EP2802489A1 - Kamerasystem, insbesondere für ein fahrzeug - Google Patents

Kamerasystem, insbesondere für ein fahrzeug

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Publication number
EP2802489A1
EP2802489A1 EP12809667.4A EP12809667A EP2802489A1 EP 2802489 A1 EP2802489 A1 EP 2802489A1 EP 12809667 A EP12809667 A EP 12809667A EP 2802489 A1 EP2802489 A1 EP 2802489A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vehicle
lens
camera system
detection area
optical
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12809667.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Roelke
Tobias Strauss
Axel Schwarz
Stephan Simon
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 EP2802489A1 publication Critical patent/EP2802489A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B60R1/10—Front-view mirror arrangements; Periscope arrangements, i.e. optical devices using combinations of mirrors, lenses, prisms or the like ; Other mirror arrangements giving a view from above or under the vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60S—SERVICING, CLEANING, REPAIRING, SUPPORTING, LIFTING, OR MANOEUVRING OF VEHICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60S1/00—Cleaning of vehicles
    • B60S1/02—Cleaning windscreens, windows or optical devices
    • B60S1/04—Wipers or the like, e.g. scrapers
    • B60S1/06—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive
    • B60S1/08—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven
    • B60S1/0818—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven including control systems responsive to external conditions, e.g. by detection of moisture, dirt or the like
    • B60S1/0822—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven including control systems responsive to external conditions, e.g. by detection of moisture, dirt or the like characterized by the arrangement or type of detection means
    • B60S1/0833—Optical rain sensor
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • B60R2300/80—Details of viewing arrangements using cameras and displays, specially adapted for use in a vehicle characterised by the intended use of the viewing arrangement
    • B60R2300/8053—Details of viewing arrangements using cameras and displays, specially adapted for use in a vehicle characterised by the intended use of the viewing arrangement for bad weather conditions or night vision

Definitions

  • the invention relates to a camera system which can be used in particular for a vehicle.
  • Camera systems for detecting a vehicle environment through a vehicle window of a vehicle, in particular a windscreen are used in particular in driver assistance systems, e.g. in the context of a night-vision system, as a warning system and / or as a stereo camera system for determining distances.
  • the camera systems are arranged such that they detect the vehicle surroundings in front of the vehicle.
  • the camera systems with camera holders, e.g. attached to an inner side of the windscreen (windshield) or the vehicle roof or a roof strut of the vehicle and detect the outside space in front of the vehicle, in particular the own lane.
  • WO 2010/76065 A1 shows a camera system which images a vehicle environment as a primary image and detects a region of an outer surface of the vehicle window as a secondary image.
  • a mirror is provided in a lower part of the detection area and a further mirror is provided above the objective.
  • a covering adhering essentially to the outside of the lens on the outside of the pane is thus detected by deflection by means of two mirrors from the objective.
  • a sufficient space or space for the arrangement of the deflecting mirror is accordingly required.
  • DE 10 2004 015 040 A1 describes night vision support, lane departure warning or traffic sign recognition as the primary function and a rain sensor system for detecting water droplets on the outside of the pane as a secondary function.
  • the camera system has a radiation source from which optical radiation can first be input into the window pane and then decoupled again, the decoupled part being in turn detected by an image sensor.
  • Water drops adhering to the outside of the pane influence the total reflection of the light coupled into the pane so that the image sensor detects changes in the light signal.
  • DE 102 01 522 A1 describes a camera system with a primary function, such. B. the detection of objects, and as a secondary function, the detection of obstruction by raindrops on the disc.
  • the recorded image is evaluated by an evaluation unit in order to be able to infer the presence of a coating due to the blurring distribution.
  • DE 103 23 560 A1 describes a camera in which a mirror is provided in the lower part of a detection range of the objective, which detects a region of the vehicle surroundings above the vehicle and deflects it to the objective. This makes it possible to determine an ambient brightness.
  • a camera system which proposes an optical image of a detection area as a secondary image on an image sensor.
  • a lens and a mirror are provided in addition to the objective, so that an imaging system for a detection area on the vehicle window is formed from the objective, the lens and the mirror.
  • the detection area is detected by means of a mirror arranged below the detection area, so that the viewing direction runs to the sky. With such a background, however, most of the contrasts in the picture are missing in order to recognize the structures of the drops in the pictures.
  • the detection of the transparent water droplets is further complicated by the fact that the detectable structures such. B. edges of the drops are sometimes not very clear and can withdraw from structures of the image background, so that they can be recognized only with difficulty.
  • a single conversion lens is arranged in the detection range of the lens of the camera system as an optical attachment.
  • the lens of the camera which generally has one or more lenses, and the conversion lens form the optical imaging system for imaging the detection area.
  • the detection area is not perpendicular to the auxiliary lens axis and is imaged sharply on the image sensor by the optical imaging system comprising the objective and the objective lens.
  • the auxiliary lens axis is understood to be the straight line which intersects the entrance surface and the exit surface in the center; due to the preferably present unbalanced design with unequal and non-parallel input and output surface, this auxiliary lens axis generally does not form an axis of symmetry.
  • the detection area preferably has a smaller object width than a part of the detection area detected as a primary image and preferably represents an area of the outside of the pane or a covering adhering to the outside of the pane.
  • no mirror is provided in order to deflect the light emerging from the detection area to the conversion lens or to deflect it between the conversion lens and the objective.
  • the advantage is achieved that no optical alignment of different optical elements to each other is required. It is preferable to position only the auxiliary lens relative to the lens and to position the entire camera system in the vehicle relative to the vehicle window, z. B. by means of a camera holder on the inside of the vehicle window, the roof or a rear-view mirror.
  • the required space is small.
  • the detection area can be directed directly via the conversion lens to the objective or the entrance pupil of the objective.
  • a detection area is detected below the optical axis, so that no further space above the camera is required.
  • the camera can e.g. also be mounted in an upper area of the windscreen.
  • a normal of the detection area with respect to the optical axis of the auxiliary lens even extends at an angle of at least 90 °.
  • a circumferential surface of the conversion lens formed between the entry surface and the exit surface can extend completely or in sections parallel to the inside of the disk.
  • this design can be advantageous in order to obtain a long distance for the beam path.
  • the advantage is achieved that with a given distance between the lens and the vehicle window, a sufficiently large distance between the objective and the detection area can be formed so that the desired imaging properties are achieved, such as tilting the focus area into the detection area with adequate depth of field.
  • the rearward, ie towards the lens-facing exit surface and the opposite, that is, forwardly facing entrance surface are not perpendicular to the optical lens axis.
  • the optical sections of the imaging system, which adjoin the entrance surface and exit surface are not perpendicular to the entrance surface or exit surface.
  • the conversion lens is advantageously prismatic or wedge-shaped, ie its entrance surface and exit surface or tangent planes to the entry surface and exit surface are not parallel and not the same size.
  • the conversion lens can widen in particular away from the camera.
  • an optical imaging system in which the detection area to be imaged is strongly inclined with respect to the optical lens axis.
  • the exit surface of the conversion lens i. the surface facing the lens can be formed with a suitable curvature, in particular also with respect to the lens axis of unbalanced curvature. It is preferably inclined with respect to the optical axis path between the entrance pupil of the objective and the conversion lens to allow refraction of light from a beam path substantially parallel to the front screen with a greater inclination rearward to the objective.
  • the beam path from the detection area is advantageously initially through the windshield, from the windshield substantially backwards to the entrance surface of the conversion lens, in the main rays of outgoing from points of the detection area light beam then substantially parallel to the optical attachment axis, until they come out of the exit surface to be broken away at the back.
  • an object-side telecentric optical imaging system is formed.
