DE102021214941A1

DE102021214941A1 - Bilderfassungseinrichtung für ein Fahrzeug, Kameramodul und Verfahren zum Betreiben einer Bilderfassungseinrichtung

Info

Publication number: DE102021214941A1
Application number: DE102021214941.3A
Authority: DE
Inventors: Martin Ganser
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-12-22
Filing date: 2021-12-22
Publication date: 2023-06-22

Abstract

Der hier vorgestellte Ansatz betrifft eine Bilderfassungseinrichtung (104) für ein Fahrzeug, wobei die Bilderfassungseinrichtung (104) die folgenden einen Sensorträger (300) mit mindestens einem auf dem Sensorträger (300) angeordneten Erfassungssensor (302) zum Erfassen eines Lichtstrahls (304) aufweist. Der Sensorträger (300) ist längs zu einer Haupterstreckungsebene (306) der Bilderfassungseinrichtung (104) angeordnet. Weiterhin weist die Bilderfassungseinrichtung (104) ein flachbauendes optisch wirksames Element (308) zum Leiten des Lichtstrahls (304) zu dem Erfassungssensor (302) auf. Eine Hauptkomponente eines Strahlgangs des Lichtstrahls (304) innerhalb des Elements (308) ist längs zu der Haupterstreckungsebene der Bilderfassungseinrichtung (104) ausgerichtet.

Description

Stand der Technik
Der Ansatz geht von einer Bilderfassungseinrichtung, beispielsweise für ein Fahrzeug, einem Kameramodul und einem Verfahren zum Betreiben einer Bilderfassungseinrichtung nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
Die DE 101 32 982 A1 beschreibt eine Einrichtung zum Erfassen optischer Informationen mit einer Empfangseinheit und optischen Fasern zum Erfassen der optischen Informationen, die mit einer zentralen Empfangseinheit verbindbar oder verbunden sind.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine verbesserte Bilderfassungseinrichtung für ein Fahrzeug, ein verbessertes Kameramodul und ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Bilderfassungseinrichtung gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Durch den vorgestellten Ansatz wird eine Möglichkeit geschaffen, um Bauraum beispielsweise innerhalb eines Fahrzeugs oder eines Fahrzeuginnenraums effizient zu nutzen. Dabei ist die Bilderfassungseinrichtung vorteilhafterweise an oder in Fahrzeugbereichen anordenbar, die bisher aufgrund der Abmessungen der Bilderfassungseinrichtung nicht dafür nutzbar waren. Durch eine kompaktere Realisierung einer Bilderfassungseinrichtung kann zudem vorteilhafterweise Gewicht reduziert werden. Beispielsweise kann die Bilderfassungseinrichtung als ein flaches segmentförmiges Kamerasystem ausgeformt sein. Die Anwendung im Zusammenhang mit einem Fahrzeug ist dabei lediglich beispielhaft gewählt. Die Bilderfassungseinrichtung kann auch allgemein in Beobachtungs- und Erkennungssystemen eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Bilderfassungseinrichtung in Haustürfugen, Fugen von Laptops oder Tablets, mobilen Telefonen, Motoradhelmen oder anderen Schutzhelmen, in Fugen eines Rückfahrscheinwerfers, einer Frontleuchte, eines Außenspiegels, etc. verbaut werden.
Es wird eine Bilderfassungseinrichtung für ein Fahrzeug vorgestellt, wobei die Bilderfassungseinrichtung einen Sensorträger mit mindestens einem auf dem Sensorträger angeordneten Erfassungssensor zum Erfassen eines Lichtstrahls aufweist. Der Sensorträger ist längs zu einer Haupterstreckungsebene der Bilderfassungseinrichtung angeordnet. Die Bilderfassungseinrichtung weist weiterhin mindestens ein flachbauendes optisch wirksames Element zum Leiten des Lichtstrahls zu dem Erfassungssensor auf, wobei eine Hauptkomponente eines Strahlgangs des Lichtstrahls innerhalb des Elements längs zu der Haupterstreckungsebene der Bilderfassungseinrichtung ausgerichtet ist.
Die Bilderfassungseinrichtung kann lediglich beispielhaft als eine Fahrzeugkamera realisiert sein, die beispielsweise einen Fahrzeuginnenraum des Fahrzeugs erfasst. Alternativ kann die Bilderfassungseinrichtung ausgebildet sein, um einen Außenbereich zu erfassen. Beispielsweise kann mit der Bilderfassungseinrichtung eine von innen nach außen seitlich schauende Kamera realisiert werden, die auch den seitlichen Totwinkel erfasst. Für die Fernsicht nach hinten kann eine Rücksichtkamera zugeschaltet werden, die z.B. In einer Heckscheibenfuge oder im Außenbereich einer Rückleuchte positioniert ist. Dadurch kann durch elektronisches Verarbeiten und Zusammenschalten dieser zwei Kameras eine vollständige Bildausgabe der seitlichen rückwärtigen Umgebung auf ein Display aufgespielt werden. Das bietet im Falle einer Zulassung beim Kraftfahrtbundesamt die Möglichkeit, die Außenspiegel als auch die Totwinkelassistenten komplett entfallen zu lassen. Erhebliche Vorteile in der Aerodynamik, Kostenstruktur, Gewicht und Fahrzeugoptik sind die erfreuliche Konsequenz. Das Fahrzeug kann beispielsweise als ein Personenkraftwagen realisiert sein oder alternativ als ein Nutzfahrzeug oder ein Omnibus. Generell kann die Bilderfassungseinrichtung für unterschiedliche Verkehrsmittel oder für andere, beispielsweise auch stationäre Anwendungen, eingesetzt werden, wie beispielsweise auch im Luftverkehr oder in Verbindung mit Spiegelersatzsystemen. Die Bilderfassungseinrichtung kann beispielsweise verwendet werden, um einen Fahrerzustand eines Fahrers des Fahrzeugs zu erfassen. Dadurch können beispielsweise Funktionen des Fahrzeugs ausgelöst werden, wie beispielsweise eine Ausgabe eines Warnhinweises, beispielsweise ein Warnton oder eine visuelle Warnung, oder eine Aufforderung, eine Pause zu unternehmen, bei Müdigkeit des Fahrers. Der Sensorträger kann beispielsweise als eine PCB-Leiterplatte oder als eine Platine ausgeformt sein, auf der der Erfassungssensor angeordnet sein kann. Bei dem Erfassungssensor kann es sich um einen bekannten Bildsensor handeln. Unter Verwendung des flachbauenden optisch wirksamen Elements kann ein Lichtstrahl auf den Erfassungssensor fokussiert werden, um ein scharfes Bild erfassen zu können, das beispielsweise im Nachgang auch verarbeitet, weitergeleitet oder ausgewertet werden kann. Der Erfassungssensor kann beispielsweise ausgebildet sein um Infrarotlicht, als beispielsweise einen Infrarotlichtstrahl (IR) zu erfassen. In einer alternativen Ausführungsform kann der Erfassungssensor ausgebildet sein, um einen Lichtstrahl zu erfassen, der beispielsweise RGB-Licht repräsentier. Der Sensorträger kann längs, beispielsweise parallel zu der Haupterstreckungsebene der Bilderfassungseinrichtung, also beispielsweise einer Längsachse und einer Querachse der Bilderfassungseinrichtung, angeordnet sein. Die Bilderfassungseinrichtung kann insgesamt als ein flaches Bauteil ausgeführt sein, das eine Länge und eine Breite aufweist, die wesentlich größer als eine Höhe des Bauteils ist. Somit kann die Haupterstreckungsebene durch die Längsachse und Querachse der Bilderfassungseinrichtung aufgespannt werden. Beispielsweise kann der Sensorträger parallel zu einem Boden der Bilderfassungseinrichtung ausgerichtet sein. Folglich kann eine den Lichtstrahl erfassende Seitenfläche des Erfassungssensors quer zu einer Hauptoberfläche des Sensorträgers ausgerichtet sein, auf der der Erfassungssensor an dem Sensorträger kontaktiert sein kann. Das Element kann ausgeformt sein, um den Lichtstrahl in eine gewünschte Richtung, das bedeutet zu dem Erfassungssensor, zu leiten. Eine optische Achse des Elements kann längs der Haupterstreckungsebene der Bilderfassungseinrichtung verlaufen. Eine Richtung der Hauptkomponente des Strahlgangs des Lichtstrahls innerhalb des Elements kann parallel zu der Hauptoberfläche des Sensorträgers verlaufen. Das flachbauende optisch wirksame Element kann nur eine Linse oder ein Spiegel sein. Das optisch wirksame Element kann auch ein Spiegelsegment sein. Bei dem Element kann ein Lichtstrahl oder Lichtstrahlbündel beim Eintritt eine oder mehrere schräge oder gekrümmte Flächen treffen und beim Austritt eine andere gekrümmte Fläche. Es kann somit ein multifokales Element, vergleichbar mit einer Gleitsichtbrille verwendet werden.
