WO2011153978A2 - Optisches element zur multifokalen abbildung in einer kamera für fahrzeuganwendungen - Google Patents

Optisches element zur multifokalen abbildung in einer kamera für fahrzeuganwendungen Download PDF

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WO2011153978A2
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imaging
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    • G02B2207/117—Adjustment of the optical path length

Definitions

  • the invention relates to an optical element for multifocal imaging in a camera for vehicle applications according to claim 1. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT
  • cameras are used in vehicles, for example in parking aids to assist the driver when parking and in driver assistance systems, in particular for detecting traffic situations in front of the vehicle.
  • the cameras of driver assistance systems are often installed in the form of modules behind the windshield in the rearview mirror in vehicles.
  • the cameras used are designed for long-range imaging, since their depth of field ranges from a few meters to infinity.
  • objects can be detected at a certain distance from the vehicle or the camera with sufficient image sharpness for further processing with algorithms for image processing.
  • Objects that are located on the windshield, such as raindrops, very close to and outside the depth of field, for example on the vehicle, are blurred and can therefore not be reliably recognized by image processing algorithms. If objects in the vicinity are also to be reliably detected, a second camera with a different focus on the near zone of the vehicle is therefore necessary, for example a camera for rain detection, which is focused on the windshield.
  • a multifocal imaging means, in particular, an image of regions with different distances from a camera, in which the optical element according to the invention is used, with sufficient sharpness, in particular the imaging of a distance and at the same time a proximity.
  • the optical element according to the invention is intended primarily for cameras which are arranged behind the windshield of a vehicle.
  • a single camera can be used in which the optical element is inserted and which is arranged behind the windshield of a vehicle.
  • Such a camera can be embodied by the optical element according to the invention, for example for a far-field imaging for environmental detection and for a near-field imaging for raindrop detection.
  • the optical element can be arranged in front of an image sensor of the camera in such a way that regions of the image sensor are provided by the respective subregions in the beam path of the camera for different focus regions.
  • the image data generated by the different focus areas associated areas of the image sensor can then be processed separately by an image processing algorithm.
  • An embodiment of the invention now relates to an optical element for multifocal imaging in a camera for vehicle applications with - at least one first and at least one second side by side arranged portion, wherein
  • the at least one first portion is formed to cause a first axial displacement of the beam path in the camera
  • the at least one second portion is formed to cause a second axial displacement of the beam path in the camera, the first differs from the second axial offset,
  • the first axial offset is provided for a far-field imaging in the camera
  • the second subregion differs from the first subregion in that its cross section changes in a vertical direction of the near-field image.
  • Such an optical element is particularly suitable for a camera which is arranged behind the windshield of a vehicle and whose imaging optics are focused for a far-field imaging for environmental detection.
  • the second subregion may differ from the first subregion, in particular in that its material thickness is thinner than that of the first subregion.
  • the second subarea can be adapted to the near field imaging.
  • the second subregion may differ from the first subregion in that its cross section changes nonlinearly in the vertical direction of the short-range imaging.
  • the non-linear change can be implemented, for example, by virtue of the cross section of the second subregion being wedge-shaped in the vertical direction of the short-range image or graduated.
  • the first and the second subarea can furthermore have different refractive indices and / or different spectral transmission properties.
  • the optical element can be rectangular, in particular square, and in the plane of the optical element, a second partial region can be provided on one of the sides of the rectangular optical element, or two second partial regions can be provided on opposite sides of the rectangular optical element.
  • Another embodiment of the invention relates to a camera for vehicle applications with an image sensor and
  • the camera may have an intermediate-imaging optic, and the optical element may be disposed approximately in the intermediate imaging plane.
  • an embodiment of the invention relates to a camera module of a driver assistance system, which is designed for mounting in the windshield region of a vehicle and has at least one camera according to the invention as explained above. Further advantages and possible applications of the present invention will become apparent from the following description in conjunction with the / in the drawing (s) illustrated embodiment (s).
  • FIG. 1 shows an arrangement of an image sensor of a vehicle camera behind a sloping windshield of a vehicle, wherein the optical element according to the invention is arranged in front of the image sensor in the beam path of the camera.