  • the imaging system formed by the objective and the master lens thus makes possible a telecentric image on the object side, in which main beams of the light beams extend substantially parallel to the object-side side.
  • Main beams of the light beams thus capture the outside of the vehicle same or substantially the same areas, since differences of eg a few millimeters or centimeters in the outer space are no longer relevant. Due to the substantially same background, the coating as a structure against the background can be detected better than in conventional systems, where as a secondary area, for example, an area above the vehicle or next to the vehicle is detected due to eg light sources such as street lighting, houses, etc. as well as when detecting the sky of the vehicle environment may have significantly different intensities.
  • an additional optical axis of the imaging system extends downwardly from the vehicle window for detecting a lower portion of the vehicle environment, i. in particular a roadway, to form a uniform background.
  • the background can thus detect in particular shades of gray of the floor or a road surface.
  • the camera system can thus essentially be formed by a camera with camera housing, possibly additional camera mount for attachment to the vehicle and a one-piece auxiliary lens, which can be e.g. is attached to the camera body or the circuit board of the camera or the camera holder. By attaching to the camera or the camera holder already clear positioning and alignment is possible.
  • the additional costs of the system according to the invention are thus small and essentially determined by the conversion lens, which is made in one piece from transparent material, e.g. can be sprayed or poured.
  • the further outer surface of the conversion lens ie except the entry and exit surface, covered to prevent stray light, eg painted or injected.
  • the attachment lens is preferably attached to a circuit carrier and / or a camera housing of the camera system or a camera holder receiving the camera system.
  • the calculation of the entrance surface of the conversion lens may e.g. done by finite element calculation.
  • a supplementary light source for illuminating the detection area is basically not required, but may be provided, in particular for detection in the dark.
  • the camera system according to the invention is basically not limited to use in a vehicle; it can also z. B. be provided for mapping specific, non-planar detection areas.
  • a complex designed detection area can be mapped, for which purpose the entrance and / or exit surface can be formed correspondingly complex;
  • an asymmetrical curvature and / or a curvature with inflection points i. e. the curvature not only steadily increases or decreases in a lateral direction (away from the ancillary lens axis, but can also vary).
  • Fig. 1 shows a vehicle with a camera system according to a
  • Fig. 2 shows a schematic representation of the beam path of the secondary image in Fig. 1;
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the image regions of FIG
  • Image sensor and the beam path of the primary image are identical to Image sensor and the beam path of the primary image.
  • FIG. System 5 a front window 2 (windscreen), a headliner 3, a vehicle interior 4 (passenger compartment) and a camera are shown in FIG. System 5 shown.
  • the camera system 5 is attached to the inside 2a of the windshield 2 and / or the headliner 3 and outputs image signals S1 to an evaluation device 6, which may be outside the camera system 5 or part of the camera system 5 and for various functions or functionalities is provided, wherein a main function may be a detection and monitoring of a vehicle environment (exterior) 7 outside the vehicle 1, in particular a roadway area in front of the vehicle 1, to display the vehicle environment 7 on a monitor in the vehicle 1, and / or for a distance measurement as Part of a stereo camera system, and / or as a night vision system based, for example, on IR radiation.
  • a vehicle environment (exterior) 7 outside the vehicle 1 in particular a roadway area in front of the vehicle 1, to display the vehicle environment 7 on a monitor in the vehicle 1, and / or for a distance measurement as Part of a stereo
  • the camera system 5 has an objective 8 with one or more lenses 9 and an image sensor 10 (imager chip), which is mounted on a sensor carrier 11 and outputs imager signals S2 to a circuit carrier 12 with components (circuit components) 14, 15, which in turn outputs the image signals S1 to the evaluation device 6.
  • the evaluation device 6 can also be mounted on the circuit carrier 12 accordingly.
  • the lens 8 defines a detection area 18 which extends from the lens 8 in the direction of its optical axis A to the front.
  • the camera system 5 furthermore has an attachment lens 16, which forms an attachment optics without further lenses or mirrors and together with the objective 8 forms an optical imaging system 17 which, as an additional function, enables the detection of a coating 25 on a wafer exterior 2 b of the windshield 2.
  • the detection area 18 includes in its upper part 18-1 through the windshield 2 through a part of the vehicle environment 7. With its opposite the optical axis A outer (in this embodiment lower) portion 18-2 detects the detection area 18, the auxiliary lens 16th
  • the auxiliary lens 16 is fixed, for example, to the circuit carrier 12, a camera housing 20 of the camera system 5 or also, for example, to a camera holder 30, which supports the camera housing 20 and is fixed to the inner side 2a of the lens.
  • the optical properties of the objective 8 will be described below with reference, in particular, to its entrance pupil 22, which is known per se Mode - represents an optical, fictitious quantity for describing the optical behavior, wherein the optical axis A passes through the entrance pupil 22.
  • the imaging system 17 formed by the front lens 16 and the lens 8 forms a detection area 24 on the image sensor 10.
  • the detection area 24 can be arranged exactly on the outside of the pane 2b or also somewhat (in the direction of travel) in the direction of the optical axis A in front of the pane outer side 2b. This allows a coating, e.g. a water droplet 25, are imaged on the outside of the disk 2b on the image sensor 10.
  • the ancillary lens 16 has a rear exit surface 16a (in the direction of travel or with respect to the optical axis A) and a front entry surface 16b, which thus represent the optically active surfaces, as well as a non-optical and e.g. dark painted peripheral surface 16c on.
  • the peripheral surface 16c may be e.g. be substantially cylindrical, conical or polygonal.
  • the exit surface 16a and entrance surface 16b or tangential planes of these surfaces are not parallel to each other; preferably they are irregularly curved.
  • the front lens 16 is wedge-shaped and / or prismatic.
  • the entrance surface 16b is z. B. convex-concave curved.
  • the entrance surface 16b is non-spherically curved. Their curvature profile serves the exact focusing on the detection area 24 and is advantageously of more complex curvature. Accordingly, the exit surface 16a may be formed with more complex curvature. In principle, however, the optical properties can also be set completely over the entry surface 16b when the exit surface 16a is flat.
  • the determination of the geometric profile of the exit surface 16a and in particular the entry surface 16b can be done by a calculation with finite elements.
  • the front lens 16 may extend substantially parallel to the front pane 2, ie the line region of the peripheral surface 16c with the longitudinal extent L drawn close to the inside 2a of the front pane 2 extends completely or substantially parallel to the inside 2a of the front pane 2.
  • An auxiliary lens axis B runs centrally or centrally through the exit surface 16a and entrance surface.
  • the detection area 24 does not run perpendicular to the auxiliary lens axis B, but almost parallel or at a very shallow angle.
  • a drawn in Fig. 2 normal N on the detection area 24 thus extends at an angle of about 90 ° to the additional lens axis B, z. B. even more than 90 °. In other positions of the camera and in particular the front lens but also another Wnkel be formed.
  • the detection area 24 is imaged on the image sensor 10 in a secondary image 10- 2, together with the primary image 10-1 acquired in the first part 18-1 of the detection area 18.
  • the images 10-1 and 10-2 are indicated in FIG. 1 and arranged one above the other here; they can overlap.
  • the optical intent axis of the imaging system 17 initially extends in a partial distance c under an acute angle with respect to the optical axis A forwards and downwards and reaches the exit surface 16a non-perpendicularly; the exit surface 16a extends flatter (closer to the horizontal) with respect to the partial section C.
  • the ray trajectory is seen here - from the entrance pupil 22, i. relative to the optical beam path in the opposite direction, deflected by the section C down.
  • the auxiliary lens axis B is opposite to the section C angled downward to the entrance surface 16b.
