions- und Reflektionsverhalten weist keine gravierenden Unterschiede auf. Somit kann allein mit NTR-Strahlung ein Raum videoüberwacht werden. Dadurch, dass die Optik für das menschliche Auge undurchsichtig ist, kann eine Sensierung erfolgen, ohne dass die beobachtete Person sie erkennt und als störend empfindet. Von außen nimmt die Person eine einheitlich, undurchsichtige Gehäusefläche wahr.VtS area opaque. Images of objects illuminated with radiation from the NTR area are very similar to those from the VIS area. The absorption and reflection behavior shows no serious differences. This means that a room can be video-monitored with NTR radiation alone. Because the optics are opaque to the human eye, they can be sensed without the person being observed recognizing them and feeling them as annoying. From the outside, the person perceives a uniform, opaque housing surface.
Gemäß einer weiteren, verbesserten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensorvorrich- tung ist der zumindest teilweise die Optik enthaltende Gehäuseteil in Spritzgusstechnik hergestellt. Dieses ist eine besonders einfach und kostengünstig Art und Weise, die insbesondere den Aufwand und die Kosten für die Herstellung und Integration der Optik weiter verringern.According to a further, improved embodiment of the sensor device according to the invention, the housing part which at least partially contains the optics is produced using injection molding technology. This is a particularly simple and inexpensive way, which in particular further reduces the effort and costs for the production and integration of the optics.
Eine weitere, vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Ausbil- düng des zumindest teilweise die Optik enthaltenden Gehäuseteils als Bestandteil einerAnother advantageous embodiment of the present invention includes the training fertilization of the at least partially containing the optics housing part as part of a
Kraftfalirzeuginnenraumverkleidung. Damit sind die Baueinheiten sogenannte „Unterbaueinheiten". Damit werden doppelte Herstellungskosten von sonst einerseits der Innenraum- verkleidung und andererseits des objektseitigen Gehäuseteils der Sensorvorrichtung eingespart. Die Optik der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in die Innenverkleidung ohne auffallend hervorzuragen, integriert und wird von den Insassen des Fahrzeugs nicht in störender Weise wahrgenommen. Durch diese Ausgestaltung ist in vorteilhafter Weise eine kostengünstige und unauffäUige Sensierung des Kraftfahrzeuginnenraums, beispielsweise zur Steuerung von Rückhaltesysteme, ermöglicht.Kraftfalirzeuginnenraumverkleidung. The structural units are so-called “sub-units”. This saves twice the manufacturing costs of the interior trim and the object-side housing part of the sensor device. The optics of the device according to the invention are integrated into the interior trim without being prominent and are integrated by the occupants of the vehicle This configuration advantageously enables inexpensive and unobtrusive sensing of the motor vehicle interior, for example for controlling restraint systems.
Die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung ist besonders geeignet für videoüberwachende Systeme, wie Range-Video-Systeme und Kamerasysteme, wobei vor allem die räumlich erfassenden Stereokamerasysteme zu erwähnen sind. Insbesondere lassen sich solche Systeme gut in Kraftfahrzeugen einsetzen.The sensor device according to the invention is particularly suitable for video surveillance systems, such as range video systems and camera systems, the spatial stereo camera systems being particularly worth mentioning. In particular, such systems can be used well in motor vehicles.
Solche Kamerasysteme benötigen häufig eine "eigene", sogenannte „aktive" Beleuchtung. Diese wird oft sinnvoll mit in die Kamera integriert. Damit die Beleuchtung die Szene (bzw. Szenenausschnitt) optimal ausleuchtet, kann erfindungsgemäß eine entsprechende Optik, bestehend aus einem oder mehreren optisch wirkenden Linsen, vor der Lichtquelle angebracht sein. Die Lichtquelle kann z.B. aus Glühbirnen oder - mit weiteren vorteilhaften Wirkungen verbunden - aus LEDs, Laser-Dioden oder IREDs (TR Emitting Diodes) bestehen. Die erfindungsgemäße Abdeckung kann auch gemäß einer einfachen Variante keine optische Wirkung haben und einfach dem Schutz bzw. der Verdeckung der Lichtquelle dienen. Mit anderen Worten kann das Gehäuse nicht nur als optisch wirkender Teil der Optik vor einem Bildaufhehmer, sondern auch als - allein oder in Verbindung mit anderen optischen Funktionselementen - optisch wirkender oder lediglich als abdeckender Teil vor der Lichtquelle dienen. Das heißt, die Lichtquelle als erstes optisches Funktionselement kann auch in ein und demselben Gehäuse sitzen wie die Sensorvorrichtung als zweites optisches Funktionselement.Such camera systems often require "their own", so-called "active" lighting. This is often sensibly integrated into the camera. In order for the lighting to optimally illuminate the scene (or scene section), according to the invention, appropriate optics consisting of one or more optically The light source can consist, for example, of light bulbs or - with further advantageous effects - of LEDs, laser diodes or IREDs (TR Emitting Diodes). The cover according to the invention can also have no optical effect according to a simple variant In other words, the housing can be used not only as an optically effective part of the optics in front of an image sensor, but also as - alone or in conjunction with other optical functional elements - optically acting or only as a covering Part in front of the light source. That means the Lic The source as the first optical functional element can also be seated in the same housing as the sensor device as the second optical functional element.