  • Fig. 2 shows an embodiment of the optical according to the invention
  • FIG. 3 shows by way of example an imaging plane of an image sensor in front of which the optical element of FIG. 2 is arranged
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the optical element according to the invention with a first and two left and right of the first portion arranged second portions in a plan view.
  • Fig. 1 is a schematic arrangement of an image sensor IMA of a vehicle camera, which is provided for mounting behind a windshield 12, for example in the region of the rearview mirror, of inventive optical element POE and a lens 16 of an imaging optics of the vehicle camera.
  • This camera can be used in particular for realizing a rain sensor function, ie for detecting raindrops 14 on the windshield 12, and environment detection.
  • the inventive optical element POE is arranged between the lens of the camera or a lens 16 and the image sensor IA in the beam path 10 of the camera.
  • the optical element POE can also be arranged in the imaging plane of the intermediate image.
  • the optical element POE can be placed directly on or above the sensitive image sensor surface, directly on an image sensor cover glass or even above it.
  • the optical element has at least two differently formed partial regions T1 and T2, which are defined in area and volume.
  • T1 is referred to as the first, T2 the second portion.
  • FIG. 2 shows a typical exemplary embodiment of the optical element POE according to the invention with a first partial area T1 and a second partial area T2 arranged to the right of the first in a plan view (left in FIG. 2) and in a side view (on the right in FIG. 2) ,
  • the second subregion T2 can, in principle, be arranged to the left, right or left and to the right of the first subregion T1. It is also conceivable, however, for the second subarea T2 to be arranged at the top, bottom, in the middle or around the first subarea T1, depending on the application.
  • the optical element POE may also have a plurality of first and / or second partial regions T1 and T2, as shown for example in FIG. 4 with reference to a plan view of a further exemplary embodiment of the optical element POE is shown, which has an approximately rectangular shaped first portion T1, which is bounded on the left and right each of an elongated and also rectangular-shaped second portion T2_1 or T2_2.
  • the optical element POE may be made of a part or formed as a joined element of at least two individual elements. It may also be designed such that it extends either partially or over the entire image sensor IMA. In particular, it may be designed so that it covers the entire surface of the image sensor surface for shielding the image sensor IMA from environmental influences.
  • the optical element POE can in particular be made of a material transparent to light and adjacent spectral range such as IR and UV radiation, in particular a plastic.
  • the different subregions T1 and T2 may differ in their material thickness and material composition.
  • the entire element POA is typically formed approximately rectangular.
  • the first portion T1 is formed so that it causes a first axial displacement of the beam path in the camera
  • the second portion T2 is formed so that it causes a second axial displacement in the beam path in the camera, wherein the first of the second axial offset and the first axial offset for a far-field imaging and the second axial offset for a Nah Schlsab Struktur in the camera is provided.
  • the second sub-area T2 differs from the first one by a smaller and in its cross-section varying material thickness T2_d1-T2_d2, which causes the desired axial offset to the Nah Kunststoffsab Struktur with the Fern Schemesab Struktur in a common image plane, but in to effect different partial surfaces.
  • the second subarea T2 differs from the first subarea T1 in that its cross section changes in a vertical direction 20 of the short-range map, in the embodiments shown in FIGS. 1 and 2 from T2_d1 to T2_d2. As a result, a vertical section of the windshield 12, on which raindrops 14 may be located, is projected onto the image sensor IMA through the second subarea T2.
  • the material thickness of the second subarea T2 which varies in cross section, can be adapted to an object to be imaged in the near field. It is shown in FIGS. 1 and 2 that the second subregion T2 additionally has a wedge shape in cross section in order to sharply map a locally changing image width of the image of the inclined windscreen 12 with a locally changing object distance in a single image plane. In this case, image defects resulting from the wedge shape can be assumed to be negligible for short-range object detection.
  • the Nah Schlsab Struktur can be done with at least a portion of the intersection of camera field of view and windshield plane, which is located next to the sub-range for the Fern Schemesab Struktur.