Das Element kann zumindest eine linsensegmentförmige Linse umfassen. Vorteilhafterweise kann eine solche Linse sehr flach ausgeführt sein.
Vorteilhafterweise kann das Element als eine Doppellinse ausgeformt sein. Dadurch kann erreicht werden, dass möglichst viel Licht auf den Erfassungssensor trifft und somit aussagekräftige Bilddaten erfasst und zusätzlich oder alternativ analysiert werden können. Vorteilhafterweise kann die Bilderfassungseinrichtung vereinfacht im Fahrzeuginnenraum verbaut werden, da diese in Querrichtung gestreckt sein kann. Beispielsweise kann die Bilderfassungseinrichtung an einem Dachquerträger, einem Kombiinstrument oder beispielsweise in einem Mittelbereich des Fahrzeugs angeordnet sein, an dem beispielsweise Zentraldisplays angeordnet sein können. Weiterhin können Toleranzketten verkürzt werden, da das Element und zusätzlich oder alternativ der Sensorträger beispielsweise mit einem Gehäuse verbunden sein kann.
Somit kann das Element an einem ersten Ende eine erste Linse und an einem zweiten Ende eine zweite Linse aufweisen. Das Element kann zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende einen die Enden verbindenden Verbindungsabschnitt aufweisen. Eine Längsachse des Elements ist dabei längs zu der Haupterstreckungsebene der Bilderfassungseinrichtung ausgerichtet. Der Verbindungsabschnitt ermöglicht eine stabile Verbindung zwischen den Linsen. Vorteilhafterweise können die Linsen und die Verbindungsabschnitte zusammen ein einstückiges Bauteil ausformen.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Element im Verbindungsabschnitt einen ersten Verbindungssteg aufweisen, der ausgebildet sein kann, um eine erste Seite der ersten Linse mit einer ersten Seite der zweiten Linse zu verbinden. Weiterhin kann das Element im Verbindungsabschnitt einen zweiten Verbindungssteg aufweisen, der ausgebildet sein kann, um eine zweite Seite der ersten Linse mit einer zweiten Seite der zweiten Linse zu verbinden. Im Verbindungsabschnitt kann das Element beispielsweise einen Hohlraum aufweisen, der von den Verbindungsstegen und den Linsen begrenzt sein kann. Vorteilhafterweise kann durch die fix angeordneten Verbindungsstege ein gewünschter Abstand zwischen den Linsen und eine Ausrichtung der Linsen des Elements genau eingehalten werden.
Weiterhin kann die erste Linse und zusätzlich oder alternativ die zweite Linse konvex ausgeformt sein. Die erste und die zweite Linse können dabei beispielsweise jeweils an nur einer oder an beiden einander gegenüberliegenden Linsenflächen konvex geformt sein. Weiterhin ist es denkbar, dass die Linsen alternativ je nach Verwendungszweck auch konkav realisiert sind. Durch die konvexe Form der Linsen kann der Lichtstrahl auf einen vorgesehenen Punkt, den Erfassungssensor, gebündelt werden.
Die erste Linse und zusätzlich oder alternativ die zweite Linse kann jeweils einen balkenförmigen Abschnitt aufweisen, der einen durch einen Mittenbereich einer Linse führenden Streifen repräsentieren kann. Vorteilhafterweise kann dadurch ein länglicher Ausschnitt aus dem Innenraum des Fahrzeugs, beispielsweise eine Augenpartie des Fahrers, erfasst werden. Durch eine abschnittsweise Erfassung des Umfelds kann vorteilhafterweise eine Datengröße der unter Verwendung des Lichtstrahls erfassten Bilddaten reduziert werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann die erste Linse und zusätzlich oder alternativ die zweite Linse jeweils eine gewölbte Linseninnenfläche und eine gewölbte der Linseninnenfläche abgewandten Linsenaußenfläche aufweisen. Eine Linsenaußenfläche kann dabei eine äußere Oberfläche des Elements ausformen oder der äußeren Oberfläche des Elements zugewandt sein. Weiterhin kann die erste Linse und zusätzlich oder alternativ die zweite Linse längs der Haupterstreckungsebene der Bilderfassungseinrichtung eine plane Oberseite und eine der Oberseite gegenüberliegende plane Unterseite aufweisen, die jeweils an die Linseninnenfläche und die Linsenaußenfläche angrenzen können. Das bedeutet, dass die Linsen beispielsweise als bikonvexe Linsen ausgeformt sein können. Die Linsen können beispielsweise an der Oberseite und an der Unterseite abgeschnitten realisiert sein, um einen Mittenbereich zu formen, durch den der Lichtstrahl geleitet wird.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Erfassungssensor als ein Infrarotsensor ausgeformt sein. Das bedeutet, dass der Lichtstrahl einen von einem Objekt abgestrahlten oder reflektierten Infrarotstrahl repräsentieren kann. Vorteilhafterweise kann die Bilderfassungseinrichtung dadurch auch im Dunkeln betrieben werden. Zusätzlich oder alternativ kann der Erfassungssensor ausgeformt sein, um sonstige sinnvoll dedektierbare Strahlungen erfassen zu können.
Ferner kann die Bilderfassungseinrichtung eine Lichtquelle zum Aussenden eines Beleuchtungsstrahls aufweisen, wobei die Lichtquelle auf dem Sensorträger angeordnet sein kann. Die Lichtquelle kann vorteilhafterweise als eine Infrarotlichtquelle realisiert sein, die ausgebildet sein kann, um den Beleuchtungsstrahl als Infrarotstrahl auszugeben. Um ein Bild zu erfassen, können an einem Objekt reflektierte Strahlen der Lichtquelle unter Verwendung des Erfassungssensors erfasst werden. Durch die Verwendung einer Infrarotlichtquelle kann vorteilhafterweise verhindert werden, dass der Fahrer des Fahrzeugs durch den Beleuchtungsstrahl geblendet wird. Vorteilhafterweise kann dadurch eine Sicherheit für den Fahrer sowie für weitere Verkehrsteilnehmer erhöht werden. Die Lichtquelle kann vorteilhafterweise auf dem Sensorträger angeordnet sein. Optional kann die Lichtquelle innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses mit dem Erfassungssensor angeordnet sein.