Zeichnungendrawings
Anhand der Zeichnungen werden Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained on the basis of the drawings.
Es zeigen Fig. 1 einen schematischen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemä- ßen optischen Sensorvorrichtung;Show it 1 shows a schematic cross section of an exemplary embodiment of the optical sensor device according to the invention;
Fig.2 einen schematischen Querschnitt eines als optische Linse wirkenden Teils des Ge- häuses eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optischen Sensorvorrichtung;2 shows a schematic cross section of a part of the housing acting as an optical lens of an exemplary embodiment of the optical sensor device according to the invention;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Anwendungsbeispiels eines videobasierten Systems, das die erfindungsgemäße optische Sensorvorrichtung enthält.3 shows a schematic illustration of an application example of a video-based system which contains the optical sensor device according to the invention.
Beschreibung von AusführungsbeispielenDescription of exemplary embodiments
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten. Alle Zeichnungen sind schematisch zu verstehen. Auf maßstabsgetreue Abbildungen wurde zum Zwecke erhöhter Klarheit der Darstellung ver- ziehtet.In the figures, identical reference symbols designate identical or functionally identical components. All drawings are to be understood schematically. The illustrations have been drawn to scale for the purpose of clarity of presentation.
Figur 1 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Beispiels der erfindungsgemäßen optischen Sensorvorrichtung 1.FIG. 1 shows a schematic cross section of an example of the optical sensor device 1 according to the invention.
Die optische Sensorvorrichtung 1 ist von einem Gerätegehäuse 5 umschlossen. Dieses Ge- häuse 5 besteht aus Gussteilen, wie beispielsweise Spritzguss. Eine Fertigung in andererThe optical sensor device 1 is enclosed by a device housing 5. This housing 5 consists of cast parts, such as injection molding. Manufacturing in another
Weise ist ebenso realisierbar. Objektseitig weist das Gerätegehäuse 5 erfindungsgemäß eine linsenförmige Ausformung 3 auf. Sie ist Teil der zusätzlich eine weitere Linse 9 enthaltenden Optik der Sensorvorrichtung 1. Die Optik braucht nicht notwendigerweise aus zwei als Linse wirkenden Teilen zu bestehen, sondern ist je nach den optische Erfordernissen un- terschiedlich ausgeformt und enthält ein oder mehreren optische Elemente. Beispielsweise kann als Optik für eine entsprechende Verwendung der Sensorvorrichtung 1 lediglich die linsenförmige Ausformung 3 des Gerätegehäuses 5 unter besonderer weiterer Gestaltung ausreichend sein.Way is also feasible. On the object side, the device housing 5 according to the invention has a lenticular shape 3. It is part of the optics of the sensor device 1 that additionally contain a further lens 9. The optics need not necessarily consist of two parts acting as a lens, but is shaped differently depending on the optical requirements and contains one or more optical elements. For example, only the lenticular shape 3 of the device housing 5 can be sufficient as optics for a corresponding use of the sensor device 1 with a special further design.
