WO2018036594A1 - Optische vorrichtung zur bilderfassung - Google Patents

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WO2018036594A1
WO2018036594A1 PCT/DE2017/200078 DE2017200078W WO2018036594A1 WO 2018036594 A1 WO2018036594 A1 WO 2018036594A1 DE 2017200078 W DE2017200078 W DE 2017200078W WO 2018036594 A1 WO2018036594 A1 WO 2018036594A1
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projection
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imaging system
sensitive
sensitive surface
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PCT/DE2017/200078
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Inventor
Jörg Schrepfer
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Conti Temic Microelectronic Gmbh
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    • G03B2217/002—Details of arrangement of components in or on camera body

Definitions

  • the invention relates to an optical apparatus for image acquisition comprising at least an image pickup element having a sensitive surface to electromagnetic radiation, and at least one imaging system for projecting electromagnetic radiation on the sensitive surface of the image on ⁇ acquisition elements.
  • an optical apparatus for image acquisition comprising at least an image pickup element having a sensitive surface to electromagnetic radiation, and at least one imaging system for projecting electromagnetic radiation on the sensitive surface of the image on ⁇ acquisition elements.
  • Vehicle cameras a structure is usually used, ⁇ including an image pickup element and an imaging system.
  • the imaging system serves for the projection of electromagnetic radiation from an observation space or object space onto the image recording element.
  • the image recording element is used to detect the electromagnetic radiation projected by the imaging system and to generate image signals as a function of the detected radiation.
  • Generic optical devices are known, for example, from the applications DE 10 2009 056 658 A1, DE 10 2009 056 659 A1, DE 11 2010 004 616 A5 and DE 11 2010 005 015 A5.
  • the invention is therefore an object of the invention to improve the known from the prior art structure of optical devices. It should be specified in particular an optical device by means of which the Ausraumsl. Positioning costs of imaging system and Profier ⁇ receiving element to each other can be reduced.
  • the optical device according to the invention is used for image ⁇ capture, in particular with a fixed and / or defined object or object width, and comprises at least one
  • Image pickup element having a sensitive electromagnetic Strah ⁇ lung surface, and at least one imaging system for projecting electromagnetic radiation on the sensitive surface of the image pickup element.
  • the image pickup element may be, for example, a CCD or CMOS image sensor, which usually have a sensitive sensor surface with a plurality of image punk ⁇ te / pixel image sensors, the column and newspaper lenweise in the form of a matrix are arranged.
  • the imaging system may be, for example, a single beam shaping / beam steering element, in particular in particular a lens, or for example a lens, in particular a housing or a cylindrical housing body with one or more Strahltormungs- / Strahllenkungs- elements, preferably with at least one lens or a lens system.
  • the imaging system and the image pickup element before ⁇ Trains t disposed in a fixed alignment with each other, particularly at a defined distance along a common optical axis.
  • the imaging system is preferably arranged in a focus position relative to the imaging system, which is in particular a defined distance from the imaging system and image recording element to one another, in which a defined object width is projectively focused on the sensitive surface of the image recording element by the imaging system.
  • This focus position between imaging system and image recording element can be defined by means of suitable calculation, for example based on lens equations.
  • the imaging system and the image pickup element preferably DER art are positioned to each other that the Jardiningele ⁇ ment of a at a distance or in Image width is located to the imaging system, which corresponds to the focal length of the imaging system.
  • the image pickup element is preferably arranged on a scarf ⁇ tion carrier, for example on a rigid or flexible circuit board.
  • the imaging system may also be arranged directly on the printed circuit board either, preferably above the image ⁇ receiving member, and preferably by means of suitable Hal ⁇ tevorraumen or spacers.
  • the circuit carrier with the image recording element can also be arranged in a housing, for example a camera housing, wherein the housing has a receiving or holding device for the imaging system.
  • a housing for example a camera housing, wherein the housing has a receiving or holding device for the imaging system.
  • the housing has a receiving or holding device for the imaging system.
  • other constructive configurations of the optical system or other mechanical connections between the imaging system and the image recording element are also conceivable and included.
  • the imaging system and the image pickup element are designed such that in a focal position of the imaging system to image pickup element, in particular in the above described defined positioning of imaging element and imaging system to each other, Wenig ⁇ least a size of the projection of the imaging system is smaller than at least a size of the sensitive surface of the image pickup element.
  • Wenig ⁇ least a size of the projection of the imaging system is smaller than at least a size of the sensitive surface of the image pickup element.
  • the focus position is essentially dependent on the intrinsic properties of the imaging system and on the object width to be imaged by the optical device, in particular sharp-focus.
  • the size ratio according to the invention between the projection and sensitive surface can thus in particular by adjusting the properties of the imaging system and / or by adjusting or by appropriate selection reach the size of the sensitive area of the image pickup element.