  • the entrance surface 16b is also not perpendicular to the auxiliary lens axis B, but is flatter (closer to the horizontal plane), so that light or radiation when passing through the entrance surface 16b to the left (viewing against the actual light propagation) is flatter again.
  • the optical attachment axis runs in a partial distance D between the front lens 16 and the front plate 2 again flatter or at a slight angle to the optical axis A and passes at an acute angle to the disk inside 2 a, at which the light in turn up in the visually denser front panel 2 is broken into.
  • the light passes along the section E, which is not parallel to the north N is to the detection area 24 on or in front of the disk outside 2b.
  • the optical attachment axis runs to the left along the partial section F, which is inclined downwards relative to a horizontal plane and preferably also with respect to the optical axis, and thus detects a roadway.
  • the optical axis A may be parallel to the horizontal plane or slightly inclined up or down; the section F, however, runs in the direction of travel or to the vehicle environment (exterior) 7 down towards down.
  • the detection region 24 is at a very large angle with respect to the-curved-entrance surface 16b. Nevertheless, the detection region 24 is sharply imaged on the image sensor 10, which is achieved by the shaping of the entry surface 16a and the exit surface 16b.
  • the conversion lens is made of an optically transparent, optically denser material than light e.g. Mineral glass or transparent plastic such as e.g. Acrylic glass formed in one piece; It may preferably be a pressing or casting, which is thus cost-effectively formed. Basically, no reworking of the exit surface 16a and entrance surface 16b are required.
  • the peripheral surface 16c (side surface) is advantageously darkened to avoid scattered light by a coating or other coating or by injection in plastic material.
  • the arrangement of the auxiliary lens 16 is also possible above the optical axis A or laterally thereof.
  • the embodiment shown is advantageous since the additional optics does not capture the image in the relevant part 18-1 of the detection area 18 with the road scene in front of the vehicle and above, for example, arranged traffic signs, traffic lights, etc., but only a lower area, for example, leads to the hood of the vehicle 1.
  • the roadway or road in the primary area is fully visible up to the visible edge determined by the bonnet, ie the secondary function does not affect the primary function.
  • the optical path between the detection area 24 and the entrance pupil 22 is significantly larger than when positioned above the optical axis A, where the entrance pupil 22 is already close to the windshield 2 and thus due to the low Only a small depth of field is possible for the available optical path, in order to image the coating formed on the outside of the pane 2 b, and also to keep optical aberrations low.
  • the optical path between the detection area 24 and the entrance pupil 22 may be on the order of magnitude of the dimensioning of the camera system 5.
  • Fig. 3 beams are drawn to illustrate the beam path or beam path of the secondary image.
  • the beam path from an upper point P1 of the detection area 24 and a lower point P2 of the detection area 24 (object points, detection points) to the entrance pupil 22 is shown.
  • the further beam path from the entrance pupil 22 to the image sensor 10 is not further illustrated here.
  • the radiation beams R1 and R2 emanating from the two points P1, P2 thus respectively capture the entire entrance pupil 22.
  • the radiation beams R1 and R2 are defined by their main beams M1 and M2.
  • the main beams M1 and M2 respectively reach a central point M3 of the entrance pupil 22.
  • the respective two outer beams of the beam bundles R1, R2 are respectively guided to the outer points of the entrance pupil 22.
  • the beam bundles R1, R2 are subsequently combined again in each case and imaged onto one pixel each for the upper point P1 and another pixel for the lower point P2.
  • the principal rays M1, M2 with respect to the auxiliary lens 16 are on the object side, i. from the entrance surface 16b to the windscreen 2 and from there into the vehicle environment (outer space) 7 are substantially parallel.
  • the objective 8 and the ancillary lens 16 thus form an object-side telecentric imaging system 17.
  • the radiation beams R1 and R2 in the vehicle environment 7 detect substantially the same area, e.g. a road area in front of the vehicle 1.
  • Main rays M1 and M2 is irrelevant here and is z. In mm or cm Area.
  • the defocusing increases when removing from the windshield 2, ie in the figures to the left. Due to the strong defocusing at distances in the meter range, the radiation beams R1 and R2 detect substantially averaged gray values without structure. Due to the telecentric arrangement, these gray values or averaged values are also essentially the same, since substantially identical regions are detected.
  • a wavelength-dispersive light refraction can occur. It is therefore preferred, for at least the secondary image, to use monochromatic light or light restricted to a narrow wavelength range, e.g. through a filter layer on the image sensor 10 or as part of the image sensor 10.
  • the wavelength can be in the visible or in the IR range.
  • the image sensor 10 When used as a night vision system, the image sensor 10 z. B. completely designed in the IR range.
  • the wavelength dispersive refraction can also by means of a color sensor, for. B. with a color filter mask with z.
  • a color sensor for. B. with a color filter mask with z.
  • a light source for illuminating the detection area 24 may be provided, in particular in the dark.
  • a light source can usually be embodied as a controlled LED, which emits radiation from the vehicle interior through the front pane onto the detection area 24.
  • the evaluation device 6 can, based on this additional function, e.g. activate a display device in the vehicle and / or optionally also directly initiate a windshield wiper function and / or control time intervals of the windshield wiper function.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kamerasystem, insbesondere für ein Fahrzeug, wobei das Kamerasystem (5) mindestens aufweist: ein Objektiv (8) zur Erfassung eines Erfassungsbereichs (18), einen Bildsensor (10) zur Ausgabe von Bildsignalen (S1), eine in dem Erfassungsbereich (18) angeordnete Vorsatzoptik (16), wobei die Vorsatzoptik (16) mit dem Objektiv (8) ein optisches Abbildungssystem (17) zur Abbildung eines zweidimensionalen Detektionsbereichs (24) auf dem Bildsensor (10) bildet. Hierbei ist vorgesehen, dass die Vorsatzoptik aus genau einer Vorsatzlinse (16) mit einer Eintrittsfläche (16b) und einer Austrittsfläche (16a) gebildet ist, und der zweidimensionale Detektionsbereich (24) gegenüber der optischen Vorsatzlinsen-Achse (B) der Vorsatzlinse (16) nicht senkrecht verläuft und durch das optische Abbildungssystem (17) auf dem Bildsensor scharf abgebildet wird. Die Ein- und Austrittsfläche sind vorzugsweise nicht sphärisch gekrümmt.

Description

Beschreibung Titel
Kamerasvstem, insbesondere für ein Fahrzeug Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Kamerasystem, das insbesondere für ein Fahrzeug einsetzbar ist.
Kamerasysteme zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung durch eine Fahrzeugscheibe eines Fahrzeuges, insbesondere eine Frontscheibe, werden insbesondere in Fahrerassistenzsystemen eingesetzt, z.B. im Rahmen eines Nachtsichtsystems, als Warnsystem und/oder als Stereokamerasystem zur Bestimmung von Abständen. Die Kamerasysteme werden insbesondere derartig angeordnet, dass sie die Fahrzeugumgebung vor dem Fahrzeug erfassen. Hierzu werden die Kamerasysteme mit Kamerahaltern z.B. an einer Innenseite der Frontscheibe (Windschutzscheibe) oder dem Fahrzeugdach bzw. einer Dachstrebe des Fahrzeugs befestigt und erfassen den Außenraum vor dem Fahrzeug, insbesondere auch die eigene Fahrspur.
Es ist weiterhin bekannt, Kamerasysteme auch für Sekundärfunktionen zu verwenden, z. B. für die Ermittlung eines Belages auf der Fahrzeugscheibe, insbesondere als Regendetektor.