  • the optical element POE can furthermore be designed so that the smallest object distance in the vicinity of the sectional area of camera field of view and inclined object plane is selected for the maximum required axial offset. At this point, the largest material thickness difference between the first portion T1 and second portion T2 is required. In order to map the entire near-field image of an inclined object plane in the near-field and the far-field imaging in a single plane, this required axial offset may decrease with increasing object distance, which is why a lower Matehaflands is required. This results in an approximate wedge-shaped form of the second portion 12.
  • the material thickness of the second part T2 does not have to have a linear decrease from T2_d2 to T2_d1 in the form of a wedge, but may also be formed with a non-linear waste, for example graduated.
  • the optical element POE can also be oriented in the other direction,. i.e. the wedge-shaped element for near-field imaging can also be located in the middle, while the peripheral areas are used for remote object recognition. Whereby T1 and T2 are reversed in their arrangement on the image sensor while the area ratios remain.
  • first partial area T1 and second partial area T2 can be directed towards the image sensor or can be oriented away from the image sensor
  • the first partial area T1 can also differ from the second partial area T2 by a choice of material with different refractive indices. Furthermore, the subregions T1 and T2 may differ in the spectral transmission by material or filter coating choice.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Element (POE) zur multifokalen Abbildung in einer Kamera für Fahrzeuganwendungen mit - mindestens einem ersten und mindestens einem zweiten nebeneinander angeordneten Teilbereich (T1, T2), wobei - der mindestens eine erste Teilbereich (T1) ausgebildet ist, einen ersten axialen Versatz des Strahlengangs in der Kamera zu bewirken, - der mindestens eine zweite Teilbereich (T2) ausgebildet ist, einen zweiten axialen Versatz des Strahlengangs in der Kamera zu bewirken, - sich der erste vom zweiten axialen Versatz unterscheidet, - der erste axiale Versatz für eine Fernbereichsabbildung in der Kamera vorgesehen ist, - der zweite axiale Versatz für eine Nahbereichsabbildung in der Kamera vorgesehen ist, und wobei - sich der zweite Teilbereich (T2) vom ersten Teilbereich (T1 ) darin unterscheidet, dass sich sein Querschnitt (T2_d1, T2_d2) in eine vertikale Richtung (20) der Nahbereichsabbiidung ändert.

Description

OPTISCHES ELEMENT ZUR MU LT FOKALEN ABBILDUNG IN EINER KAMERA FÜR FAHRZEUGANWENDUNGEN Die Erfindung betrifft ein optisches Element zur multifokalen Abbildung in einer Kamera für Fahrzeuganwendungen gemäß Anspruch 1.
Zunehmend werden in Fahrzeugen Kameras eingesetzt, beispielsweise in Einparkhilfen zur Unterstützung des Fahrers beim Einparken und in Fahrerassistenzssystemen insbesondere zur Erfassung von Verkehrssituationen vor dem Fahrzeug.
Die Kameras von Fahrerassistenzsystemen werden in Form von Modulen häufig hinter der Windschutzscheibe im Bereich des Rückspiegels in Fahrzeuge eingebaut. In der Regel sind die eingesetzten Kameras für die Fernbereichsabbildung ausgelegt, da ihre Schärfentiefe von wenigen Metern bis Unendlich reicht. Dadurch können Objekte ab einem bestimmten Abstand vom Fahrzeug bzw. der Kamera mit hinreichender Abbildungsschärfe zur Weiterverarbeitung mit Algorithmen zur Bildverarbeitung erfasst werden. Objekte, die sich sehr nahe und außerhalb der Schärfentiefe beispielsweise am Fahrzeug auf der Windschutzscheibe wie Regentropfen befinden, werden unscharf abgebildet und können daher in der Regel von Bildverarbeitungsalgorithmen nicht sicher erkannt werden. Sollen auch Objekte im Nahbereich sicher erkannt werden, ist daher eine zweite Kamera mit einer anderen Fokussierung auf den Nahbereich des Fahrzeugs erforderlich, beispielsweise eine Kamera zur Regenerkennung, die auf die Windschutzscheibe fokussiert ist. Dies führt jedoch zu einem erhöhten technischen Aufwand, beispielsweise