  • the optical device according to the invention has the significant advantage that due to the size ratio according to the invention between the projection surface of the image training system and the sensitive surface ofssenbyele ⁇ ments, tolerances can be compensated wei obtainedd, in particular ⁇ sondere in the positioning and orientation of the imaging system in the focus position of the image pickup element, and in particular concerning a tolerance-induced parallel ⁇ shift of projection to sensitive area and / or concerning tolerances in terms of pitch, roll and yaw angles of imaging system and imaging element.
  • a size of the projection surface is at least made smaller than at least a size of the sensitive surface of the image pickup element, in particular ⁇ sondere smaller than a with respect to corresponding one of the spatial direction size of the image with respect to is also used in a previously described surrounded tolerance-induced deviation of the corresponding spatial direction, usually still completely, or at least to a greater extent, projected onto the sensitive surface of the image pickup element. This results in larger tolerances and less waste during production, which reduces throughput times and reduces manufacturing costs.
  • the at least one size of the projection surface and the at least one size the sensitive surface preferably designed such that at ⁇ least one caused by alignment tolerances parallel displacement of the projection to the sensitive surface being ⁇ equalized is, in particular with respect to the corresponding spatial direction, and preferably such that in the maximum tolerance range, that is, at the maximum tolerance between the actual Position and target position, still a complete mapping of the projection surface on the sensitive surface of the image pickup element is achieved, at least with respect to the spatial direction concerned.
  • the image pickup element, a rectangular photosensitive surface and the imaging system a circular Proj edgingsflown on, wherein the at least one size of the sensitive surface to the shorter or longer Be ⁇ tenin the sensitive surface, and wherein the at least one Size of the projection surface is about the diameter of Gi ⁇ ons simulation.
  • the image recording element has a square sensitive surface and the imaging system has a circular projection surface, wherein the at least one size of the sensitive surface is around the side length of the sensitive surface and at least one size of the projection surface is about the diameter of the projection surface.
  • the image recording element has a rectangular sensitive surface and the imaging system has an elliptical projection surface, wherein it is in the at least one size of the sensitive area around the shorter and / or longer side length of the sensitive area and at least one size of the projection area around the smallest and / or largest diameter of the projection surface, wherein the largest diameter of the projection surface is smaller than the longer side length the sensitive surface and / or wherein the smallest diameter of the projection is smaller than the shorter side length of the sensitive FLAE ⁇ surface.
  • the at least one size of the projection surface is the surface area of the projection surface and the at least one size of the sensitive surface is the surface area of the sensitive surface.
  • the at least one size of the Russianionsflä ⁇ surface is at least 5%, 10%, 15% or 25% less interpretation than the at least one size of the sensitive surface of the image on ⁇ acceptance elements, particularly concerning with respect to the spatial direction corresponding size.
  • the invention further relates to a camera which comprises an optical device according to one of the preceding embodiments, a driver assistance system comprising the optical device according to the invention or the camera according to the invention, and a vehicle comprising the camera according to the invention or the driver assistance system according to the invention.
  • Fig. 1 shows a preferred embodiment of the optical device according to the invention.
  • the device 1 comprises an image recording element 2 which is arranged on a printed circuit board 3 and has a surface 4 (dashed) which is sensitive to electromagnetic radiation is.
  • the device 1 further comprises an imaging system 5 with an optical axis 9, which in the illustrated case is an objective, and which serves for the projection 6 of electromagnetic radiation onto the sensitive surface 4 of the image recording element 2.
  • the printed circuit board 3 with the image pickup element 2 is arranged in a housing 7 of the optical device 1.
  • the housing 7 includes a housing in which the imaging system is 5 is arranged ⁇ .
  • the recording is shown in Fig. 1 simplified as an opening in the housing 7.
  • the imaging system 5 is adapted, in particular with appropriate beam-FFM / beam steering elements, such as lenses, and so positioned in the housing and opposite to the image pickup element 2 or its sensitive face being ⁇ directed 4, so that a defined object distance image is sharp on the sensitive surface 4 of the image pickup element 2 is projected.
  • the position or orientation of the Ab Strukturssys ⁇ tems with respect to the image pickup element 2 is preferably defined in advance, in particular as a function of the imaged on the image pickup element 2, object distance and as a function of the optical properties of the Ab Strukturssys- tems 5.
  • position and orientation is in the context of the invention, in particular a defined focus position.
  • the imaging system 5 In the positioning and alignment of the imaging system 5 relative to the image pickup element, in particular in the de ⁇ fined focus position exist certain alignment tolerances, in particular with respect to several degrees of freedom. These degrees of freedom may be a displacement in the X, Y and / or Z direction relative to the defined focus position, and alternatively or additionally a rotation about the X, Y and / or Z axis, ie a roll, yaw and pitch angle deviation from the defined focus position.
  • FIGS. 2 a and 2 b which show the image recording element 2 from FIG. 1 in the vertical plan view (Z direction), the image recording element 2 has a rectangular sensitive surface 4, for example in the format 4: 3 or 16: 9.