Die WO 2010/76065 A1 zeigt ein Kamerasystem, das als Primärbild eine Fahrzeugumgebung abbildet und als Sekundärbild einen Bereich einer Außenfläche der Fahrzeugscheibe erfasst. Zur Erfassung des Sekundärbildes sind in einem unteren Teil des Erfassungsbereichs ein Spiegel und oberhalb des Objektivs ein weiterer Spiegel vorgesehen. Ein im Wesentlichen oberhalb des Objektivs auf der Scheibenaußenseite haftender Belag wird somit durch Umlenken mittels zweier Spiegel von dem Objektiv erfasst. Bei einem derartigen System ist entsprechend ein hinreichender Bauraum bzw. Platz zur Anordnung der Umlenkspiegel erforderlich. In der DE 10 2004 015 040 A1 wird als Primärfunktion eine Nachtsichtunterstützung, Spurverlassenswarnung oder Verkehrszeichenerkennung beschrieben und als Sekundärfunktion eine Regensensorik zur Erkennung von Wassertropfen auf der Außenseiten der Scheibe. Hierzu weist das Kamerasystem eine Strahlungsquelle auf, von der optische Strahlung zunächst in die Fensterscheibe ein- und wieder auskoppelbar ist, wobei der ausgekoppelte Teil wiederum von einem Bildsensor erfasst wird. Auf der Außenseite der Scheibe haftende Wassertropfen beeinflussen die Totalreflektion des in die Scheibe eingekoppelten Lichtes, so dass der Bildsensor Änderungen im Lichtsignal ermittelt.
Die DE 102 01 522 A1 beschreibt ein Kamerasystem mit einer Primärfunktion, wie z. B. der Erfassung von Objekten, und als Sekundärfunktion die Erfassung einer Sichtbehinderung durch Regentropfen auf der Scheibe. Das aufgenommene Bild wird durch eine Auswerteeinheit ausgewertet, um aufgrund der Unschär- feverteilung auf das Vorliegen eines Belages schließen zu können.
Die DE 103 23 560 A1 beschreibt eine Kamera, bei der im unteren Teil eines Erfassungsbereichs des Objektivs ein Spiegel vorgesehen ist, der einen Bereich der Fahrzeugumgebung oberhalb des Fahrzeugs erfasst und zu dem Objektiv umlenkt. Hierdurch wird die Ermittlung einer Umgebungshelligkeit ermöglicht.
Aus Steffen Görmer et. al. "Vision-based Rain Sensing with an In-Vehicle Camera" 2009, IEEE; 978-1-4244-3503-6 ist ein Kamerasystem bekannt, das eine optische Abbildung eines Detektionsbereichs als Sekundärbild auf einem Bildsensor vorschlägt. Hierzu sind zusätzlich zum Objektiv eine Linse und ein Spiegel vorgesehen, so dass aus dem Objektiv, der Linse und dem Spiegel ein Abbildungsystem für einen Detektionsbereich auf der Fahrzeugscheibe gebildet wird.
Der apparative Aufwand derartiger Abbildungssysteme und ihre optische Justierung sind jedoch nicht unerheblich. Der Detektionsbereich wird über einen unterhalb des Detektionsbereichs angeordneten Spiegel erfasst, so dass die Blickrichtung zum Himmel verläuft. Bei einem derartigen Hintergrund fehlen jedoch meist die Kontraste im Bild, um in den Bildern die Strukturen der Tropfen zu erkennen. Die Detektion der transparenten Wassertropfen wird weiterhin dadurch erschwert, dass die detektierbaren Strukturen wie z. B. Kanten der Tropfen z.T. nicht sehr deutlich sind und gegenüber Strukturen des Bildhintergrundes zurücktreten können, so dass sie nur schwer erkannt werden können.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird im Erfassungsbereich des Objektivs des Kamerasystems als Vorsatzoptik eine einzige Vorsatzlinse angeordnet. Somit bilden das Objektiv der Kamera, das im Allgemeinen eine oder mehrere Linsen aufweist, und die Vorsatzlinse das optische Abbildungssystem zur Abbildung des Detektionsbe- reichs.
Der Detektionsbereich steht hierbei nicht senkrecht auf der Vorsatzlinsen-Achse und wird durch das optische Abbildungssystem aus Objektiv und Vorsatzlinse scharf auf dem Bildsensor abgebildet wird.
Unter der Vorsatzlinsen-Achse wird hierbei die die Eintrittsfläche und die Austrittsfläche mittig schneidende Gerade verstanden; aufgrund der vorzugsweise vorliegenden unsymmetrischen Ausbildung mit ungleichen und nicht parallelen Ein- und Austrittsfläche bildet diese Vorsatzlinsen-Achse im allgemeinen keine Symmetrieachse.
Der Detektionsbereich hat vorzugsweise gegenüber einem als Primärbild erfass- ten Teil des Erfassungsbereichs eine geringere Gegenstandsweite und stellt vorzugsweise einen Bereich der Scheibenaußenseite bzw. einen auf der Scheibenaußenseite haftenden Belag dar.
Erfindungsgemäß ist kein Spiegel vorgesehen, um das vom Detektionsbereich ausgehende Licht zu der Vorsatzlinse umzulenken oder zwischen der Vorsatzlinse und dem Objektiv umzulenken.
Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass keine optische Ausrichtung von verschiedenen optischen Elementen zueinander erforderlich ist. Es ist vorzugsweise lediglich die Vorsatzlinse relativ zum Objektiv zu positionieren und das gesamte Kamerasystem im Fahrzeug relativ zur Fahrzeugscheibe zu positionieren, z. B. mittels eines Kamerahalters an der Innenseite der Fahrzeugscheibe, dem Dach oder einem Rückspiegel.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil liegt darin, dass der erforderliche Bauraum gering ist. Anders als bei optischen Systemen mit Umlenkspiegeln kann erfindungsgemäß der Detektionsbereich direkt über die Vorsatzlinse zum Objektiv bzw. der Eintrittspupille des Objektivs gelenkt werden. Vorzugsweise wird ein Detektionsbereich unterhalb der optischen Achse erfasst, so dass kein weiterer Bauraum oberhalb der Kamera erforderlich ist. Somit kann die Kamera z.B. auch in einem oberen Bereich der Frontscheibe angebracht werden.
Gemäß einer Ausführungsform verläuft eine Normale des Detektionsbereichs gegenüber der optischen Achse der Vorsatzlinse sogar unter einem Winkel mindestens 90°. Hierbei kann eine zwischen Eintrittsfläche und Austrittsfläche ausgebildete Umfangsfläche der Vorsatzlinse ganz oder bereichsweise parallel zur Innenseite der Scheibe verlaufen.
Insbesondere wenn die Kamera nahe an der Scheibe zu positionieren ist, kann diese Ausbildung vorteilhaft sein, um eine lange Strecke für den Strahlengang zu gewinnen.
Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass bei gegebenem Abstand zwischen Objektiv und Fahrzeugscheibe ein hinreichend großer Abstand zwischen Objektiv und Detektionsbereich ausgebildet werden kann, so dass die gewünschten Abbildungseigenschaften erreicht werden, wie Verkippung des Schärfebereichs in den Detektionsbereich bei angemessener Tiefenschärfe.
Gemäß einer bevorzugten Ausbildung liegen die nach hinten, d.h. zum Objektiv hin weisende Austrittsfläche und die entgegengesetzte, d.h. nach vorne hin weisende Eintrittsfläche nicht senkrecht zur optischen Vorsatzlinsen-Achse. Bei gekrümmter, nicht-planer Ausbildung der Ein- oder Austrittsfläche wird hierunter verstanden, dass Tangentialebenen an die Ein- bzw. Austrittsfläche nicht senkrecht zur optischen Vorsatzlinsen-Achse liegen. Vorteilhafterweise liegen auch die optischen Teilstrecken des Abbildungssystems, die an die Eintrittsfläche und Austrittsfläche anschließen, nicht senkrecht auf der Eintrittsfläche bzw. Austrittsfläche. Hierdurch wird eine Lichtbrechung bereits an diesen optisch aktiven Übergangs- Flächen wirksam, um mit der einzigen Vorsatz-Linse gewünschte optische Eigenschaften zu erreichen. Die Vorsatzlinse ist vorteilhafterweise prismatisch oder keilförmig ausgebildet, d.h. ihre Eintrittsfläche und Austrittsfläche bzw. Tangentialebenen an die Eintrittsfläche und Austrittsfläche sind nicht parallel und nicht gleich groß. So kann sich die Vorsatzlinse insbesondere von der Kamera weg verbreitern.