Das Gerätegehäuse 5 besteht erfindungsgemäß insbesondere im Bereich des linsenförmigenAccording to the invention, the device housing 5 exists in particular in the area of the lenticular
Teils 3 aus einem Material, das für elektromagnetische Strahlung in einem Frequenzbereich im NTR undoder VES transparent ist. Beispielsweise kommen bevorzugt eingefärbtes Plexiglas oder für Spritzguss eingefärbtes Polycarbonat in Frage. Diese Materiahen sind für das menschliche Auge undurchsichtig, aber für Strahlung aus dem NTR-Bereich trans- parent, so dass der Betrachter das Gehäuse 5 als gewöhnliche Geräteabdeckung ansieht. Die einfallende Strahlung wird von der Optik 3, 9 auf die für diese Strahlung sensitive Seite der Sensorfläche 11 fokussiert. Ein Strahlengang ist ausgehend von einem Objektpunkt 13 gestrichelt skizziert. Die Sensorfläche 11 ist beispielsweise ein für NIR-Strahlung emp- findhcher CCD-Chip. Die von der Sensorfläche 11 aufgenommene Bildinformation wird in elektronischer Form über die Signalleitung 15 an bildverarbeitende bzw. bilddarstellende Systemkomponenten weitergeleitet, wie im Stand der Technik bekannt.Part 3 made of a material that is transparent to electromagnetic radiation in a frequency range in the NTR and or VES. For example, colored plexiglass or colored polycarbonate for injection molding are preferred. These materials are opaque to the human eye, but transparent to radiation from the NTR range, so that the viewer views the housing 5 as an ordinary device cover. The incident radiation is focused by the optics 3, 9 onto the side of the sensor surface 11 that is sensitive to this radiation. A beam path is sketched in dashed lines starting from an object point 13. The sensor surface 11 is, for example, a CCD chip sensitive to NIR radiation. The image information picked up by the sensor surface 11 is forwarded in electronic form via the signal line 15 to image-processing or image-displaying system components, as is known in the prior art.
Um die Sensorfläche 11 von Strahlung, die außerhalb der linsenförmigen Ausformung 3 durch das Gehäuse 5 gelangt, abzuschirmen, ist das Gehäuse 5 in diesen Bereichen von innen mit einer Abschirmung 17 versehen. Diese Abschirmung 17 besteht aus einem Material, das undurchlässig für Strahlung aus dem für die Sensorfläche 11 empfindhchen Frequenzbereich ist.In order to shield the sensor surface 11 from radiation which passes through the housing 5 outside the lenticular shape 3, the housing 5 is provided with a shield 17 in these areas from the inside. This shield 17 consists of a material which is impermeable to radiation from the frequency range sensitive to the sensor surface 11.
Des Weiteren befindet sich in dem Strahlengang zwischen Optik 3, 9 und Sensorfläche 11 ein Filter 19. Dieser ist beispielsweise nur für Strahlung aus einem vorbestimmten, eng begrenzten Frequenzband im NTR-Bereich durchlässig. Als Filtermaterial dient zum Beispiel TiO2, das ein durchlässiges Frequenzfenster von 40 nm Bandbreite im NTR-Bereich aufweist.Furthermore, a filter 19 is located in the beam path between the optics 3, 9 and the sensor surface 11. This filter is, for example, only permeable to radiation from a predetermined, narrowly limited frequency band in the NTR range. The filter material used is, for example, TiO2, which has a permeable frequency window of 40 nm bandwidth in the NTR range.
In Figur 2 ist schematisch ein Querschnitt von einem als optische Linse wirkenden Teil 3 des Gehäuses 5 eines Beispiels der erfindungsgemäßen optischen Sensorvorrichtung 1 dargestellt. Das Gehäuse 5 ist für NTR-Strahlung transparent. Es ist objektseitig im mittleren Bereich 3, sphärisch ausgebuchtet. Innenseitig ist das Gehäuse 5 in diesem Bereich 3 im Vergleich dazu nur leicht in Objektrichtung ausgeformt, sodass der Durchmesser der Gehäusewand sich zum Zentrum hin vergrößert. Dieser als optische Linse wirkende Teil 3 bildet damit eine Linse, die für Weitwinkelaufnahmen geeignet ist. Die optische Achse 21 führt senkrecht zur Fläche des Gehäuses 5 durch das Zentrum des als Linse ausgeformten Bereichs 3. Die von innen diesen Bereich 3 umschließende Hilfskante 7 dient beispielswei- se zur abstandsfixierten Anbindung weiterer Elemente der Optik oder andere Bestandteile der Sensorvorrichtung.FIG. 2 schematically shows a cross section of a part 3 of the housing 5, which acts as an optical lens, of an example of the optical sensor device 1 according to the invention. The housing 5 is transparent to NTR radiation. It is spherically bulged in the central region 3 on the object side. In comparison, the inside of the housing 5 in this area 3 is only slightly shaped in the direction of the object, so that the diameter of the housing wall increases towards the center. This part 3, which acts as an optical lens, thus forms a lens which is suitable for wide-angle shots. The optical axis 21 runs perpendicular to the surface of the housing 5 through the center of the area 3 shaped as a lens. The auxiliary edge 7 surrounding this area 3 serves, for example, for the distance-fixed connection of further elements of the optics or other components of the sensor device.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines die erfindungsgemäße optische Sensorvorrichtung 1 enthaltendes, videobasiertes Systems zur Überwachung des Innenraums eines Kraftfahrzeugs 25. Die Überwachung dient der Steuerung von Rückhaltesystemen, wie beispielsweise Airbags.FIG. 3 shows a schematic illustration of a video-based system containing the optical sensor device 1 according to the invention for monitoring the interior of a Motor vehicle 25. The monitoring is used to control restraint systems, such as airbags.