  • the imaging system 5 generates a circular projection surface 8.
  • At least a size of the projection surface 8 of the imaging system is in the illustrated case to the diameter of the projection 8.
  • the at least one size of the sensitive surface 4 of the image pickup element 2 is, in the illustrated case to the longer Be ⁇ teninate (length in Y direction) of the sensitive surface 4.
  • a parallel displacement of the projection surface 8 to the sensitive surface 4 in the Y direction can be compensated.
  • a tilting or rotation of the imaging system 5 about the X-axis could be compensated.
  • the image pickup element 2 is a 1/2-inch CMOS or CCD sensor having a sensitive area 4 of 6.4 x 4.8 mm (4: 3) size
  • the alignment tolerance is in in the case of a circular projection surface 8 of the imaging system 5
  • the imaging system 5 is preferably formed such that the diameter of the projection surface 8 in the focus position is 5.4 mm in size, so that the diameter of the projection 8 by about 15% smaller than the longer side length of the Sensiti ⁇ ven surface 4.
  • different size ratios between the at least one size of the projection surface 8 and the least ns be a selected size of the Sensiti ⁇ ven surface 4 of the image pickup element 2, in ⁇ play, with a deviation of 5, 10, 15 or 25%. The greater the deviation, the larger the tolerances can be compensated.
  • the projection surface 8 of the Abbil ⁇ training system 5 for example elliptical, rectangular or square, and depending on the shape of the sensitive surface 4 of the image pickup element 2, in the context of the invention, several sizes of the projection surface 8, with respect to a defined focus position, be designed smaller than one or more sizes of the sensitive surface 4 of the image pickup element 2, preferably in each case with respect to the spatial direction correspon- dierende sizes, in particular to thereby as many To ⁇ leranzen with respect to the different degrees of freedom in the positioning and alignment of the imaging system 5 can compensate.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung (1) zur Bilderfassung, umfassend wenigstens ein Bildaufnahmeelement (2), mit einer für elektromagnetische Strahlung sensitiven Fläche (4), und wenigstens ein Abbildungssystem (5), zur Projektion von elektromagnetischer Strahlung auf die sensitive Fläche (4) des Bildaufnahmeelements (2), wobei das Abbildungssystem (5) und das Bildaufnahmeelement (2) derart ausgelegt sind, dass in einer Fokusposition des Abbildungssystems (5) zum Bildaufnahmeelement (2), wenigstens eine Größe der Projektionsfläche (8) des Abbildungssystems (5) kleiner ist als wenigstens eine Größe der sensitiven Fläche (4) des Bildaufnahmeelements (2).

Description

OPTISCHE VORRICHTUNG ZUR BILDERFASSUNG
Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung zur Bilderfassung, umfassend wenigstens ein Bildaufnahmeelement, mit einer für elektromagnetische Strahlung sensitiven Fläche, und wenigstens ein Abbildungssystem, zur Projektion von elektromagnetischer Strahlung auf die sensitive Fläche des Bildauf¬ nahmeelements . Für optische Vorrichtungen zur Bilderfassung, insbesondere
Fahrzeugkameras, wird in der Regel ein Aufbau verwendet, um¬ fassend ein Bildaufnahmeelement und ein Abbildungssystem. Das Abbildungssystem dient dabei zur Projektion von elektromagnetischer Strahlung aus einem Beobachtungsraum bzw. Objektraum auf das Bildaufnahmeelement. Das Bildaufnahmeelement dient zur Erfassung der von dem Abbildungssystem projizierten elektromagnetischen Strahlung und zur Erzeugung von Bildsignalen in Abhängigkeit der erfassten Strahlung. Gattungsgemäße optische Vorrichtungen sind beispielsweise aus den Anmeldungen DE 10 2009 056 658 AI, DE 10 2009 056 659 AI, DE 11 2010 004 616 A5 und DE 11 2010 005 015 A5 bekannt.