Es wird somit ein optisches Abbildungssystem ausgebildet, bei dem der abzubildende Detektionsbereich gegenüber der optischen Vorsatzlinsen-Achse stark geneigt ist. Erfindungsgemäß wird jedoch erkannt, dass eine derartige Abbildung insbesondere bei Ausbildung der Eintrittsfläche als nicht-sphärische Fläche durchaus möglich ist und gute Abbildungseigenschaften ermöglicht. Die Austrittsfläche der Vorsatzlinse, d.h. die zum Objektiv hin weisende Fläche, kann mit geeigneter Krümmung, insbesondere auch bzgl der Linsen-Achse unsymmetrischer Krümmung, ausgebildet sein. Sie ist vorzugsweise gegenüber der Strecke der optischen Achse zwischen der Eintrittspupille des Objektivs und der Vorsatzlinse geneigt, um eine Lichtbrechung von einem Strahlengang im Wesentlichen parallel zur Frontscheibe mit stärkerer Neigung nach hinten zu dem Objektiv zu ermöglichen. Der Strahlengang von dem Detektionsbereich erfolgt vorteilhafterweise zunächst durch die Frontscheibe, von der Frontscheibe im Wesentlichen nach hinten zu der Eintrittsfläche der Vorsatzlinse, in der Hauptstrahlen der von Punkten des Detektionsbereichs ausgehenden Lichtbündel dann im Wesentlichen parallel zur optischen Vorsatzachse verlaufen, bis sie aus der Austrittsfläche nach hinten weg gebrochen werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausbildung wird ein objektseitig telezentri- sches optisches Abbildungssystem gebildet. Das aus dem Objektiv und der Vor- satzlinse gebildete Abbildungssystem ermöglicht somit eine objektseitig telezent- rische Abbildung, bei der Hauptstrahlen der Lichtbündel zur objektseitigen Seite hin im Wesentlichen parallel verlaufen.
Insbesondere eine derartige Ausbildung ermöglicht es, dass ein Hintergrund im Zusatzbild im Wesentlichen gleichmäßig erscheint. Die parallel verlaufende
Hauptstrahlen der Lichtbündel erfassen somit im Außenbereich des Fahrzeugs gleiche oder im Wesentlichen gleiche Bereiche, da Unterschiede von z.B. wenigen Millimetern oder Zentimeter im Außenraum nicht mehr relevant sind. Aufgrund des im Wesentlichen gleichen Hintergrundes kann der Belag als Struktur gegenüber dem Hintergrund besser detektiert werden, als bei herkömmlichen Systemen, bei denen als Sekundärbereich z.B. ein Bereich oberhalb des Fahrzeugs oder neben dem Fahrzeug erfasst wird, aufgrund z.B. Lichtquellen wie Straßenbeleuchtungen, Häusern, etc. sowie auch bei Erfassung des Himmels der Fahrzeugumgebung deutlich unterschiedliche Intensitäten aufweisen kann.
Vorteilhafterweise verläuft eine optische Zusatzachse des Abbildungssystems von der Fahrzeugscheibe aus nach unten zum Erfassen eines unteren Bereichs des Fahrzeugumfeldes, d.h. insbesondere eine Fahrbahn, zur Ausbildung eines gleichmäßigen Hintergrundes. Der Hintergrund kann somit insbesondere Grautöne des Bodens bzw. bzw. einen Straßenbelags erfassen. Durch diese Neigung der Zusatzachse nach unten kann der Einfluss von Streulicht von z. B. Straßenbeleuchtungen und weiteren Verkehrsteilnehmern gering gehalten werden, so dass die Ausbildung eines gleichmäßigen Hintergrundes verbessert wird.
Somit wird eine nachfolgende Bilderkennung oder Klassifizierung des Detekti- onsbereichs als Struktur gegenüber einem im Wesentlichen gleichen Hintergrund ermöglicht.
Das Kamerasystem kann somit im Wesentlichen durch eine Kamera mit Kameragehäuse, gegebenenfalls zusätzlichem Kamerahalter zur Befestigung am Fahrzeug und einer einteiligen Vorsatzlinse ausgebildet werden, die z.B. am Kameragehäuse oder am Schaltungsträger der Kamera oder auch dem Kamerahalter befestigt wird. Durch die Befestigung an der Kamera oder dem Kamerahalter wird bereits die eindeutige Positionierung und Ausrichtung ermöglicht. Die Zu- satzkosten des erfindungsgemäßen Systems sind somit gering und im Wesentlichen durch die Vorsatzlinse bestimmt, die einteilig aus transparentem Material hergestellt, z.B. gespritzt oder gegossen werden kann.
Vorzugsweise ist die weitere Außenfläche der Vorsatzlinse, d.h. außer der Ein- und Austrittsfläche, zur Verhinderung von Streulichteintritt abgedeckt, z.B. lackiert oder eingespritzt. Die Vorsatzlinse ist vorzugsweise an einem Schaltungsträger und/oder einem Kameragehäuse des Kamerasystems oder einem das Kamerasystem aufnehmenden Kamerahalter befestigt.
Die Berechnung der Eintrittsfläche der Vorsatzlinse kann z.B. durch Finite- Elemente-Berechnung erfolgen.
Eine ergänzende Lichtquelle zur Beleuchtung des Detektionsbereichs ist grundsätzlich nicht erforderlich, kann jedoch vorgesehen sein, insbesondere für eine Detektion bei Dunkelheit.
Das erfindungsgemäße Kamerasystem ist grundsätzlich nicht auf den Einsatz in einem Fahrzeug beschränkt; es kann auch z. B. zur Abbildung spezifischer, nicht-planer Detektionsbereiche vorgesehen sein. Hierbei kann grundsätzlich auch ein komplex gestalteter Detektionsbereich abgebildet werden, wozu die Eintritts- und/oder Austrittsfläche entsprechend komplex ausgebildet werden können; hierbei sind auch möglich eine unsymmetrischer Krümmung und/oder eine Krümmung mit Wendepunkten, d.h. die Krümmung nimmt in lateraler Richtung (weg von der Vorsatzlinsen-Achse ausgehend nach außen) nicht nur stetig zu oder ab, sondern kann auch variieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt ein Fahrzeug mit einem Kamerasystem gemäß einer
Ausführungsform im seitlichen Schnitt;
Fig. 2 zeigt eine schematisierte Darstellung des Strahlengangs des Sekundärbildes in Fig. 1 ;
Fig. 3 zeigt eine schematisierte Darstellung der Bildbereiche des
Bildsensors und des Strahlenganges des Primärbildes.