Das Element kann ausgeformt sein, um in einem Randbereich den Beleuchtungsstrahl leiten zu können. Beispielsweise kann der Beleuchtungsstrahl seitlich an dem Element in Richtung eines dem Sensorträger abgewandten Ende des Elements geführt werden. Beispielsweise kann der Beleuchtungsstrahl zumindest abschnittsweise in einem Verbindungssteg des Elements geführt sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Element im Randbereich eine labyrinthartige Struktur zum Schützen des Erfassungssensors vor Störstrahlung aufweisen. Vorteilhafterweise kann die Störstrahlung mittels der labyrinthartigen Struktur abgelenkt werden, sodass sie nicht den Erfassungssensor trifft und die durch den Lichtstrahl repräsentierten Bilddaten nicht beeinflusst werden.
Das Element kann einstückig ausgeformt sein. Das Element kann beispielsweise als Produkt eines Gussverfahrens realisiert sein. Mit anderen Worten kann das Element einteilig realisiert sein kann. Vorteilhafterweise kann dadurch eine Nachjustierung bei beispielsweise einer Reparatur vereinfacht werden, da die Linsen des Elements nicht auch noch gegeneinander justiert werden müssen. Vorteilhafterweise ist das Element einfach herstellbar wodurch auch Herstellungskosten reduziert werden können.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Bilderfassungseinrichtung eine Breite und/oder Länge aufweisen, die zwischen einem Faktor 5 und 25, alternativ um mindestens einen Faktor 10, größer sein kann als eine Höhe der Bilderfassungseinrichtung. Beispielsweise kann eine Höhe der Bilderfassungseinrichtung weniger als 2cm, weniger als 1cm oder weniger als 0,5cm betragen. Eine Breite der Bilderfassungseinrichtung kann beispielsweise mehr als 10cm und weniger als 20cm oder 15cm oder mehr als 5cm und weniger als 15cm oder 10cm betragen. Weiterhin kann die Bilderfassungseinrichtung lediglich beispielhaft Abmessungen aufweisen, die an einen CD-Schacht erinnern. Vorteilhafterweise kann die Bilderfassungseinrichtung dadurch einfach innerhalb des Fahrzeugs positioniert werden. Die Bilderfassungseinrichtung kann durch ihre schmale Form für einen Fahrzeuginsassen unscheinbar angeordnet sein oder als Designobjekt den Fahrzeuginnenraum visuell verschönern.
Zusätzlich kann die Bilderfassungseinrichtung ein Gehäuseelement aufweisen, das den Sensorträger und das Element an mindestens zwei Seiten umgibt. Der Sensorträger kann mit dem Gehäuseelement fest verbunden sein. Beispielsweise kann der Sensorträger mit dem Gehäuseelement verschraubt und somit in seiner Position fixiert sein. Vorteilhafterweise kann dadurch ein Verrutschen des Sensorträgers verhindert werden und die Bilderfassungseinrichtung kann als ein Modul verbaut werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Bilderfassungseinrichtung einen weiteren Erfassungssensor zum Erfassen eines weiteren Lichtstrahls aufweisen, wobei der weitere Erfassungssensor auf dem Sensorträger oder einem weiteren Sensorträger angeordnet ist. Die Bilderfassungseinrichtung kann ein flachbauendes optisch wirksames weiteres Element zum Leiten des weiteren Lichtstrahls zu dem weiteren Erfassungssensor aufweisen, wobei eine Hauptkomponente eines Strahlgangs des weiteren Lichtstrahls innerhalb des weiteren Elements längs zu der Haupterstreckungsebene der Bilderfassungseinrichtung ausgerichtet ist.
Wenn die Erfassungssensoren auf unterschiedlichen Sensorträgern angeordnet sind, können die Sensorträger können die Sensorträger jeweils längs zu einer Haupterstreckungsebene der Bilderfassungseinrichtung angeordnet sein.
Je nach Ausführungsform können die Richtungen der Hauptkomponenten der Strahlengänge des Lichtstrahls und des weiteren Lichtstrahls parallel oder quer zueinander ausgerichtet sein. Somit kann sowohl eine Stereokamera als auch eine Bilderfassungseinrichtung mit unterschiedlichen, auch entgegengesetzten, Blickrichtungen realisiert werden.
Gemäß weiterer Ausführungsformen kann die Bilderfassungseinrichtung eine Mehrzahl, also auch mehr als zwei entsprechend ausgerichtete und ausgeformte flachbauende optisch wirksame Elemente aufweisen.
Lediglich beispielhaft kann das weitere Element an einem weiteren ersten Ende eine weitere erste Linse und an einem weiteren zweiten Ende eine weitere zweite Linse aufweisen. Dabei kann das weitere Element zwischen dem weiteren ersten Ende und dem weiteren zweiten Ende einen die Enden verbindenden weiteren Verbindungsabschnitt aufweisen. Eine Längsachse des weiteren Elements kann längs zu der Haupterstreckungsebene der Bilderfassungseinrichtung ausgerichtet sein. Vorteilhafterweise können beide Elemente gleichartig ausgeformt sein, wodurch ein Stereo-Verhalten der Bilderfassungseinrichtung ermöglicht werden kann. Weiterhin können beide Erfassungssensoren auf demselben Sensorträger angeordnet sein. Weiterhin können auch weitere Erfassungssensoren und zusätzlich oder alternativ Lichtquellen auf dem Sensorträger angeordnet sein. Dabei können die Strahlenrichtungen der Lichtstrahlen sich voneinander unterscheiden, sodass beispielsweise mehrere Umfeldbereiche um die Bilderfassungseinrichtung erfasst werden können.
Ferner wird ein Kameramodul vorgestellt, das eine Bilderfassungseinrichtung in einer zuvor genannten Variante aufweist, wobei die Bilderfassungseinrichtung als eine Infrarotkamera ausgeführt ist. Das Kameramodul weist weiterhin eine Kameraeinheit mit einem Objektiv und einem Bildsensor auf.
Das Kameramodul kann beispielsweise für kamerabasierte Fahrerassistenzsysteme für Fahrzeuge nutzbar. Das Kameramodul kann beispielsweise in einem Innenbereich des Fahrzeugs angeordnet sein oder alternativ auch in einem Karosseriebereich, um beispielsweise einen Außenbereich um das Fahrzeug zu erfassen. Die Bilderfassungseinrichtung, wie sie zuvor beschrieben wurde, kann beispielsweise in dem Kameramodul integriert sein. Das Kameramodul kann entsprechend auch die Kameraeinheit umfassen, die beispielsweise unter Verwendung von RGB-Licht, das bedeutet Rot-Grün-Blau-Licht, funktionieren kann. Das Objektiv kann beispielsweise eine Mehrzahl von Linsenaufweisen, die ausgebildet sind, um einen Strahl zu dem Bildsensor zu leiten.
Es wird weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Bilderfassungseinrichtung in einer zuvor genannten Variante vorgestellt, wobei das Verfahren einen Schritt des Aussendens zumindest eines Beleuchtungsstrahls, einen Schritt des Leitens des zumindest einen Beleuchtungsstrahls unter Verwendung des zumindest einen Elements, in eine Umgebung der Bilderfassungseinrichtung, beispielsweise in einen Fahrzeuginnenraum, einen Schritt des Leitens zumindest eines Lichtstrahls unter Verwendung des zumindest einen Elements zu zumindest einem Erfassungssensor, einen Schritt des Erfassens des zumindest einen durch das zumindest eine Element geleiteten Lichtstrahls sowie einen Schritt des Ausgebens zumindest eines den zumindest einen Lichtstrahl repräsentierenden Bildsignals umfasst.