Bei der Herstellung derartiger optischer Vorrichtungen bzw. bei der Herstellung von Kameras, welche derartige optische Vorrichtungen umfassen, wird in der Fertigung ein Großteil der Durchlaufzeit für die Ausrichtung des Abbildungssystems zum Bildaufnahmeelement beansprucht, d.h. für die Positionie¬ rung und Ausrichtung des Abbildungssystems relativ zum Bild- aufnahmeelement , insbesondere bezüglich eines oder mehrerer Freiheitsgrade im dreidimensionalen Raum, d.h. bezüglich der X-, Y- und/oder Z-Position und/oder bezüglich des Neigungs-, Gier- und/oder Rollwinkels (Drehung um die jeweilige Achse) . Zudem sind die Werkzeuge und Maschinen, die zur Ausrichtung vom Abbildungssystem zum Bildaufnahmeelement eingesetzt wer¬ den, oftmals mit hohen Anschaffungs- , Betriebs- und Instand- haltungskosten verbunden.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, den aus dem Stand der Technik bekannten Aufbau von optischen Vorrichtungen zu verbessern. Es soll dabei insbesondere eine optische Vorrichtung angegeben werden, mittels derer der Ausrichtungsbzw. Positionierungsaufwand von Abbildungssystem und Bildauf¬ nahmeelement zueinander reduziert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine optische Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße optische Vorrichtung dient zur Bilder¬ fassung, insbesondere mit einer festen und/oder definierten Gegenstands- bzw. Objektweite, und umfasst wenigstens ein
Bildaufnahmeelement, mit einer für elektromagnetische Strah¬ lung sensitiven Fläche, und wenigstens ein Abbildungssystem, zur Projektion von elektromagnetischer Strahlung auf die sensitive Fläche des Bildaufnahmeelements.
Bei dem Bildaufnahmeelement kann es sich beispielsweise um einen CCD- oder CMOS-Bildsensor handeln, welche üblicherweise eine sensitive Sensorfläche mit einer Vielzahl von Bildpunk¬ te/Pixel bildenden Sensoren aufweisen, die spalten- und zei- lenweise in Form einer Matrix angeordnet sind.
Bei dem Abbildungssystem kann es sich beispielsweise um eine einzelnes Strahlformungs-/Strahllenkungselement handeln, ins- besondere eine Linse, oder beispielsweise um ein Objektiv, insbesondere ein Gehäuse bzw. ein zylindrischer Gehäusekörper mit einem oder mehreren Strahltormungs-/Strahllenkungs- elementen, vorzugsweise mit wenigstens einer Linse oder einem Linsensystem.
Das Abbildungssystem und das Bildaufnahmeelement sind bevor¬ zugt in einer festen Ausrichtung zueinander angeordnet, insbesondere in einem definierten Abstand entlang einer gemein- samen optischen Achse. Dabei ist das Abbildungssystem vorzugsweise in einer Fokusposition zum Abbildungssystem angeordnet, wobei es sich insbesondere um einen definierten Ab¬ stand von Abbildungssystem und Bildaufnahmeelement zueinander handelt, bei welchem durch das Abbildungssystem eine defi- nierte Gegenstandsweite bildscharf auf die sensitive Fläche des Bildaufnahmeelements projiziert wird. Diese Fokusposition zwischen Abbildungssystem und Bildaufnahmeelement kann dabei mittels geeigneter Berechnung, beispielsweise anhand von Linsengleichungen, definiert sein.
Soll mittels des Abbildungssystems eine große bzw. sehr weit entfernte Gegenstandsweite (Gegenstandsweite gegen unendlich) auf dem Bildaufnahmeelement abgebildet werden, dann sind das Abbildungssystem und das Bildaufnahmeelement vorzugweise der- art zueinander positioniert, dass sich das Bildaufnahmeele¬ ment in einem Abstand bzw. in einer Bildweite zum Abbildungs- system befindet, welche der Brennweite des Abbildungssystems entspricht . Das Bildaufnahmeelement ist vorzugsweise auf einem Schal¬ tungsträger angeordnet, beispielsweise auf einer starren oder flexiblen Leiterplatte. Das Abbildungssystem kann entweder ebenfalls direkt auf der Leiterplatte angeordnet sein, vorzugsweise oberhalb des Bild¬ aufnahmeelements, sowie vorzugsweise mittels geeigneter Hal¬ tevorrichtungen bzw. Abstandshalter. Alternativ kann der Schaltungsträger mit dem Bildaufnahmeelement auch in einem Gehäuse angeordnet sein, beispielsweise ein Kameragehäuse, wobei das Gehäuse eine Aufnahme bzw. Haltevorrichtung für das Abbildungssystem aufweist. Im Rahmen der Erfindung sind aber grundsätzlich auch andere konstruktive Ausgestaltungen des optischen Systems bzw. andere mechanische Verbindungen zwischen Abbildungssystem und Bildaufnahmeelement denkbar und mit umfasst.
Erfindungsgemäß sind das Abbildungssystem und das Bildaufnah- meelement derart ausgelegt, dass in einer Fokusposition des Abbildungssystems zum Bildaufnahmeelement, insbesondere in der vorangehend beschriebenen definierten Positionierung von Bildaufnahmeelement und Abbildungssystem zueinander, wenigs¬ tens eine Größe der Projektionsfläche des Abbildungssystems kleiner ist als wenigstens eine Größe der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements. Bei der Projektionsfläche des Ab¬ bildungssystems handelt es sich insbesondere um diejenige vom Abbildungssystem erzeugte Projektionsfläche, in dem Abstand im Bildraum, in welchem das Abbildungssystem in der definier- ten Fokusposition zum Bildaufnahmeelement angeordnet ist, insbesondere in der von der abzubildenden Gegenstandsweite definierten bzw. festgelegten Bildweite.