Beschreibung der Ausführungsformen
Von einem Fahrzeug 1 sind in Fig. 1 eine Frontscheibe 2 (Windschutzscheibe), ein Dachhimmel 3, ein Fahrzeuginnenraum 4 (Fahrgastraum) und ein Kamera- System 5 dargestellt. Das Kamerasystem 5 ist an der Innenseite 2a der Frontscheibe 2 und/oder am Dachhimmel 3 befestigt und gibt Bildsignale S1 an eine Auswerteeinrichtung 6 aus, die außerhalb des Kamerasystems 5 oder auch Teil des Kamerasystems 5 sein kann und für verschiedene Funktionen bzw. Funktio- nalitäten vorgesehen ist, wobei eine Hauptfunktion eine Erfassung und Überwachung einer Fahrzeugumgebung (Außenraum) 7 außerhalb des Fahrzeugs 1 , insbesondere eines Fahrbahnbereichs vor dem Fahrzeug 1 sein kann, zur Darstellung der Fahrzeugumgebung 7 auf einem Monitor im Fahrzeug 1 , und/oder für eine Abstandsmessung als Teil eines Stereo-Kamerasystems, und/oder als Nachtsichtsystem auf Grundlage z.B. von IR-Strahlung.
Das Kamerasystem 5 weist ein Objektiv 8 mit einer oder mehreren Linsen 9 und einem Bildsensor 10 (Imager-Chip) auf, der auf einem Sensorträger 11 angebracht ist und Imager-Signale S2 zu einem Schaltungsträger 12 mit Bauelementen (Schaltungskomponenten) 14, 15 ausgibt, die wiederum die Bildsignale S1 an die Auswerteeinrichtung 6 ausgibt. Die Auswerteeinrichtung 6 kann entsprechend auch auf dem Schaltungsträger 12 angebracht sein. Das Objektiv 8 legt einen Erfassungsbereich 18 fest, der sich von dem Objektiv 8 aus in Richtung seiner optischen Achse A nach vorne erstreckt.
Das Kamerasystem 5 weist weiterhin eine Vorsatzlinse 16 auf, die ohne weitere Linsen oder Spiegel eine Vorsatzoptik ausbildet und zusammen mit dem Objektiv 8 ein optisches Abbildungssystem 17 ausbildet, das als Zusatzfunktion die De- tektion eines Belages 25 auf einer Scheibenaußenseite 2b der Frontscheibe 2 ermöglicht.
Der Erfassungsbereich 18 umfasst in seinem oberen Teil 18-1 durch die Frontscheibe 2 hindurch einen Teil der Fahrzeugumgebung 7. Mit seinem gegenüber der optischen Achse A äußeren (in dieser Ausführungsform unteren) Teil 18-2 er- fasst der Erfassungsbereich 18 die Vorsatzlinse 16. Die Vorsatzlinse 16 ist z.B. am Schaltungsträger 12, einem Kameragehäuse 20 des Kamerasystems 5 oder auch z.B. an einem in Fig. 1 angedeuteten Kamerahalter 30, der das Kameragehäuse 20 trägt und an der Scheibeninnenseite 2a fixiert, befestigt. Die optischen Eigenschaften des Objektivs 8 werden nachfolgend insbesondere unter Bezug auf seine Eintrittspupille 22 beschrieben, die - in an sich bekannter Weise - eine optische, fiktive Größe zur Beschreibung des optischen Verhaltens darstellt, wobei die optische Achse A durch die Eintrittspupille 22 verläuft.
Das aus der Vorsatzlinse 16 und dem Objektiv 8 gebildete Abbildungssystem 17 bildet einen Detektionsbereich 24 auf den Bildsensor 10 ab. Der Detektionsbe- reich 24 kann genau auf der Scheibenaußenseite 2b oder auch etwas (in Fahrtrichtung) in Richtung der optischen Achse A vor der Scheibenaußenseite 2b angeordnet sein. Hierdurch kann ein Belag, z.B. ein Wassertropfen 25, auf der Scheibenaußenseite 2b auf den Bildsensor 10 abgebildet werden.
Die Vorsatzlinse 16 weist eine (in Fahrtrichtung bzw. bezüglich der optischen Achse A) hintere Austrittsfläche 16a und eine vordere Eintrittsfläche 16b, die somit die optisch aktiven Flächen darstellen, sowie eine für die optischen Eigenschaften nicht relevante und z.B. dunkel lackierte Umfangsfläche 16c auf. Die Umfangsfläche 16c kann z.B. im Wesentlichen zylindrisch, konisch oder auch mehreckig sein.
Die Austrittsfläche 16a und Eintrittsfläche 16b bzw. Tangentialebenen dieser Flächen sind zueinander nicht zueinander parallel; vorzugsweise sind sie unregelmäßig gekrümmt. Insgesamt ist die Vorsatzlinse 16 keilförmig und/oder prismatisch ausgebildet. Die Eintrittsfläche 16b ist z. B. konvex-konkav gekrümmt. Die Eintrittsfläche 16b ist nicht-sphärisch gekrümmt. Ihr Krümmungsverlauf dient der genauen Fokussierung auf den Detektionsbereich 24 und ist vorteilhafterweise von komplexerer Krümmung. Entsprechend kann auch die Austrittsfläche 16a mit komplexerer Krümmung ausgebildet sein. Grundsätzlich können die optischen Eigenschaften jedoch bei planer Austrittsfläche 16a auch vollständig über die Eintrittsfläche 16b eingestellt werden.
Die Ermittlung des geometrischen Verlaufs der Austrittsfläche 16a und insbesondere der Eintrittsfläche 16b kann durch eine Berechnung mit finiten Elementen erfolgen.
Die Vorsatzlinse 16 kann sich hierbei im Wesentlichen parallel zur Frontscheibe 2 erstrecken, d.h. der der Innenseite 2a der Frontscheibe 2 naheliegende Linienbereich der Umfangsfläche 16c mit der eingezeichneten Längserstreckung L verläuft ganz oder im Wesentlichen parallel zur Innenseite 2a der Frontscheibe 2. Eine Vorsatzlinsen-Achse B läuft mittig bzw. zentral durch die Austrittsfläche 16a und Eintrittsfläche. Der Detektionsbereich 24 verläuft nicht senkrecht zu der Vorsatzlinsen-Achse B, sondern nahezu parallel bzw. unter einem sehr flachen Winkel. Eine in Fig. 2 eingezeichnete Normale N auf dem Detektionsbereich 24 verläuft somit unter einem Winkel von etwa 90° zu der Zusatzlinsen-Achse B, z. B. sogar mehr als 90°. Bei anderen Positionierungen der Kamera und insbesondere der Vorsatzlin- se kann aber auch ein anderer Wnkel ausgebildet sein.
Der Detektionsbereich 24 wird auf dem Bildsensor 10 in einem Sekundärbild 10- 2 abgebildet, zusammen mit dem in dem ersten Teil 18-1 des Erfassungsbereichs 18 erfassten Primärbild 10-1. Die Bilder 10-1 und 10-2 sind in Fig. 1 ange- deutet und hier übereinander angeordnet; sie können sich überlappen.
Von der Eintrittspupille 22 des Objektivs 9 aus verläuft die optische Vorsatz- Achse des Abbildungssystems 17 zunächst in einer Teilstrecke c unter einem spitzen Wnkel gegenüber der optischen Achse A nach vorne und unten und ge- langt nicht-senkrecht auf die Austrittsfläche 16a; die Austrittsfläche 16a verläuft gegenüber der Teilstrecke C flacher (näher an der Horizontalen). Der Strahlenverlauf wird hier - von der Eintrittspupille 22 aus gesehen, d.h. gegenüber dem optischen Strahlenverlauf in umgekehrter Richtung, von der Teilstrecke C nach unten abgelenkt. Die Vorsatzlinsen-Achse B verläuft gegenüber der Teilstrecke C nach unten abgewinkelt bis zur Eintrittsfläche 16b. die Eintrittsfläche 16b steht ebenfalls nicht senkrecht auf der Vorsatzlinsen-Achse B, sondern verläuft flacher (näher an der horizontalen Ebene), so dass Licht bzw. Strahlung beim Durchgang durch die Eintrittsfläche 16b nach links (Betrachtung entgegen der tatsächlichen Lichtausbreitung) wieder flacher verläuft.