Durch das Verfahren kann vorteilhafterweise eine Augenpartie eines Fahrers des Fahrzeugs erfasst werden und somit zu einer drastischen Verbesserung der Verkehrssicherheit beitragen, da beispielsweise Müdigkeit erkannt werden kann. Dazu können beispielsweise anhand des Lichtstrahls erfasste Bilddaten, die einen Zustand des Fahrers, eine Blickrichtung oder Kopfrotation des Fahrers mindestens teilweise erfassen können, ausgewertet werden und entsprechend Warnsignale ausgegeben werden. Der Lichtstrahl kann dabei beispielsweise als ein Teilstrahl eines Beleuchtungsstrahls realisiert sein, der an einem Objekt, beispielsweise dem Fahrer des Fahrzeugs reflektiert wird. Der Lichtstrahl kann somit als Reflexionsstrahl bezeichnet werden, der durch das Element zu dem Erfassungssensor geleitet werden kann. Dieses Verfahren kann weiterhin beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

1 eine teilschematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Kameramodul und einer Bilderfassungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine schematische Darstellung einer Bilderfassungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Bilderfassungseinrichtung;
4 eine schematische Darstellung eines flachbauenden optisch wirksamen Elements gemäß einem Ausführungsbeispiel für eine Bilderfassungseinrichtung;
5 eine schematische Darstellung eines Strahlenverlaufs gemäß einem Ausführungsbeispiel unter Verwendung eines flachbauenden optisch wirksamen Elements;
6 eine schematische Darstellung eines flachbauenden optisch wirksamen Elements gemäß einem Ausführungsbeispiel;
7 eine schematische Darstellung eines flachbauenden optisch wirksamen Elements und eines weiteren flachbauenden optisch wirksamen Elements gemäß einem Ausführungsbeispiel;
8 eine schematische Darstellung einer Bilderfassungseinrichtung mit einer Mehrzahl von Erfassungssensoren und Lichtquellen gemäß einem Ausführungsbeispiel;
9 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Bilderfassungseinrichtung;
10 eine schematische Darstellung eines Strahlenverlaufs gemäß einem Ausführungsbeispiel unter Verwendung eines Linsensegments;
11 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Betreiben einer Bilderfassungseinrichtung;
12 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Bilderfassungseinrichtung;
13 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Bilderfassungseinrichtung;
14 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Bilderfassungseinrichtung;
15 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Bilderfassungseinrichtung; und
16 eine schematische Darstellung einer alternativen Bilderfassungseinrichtung.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine teilschematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einem Kameramodul 102 und einer Bilderfassungseinrichtung 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Fahrzeug 100 ist beispielsweise als ein Personenkraftwagen (PKW) oder alternativ als ein Nutzfahrzeug oder Lastkraftwagen (LKW) realisiert oder realisierbar. Das Kameramodul 102 ist beispielsweise in einem Innenbereich oder in einem Außenbereich des Fahrzeugs 100 angeordnet und umfasst die Bilderfassungseinrichtung 104 und eine Kameraeinheit 106. Beispielsweise kann die Bilderfassungseinrichtung 104 und/oder die Kameraeinheit 106 des Kameramoduls 102 in den Innenbereich zeigen oder alternativ in den Außenbereich des Fahrzeugs 100. Das bedeutet, dass die Bilderfassungseinrichtung 104 und die Kameraeinheit 106 beispielsweise in ein und dieselbe Richtung gerichtet sind oder alternativ in unterschiedliche Richtungen zeigen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Bilderfassungseinrichtung 104 als eine Infrarotkamera ausgeführt. Die Kameraeinheit 106 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein Objektiv und einen Bildsensor auf. Beispielsweise ist die Kameraeinheit 106 als eine Kamera realisiert, die im sichtbaren Bereich liegendes Licht erfassen kann. Die Bilderfassungseinrichtung 104 wird nachfolgend näher beschrieben.
Die Anwendung der Bilderfassungseinrichtung 104 im Zusammenhang mit dem Fahrzeug 100 ist lediglich beispielhaft. Die Bilderfassungseinrichtung 104 kann beispielsweise auch in einem Gebäude oder im Zusammenhang mit einem elektronischen Gerät verwendet werden.
2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Bilderfassungseinrichtung 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die dargestellte Bilderfassungseinrichtung 104 entspricht oder ähnelt beispielsweise der in 1 beschriebenen Bilderfassungseinrichtung 104. Eine Anordnung der Bilderfassungseinrichtung 104 innerhalb des Kameramoduls 102 ist hervorgehoben. Dabei ist die äußere Form der Bilderfassungseinrichtung 104 sichtbar. Die Bilderfassungseinrichtung 104 ist dabei in einen Schacht einführbar ausgeformt und unterhalb der Kameraeinheit 106 angeordnet. Sowohl die Kameraeinheit 106 als auch die Bilderfassungseinrichtung 104 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel an derselben Seite des Kameramoduls 102 angeordnet und weisen lediglich optional eine parallele Anordnung zueinander auf. Das bedeutet, dass die Strahlenrichtungen der Bilderfassungseinrichtung 104 und der Kameraeinheit 160 parallel oder mindestens annähernd parallel zueinander verlaufen und somit zumindest teilweise überlappende Erfassungsbereiche aufweisen können.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Bilderfassungseinrichtung 104. Die Bilderfassungseinrichtung 104 ist beispielsweise in einem Kameramodul realisierbar, wie es lediglich optional in einer der 1 oder 2 beschrieben wurde. Die Bilderfassungseinrichtung 104 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mittels einer schematischen Schnittdarstellung dargestellt. Die Bilderfassungseinrichtung 104 weist einen Sensorträger 300 mit mindestens einem auf dem Sensorträger 300 angeordneten Erfassungssensor 302 zum Erfassen eines Lichtstrahls 304 auf. Der Sensorträger 300 ist dabei längs zu einer eine Haupterstreckungsachse 306 umfassenden Haupterstreckungsebene der Bilderfassungseinrichtung 104 angeordnet, beispielsweise parallel. Anders ausgedrückt ist der Sensorträger 300 gemäß diesem Ausführungsbeispiel in Strahlungsrichtung angeordnet. Die Bilderfassungseinrichtung 104 weist weiterhin ein flachbauendes optisch wirksames Element 308 zum Leiten des Lichtstrahls 304 zu dem Erfassungssensor 302 auf. Das Element 308 weist optional an einem ersten Ende 310 eine erste Linse 312 und an einem zweiten Ende 314 eine zweite Linse 316 auf, sodass das Element 308 beispielsweise als Doppellinse ausgeformt ist. Zwischen den beiden Enden 310, 314 weist das Element 308 einen die Enden 310, 314 verbindenden Verbindungsabschnitt auf, der in der nachfolgend beschriebenen 4 näher beschrieben wird. Weiterhin ist eine Längsachse 318 des Elements 308 längs zu der Haupterstreckungsebene der Bilderfassungseinrichtung 104 ausgerichtet.