Die Fokusposition ist im Wesentlichen abhängig von den Eigen- schaffen des Abbildungssystems und von der durch die optische Vorrichtung, insbesondere bildscharf, abzubildenden Gegenstandsweite. Bei optischen Vorrichtungen, die eine feste bzw. eine definierte Gegenstandsweite abbilden sollen, was insbe- sondere bei Kameras der Fall ist, die im Rahmen von Fahreras¬ sistenzsystem in Fahrzeugen eingesetzt werden, lässt sich das erfindungsgemäße Größenverhältnis zwischen Projektionsfläche und sensitiver Fläche somit insbesondere durch eine Anpassung der Eigenschaften des Abbildungssystems und/oder durch eine Anpassung bzw. durch eine entsprechende Wahl der Größe der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements erreichen.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten optischen Syste- men wird bislang immer eine vollständige bzw. möglichst voll¬ ständige Ausnutzung der sensitiven Flächen der Bildaufnahmeelemente angestrebt, insbesondere bei Vorrichtungen mit fes¬ ter bzw. definierter Gegenstandsweite, so dass bei den be¬ kannten optischen Vorrichtungen das Bildaufnahmeelement und das Abbildungssystem derart ausgelegt sind, dass in der Fo¬ kusposition des Abbildungssystems zum Bildaufnahmeelement die Größe der Projektionsfläche des Abbildungssystems möglichst weitgehend der Größe der sensitiven Fläche des Bildaufnahme¬ elements entspricht. Eine solche, möglichst 100%-ige Ausnut- zung der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements, bedingt jedoch, dass Toleranzen, insbesondere Toleranzen bei der Ausrichtung bzw. Positionierung von Bildaufnahmeelement und Abbildungssystem zueinander, aber beispielsweise auch Toleranzen zwischen Bildaufnahmeelement und Leiterplatte, dazu füh- ren, dass ein Teil des Bildes nicht auf die sensitive Fläche des Bildaufnahmeelements projiziert wird, sondern daneben. Dies ist beispielsweise bei einer toleranzbedingten Parallel¬ verschiebung von Abbildungssystem, bzw. dessen Projektionsfläche, und sensitiver Fläche zueinander der Fall.
Die erfindungsgemäße optische Vorrichtung hat demgegenüber den wesentlichen Vorteil, dass aufgrund des erfindungsgemäßen Größenverhältnisses zwischen der Projektionsfläche des Abbil- dungssystems und der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeele¬ ments, Toleranzen weigehend kompensiert werden können, insbe¬ sondere bei der Positionierung und Ausrichtung des Abbildungssystems in der Fokusposition zum Bildaufnahmeelement, sowie insbesondere betreffend eine toleranzbedingte Parallel¬ verschiebung von Projektionsfläche zu sensitiver Fläche und/oder betreffend Toleranzen bezüglich der Neigungs-, Roll- und Gierwinkel von Abbildungssystem und Bildaufnahmeelement. Da bei der erfindungsgemäßen Lösung wenigstens eine Größe der Projektionsfläche kleiner ausgelegt ist als wenigstens eine Größe der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements, insbe¬ sondere kleiner als eine bezüglich der Raumrichtung korrespondierende Größe, wird auch bei einer vorangehend beschrie- benen toleranzbedingten Abweichung das Bild, bezüglich der entsprechenden Raumrichtung, in der Regel noch vollständig, oder zumindest zu einem größeren Anteil, auf die sensitive Fläche des Bildaufnahmeelements projiziert. Daraus ergeben sich größere Toleranzbereiche sowie weniger Ausschuss bei der Fertigung, wodurch Durchlaufzeiten reduziert und Fertigungskosten gesenkt werden können.