Nachfolgend verläuft die optische Vorsatzachse in einer Teilstrecke D zwischen der Vorsatzlinse 16 und der Frontscheibe 2 wieder flacher bzw. unter einem geringen Winkel gegenüber der optischen Achse A und gelangt unter einem spitzen Winkel auf die Scheibeninnenseite 2a, an der das Licht wiederum weiter nach oben in die optisch dichtere Frontscheibe 2 hinein gebrochen wird. In der Frontscheibe 2 gelangt das Licht entlang der Teilstrecke E, die nicht parallel zur Nor- malen N ist, zu dem Detektionsbereich 24 auf oder vor der Scheibenaußenseite 2b. von der Schiebenaußenseite 2b aus verläuft die optische Vorsatzachse nach links entlang der Teilstrecke F, die gegenüber einer horizontalen Ebene und vorzugsweise auch gegenüber der optischen Achse nach unten geneigt ist und so- mit eine Fahrbahn erfasst.
Die optische Achse A kann parallell zu der horizontalen Ebene oder auch etwas nach oben oder unten geneigt sein; die Teilstrecke F verläuft hingegen in Fahrtrichtung bzw. zur Fahrzeugumgebung (Außenraum) 7 hin nach unten.
Bemerkenswert an dieser optischen Einrichtung ist somit insbesondere auch, dass der Detektionsbereich 24 unter einem sehr großen Winkel gegenüber der - gekrümmten - Eintrittsfläche 16b steht. Dennoch wird der Detektionsbereich 24 scharf auf dem Bildsensor 10 abgebildet, was durch die Formgebung der Ein- trittsfläche 16a und der Austrittsfläche 16b erreicht wird.
Die Vorsatzlinse ist aus einem optisch transparenten, gegenüber Licht optisch dichteren Material wie z.B. Mineralglas oder transparenten Kunststoff wie z.B. Acrylglas einteilig ausgebildet; sie kann vorzugsweise ein Pressteil oder Gussteil sein, das somit kostengünstig ausbildbar ist. Grundsätzlich sind keine Nachbearbeitungen der Austrittsfläche 16a und Eintrittsfläche 16b erforderlich. Die Um- fangsfläche 16c (Seitenfläche) wird vorteilhafterweise zur Vermeidung von Streulicht durch eine Lackierung oder andere Beschichtung oder durch Einspritzen in Kunststoffmaterial abgedunkelt.
Grundsätzlich ist die Anordnung der Vorsatzlinse 16 auch oberhalb der optischen Achse A oder seitlich hiervon möglich. Aus Gründen der Positionierung des Einbaus im Fahrzeug 1 ist die gezeigte Ausführungsform jedoch vorteilhaft, da die Zusatzoptik nicht die Bilderfassung in dem relevanten Teil 18-1 des Erfassungs- bereichs 18 mit der vor dem Fahrzeug liegenden Straßenszene und oberhalb hiervon z.B. angeordneten Verkehrszeichen, Ampeln, etc. beeinträchtigt, sondern lediglich einen unteren Bereich, der z.B. auf die Motorhaube des Fahrzeugs 1 führt. Vorteilhafterweise ist die Fahrbahn bzw. Straße im Primärbereich bis zu der durch die Motorhaube bestimmten Sichtkante voll sichtbar, d.h. die Sekundär- funktion beeinträchtigt die Primärfunktion nicht. Weiterhin ist aufgrund des nach vorne abfallenden Verlaufs der Frontschreibe 2 der optische Weg zwischen dem Detektionsbereich 24 und der Eintrittspupille 22 deutlich größer als bei einer Positionierung oberhalb der optischen Achse A, wo die Eintrittspupille 22 bereits nahe an der Frontscheibe 2 liegt und somit aufgrund des geringen zur Verfügung stehenden optischen Weges nur eine geringe Tiefenschärfe möglich ist, um den auf der Scheibenaußenseite 2b ausgebildeten Belag abzubilden, und auch optische Fehler bzw. Aberrationen gering zu halten. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausbildung kann z.B. der optische Weg zwischen dem Detektionsbereich 24 und Eintrittspupille 22 in der Größenordnung der Dimensi- onierung des Kamerasystems 5 liegen.
In Fig. 3 sind zur Verdeutlichung des Strahlenganges bzw. Strahlverlaufes des Sekundärbildes Strahlenbündel eingezeichnet. Hierbei ist der Strahlenverlauf von einem oberen Punkt P1 des Detektionsbereichs 24 und einem unteren Punkt P2 des Detektionsbereiches 24 (Gegenstandspunkte, Detektionspunkte) bis zur Eingangspupille 22 dargestellt. Der weitere Strahlengang von der Eingangspupille 22 zum Bildsensor 10 ist hier entsprechend nicht weiter dargestellt. Die von den beiden Punkten P1 , P2 ausgehenden Strahlenbündel R1 und R2 erfassen somit jeweils die gesamte Eingangspupille 22. Die Strahlenbündel R1 und R2 werden durch ihre Hauptstrahlen M1 und M2 festgelegt. Die Hauptstrahlen M1 und M2 gelangen entsprechend auf einen mittleren Punkt M3 der Eintrittspupille 22. Die jeweils beiden äußeren Strahlen der Strahlenbünde R1 , R2 werden entsprechend auf die äußeren Punkte der Eintrittspupille 22 geführt. Beim weiteren optischen Weg von der Eintrittspupille 22 zum Bildsensor 10 werden die Strahlen- bündel R1 , R2 nachfolgend jeweils wieder zusammengeführt und auf jeweils einen Bildpunkt für den oberen Punkt P1 und einen weiteren Bildpunkt für den unteren Punkt P2 abgebildet.
Bei dieser Darstellung zeigt sich, dass die Hauptstrahlen M1 , M2 bezüglich der Vorsatzlinse 16 objektseitig, d.h. von der Eintrittsfläche 16b aus zu der Frontscheibe 2 und von dort weiter in die Fahrzeugumgebung (Außenraum) 7 im Wesentlichen parallel verlaufen. Das Objektiv 8 und die Vorsatzlinse 16 bilden somit ein objektseitig telezentrisches Abbildungssystem 17. Somit erfassen die Strahlenbündel R1 und R2 in der Fahrzeugumgebung 7 im Wesentlichen den gleichen Bereich, z.B. einen Straßenbereichs vor dem Fahrzeug 1. Der Versatz der
Hauptstrahlen M1 und M2 ist hierbei unerheblich und liegt z. B. im mm- oder cm- Bereich. Die Defokussierung nimmt bei Entfernen von der Frontscheibe 2, d.h. in den Figuren nach links, zu. Aufgrund der bei Entfernungen im Meter- Bereich starken Defokussierung erfassen die Strahlenbündel R1 und R2 im wesentlichen gemittelte Grauwerte ohne Struktur. Aufgrund der telezentrischen Anordnung sind diese Grauwerte bzw. gemittelten Werte auch im Wesentlichen gleich, da im wesentlichen gleiche Bereiche erfasst werden.
Somit können Strukturen auf dem Detektionsbereich 24, z.B. durch einen Belag 25 wie z. B. Wassertropfen, vor einem gleichmäßigen Hintergrund ohne Strukturen abgebildet werden. Hierdurch wird eine Bilderkennung des Belages 25, z. B. durch Kantenerkennung, möglich.