Der Sensorträger 300 ist angrenzend an das zweite Ende 314 des Elements 308 angeordnet. Somit sind Elements 308 und Sensorträger 300 in Reihe in Bezug auf eine Hauptstrahlrichtung des Lichtstrahls 304 angeordnet. Beispielsweise ist der Sensorträger 300 auf Höhe eines Bodens des Elements 308 angeordnet. Eine Lichteintrittsfläche des Erfassungssensors 302 ist quer zu einer Hauptoberfläche des Sensorträgers 300 ausgerichtet, auf der der Erfassungssensors 302 angeordnet ist. Somit kann sich eine Gesamtlänge der Bilderfassungseinrichtung 104 entlang der Haupterstreckungsachse 306 aus einer Länge des Elements 308 und einer Länge des Sensorträgers 300 zusammensetzen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel entspricht eine Breite des Sensorträgers 300 einer Breite des Elements 308.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Bilderfassungseinrichtung 104 als eine Infrarotkamera (IR) ausgeformt, sodass der Erfassungssensor 302 analog dazu als ein Infrarotsensor ausgeformt ist. Des Weiteren weist die Bilderfassungseinrichtung 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel quer zu der Haupterstreckungsachse 306 eine Breite auf, die beispielsweise um mindestens einen Faktor 10 größer ist als eine Höhe der Bilderfassungseinrichtung 104 quer zu der Haupterstreckungsachse 306. Der Faktor ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel lediglich beispielhaft gewählt und kann somit je nach Anwendungsgebiet und vorhandenen Bauraum alternativ ausgestaltet sein. Die Bilderfassungseinrichtung 104 weist gemäß einem Ausführungsbeispiel ein Gehäuseelement 320 auf, das den Sensorträger 300 und das Element 308 an mindestens zwei Seiten umgibt. Der Sensorträger 300 ist dabei mit dem Gehäuseelement 320 fest verbunden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Gehäuseelement 320 zweiteilig ausgeformt, sodass ein erster Teil 322 wie beschrieben den Sensorträger 300 umgibt und ein zweiter Teil 324 des Gehäuseelements 320 das Element 308 umgibt und an den ersten Teil angrenzt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umschließt das Gehäuseelement 320 den Sensorträger 300 und das Element 308 abgesehen von dem ersten Ende 310 des Elements 308 vollständig.
Lediglich optional weist die Bilderfassungseinrichtung 104 einen weiteren Erfassungssensor zum Erfassen eines weiteren Lichtstrahls auf, der analog zu dem Erfassungssensor 302 realisiert ist und aufgrund der Schnittdarstellung gemäß diesem Ausführungsbeispiel nicht sichtbar dargestellt ist. Der weitere Erfassungssensor ist dabei ebenfalls auf dem Sensorträger 300 oder einem weiteren Sensorträger angeordnet. Ebenfalls optional weist die Bilderfassungseinrichtung 104 ein flachbauendes optisch wirksames weiteres Element zum Leiten des weiteren Lichtstrahls zu dem weiteren Erfassungssensor auf, wobei das weitere Element optional an einem weiteren ersten Ende weitere eine erste Linse und an einem weiteren zweiten Ende eine weitere zweite Linse aufweist. Das weitere Element weist optional analog zu dem Element 308 zwischen dem weiteren ersten Ende und dem weiteren zweiten Ende einen die Enden verbindenden weiteren Verbindungsabschnitt auf. Ebenfalls ist eine Längsachse des weiteren Elements längs zu der Haupterstreckungsebene der Bilderfassungseinrichtung 104 ausgerichtet. Das Element 308 und das weitere Element können somit einander entsprechend ausgeführt und parallel zueinander angeordnet sein. Durch die benachbarte Anordnung des Erfassungssensors 302 und des weiteren Erfassungssensors wird ein Stereo-Verhalten der Bilderfassungseinrichtung 104, also eine Stereosicht möglich.
Der Lichtstrahl 304 wird von einem Objekt 326 abgestrahlt oder reflektiert. Beispielsweise ist die Bilderfassungseinrichtung 104 ausgebildet, um einen Beleuchtungsstrahl auszusenden, der an dem Objekt 326 reflektiert und als der Lichtstrahl 304 in Richtung der Bilderfassungseinrichtung 104 zurückgeworfen werden kann. Die Bilderfassungseinrichtung 104 ist dabei derart ausgeformt, dass nur Licht innerhalb eines Bereichs 328 erfasst wird, der von einer Öffnung der Bilderfassungseinrichtung 104 und somit von einer Linsengröße des Elements 308 abhängig ist. Das bedeutet, dass gemäß diesem Ausführungsbeispiel nur Ausschnitte der Objekte 326 erfasst werden, die in 3 Gesichter von Personen repräsentieren. Beispielsweise ist der Bereich 328 ausgeformt um nur eine Augenpartie der Personen zu erfassen.
Bei einem Infrarot-Kamerasystem, das gemäß einem Ausführungsbeispiel als die Bilderfassungseinrichtung 104 ausgeführt ist, wird gemäß einem Ausführungsbeispiel mindestens eine Linse 312 an Oberseite und/oder Unterseite abgeflacht, sprich stark beschnitten bis zu einem Mittenbereich. Das Element 308 wird gemäß einem Ausführungsbeispiel vollständig oder weitgehend aus einem Gussteil mit optischen Eigenschaften hergestellt. Der Lichtstrahl 304 wird unter Verwendung des Elements 308 auf den Erfassungssensor 302 geleitet und beispielsweise zur Erkennung und Umwandlung von IR-Bildern in Echtzeit verwendet. Lediglich optional werden in kleinstsinnvollem Abstand seitlich des Elements 308 Lichtquellen angeordnet. Der Sensorträger 300 ist in Richtung des Lichtstrahls 304 ausgerichtet und trägt sowohl einen oder mehrere Erfassungssensoren 302 und optional eine oder mehrere Lichtquellen.
Beispielsweise werden von zumindest einer Lichtquelle ausgesendete Beleuchtungsstrahlen an den seitlichen Bereichen des Elements 308 durch das Element 308 in Richtung des Objekts 326, beziehungsweise in Richtung eines Fahrergesichts geführt. Eintrittsflächen und/oder Austrittsflächen des Elements 308 sind gemäß einem Ausführungsbeispiel nach Snell's Law geformt.
Die Lichtquellen strahlen also gemäß einem Ausführungsbeispiel durch ein flaches Fenster der Bilderfassungseinrichtung 104 in Richtung Fahrzeuginnenraum. Bei Fahrererkennungssystemen (Driver Monitoring Systems) wird beispielsweise auf das Gesicht und/oder eine Augenpartie gezielt. Augen und Mittel-Gesichtsbewegung werden dabei genau sensiert und optional elektronisch ausgewertet, sodass ein Einnicken, zur Seite schauen und/oder eine Ablenkung durch beispielsweise ein Smartphone erfasst wird. Die Bilderfassungseinrichtung 104 weist dabei ungefähr die Höhe eines CD-Schachtes auf. Das Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Bilderfassungseinrichtung 104 durch ihre flache Form deutlich höher und integrativer in dem Fahrzeug positionierbar.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Elements 308 gemäß einem Ausführungsbeispiel für eine Bilderfassungseinrichtung. Das in 4 dargestellte Element 308 entspricht oder ähnelt beispielsweise dem in 3 beschriebenen Element 308 und ist beispielsweise für eine Bilderfassungseinrichtung verwendbar, wie sie in einer der 1 bis 3 beschrieben wurde. Das Element 308 weist auch gemäß diesem Ausführungsbeispiel die erste Linse 312 und die zweite Linse 316 auf, die an den einander gegenüberliegenden Enden 310, 314 angeordnet sind. Zwischen den Linsen 312, 316 weist das Element 308 einen Verbindungsabschnitt 400 auf, der die beiden Enden 310, 314 miteinander verbindet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das Element 308 im Verbindungsabschnitt 400 einen ersten Verbindungssteg 402 auf, der ausgebildet ist, um eine erste Seite 404 der ersten Linse 312 mit einer ersten Seite 406 der zweiten Linse 316 zu verbinden. Weiterhin weist das Element 308 im Verbindungsabschnitt 400 zumindest einen zweiten Verbindungssteg 408 auf, der ausgebildet ist, um eine zweite Seite 410 der ersten Linse 312 mit einer zweiten Seite 412 der zweiten Linse 314 zu verbinden. Dadurch wird zwischen den Linsen 312, 316 und den Verbindungsstegen 402, 408 ein Hohlraum 414 geformt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die erste Linse 312 und/oder die zweite Linse 316 jeweils eine gewölbte Linseninnenfläche 416 und eine gewölbte der Linseninnenfläche 416 abgewandte Linsenaußenfläche 418 auf, sodass die Linsen 312, 316 beispielsweise jeweils konvex realisiert sind. Die Linseninnenflächen 416 der Linsen 312, 316 sind einander zugewandt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weisen das Element 308 und die Linsens 312, 316 quer zu einer Längsachse des Elements einen rechteckigen Querschnitt auf. Beispielsweise weist die erste Linse 312 und/oder die zweite Linse 316 jeweils längs der Haupterstreckungsebene der Bilderfassungseinrichtung eine plane Oberseite 420 und eine der Oberseite 420 gegenüberliegende plane Unterseite 422 auf, die die Linseninnenfläche 416 und die Linsenaußenfläche 418 jeweils verbinden. Durch diese abgeflachte Ausführung des Elements 308 weisen die Linsen 312, 316 gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen balkenförmigen Abschnitt auf oder sind als balkenförmiger Abschnitt realisiert, der einen durch einen Mittenbereich einer Linse führenden Streifen repräsentiert. Der Mittenbereich umfasst anders ausgedrückt den dicksten Bereich, einer runden konvexen Linse.