Sofern im Rahmen der Offenbarung der vorliegenden Erfindung nur von einer Ausrichtung, Positionierung oder Fokusposition des Abbildungssystems zum Bildaufnahmeelement oder umgekehrt, nur von einer Ausrichtung, Positionierung oder Fokusposition des Bildaufnahmeelements zum Abbildungssystem die Rede ist, ist für den Fachmann jeweils der umgekehrte Fall mit umfasst, da klar ist, dass es im Endeffekt um die Ausrichtung beider Komponenten zueinander geht.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die wenigstens eine Größe der Projektionsfläche und die wenigstens eine Größe der sensitiven Fläche bevorzugt derart ausgelegt, dass zumin¬ dest eine durch Ausrichtungstoleranzen bedingte Parallelverschiebung der Projektionsfläche zur sensitiven Fläche ausge¬ glichen wird, insbesondere bezüglich der entsprechenden Raum- richtung sowie vorzugsweise derart, dass auch im maximalen Toleranzbereich, d.h. bei maximaler Toleranz zwischen Ist- Position und Soll-Position, immer noch eine vollständige Abbildung der Projektionsfläche auf der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements erreicht wird, zumindest bezüglich der betroffenen Raumrichtung.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist das Bildaufnahmeelement eine rechteckige sensitive Fläche und das Abbildungssystem eine kreisförmige Proj ektionsfläch auf, wobei es sich bei der wenigstens einen Größe der sensitiven Fläche um die kürzere oder längere Sei¬ tenlänge der sensitiven Fläche und bei der wenigstens einen Größe der Projektionsfläche um den Durchmesser der Projekti¬ onsfläche handelt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist das Bildaufnahmeelement eine quadratische sensitive Fläche und das Abbildungssystem eine kreisförmige Projektionsfläche auf, wobei es sich bei der we- nigstens einen Größe der sensitiven Fläche um die Seitenlänge der sensitiven Fläche und bei der wenigstens einen Größe der Projektionsfläche um den Durchmesser der Projektionsfläche handelt . Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist das Bildaufnahmeelement eine rechteckige sensitive Fläche und das Abbildungssystem eine ellipsenförmige Projektionsfläche auf, wobei es sich bei der wenigstens einen Größe der sensitiven Fläche um die kürzere und/oder die längere Seitenlänge der sensitiven Fläche und bei der wenigstens einen Größe der Projektionsfläche um den kleinsten und/oder größten Durchmesser der Projektionsfläche handelt, wobei der größte Durchmesser der Projektionsfläche kleiner ist als die längere Seitenlänge der sensitiven Fläche und/oder wobei der kleinste Durchmesser der Projektionsfläche kleiner ist als die kürzere Seitenlänge der sensitiven Flä¬ che .
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich bei der wenigstens einen Größe der Projektionsfläche um den Flächeninhalt der Projektionsfläche und bei der wenigstens einen Größe der sen- sitiven Fläche um den Flächeninhalt der sensitiven Fläche.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die wenigstens eine Größe der Projektionsflä¬ che mindestens 5%, 10%, 15% oder 25% kleiner ausgelegt, als die wenigstens eine Größe der sensitiven Fläche des Bildauf¬ nahmeelements, insbesondere betreffend die bezüglich der Raumrichtung korrespondierende Größe.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Kamera, die eine opti- sehe Vorrichtung nach einer der vorangegangenen Ausgestaltungen umfasst, ein Fahrerassistenzsystem, umfassend die erfindungsgemäße optische Vorrichtung oder die erfindungsgemäße Kamera, sowie ein Fahrzeug, umfassend die erfindungsgemäße Kamera oder das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei¬ spiels sowie anhand von schematischen Figuren näher erläutert . Die Erfindung ist dabei nicht auf das nachfolgend beschriebe¬ ne Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können hieraus auch andere Varianten der Erfindung vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Es zeigen
Fig. 1 eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung; und
Fig. 2a und 2b das Bildaufnahmeelement der optischen
Vorrichtung aus Fig. 1 in der Draufsicht, mit dessen sensitiver Fläche und der
Projektionsfläche des Abbildungssystems.
Fig. 1, sowie die Figuren 2a und 2b, zeigen schematisch eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung 1. Die Vorrichtung 1 umfasst ein Bildaufnahmeelement 2, das auf einer Leiterplatte 3 angeordnet ist und mit einer für elektromagnetische Strahlung sensitiven Fläche 4 (gestrichelt) ausgebildet ist. Die Vorrichtung 1 umfasst weiterhin ein Abbildungssystem 5 mit einer optischen Achse 9, bei dem es sich im dargestellten Fall um ein Objektiv handelt, und das zur Projektion 6 von elektromagnetischer Strahlung auf die sensitive Fläche 4 des Bildaufnahmeelements 2 dient.
Die Leiterplatte 3 mit dem Bildaufnahmeelement 2 ist in einem Gehäuse 7 der optischen Vorrichtung 1 angeordnet. Das Gehäuse 7 umfasst eine Aufnahme, in der das Abbildungssystem 5 ange¬ ordnet ist. Die Aufnahme ist dabei in Fig. 1 vereinfacht als Öffnung im Gehäuse 7 dargestellt. Das Abbildungssystem 5 ist derart ausgebildet, insbesondere mit geeigneten Strahlfor- mungs-/Strahllenkungselementen, wie beispielsweise Linsen, sowie derart in der Aufnahme positioniert und gegenüber dem Bildaufnahmeelement 2 bzw. dessen sensitiver Fläche 4 ausge¬ richtet, so dass eine definierte Gegenstandsweite bildscharf auf die sensitive Fläche 4 des Bildaufnahmeelements 2 proji- ziert wird. Die Position bzw. Ausrichtung des Abbildungssys¬ tems gegenüber dem Bildaufnahmeelement 2 ist vorzugsweise vorab definiert, insbesondere in Abhängigkeit der auf dem Bildaufnahmeelement 2 abzubildenden Gegenstandsweite sowie in Abhängigkeit der optischen Eigenschaften des Abbildungssys- tems 5. Bei der vorab definierten Position bzw. Ausrichtung handelt es sich im Rahmen der Erfindung insbesondere um eine definierte Fokusposition.