bei der Verkabelung im Fahrzeug, da die Bilddaten der Kameras häufig von einem Rechner verarbeitet werden, dem sie zugeführt werden müssen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein optisches Element für eine Kamera für Fahrzeuganwendungen vorzuschlagen, mit dem eine multifokale Abbildung ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird durch ein optisches Element zur multifokalen Abbildung in einer Kamera für Fahrzeuganwendungen mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Unter einer multifokalen Abbildung wird hierin insbesondere eine Abbildung von Bereichen mit unterschiedlichen Abständen von einer Kamera, in der das erfindungsgemäße optische Element eingesetzt wird, mit hinreichender Schärfe verstanden, insbesondere die Abbildung eines Fern- und gleichzeitig eines Nahbereichs. Das erfindungsgemäße optische Element ist vor allem für Kameras vorgesehen, die hinter der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs angeordnet werden. Ansteile von verschiedenen Kameras zur Fern- und Nahbereichsabbildung kann eine einzige Kamera verwendet werden, in der das optische Element eingesetzt und die hinter der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs angeordnet wird. Eine solche Kamera kann durch das erfindungsgemäße optische Element beispielsweise für eine Fernbereichsabbildung zur Umgebungserfassung und für eine Nahbereichsabbildung zur Regentropfenerkennung ausgebildet sein. Das optische Element kann vor einem Bildsensor der Kamera derart angeordnet werden, dass Bereiche des Bildsensors durch die im Strahlengang der Kamera davor liegenden jeweiligen Teilbereiche für unterschiedliche Fokusbereiche vorgesehen sind. Die von den unterschiedlichen Fokusbereichen zugeordneten Bereichen des Bildsensors erzeugten Bilddaten können dann von einem Biidverarbeitungsalgorithmus getrennt verarbeitet werden.
Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft nun ein optisches Element zur multifokalen Abbildung in einer Kamera für Fahrzeuganwendungen mit - mindestens einem ersten und mindestens einem zweiten nebeneinander angeordneten Teilbereich, wobei
- der mindestens eine erste Teilbereich ausgebildet ist, einen ersten axialen Versatz des Strahlengangs in der Kamera zu bewirken,
- der mindestens eine zweite Teilbereich ausgebildet ist, einen zweiten axialen Versatz des Strahlengangs in der Kamera zu bewirken, sich der erste vom zweiten axialen Versatz unterscheidet,
- der erste axiale Versatz für eine Fernbereichsabbildung in der Kamera vorgesehen ist,
- der zweite axiale Versatz für eine Nahbereichsabbildung in der Kamera vorgesehen ist, und wobei
- sich der zweite Teilbereich vom ersten Teilbereich darin unterscheidet, dass sich sein Querschnitt in eine vertikale Richtung der Nahbereichsabbildung ändert. Ein solches optisches Element eignet sich vor allem für eine Kamera geeignet, die hinter der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs angeordnet ist und deren Abbildungsoptik für eine Fernbereichsabbildung zur Umgebungserfassung fokussiert ist. Durch die Querschnittsänderung des zweiten Teilbereichs in eine vertikale Richtung der Nahbereichsabbildung ist das optische Element insbesondere geeignet, einen vertikalen Bereich einer geneigten Windsschutzscheibe eines Fahrzeugs mit hinreichender Schärfe abzubilden, so dass eine Regentropfenerkennung ermöglicht wird, während mit dem ersten Teilbereich eine Umgebungserfassung vor dem Fahrzeug ermöglicht wird.
Der zweite Teilbereich kann sich vom ersten Teilbereich insbesondere darin unterscheiden, dass seine Materialstärke dünner als die des ersten Teilbereichs ist. Hierdurch kann der zweite Teilbereich an die Nahbereichsabbildung angepasst werden.
Weiterhin kann sich der zweite Teilbereich vom ersten Teilbereich darin unterscheiden, dass sich sein Querschnitt in die vertikale Richtung der Nahbereichsabbildung nichtlinear ändert. Die nichtlineare Änderung kann beispielsweise dadurch implementiert sein, dass der Querschnitt des zweiten Teilbereichs in die vertikale Richtung der Nahbereichsabbildung keilförmig oder abgestuft ausgebildet ist.