Der Innenraum des Kraftfahrzeugs 25 wird von einer NTR-Lampe 27 beleuchtet. Diese ist zum Beispiel ein Feld von im NTR-Bereich abstrahlenden LEDs. Der so beleuchtete Kraftfahrzeuginnenraum wird von einem Aufhahmesystem, das eine oder mehrere in diesem Frequenzbereich sensitive optische Sensorvorrichtungen 1 enthält, aufgenommen. Das Aufhahmesystem erfasst dreidimensional die Objekte des Kraftfahrzeuginnenraums und ist beispielsweise als Range- Video-System oder als Stereokamerasystem ausgebildet.The interior of motor vehicle 25 is illuminated by an NTR lamp 27. This is, for example, a field of LEDs emitting in the NTR area. The motor vehicle interior illuminated in this way is recorded by a recording system which contains one or more optical sensor devices 1 which are sensitive in this frequency range. The recording system captures the objects of the motor vehicle interior in three dimensions and is designed, for example, as a range video system or as a stereo camera system.
Der die Optik enthaltende objektseitige Teil des Gehäuses der optischen Sensorvorrichtung 1 bildet dabei bevorzugt einen Teil der Innenraumverkleidung des Kraftfahrzeugs 25. Die Sensorvorrichtung 1 ist mit einem Steuergerät 29 des Aufhahmesystems verbunden. Das Steuergerät 29 regelt die Funktionen, wozu vor allem die Ausrichtung sowie die Empfind- lichkeit der Sensorvorrichtung 1 zählen, und empfängt die Bildsignale. Es ist mit demThe object-side part of the housing of the optical sensor device 1 containing the optics preferably forms part of the interior paneling of the motor vehicle 25. The sensor device 1 is connected to a control unit 29 of the recording system. The control device 29 regulates the functions, which primarily include the alignment and the sensitivity of the sensor device 1, and receives the image signals. It is with that
Steuergerät 31 des Rückhaltesystems verbunden. Dieses wertet die übermittelten Bilddaten bezüglich der Art, der Lage und Entfernung des Objekts vor dem Airbag 33 aus. Wird beispielsweise im Falle eines Unfalls kein lebendes Objekt vor dem Airbag 33 erkannt, zündet das Steuersystem 31 den Airbag nicht. Wenn sich jedoch eine Person im Sitz vor dem Air- bag 33 befindet, wird je nach Entfernung der Person zum Auslösebereich des Airbags dieser mehr oder weniger stark gezündet. Befindet sich die Person sehr nah vor dem Auslösebereich, ist die Zündung des Airbags 33 abgeschwächt. Dieses verringert das Verletzungsrisiko bei der Airbagzündung.Control unit 31 of the restraint system connected. This evaluates the transmitted image data with regard to the type, position and distance of the object in front of the airbag 33. If, for example, no living object is detected in front of the airbag 33 in the event of an accident, the control system 31 does not ignite the airbag. However, if a person is in the seat in front of the airbag 33, depending on the distance of the person to the deployment area of the airbag, the airbag is more or less ignited. If the person is very close to the deployment area, the ignition of the airbag 33 is weakened. This reduces the risk of injury when igniting the airbag.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfaltige Weise modifizierbar.Although the present invention has been described above on the basis of preferred exemplary embodiments, it is not restricted to these but can be modified in a variety of ways.
Zum Beispiel kann die erfindungsgemäße optische Sensorvorrichtung in Banken zur Über- wachung des Kassenbereichs eingesetzt werden. Der Kunde erkennt die optische Sensorvorrichtung als solche nicht und fühlt sich deshalb nicht durch Kameraüberwachung gestört. Schheßlich können die Merkmale der Unteransprüche im wesentlichen frei miteinander und nicht durch die in den Ansprüchen vorhegende Reihenfolge miteinander kombiniert werden, sofern sie unabhängig voneinander sind. For example, the optical sensor device according to the invention can be used in banks for monitoring the checkout area. The customer does not recognize the optical sensor device as such and therefore does not feel disturbed by camera surveillance. Finally, the features of the subclaims can be combined with one another essentially freely and not by the order in which the claims exist, provided that they are independent of one another.