Das Element 308 wird auch als optisches Linsensystem bezeichnet und formt gemäß einem Ausführungsbeispiel Linsen 312, 316 mit räumlich gewölbten Linsenflächen 416, 418 nach den Brechungsgesetzen nach Snells Law aus. Die Linsen 312, 316 sind beispielsweise an den Oberseiten 420 und Unterseiten 422 abgeflacht. Anders formuliert sind die Linsen 312, 316 bis zu dem Mittenbereich, beispielsweise bis zum für die Gesichtserkennung erforderlichen Bereich, stark beschnitten. Das bedeutet, dass mindestens eine der Linsen 312, 316 an Oberseite 420 und/oder Unterseite 422 abgeflacht ist. Das auch als Linsensystem bezeichnete Element 308 ist beispielsweise vollständig oder weitgehend aus einem Gussteil mit optischen Eigenschaften ausgeformt. Solche Eigenschaften beziehen sich beispielsweise auf Elementformen und/oder Winkelflächen. Die gerichtete IR Strahlung, die gemäß diesem Ausführungsbeispiel als Lichtstrahl bezeichnet ist, wird auf einen IR-Sensor geleitet, der als Erfassungssensor beschrieben ist, zur Erkennung und Umwandlung von IR-Bildern, beispielsweise in Echtzeit. In einem kleinstsinnvollen Abstand ist seitlich des Elements 308 gemäß einem Ausführungsbeispiel mindestens eine als IR-Strahler bezeichnete Lichtquelle angeordnet oder anordenbar. Der Sensorträger ist beispielsweise in Richtung des Lichtstrahls ausgerichtet und trägt sowohl einen oder mehrere Erfassungssensoren und/oder Lichtquellen, wie es beispielsweise in 7 und/oder 8 beschrieben ist. Lediglich optional werden Beleuchtungsstrahlen dabei an den seitlichen Randbereichen des Elements 308 durch das optische Element in Richtung Fahrergesicht geführt. Eintrittsflächen und Austrittsflächen sind dabei geeignet, konvex, ausgeformt.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Element 308 derart ausgeformt, dass Beleuchtungsstrahlen durch die Linsenflächen 416, 418 in Richtung des ersten Endes anschließend beispielsweise in einen Innenraum eines Fahrzeugs strahlen. Alternativ ist die Bilderfassungseinrichtung derart realisierbar, dass ein Außenbereich des Fahrzeugs erfasst wird. Bei einer Fahrererkennung (Driver Monitoring Systems) wird hauptsächlich auf das Gesicht oder eine Augenpartie des Fahrers gezielt. Augen und Mittel-Gesichtsbewegung werden genau sensiert und optional elektronisch ausgewertet. Dadurch wird beispielsweise ein Einnicken, zur Seite schauen, Ablenkung durch ein mobiles Gerät oder Ähnliches erkannt. Die ganze Bilderfassungseinrichtung weist dazu beispielsweise die Höhe eines CD-Schachtes auf. Seitliche Linsenbereiche sind dabei beispielsweise labyrinthförmig ausgestaltet, sodass keine Störstrahlung den Erfassungssensor trifft.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Element 308 eine Höhe von weniger als einem oder weniger als einem halben Zentimeter und/oder eine Breite von weniger als fünfzehn oder weniger als zehn Zentimetern auf.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Strahlenverlaufs 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel unter Verwendung eines Elements. Der Strahlenverlauf 500 ist dabei lediglich beispielhaft für ein Element dargestellt, wie es beispielsweise in 4 beschrieben wurde. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel trifft der Lichtstrahl 304 auf die erste Linse 312, die ausgebildet ist, um eine Strahlenrichtung umzulenken, sodass der Lichtstrahl 304 möglichst gerade eine Strecke 505 überbrückt ohne Intensität zu verlieren. Die Strecke 502 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel durch die zweite Linse 316 begrenzt, die wie auch die erste Linse 316 die Strahlenrichtung verändert, sodass der Lichtstrahl 304 in einem Punkt 504 fokussiert wird. Dieser Punkt 504 entspricht beispielsweise einer Position eines Erfassungssensors einer Bilderfassungseinrichtung, wie sie beispielsweise in einer der 1 bis 3 beschrieben wurde.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines flachbauenden optisch wirksamen Elements 308 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Element 308 entspricht dabei dem in 4 beschriebenen Element 308 und ein dargestellter Strahlengang ist lediglich beispielhaft dargestellt. Die beiden Linsen 312, 316 des Elements 308 entsprechen demnach lediglich beispielhaft den in 5 beschriebenen Linsen 312, 316, sodass der Strahlenverlauf 500 mindestens annähernd dem in 5 beschriebenen Strahlenverlauf 500 entspricht. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist zusätzlich zu dem Erfassungssensor 302 eine Lichtquelle 600 dargestellt, die als Teil der Bilderfassungseinrichtung ausgeformt ist. Die Lichtquelle 600 ist dabei ausgebildet, um einen Beleuchtungsstrahl 602 auszusenden. Lediglich optional ist die Lichtquelle 600 zusammen mit dem Erfassungssensor 302 auf dem Sensorträger angeordnet, was jedoch aufgrund der in 6 vereinfachten Darstellung nicht gezeigt ist. Alternativ ist die Lichtquelle 600 beispielsweise seitlich an dem Element 308 angeordnet. Der Beleuchtungsstrahl 602 ist beispielsweise als ein Infrarotstrahl realisiert, der durch das Element 308 oder alternativ an dem Element 308 vorbei zu dem Objekt 326 geleitet und an dem Objekt 326 reflektiert wird. Das Element 308 ist beispielsweise ausgeformt, um in einem Randbereich 604 den Beleuchtungsstrahl 602 zu dem ersten Ende 310 des Elements 308 zu leiten, wodurch beispielsweise eine auf den Erfassungssensor 302 wirkende Störstrahlung vermieden wird. Das Element 308 weist dazu lediglich optional eine labyrinthartige Struktur zum Schützen des Erfassungssensors 302 vor Störstrahlung auf. Der reflektierte Lichtstrahl 304 wird dann durch das Element 308 zu dem Erfassungssensor 302 gelenkt. Auch gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Element 308 einteilig ausgeformt. Beispielsweise ist das Element 308 aus einem Guss realisiert. Dadurch lässt sich das Element 308 auf einfache Weise einstückig ausformen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind der Erfassungssensor 302 und die Lichtquelle 600 gegenüberliegend zu dem zweiten Ende des Elements 308 angeordnet. Dadurch wird der von der Lichtquelle 600 ausgesendete Beleuchtungsstrahl 602 über das zweite Ende in das Element 308 eingekoppelt, durch das Element 308 geleitet und an dem ersten Ende des Elements 308 ausgekoppelt. Beispielsweise wird der Beleuchtungsstrahl 602 außerhalb der Bilderfassungseinrichtung an dem Objekt 326 reflektiert und der reflektierte Strahl wird als Lichtstrahl 304 über das erste Ende in das Element 308 eingekoppelt, durch das Element 308 geleitet und an dem zweiten Ende des Elements 308 in Richtung des Erfassungssensors 302 ausgekoppelt. Beleuchtungsstrahl 602 und Lichtstrahl 304 sind beispielhaft stellvertretend für eine Mehrzahl von Strahlen oder Lichtbündeln gezeigt, die von der Lichtquelle 600 ausgesendet und/oder von dem Erfassungssensor 302 erfasst werden können.