Der erste und der zweite Teilbereich können weiterhin unterschiedliche Brechungsindizes und/oder unterschiedliche spektrale Transmissionseigenschaften besitzen.
Es sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung verschiedene Ausgestaltungen des optischen Elements möglich; insbesondere kann das optische Element rechteckig, insbesondere quadratisch ausgebildet sein, und in der Ebene des optischen Elements kann ein zweiter Teilbereich an einer der Seiten des rechteckigen optischen Elements vorgesehen sein, oder es können zwei zweite Teilbereiche an gegenüberliegenden Seiten des rechteckigen optischen Elements vorgesehen sein. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Kamera für Fahrzeuganwendungen mit einem Bildsensor und
- einem optischen Element nach der Erfindung und wie oben erläutert, das vor dem Bitdsensor im Strahlengang der Kamera derart angeordnet ist, dass ein erster Teilbereich einen ersten strahlungssensitiven Bereich des Bildsensors abdeckt und ein zweiter Teilbereich einen zweiten, sich vom ersten unterscheidenden strahlungssensitiven Bereich des Bildsensors abdeckt.
Die Kamera kann eine Optik mit Zwischenabbildung aufweisen, und das optische Element kann etwa in der Zwischenabbildungsebene angeordnet sein.
Schließlich betrifft eine Ausführungsform der Erfindung ein Kameramodul eines Fahrerassistenzsystems, das zur Montage im Windschutzscheibenbereich eines Fahrzeugs ausgebildet ist und mindestens eine Kamera nach der Erfindung wie vorstehend erläutert aufweist. Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit dem/den in der/den Zeichnung(en) dargestellten Ausführungsbeispiel(en).
In der Beschreibung, in den Ansprüchen, in der Zusammenfassung und in der/den Zeichnung(en) werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet.
Die Zeichnung(en) zeigt/zeigen in
Fig. 1 eine Anordnung eines Bildsensors einer Fahrzeugkamera hinter einer geneigten Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, wobei im Strahlengang der Kamera vor dem Bildsensor das erfindungsgemäße optische Element angeordnet ist;
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen
Elements mit einem ersten und einem zweiten Teilbereich in einer Draufsicht und einer Seitenansicht;
Fig. 3 beispielhaft eine Abbildungsebene eines Bildsensors, vor dem das optische Element von Fig. 2 angeordnet ist; und
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Elements mit einem ersten und zwei links und rechts vom ersten Teilbereich angeordneten zweiten Teilbereichen in einer Draufsicht.
Im Folgenden können gleiche und/oder funktional gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die im Folgenden angegebenen absoluten Werte und Maßangaben sind nur beispielhafte Werte und stellen keine Einschränkung der Erfindung auf derartige Dimensionen dar.
In Fig. 1 ist schematisch eine Anordnung eines Bildsensors IMA einer Fahrzeugkamera, die zur Montage hinter einer Windschutzscheibe 12 beispielsweise im Bereich des Rückspiegels vorgesehen ist, des erfindungsgemäßen optischen Elements POE und einer Linse 16 einer Abbildungsoptik der Fahrzeugkamera dargestellt. Diese Kamera kann insbesondere zur Realisierung einer Regensensorfunktion, d.h. zur Erkennung von Regentropfen 14 auf der Windschutzscheibe 12, und Umgebungserkennung verwendet werden.
Im Folgenden wird nun das erfindungsgemäße optische Element im Detail beschrieben. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, wird das erfindungsgemäße optische Element POE bei einem Kamerasystem bzw. einer Kamera für Fahrzeuganwendungen zwischen dem Objektiv der Kamera bzw. einer Linse 16 und dem Bildsensor I A im Strahlengang 10 der Kamera angeordnet. Bei einer Optik mit Zwischenabbildung kann es auch in der Abbildungsebene der Zwischenabbildung angeordnet sein. Das optische Element POE kann direkt auf oder über der sensitiven Bildsensorfläche, direkt auf einem Bildsensorabdeckglas oder auch darüber platziert sein.