Bei der Positionierung und Ausrichtung des Abbildungssystems 5 gegenüber dem Bildaufnahmeelement, insbesondere in der de¬ finierten Fokusposition, existieren gewisse Ausrichtungstoleranzen, insbesondere bezüglich mehrerer Freiheitsgrade. Bei diesen Freiheitsgraden kann es sich um eine Verschiebung in X-, Y- und/oder Z-Richtung gegenüber der definierten Fokuspo- sition, sowie alternativ oder zusätzlich um eine Drehung um die X, Y und/oder Z-Achse handeln, d.h. um eine Roll-, Gier- und Neigungswinkelabweichung gegenüber der definierten Fokusposition. Gemäß den Figuren 2a und 2b, welche das Bildaufnahmeelement 2 aus Fig. 1 in der vertikalen Draufsicht (Z-Richtung) zeigen, weist das Bildaufnahmeelement 2 eine rechteckige sensitive Fläche 4 auf, beispielsweise im Format 4:3 oder 16:9. Wie ebenfalls dargestellt, erzeugt das Abbildungssystem 5 eine kreisförmige Projektionsfläche 8.
Bei dem in Fig. 1, sowie in den Figuren 2a und 2b, darge- stellten Ausführungsbeispiel, insbesondere um toleranzbeding¬ te Abweichungen zumindest betreffend eine Parallelverschie¬ bung zwischen Abbildungssystem 5 und Bildaufnahmeelement 2 ausgleichen zu können, bzw. eine Parallelverschiebung der Projektionsfläche 8 gegenüber der sensitiven Fläche 4, in dargestellten Fall in Y-Richtung, sind das Abbildungssystem 5 und das Bildaufnahmeelement 2, wie dargestellt, erfindungsge¬ mäß derart ausgelegt, dass in der Fokusposition des Abbil¬ dungssystems 5 zum Bildaufnahmeelement 2, wenigstens eine Größe der Projektionsfläche 8 des Abbildungssystems 5 kleiner ist, als wenigstens eine Größe der sensitiven Fläche 4 des Bildaufnahmeelements 2.
Bei der wenigstens einen Größe der Projektionsfläche 8 des Abbildungssystems handelt es sich im dargestellten Fall um den Durchmesser der Projektionsfläche 8. Bei der wenigstens einen Größe der sensitiven Fläche 4 des Bildaufnahmeelements 2 handelt es sich im dargestellten Fall um die längere Sei¬ tenlänge (Länge in Y-Richtung) der sensitiven Fläche 4. Hierdurch kann, wie in Fig. 2b dargestellt, eine Parallelver- Schiebung der Projektionsfläche 8 zur sensitiven Fläche 4 in Y-Richtung ausgeglichen werden. Weiterhin könnte, bei dem dargestellten Fall, insbesondere auch eine Verkippung bzw. Drehung des Abbildungssystems 5 um die X-Achse kompensiert werden .
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Größenunterschied zwischen der wenigstens einen Größe der Projektionsfläche 8 und der wenigstens einen Größe der sensi- tiven Fläche 4 des Bildaufnahmeelements 2 in Abhängigkeit be¬ kannter Fertigungstoleranzen ausgestaltet. Handelt es sich bei dem Bildaufnahmeelement 2 beispielsweise um ein 1/2-Zoll CMOS- oder CCD-Sensor, mit einer sensitiven Fläche 4 der Grö- ße 6,4 x 4,8 mm (4:3), und beträgt die Ausrichtungstoleranz in positiver und negativer Y-Richtung (Parallelverschiebung) jeweils 0,5mm, dann wird, bei einer kreisförmigen Projektionsfläche 8 des Abbildungssystems 5, das Abbildungssystem 5 vorzugsweise derart ausgebildet, dass der Durchmesser der Projektionsfläche 8 in der Fokusposition eine Größe von 5,4mm beträgt, so dass der Durchmesser der Projektionsfläche 8 um etwa 15% kleiner ist als die längere Seitenlänge der sensiti¬ ven Fläche 4. Je nach Ausmaß der Toleranzen bei der Positionierung und Ausrichtung des Abbildungssystems 5 gegenüber dem Bildaufnahme¬ element 2 bzw. dessen sensitiver Fläche 4, können bei der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung 1 unterschiedliche Größenverhältnisse zwischen der wenigstens einen Größe der Pro- j ektionsfläche 8 und der wenigstens einen Größe der sensiti¬ ven Fläche 4 des Bildaufnahmeelements 2 gewählt sein, bei¬ spielsweise mit einer Abweichung von 5, 10, 15 oder 25%. Je größer die Abweichung, desto größere Toleranzen lassen sich kompensieren .