Beispielsweise weist das Element 308 eine plane Grundfläche und eine plane Deckfläche auf, die jeweils im verbauten Zustand parallel zu der Haupterstreckungsebene der Bilderfassungseinrichtung ausgerichtet sind. Eine Länge des Elements 308, hier in x-Richtung ist gemäß einem Ausführungsbeispiel größer als eine Breite des Elements 308, hier in y-Richtung. Eine Höhe des Elements 308, hier in z-Richtung ist gemäß einem Ausführungsbeispiel jeweils kleiner als die Länge und die Breite des Elements 308.
Außenwände des Elements 308 sind gemäß einem Ausführungsbeispiel abgesehen von den äußeren Flächen der Linsen 312, 316 plan ausgeführt. Die äußeren Flächen der Linsen 312, 316 sind gemäß einem Ausführungsbeispiel nach außen gewölbt ausgeführt.
Der Strahlengang des Lichtstrahls 304 folgt im Wesentlichen der Längsachse des Elements 308, hier beispielhaft der x-Richtung. Somit ist eine Richtung einer Hauptkomponente des Strahlgangs des Lichtstrahls 304 innerhalb des Elements 308 längs zu der Haupterstreckungsebene der Bilderfassungseinrichtung ausgerichtet. Mit anderen Worten wird der Lichtstrahl 304 durch das Element 308 im Wesentlichen parallel zu der Haupterstreckungsebene der Bilderfassungseinrichtung geführt.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines flachbauenden optisch wirksamen Elements 308 und eines flachbauenden optisch wirksamen weiteren Elements 700 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Element 308 entspricht beispielsweise dem in einer der 4 oder 6 beschriebenen Element 308. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind beide Elemente 308, 700 gleichartig ausgeformt, sodass auch das weitere Element 700 dem in einer der 4 oder 6 beschriebenen Element 308 entspricht oder mindestens ähnelt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist lediglich eine Lichtquelle 600 und ein Erfassungssensor 302 dargestellt, wobei es möglich ist, eine Mehrzahl von Erfassungssensoren 302 und/oder Lichtquellen 600 zu verwenden, wie es lediglich beispielhaft in 8 dargestellt ist und beschrieben wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Elemente 308, 700 nebeneinander angeordnet, sodass eine Längsachse 702 des weiteren Elements 700 längs zu einer Haupterstreckungsachse 306 und somit längs der Haupterstreckungsebene der Bilderfassungseinrichtung ausgerichtet ist. Das weitere Element 700 weist dabei an einem weiteren ersten Ende 704 weitere eine erste Linse 706 und an einem weiteren zweiten Ende 708 eine weitere zweite Linse 710 auf. Weiterhin weist es wie auch das Element 308 zwischen dem weiteren ersten Ende 704 und dem weiteren zweiten Ende 708 einen die Enden 704, 708 verbindenden weiteren Verbindungsabschnitt 712 auf.
Die Elemente 308, 700 sind gemäß einem Ausführungsbeispiel auf gleicher Höhe und parallel zueinander ausgerichtet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weisen die Elemente 308, 700 zusammen eine Breite von weniger als fünfzehn oder weniger als zehn Zentimetern auf.
8 zeigt eine schematische Darstellung einer Bilderfassungseinrichtung 104 mit einer Mehrzahl von Erfassungssensoren und Lichtquellen gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Bilderfassungseinrichtung 104 ähnelt dabei der in einer der 1 bis 3 beschriebenen Bilderfassungseinrichtung 104 und weist auch gemäß diesem Ausführungsbeispiel den Sensorträger 300, den auf dem Sensorträger 300 angeordneten Erfassungssensor 302 sowie das flachbauende optisch wirksam Element 308 auf, wie es beispielsweise in einer der 4 bis 7 beschrieben wurde. Alternativ ist das Element 308 nur als eine Linse oder ein Linsensegment ausgeformt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Bilderfassungseinrichtung 104 ebenfalls die Lichtquelle 600 auf, die lediglich optional auf dem Sensorträger 300 angeordnet ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Bilderfassungseinrichtung 104 einen weiteren Erfassungssensor 800 zum Erfassen eines weiteren Lichtstrahls auf, der ebenfalls auf dem Sensorträger 300 angeordnet ist. Die Bilderfassungseinrichtung 104 weist außerdem ein flachbauendes optisch wirksames weiteres Element 700 zum Leiten des weiteren Lichtstrahls zu dem weiteren Erfassungssensor 800. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das weitere Element 700 quer zu dem Element 308 in der Bilderfassungseinrichtung 104 angeordnet und ausgerichtet. Weiterhin weist die Bilderfassungseinrichtung 104 gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine weitere Lichtquelle 802 auf, die ausgebildet ist, um einen weiteren Beleuchtungsstrahl in Richtung des weiteren Elements 700 auszusenden. Analog dazu weist die Bilderfassungseinrichtung 104 lediglich optional mindestens einen dritten Erfassungssensor 804, eine dritte Lichtquelle 806 und ein drittes Element 808 auf, die gemäß diesem Ausführungsbeispiel spiegelsymmetrisch zu dem weiteren Erfassungssensor 800, der weiteren Lichtquelle 802 und dem weiteren Element 700 auf dem Sensorträger 300 angeordnet sind. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird dadurch eine Umfelderfassung des Fahrzeugs oder des Fahrzeuginnenraums an mindestens drei Seiten der Bilderfassungseinrichtung 104 ermöglicht. Lediglich optional ist es denkbar, dass die Bilderfassungseinrichtung 104 beweglich in oder an dem Fahrzeug angeordnet ist.
Beispielsweise wird eine Haupterstreckungsebene der Bilderfassungseinrichtung 104 durch eine in x-Richtung verlaufende Längsachse und eine in y-Richtung verlaufende Querachse der Bilderfassungseinrichtung 104 aufgespannt. Eine Länge der Bilderfassungseinrichtung 104 entlang der Längsachse sowie eine Breite der Bilderfassungseinrichtung 104 entlang der Querachse ist wesentlich größer als eine Höhe der Bilderfassungseinrichtung 104 in z-Richtung. Die Form der Bilderfassungseinrichtung 104 ist dabei frei wählbar. Beispielsweise kann die Bilderfassungseinrichtung 104 eine rechteckige, runde oder ovale Grundfläche aufweisen.
Der Sensorträger 300 liegt gemäß einem Ausführungsbeispiel in Haupterstreckungsebene der Bilderfassungseinrichtung 104 oder parallel zu der Haupterstreckungsebene der Bilderfassungseinrichtung 104. Wenn mehrere Sensorträger verwendet werden, sind diese gemäß einem Ausführungsbeispiel ebenfalls in der Haupterstreckungsebene angeordnet oder parallel zu der Haupterstreckungsebene ausgerichtet.