Das optische Element besitzt mindestens zwei unterschiedlich ausgebildete Teilbereiche T1 und T2, die in Fläche und Volumen definiert sind. T1 wird als der erste, T2 der zweite Teilbereich bezeichnet. In Fig. 2 ist ein typisches Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Elements POE mit einem ersten Teilbereich T1 und einem zweiten, rechts vom ersten angeordneten Teilbereich T2 in einer Draufsicht (links in Fig. 2) und in einer Seitenansicht (rechts in Fig. 2) gezeigt. Der zweite Teilbereich T2 kann prinzipiell links, rechts oder links und rechts vom ersten Teilbereich T1 angeordnet sein. Denkbar ist aber auch, dass der zweite Teilbereich T2 oben, unten, mittig oder umrandend zum ersten Teilbereich T1 angeordnet ist, je nach Anwendungsfall.
Das optische Element POE kann auch mehrere erste und/oder zweite Teilbereiche T1 bzw. T2 besitzen, wie es beispielsweise in Fig. 4 anhand der Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel des optischen Elements POE gezeigt ist, das einen etwa rechteckförmig ausgebildeten ersten Teilbereich T1 besitzt, der links und rechts jeweils von einem länglichen und ebenfalls rechteckförmig ausgebildeten zweiten Teilbereich T2_1 bzw. T2_2 begrenzt ist.
Das optische Element POE kann aus einem Teil gefertigt oder als ein zusammengefügtes Element aus mindestens zwei Einzelelementen ausgebildet sein. Es kann ferner derart ausgebildet sein, dass es sich entweder teilweise oder über den gesamten Bildsensor IMA erstreckt. Insbesondere kann es so ausgebildet sein, dass es vollflächig die Bildsensorfläche zur Abschirmung des Bildsensors IMA vor Umwelteinflüssen abdeckt. Das optische Element POE kann insbesondere aus einem für Licht and angrenzende Spektralbereich wie IR- und UV-Strahlung transparenten Material, insbesondere einem Kunststoff gefertigt sein. Die unterschiedlichen Teilbereiche T1 und T2 können sich in ihrer Materialstärke und auch Materialzusammensetzung unterscheiden. Das gesamte Element POA ist typischerweise etwa rechteckförmig ausgebildet.
Durch die unterschiedlich ausgeprägten bzw. ausgebildeten Teilbereiche T1 und T2 des optischen Elements POE wird ein unterschiedlicher axialer Versatz des nicht parallelen Strahlengangs in der Kamera bewirkt. Hierbei ist der erste Teilbereich T1 so ausgebildet, dass er einen ersten axialen Versatz des Strahlengangs in der Kamera bewirkt, und der zweite Teilbereich T2 ist so ausgebildet, dass er einen zweiten axialen Versatz im Strahlengang in der Kamera bewirkt, wobei sich der erste vom zweiten axialen Versatz unterscheidet und der erste axiale Versatz für eine Fernbereichsabbildung und der zweite axiale Versatz für eine Nahbereichsabbildung in der Kamera vorgesehen ist. Der zweite Teilbereich T2 unterscheidet sich vom ersten durch eine geringere und in seinem Querschnitt variierende Materialstärke T2_d1-T2_d2, welche den gewünschten axialen Versatz bewirkt, um die Nahbereichsabbildung mit der Fernbereichsabbildung in einer gemeinsamen Bildebene, aber in unterschiedlichen Teilflächen zu bewirken. Der zweite Teilbereich T2 unterscheidet sich vom ersten Teilbereich T1 darin, dass sich sein Querschnitt in eine vertikale Richtung 20 der Nahbereichsabbildung ändert, bei den in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispielen von T2_d1 bis T2_d2. Dadurch wird durch den zweiten Teilbereich T2 ein vertikaler Abschnitt der Windschutzscheibe 12, auf dem sich Regentropfen 14 befinden können, auf den Bildsensor IMA projiziert.