Zudem können je nach Form der Projektionsfläche 8 des Abbil¬ dungssystems 5, beispielsweise elliptisch, rechteckig oder quadratisch, und je nach Form der sensitiven Fläche 4 des Bildaufnahmeelements 2, im Rahmen der Erfindung auch mehrere Größen der Projektionsfläche 8, bezogen auf eine definierte Fokusposition, kleiner ausgestaltet sein, als eine oder mehrere Größen der sensitiven Fläche 4 des Bildaufnahmeelements 2, vorzugsweise jeweils bezüglich der Raumrichtung korrespon- dierende Größen, insbesondere um dadurch möglichst viele To¬ leranzen bezüglich der verschiedenen Freiheitsgrade bei der Positionierung und Ausrichtung des Abbildungssystems 5 kompensieren zu können.

Claims

Optische Vorrichtung (1) zur Bilderfassung, umfassend
- wenigstens ein Bildaufnahmeelement (2), mit einer für elektromagnetische Strahlung sensitiven Fläche (4), und
- wenigstens ein Abbildungssystem (5), zur Projektion von elektromagnetischer Strahlung auf die sensitive Fläche (4) des Bildaufnahmeelements (2),
dadurch gekennzeichnet, dass
- das Abbildungssystem (5) und das Bildaufnahmeelement (2) derart ausgelegt sind, dass in einer Fokusposition des Abbildungssystems (5) zum Bildaufnahmeelement (2), wenigstens eine Größe der Projektionsfläche (8) des Ab¬ bildungssystems (5) kleiner ist als wenigstens eine Grö¬ ße der sensitiven Fläche (4) des Bildaufnahmeelements (2) .
Optische Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Größe der Projektionsfläche (8) und die wenigstens eine Größe der sensitiven Fläche (4) der¬ art ausgelegt sind, dass zumindest eine durch Ausrich¬ tungstoleranzen bedingte Parallelverschiebung der Projektionsfläche (8) zur sensitiven Fläche (4) ausgegli¬ chen wird.
Optische Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Bildaufnahmeelement (2) eine rechteckige sensitive Fläche (4) aufweist und es sich bei der wenigstens einen Größe der sensitiven Fläche (4) um die kürzere oder längere Seitenlänge der sensitiven Fläche (4) handelt, und dass
- das Abbildungssystem (5) eine kreisförmige Projekti¬ onsfläche (8) aufweist und es sich bei der wenigstens einen Größe der Projektionsfläche (8) um den Durchmesser der Projektionsfläche (8) handelt. Optische Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Bildaufnahmeelement (2) eine quadratische sensiti¬ ve Fläche (4) aufweist und es sich bei der wenigstens einen Größe der sensitiven Fläche (4) um die Seitenlänge der sensitiven Fläche (4) handelt, und dass
- das Abbildungssystem (5) eine kreisförmige Projekti¬ onsfläche (8) aufweist und es sich bei der wenigstens einen Größe der Projektionsfläche (8) um den Durchmesser der Projektionsfläche (8) handelt.
Optische Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Bildaufnahmeelement (2) eine rechteckige sensitive Fläche (4) aufweist und es sich bei der wenigstens einen Größe der sensitiven Fläche (4) um die kürzere und/oder die längere Seitenlänge der sensitiven Fläche (4) han¬ delt, und dass
- das Abbildungssystem (5) eine ellipsenförmige Projek¬ tionsfläche (8) aufweist und es sich bei der wenigstens einen Größe der Projektionsfläche (8) um den kleinsten und/oder größten Durchmesser der Projektionsfläche (8) handelt, wobei
- der größte Durchmesser der Projektionsfläche (8) klei¬ ner ist als die längere Seitenlänge der sensitiven Flä¬ che (4), und/oder wobei
- der kleinste Durchmesser der Projektionsfläche (8) kleiner ist als die kürzere Seitenlänge der sensitiven Fläche (4) .
Optische Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
es sich bei der wenigstens einen Größe der Projektions¬ fläche (8) um den Flächeninhalt der Projektionsfläche (8) handelt, und dass es sich bei der wenigstens einen Größe der sensitiven Fläche (4) um den Flächeninhalt der sensitiven Fläche (4) handelt.
Optische Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Größe der Projektionsfläche (8) min¬ destens 5%, 10%, 15% oder 25% kleiner ausgelegt ist als die wenigstens eine Größe der sensitiven Fläche (4) des Bildaufnahmeelements (2).
Kamera umfassend eine optische Vorrichtung (1) gemäß ei¬ nem der vorangegangenen Ansprüche.
Fahrerassistenzsystem umfassend eine optische Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder eine Kamera nach Anspruch 6.
10. Fahrzeug umfassend eine Kamera nach Anspruch 8 oder ein Fahrerassistenzsystem nach Anspruch 9.
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