Claims

Patentansprüche claims
1. Optisch funktionale Baueinheit (1) enthaltend ein mit einer Optik (3; 9) arbeitendes optisches Funktionselement (11) und ein dieses umschließendes Gehäuse (5), gekennzeichnet dadurch, dass ein objektseitiger, als optische Linse wirkender Teil (3) der Optik (3; 9) oder die gesamte1. An optically functional structural unit (1) containing an optical functional element (11) working with an optical system (3; 9) and a housing (5) enclosing it, characterized in that an object-side part (3) of the optical system acting as an optical lens (3; 9) or the whole
Optik (3) der Baueinheit (1) als integraler Bestandteil des Gehäuses (5) der Baueinheit (1) ausgebildet ist.Optics (3) of the structural unit (1) is designed as an integral part of the housing (5) of the structural unit (1).
2. Baueinheit (1) nach Anspruch 1, wobei die Baueinheit eine Sensorvorrichtung (1) ist, und das Funktionselement eine stralüungsempfindhche Sensorfläche (11) enthält, eingerichtet zum Erfassen von elektromagnetischer Strahlung aus einem in Breite und Lage vorbestimmten Frequenzäbschnitt des Spektralbereichs enthaltend den nahen infraroten (NTR) und /oder den sichtbaren (VIS) Bereich.2. The assembly (1) according to claim 1, wherein the assembly is a sensor device (1), and the functional element contains a flow sensitive sensor surface (11), configured to detect electromagnetic radiation from a frequency section of the spectral range predetermined in width and position containing the near one infrared (NTR) and / or the visible (VIS) range.
3. Baueinheit (1) nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Unterbaueinheit zum Einsatz für den Innenraum von Kraftfahrzeugen (25) eingerichtet ist.3. Unit (1) according spoke 1, characterized in that it is set up as a sub-unit for use in the interior of motor vehicles (25).
4. Baueinheit (1) nach Ansprach 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der in das Gehäuse (5) integrierte, als optische Linse wirkende Teil (3) der Optik (3, 9) oder die gesamte in das Gehäuse integrierte Optik (3) für einen nach Lage und Breite vorbestimmten Frequenzabschnitt der elektromagnetische Strahlung aus dem nahen Infrarotbereich (NTR-Bereich) transparent und für den sichtbaren Bereich (VIS-Bereich) undurchsichtig ausgebildet ist.4. The assembly (1) according to spoke 1 to 3, characterized in that the part (3) of the optics (3, 9) integrated in the housing (5), acting as an optical lens, or the entire optics integrated in the housing (3 ) is designed to be transparent for a frequency section of the electromagnetic radiation from the near infrared range (NTR range) predetermined according to position and width and opaque for the visible range (VIS range).
5. Baueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zu- mindest teilweise die Optik (3, 9) enthaltende Gehäuseteil (3) in Spritzgusstechnik herge- stellt ist.5. The structural unit (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the housing part (3) at least partially containing the optics (3, 9) is injection-molded. represents is.
6. Baueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest teilweise die Optik (3, 9) enthaltende Gehäuseteil (3) als Bestandteil einer Kraftfahrzeuginnenraumverkleidung ausgebildet ist.6. The assembly (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the at least partially the optics (3, 9) containing the housing part (3) is designed as part of a motor vehicle interior trim.
7. Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Funktionselement eine künstliche Lichtquelle, insbesondere eine Leuchtdiode (LED), insbesondere eine Infrarotücht emittierende Diode (IRED) enthält.7. Unit according to one of claims 1 to 6, wherein the functional element contains an artificial light source, in particular a light-emitting diode (LED), in particular an infrared emitting diode (IRED).
8. Gehäuse (5) für eine optische Baueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.8. housing (5) for an optical unit (1) according to one of claims 1 to 6.
9. Range- Video-System enthaltend eine optische Sensorvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6.9. Range video system containing an optical sensor device (1) according to one of claims 2 to 6.
10. Kamerasystem enthaltend eine optische Sensorvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6.10. Camera system containing an optical sensor device (1) according to one of claims 2 to 6.
11. Kamerasystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es als Stereo- kamerasystem ausgebildet ist.11. Camera system according to claim 10, characterized in that it is designed as a stereo camera system.
12. System nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es zum Einsatz für ein Kraftfahrzeuge (25) eingerichtet ist. 12. System according to any one of claims 9 to 11, characterized in that it is set up for use in a motor vehicle (25).
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