Die im Querschnitt variierende Materialstärke des zweiten Teilbereichs T2 kann an ein im Nahbereich abzubildendes Objekt angepasst sein. In Fig. 1 und Fig. 2 ist gezeigt, dass der zweite Teilbereich T2 zusätzlich eine Keilform im Querschnitt aufweist, um eine sich örtlich ändernde Bildweite der Abbildung der geneigten Windschutzscheibe 12 mit einer sich örtlich ändernden Objektweite in einer einzigen Bildebene scharf abzubilden. Hierbei können durch die Keilform entstehende Bildfehler für die Nahbereichsobjekterkennung als vernachlässigbar angenommen werden. Damit kann die Nahbereichsabbildung mit mindestens einem Teilbereich der Schnittfläche von Kamerasichtfeld und Windschutzscheibenebene erfolgen, welcher neben sich dem Teilbereich für die Fernbereichsabbildung befindet. Insbesondere bei Stereokameras kann so ein Windschutzscheibenbereich zur Nahbereichsabbildung genutzt werden, welcher sich zwischen den Kameras befindet, den Bauraum im Fahrzeug nicht nachteilig vergrößert und ansonsten ungenutzt wäre. Das optische Element POE kann ferner so ausgelegt sein, dass die geringste Objektweite im Nahbereich der Schnittfläche aus Kamerasichtfeld und geneigter Objektebene für den maximal erforderlichen axialen Versatz gewählt wird. An dieser Stelle ist die größte Materialstärkendifferenz zwischen erstem Teilbereich T1 und zweitem Teilbereich T2 erforderlich. Um die gesamte Nahbereichsabbildung einer geneigten Objektebene im Nahbereich und die Fernbereichsabbildung in einer einzigen Ebene abzubilden, kann dieser erforderliche axiale Versatz mit größer werdender Objektweite abnehmen, weshalb auch eine geringere Matehafstärke erforderlich wird. Daraus resultiert eine angenäherte keilförmige Form des zweiten Teilbereichs 12.
Die Materialstärke des zweiten Teils T2 muss aber nicht einen linearen Abfall von T2_d2 nach T2_d1 in Form eines Keils besitzen, sondern kann auch mit einem nichtlinearen Abfall ausgeformt sein kann, beispielsweise abgestuft.
Das optische Element POE kann auch in der anderen Richtung orientiert sein, . d.h. das keilförmige Element zur Nahbereichsabbildung kann sich auch in der Mitte befinden, während die Randbereiche für die Fernobjekterkennung genutzt werden. Wobei damit T1 und T2 in ihrer Anordnung auf dem Bildsensor vertauscht ausgeführt sind während die Flächenverhältnisse bestehen bleiben.
Somit kann die Elementkante zwischen erstem Teilbereich T1 und zweitem Teilbereich T2 zum Bildsensor hin gerichtet sein oder vom Bildsensor weg ausgerichtet sein kann
Der erste Teilbereich T1 kann sich außerdem vom zweiten Teilbereich T2 durch eine Materialwahl mit unterschiedlichen Brechungsindizes unterscheiden. Weiterhin können sich die Teilbereiche T1 und T2 in der spektralen Transmission durch Material- oder Filterbeschichtungswahl unterscheiden.
Bezugszeichen
10 Strahlengang einer Fahrzeugkamera
12 Windschutzscheibe eines Fahrzeugs
14 Regentropfen auf der Windschutzscheibe 12
16 Linse
18 abgebildete Straßenszene mit einer Distanz von > 2 m
20 vertikale Richtung der Nahbereichsabbildung
IMA Bildsensor der Fahrzeugkamera
POE optisches Element mit partiell unterschiedlicher Materialstärke und Formverlauf
T1 erster Teilbereich des optischen Elements POE
T2 zweiter Teilbereich des optischen Elements POE
T2_1 rechter zweiter Teilbereich des optischen Elements POE T2_2 linker zweiter Teilbereich des optischen Elements POE
T2_d2 Materialstärke des zweiten Teilbereichs in oberer vertikaler
Richtung
T2_d1 Material stärke des zweiten Teilbereichs in unterer vertikaler
Richtung

Claims

Patentansprüche
Optisches Element (POE) zur multifokalen Abbildung in einer Kamera für Fahrzeuganwendungen mit
- mindestens einem ersten und mindestens einem zweiten nebeneinander angeordneten Teilbereich (T1 , T2), wobei
- der mindestens eine erste Teilbereich (T1 ) ausgebildet ist, einen ersten axialen Versatz des Strahlengangs in der Kamera zu bewirken,
- der mindestens eine zweite Teilbereich (T2) ausgebildet ist, einen zweiten axialen Versatz des Strahlengangs in der Kamera zu bewirken,
- sich der erste vom zweiten axialen Versatz unterscheidet,
- der erste axiale Versatz für eine Fernbereichsabbildung in der Kamera vorgesehen ist,
- der zweite axiale Versatz für eine Nahbereichsabbildung in der Kamera vorgesehen ist, und wobei
- sich der zweite Teilbereich (T2) vom ersten Teilbereich (T1 ) darin unterscheidet, dass sich sein Querschnitt (T2_d1 , T2_d2) in eine vertikale Richtung (20) der Nahbereichsabbildung ändert.