Aufgrund der keilförmigen oder prismatischen Ausbildung der Vorsatzlinse kann eine wellenlängendispersive Lichtbrechung auftreten. Bevorzugt wird daher zumindest für das Sekundärbild monochromatisches Licht oder auf einen schmalen Wellenlängenbereich beschränktes Licht eingesetzt, z.B. durch eine Filterschicht auf dem Bildsensor 10 oder als Teil des Bildsensors 10. Die Wellenlänge kann im sichtbaren oder auch im IR-Bereich liegen. Bei Einsatz als Nachtsichtsystem wird der Bildsensor 10 z. B. vollständig im IR-Bereich ausgelegt.
Weiterhin kann die wellenlängendispersive Lichtbrechung auch mittels eines Farbsensors, z. B. mit einer Farbfilter-Maske mit z. B. einem Bayer-Pattern vor den Pixeln, ausgenutzt werden, indem in mehreren Farbkanälen aufgenommen und ausgewertet wird und die Ergebnisse der Messungen bei verschiedenen Wellenlängen dann nachfolgend mit einander verarbeitet werden.
Ergänzend kann eine Lichtquelle zur Beleuchtung des Detektionsbereichs 24 vorgesehen sein, insbesondere bei Dunkelheit. Eine derartige Lichtquelle kann in üblicherweise als eine angesteuerte LED ausgebildet sein, die von der Fahrzeugsinnenseite her Strahlung durch die Frontscheibe auf den Detektionsbereich 24 ausgibt.
Die Auswerteeinrichtung 6 kann auf Grundlage dieser Zusatzfunktion z.B. eine Anzeigeeinrichtung im Fahrzeug ansteuern und/oder gegebenenfalls auch direkt eine Scheibenwischerfunktion initiieren und/oder Zeitintervalle der Scheibenwischerfunktion steuern.

Claims

Ansprüche
1. Kamerasystem, insbesondere für ein Fahrzeug, wobei das Kamerasystem (5) mindestens aufweist:
ein Objektiv (8) zur Erfassung eines Erfassungsbereichs (18),
einen Bildsensor (10) zur Ausgabe von Bildsignalen (S1),
eine in dem Erfassungsbereich (18) angeordnete Vorsatzoptik (16), wobei die Vorsatzoptik (16) mit dem Objektiv (8) ein optisches Abbildungssystem (17) zur Abbildung eines zweidimensionalen Detektionsbereichs (24) auf dem Bildsensor (10) bildet,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorsatzoptik aus genau einer Vorsatzlinse (16) mit einer Eintrittsfläche
(16b) und einer Austrittsfläche (16a) gebildet ist, und
der zweidimensionale Detektionsbereich (24) gegenüber der optischen Vorsatzlinsen-Achse (B) der Vorsatzlinse (16) nicht senkrecht verläuft und durch das optische Abbildungssystem (17) auf dem Bildsensor scharf abgebildet wird.
2. Kamerasystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Erfassungsbereich (18) einen ersten Teil (18-1) zur Erfassung eines Fahrzeugumfeldes (7) durch eine Fahrzeugscheibe (2) des Fahrzeugs (1) und ei- nen an den ersten Teil (18-1) angrenzenden zweiten Teil (18-2) zum Erfassen der Vorsatzlinse (16) und zur Ausbildung des optischen Abbildungssystems (17) aufweist,
wobei das optische Abbildungssystem (17) zur Abbildung der Scheibenaußenseite (2b) der Fahrzeugscheibe (2) des Fahrzeugs (1) oder eines Bela- ges (25) auf der Scheibenaußenseite (2b) der Fahrzeugscheibe (2) durch die
Fahrzeugscheibe (2) hindurch ausgebildet ist.
3. Kamerasystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Objektiv (8) hin weisende Austrittsfläche (16a) der Vorsatzlinse (16) und/oder die der Austrittsfläche (16a) entgegengesetzte
Eintrittsfläche (16b) der Vorsatzlinse (16) oder Tangentialflächen nicht senk- recht auf einer optischen Vorsatzlinsen-Achse (B) der Vorsatzlinse (16) stehen.
Kamerasystem (5) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsfläche (16b) und/oder die Austrittsfläche (16a) der Vorsatzlinse (16) nicht-sphärisch gekrümmt sind.
Kamerasystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Tangentialflächen an die Eintrittsfläche (16b) und Tangential- flächen an die Austrittsfläche (16a) nicht parallel zueinander verlaufen.
Kamerasystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine optisch nicht wirksame Umfangsfläche (16c) der Vorsatzlinse (16) zwischen der Eintrittsfläche (16b) und der Austrittsfläche (16a) zumindest bereichsweise im Wesentlichen parallel zur Frontscheibe (2) verläuft.
7. Kamerasystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Abbildungssystem (17) aufweist eine erste Teil- strecke (C) zwischen einer Eintrittspupille (22) des Objektivs (8) und der
Austrittsfläche (16a) der Vorsatzlinse (16) und eine an die Eintrittsfläche (16b) der Vorsatzlinse (16) anschließende zweite Teilstrecke (D), wobei die erste und/oder zweite Teilstrecke (C, D) gegenüber der Vorsatzlinsen-Achse (B) abgewinkelt sind.
8. Kamerasystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich an die zweite Teilstrecke (D) derartig zum Anschluss an eine Innenseite (2a) der Frontscheibe (2) vorgesehen ist, dass die zweite Teilstrecke (D) nicht senkrecht auf der Innenseite der Frontscheibe (2) steht.
9. Kamerasystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektionsbereich (24) ganz oder teilweise nicht-plan ausgebildet ist.
10. Kamerasystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Abbildungssystem (17) objektseitig im Wesentlichen telezentrisch ausgebildet ist.
1 1. Kamerasystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsatzlinse einteilig als Pressteil oder Gussteil aus mindestens einem transparenten Material, z.B. Mineralglas und/oder transparentem Kunststoff, ausgebildet ist.
12. Kamerasystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektionsbereich (24) auf dem Bildsensor (10) als Sekundärbild (10-24) angrenzend oder beabstandet zu einem Primärbild (10-7) des Objektivs (8), insbesondere eines vom Erfassungsbereich (18) erfassten Außenraums (7), abgebildet wird.
13. Kamerasystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor (10) zumindest für das Sekundärbild (10-24) zur Detektion von monochromatischer Strahlung ausgelegt ist.
14. Fahrzeug (1) mit einem im Innenraum des Fahrzeugs (1) befestigten Kamerasystem (5) nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei der Erfassungsbereich (18) des Objektivs (8) zumindest teilweise durch eine Scheibe (2) des Fahrzeugs (1) auf ein Fahrzeugumfeld (7) des Fahrzeugs (1) gerichtet ist, und
der durch das optische Abbildungssystem (17) auf dem Bildsensor (10) abgebildete Detektionsbereich (24) eine Außenseite (2b) der Scheibe (2) oder ein auf der Außenseite (2b) vorliegender Belag (25) ist. 15. Fahrzeug (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass
eine optische Zusatzachse (F) des Abbildungssystems von der Fahrzeugscheibe aus nach unten verläuft zum Erfassen eines unteren Bereichs des Fahrzeugumfeldes (7) zur Ausbildung eines gleichmäßigen Hintergrundes. 16. Fahrzeug (1) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass es eine innerhalb oder außerhalb des Kamerasystems (5) vorgesehene Auswerteeinrichtung (6) aufweist, die aus den Bildsignalen (S1) des Bildsensors (10) ein Sekundärbild (10-2) des erfassten Detektionsbereichs (24) auswertet und ermittelt, ob auf dem Detektionsbereich (24) ein relevanter Belag (25) vorliegt, wobei für einen Hintergrund des Sekundärbildes eine gleichmäßige
Intensitätsverteilung angesetzt wird und erkannte Strukturen in dem Sekundärbild (10-24) einem Belag (25) zugeordnet werden.
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