Optisches Element nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich der zweite Teilbereich (T2) vom ersten Teilbereich (T1 ) darin unterscheidet, dass seine Materialstärke (T2_d1 , T2_d2) dünner als die des ersten Teilbereichs (T1_d) ist.
Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich der zweite Teilbereich (T2) vom ersten Teilbereich (T ) darin unterscheidet, dass sich sein Querschnitt in die vertikale Richtung (20) der Nahbereichsabbildung nichtlinear ändert.
4. Optisches Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
der Querschnitt des zweiten Teilbereichs in die vertikale Richtung der Nahbereichsabbildung keilförmig oder abgestuft ausgebildet ist.
5. Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste und der zweite Teilbereich (T1 , T2) unterschiedliche
Brechungsindizes besitzen.
6. Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste und der zweite Teilbereich (T1 , T2) unterschiedliche spektrale Transmissionseigenschaften besitzen .
7. Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
es rechteckig, insbesondere quadratisch ausgebildet ist und in der Ebene des optischen Elements ein zweiter Teilbereich an einer der Seiten des rechteckigen optischen Elements vorgesehen ist oder zwei zweite Teilbereich an gegenüberliegenden Seiten des rechteckigen optischen Elements vorgesehen sind.
8. Kamera für Fahrzeuganwendungen mit
- einem Bildsensor (IMA) und
- einem optischen Element (POE) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, das vor dem Bildsensor (IMA) im Strahlengang der Kamera derart angeordnet ist, dass ein erster Teilbereich (T1 ) einen ersten strahlungssensitiven Bereich des Bildsensors (IMA) abdeckt und ein zweiter Teilbereich (T2) einen zweiten, sich vom ersten unterscheidenden strahlungssensitiven Bereich des Bildsensors (IMA) abdeckt.
9. Kamera nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Optik mit Zwischenabbildung aufweist und das optische Element etwa in der Zwischenabbildungsebene angeordnet ist.
10. Kameramodul eines Fahrerassistenzsystems, das zur Montage im
Windschutzscheibenbereich eines Fahrzeugs ausgebildet ist und mindestens eine Kamera nach Anspruch 8 oder 9 aufweist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0216483D0 (en) * 2002-07-16 2002-08-21 Trw Ltd Vehicle window cleaning apparatus and method
DE102004015040A1 (de) * 2004-03-26 2005-10-13 Robert Bosch Gmbh Kamera in einem Kraftfahrzeug
JP2005292544A (ja) * 2004-04-01 2005-10-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 焦点調整機構
DE102004037871B4 (de) * 2004-08-04 2006-10-12 Siemens Ag Optisches Modul für ein den Außenvorraum in Fahrtrichtung eines Kraftfahrzeuges erfassendes Assistenzsystem
US20090174918A1 (en) * 2008-01-08 2009-07-09 Omnivision Technologies, Inc. Electrically-controlled, variable focal length h-pdlc optical imaging apparatus and method
DE102008062977A1 (de) * 2008-12-23 2010-06-24 Adc Automotive Distance Control Systems Gmbh Optisches Modul mit multifokaler Optik zur Erfassung von Fern- und Nahbereich in einem Bild
WO2011003381A1 (de) * 2009-07-06 2011-01-13 Conti Temic Microelectronic Gmbh Optisches modul zur gleichzeitigen fokussierung auf zwei sichtbereiche
FR2957160B1 (fr) * 2010-03-05 2012-05-11 Valeo Vision Camera agencee pour pouvoir etre embarquee sur un vehicule

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