Die Elemente 308, 700, 808 sind gemäß einem Ausführungsbeispiel so ausgeformt und angeordnet, dass Hauptkomponenten der Strahlgänge von durch die Elemente 308, 700, 808 geleiteten Lichts innerhalb der Elemente 308, 700, 808 längs zu der Haupterstreckungsebene der Bilderfassungseinrichtung 104 ausgerichtet sind. Somit wird Licht im Wesentlichen parallel zu der Haupterstreckungsebene der Bilderfassungseinrichtung 104 durch die Bilderfassungseinrichtung 104 geleitet. Dies ermöglicht im Zusammenhang mit der Ausrichtung des Sensorträgers 300 eine sehr flache Bauform.
Die Erfassungssensoren 302, 800, 804 können für denselben Wellenlängenbereich oder für unterschiedliche Wellenlängenbereiche sensitiv sein.
9 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Bilderfassungseinrichtung 104. Die gemäß diesem Ausführungsbeispiel dargestellte Bilderfassungseinrichtung 104 ähnelt beispielsweise der in 8 beschriebenen Bilderfassungseinrichtung 104, die eine Mehrzahl von Teilsystemen 900 aufweist. Die Teilsysteme 900 sind dabei derart angeordnet, dass optische Achsen der Elemente 308, 700, 808 in die auch in 8 dargestellten Richtungen zeigend angeordnet sind. Das bedeutet, dass auch gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Bilderfassungseinrichtung 104 ihr Umfeld auf mindestens drei Seiten erfassen kann. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist jedes der Teilsysteme 900 zwei Lichtquellen 600, 802, 806 und jeweils einen Erfassungssensor 302, 800, 804 auf. Die Erfassungssensoren 302, 800, 804 sind weiterhin optional jeweils zwischen zweien der Lichtquellen 600, 802, 806 angeordnet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Lichtquellen 600, 802, 806 und/oder die Erfassungssensoren 302, 800, 804 auf dem Sensorträger 300 angeordnet oder anordenbar.
10 zeigt eine schematische Darstellung eines Strahlenverlaufs 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel unter Verwendung eines Elements 308. Der Strahlenverlauf 500 ähnelt beispielsweise dem in 5 beschriebenen Strahlenverlauf 500, wobei der Lichtstrahl 304 gemäß diesem Ausführungsbeispiel das mit einer einzigen Linse 312 ausgeformte Element 308 passiert. Das Element 308 entspricht oder ähnelt dabei beispielsweise dem in einer der 4 bis 8 beschriebenen Element 308. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird der Lichtstrahl 304 beispielsweise an einem Gegenstand G reflektiert, sodass der Lichtstrahl 204 ein reelles Bild an einem Punkt B projiziert. Der Punkt B repräsentiert dabei eine Position des Erfassungssensors der Bilderfassungseinrichtung. Die Linse 312 ist weiterhin an zwei gegenüberliegenden Flächen abgeflacht oder abgeschnitten, sodass nur der Mittenbereich einer gedachten runden Linse als Linsensegment zum Lenken des Lichtstrahls 304 vorhanden ist.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist eine Brennweite f auf beiden Seiten des Elements 308 gleiche Werte auf. Weiterhin ist eine Bildweite b kleiner als eine Gegenstandsweite g realisiert. Die Gegenstandsweite g ist lediglich optional variierbar. Die Bildweite b hingegen ist festgelegt, da sie den für ein scharfes Bild benötigten Abstand des Erfassungssensors zu der Linse 312 vorgibt.
11 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1100 gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Betreiben einer Bilderfassungseinrichtung. Das Verfahren 1100 ist beispielsweise für eine Bilderfassungseinrichtung durchführbar, wie es in einer der 1 bis 3 oder 8 beschrieben wurde. Das Verfahren 1100 umfasst dazu einen Schritt 1102 des Aussendens, einen Schritt 1104 des Leitens, einen weiteren Schritt 1106 des Leitens, einen Schritt 1108 des Erfassens sowie einen Schritt 1110 des Ausgebens. Im Schritt 1102 des Aussendens wird dabei ein Beleuchtungsstrahl ausgesandt. Im Schritt 1104 des Leitens wird der Beleuchtungsstrahl unter Verwendung des Elements, wie es beispielsweise in einer der 4 bis 8 beschrieben wurde, in einen Fahrzeuginnenraum geleitet. Im Schritt 1106 des Leitens wird der Lichtstrahl unter Verwendung des Elements zu dem Erfassungssensor geleitet. Der Lichtstrahl repräsentiert dabei einen reflektierten Teil des Beleuchtungsstrahls. Im Schritt 1108 des Erfassens wird der durch das Element geleitete Lichtstrahl erfasst und schließlich im Schritt 1110 des Ausgebens ein den Lichtstrahl repräsentierendes Bildsignal ausgegeben.
12 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Bilderfassungseinrichtung 104. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist dabei lediglich beispielhaft eine Bilderfassungseinrichtung 104 dargestellt, wie sie in mindestens einer der 8 bis 9 beschrieben wurde. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist lediglich zusätzlich eine Schnittachse 1200 eingezeichnet.
13 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Bilderfassungseinrichtung 104. Die Bilderfassungseinrichtung 102 ähnelt dabei beispielsweise der in einer der 8, 9 und/oder 12 beschriebenen Bilderfassungseinrichtung 104. Beispielsweise ist die Bilderfassungseinrichtung 104 entlang der in 12 dargestellten Schnittachse geschnitten dargestellt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist der Sensorträger 300 neben dem Erfassungssensor 302 und der Lichtquelle 600 einen Prozessor 1300 sowie einen Verbinder 1302, einen sogenannten Connector, auf.
14 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Bilderfassungseinrichtung 104. Die Bilderfassungseinrichtung 104 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit einem Schwenkarm 1400 verbunden, der beispielsweise ein Gelenk aufweist. Der Schwenkarm 1400 ist beispielsweise in Verbindung mit Sicherheitssystemen realisierbar und ist beweglich ausgeformt. Die Bilderfassungseinrichtung 104 ist dabei an einem beweglichen Ende des Schwenkarms 1400 angeordnet, sodass beispielsweise selbst bei einer veränderten Position einer Person 1402 die Person 1402 erfasst wird. Weiterhin ist der Schwenkarm 1400 beispielsweise drehbar realisiert, sodass die Bilderfassungseinrichtung 104 je nach Bedarf eine Vielzahl von Richtungen erfasst.
15 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Bilderfassungseinrichtung 104. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden eine Mehrzahl von optisch wirksamen flachbauenden Spiegelsegmenten 1501, 1502, 1503 als optisch wirksame Elemente zum Leiten des Lichtstrahls 304 zu dem Erfassungssensor 302 verwendet. Optional werden die Spiegelsegmenten 1501, 1502, 1503 oder zumindest ein Spiegelsegment 1501, 1502, 1503 mit zumindest einer Linse kombiniert verwendet, um den Lichtstrahl 304 zu dem Erfassungssensor 302 zu senden.
Um eine flache Bauweise zu ermöglichen sind die Spiegelsegmente 1501, 1502, 1503 gemäß einem Ausführungsbeispiel als schmale Segmente mit einer geringen Höhe ausgeführt. Beispielsweise ist eine Längsausdehnung der Spiegelsegmente 1501, 1502, 1503 längs zu der Haupterstreckungsebene der Bilderfassungseinrichtung 104 um ein Mehrfaches größer als die Höhe der Spiegelsegmente 1501, 1502, 1503 quer zu der Haupterstreckungsebene der Bilderfassungseinrichtung 104.
16 zeigt eine schematische Darstellung einer alternativen Bilderfassungseinrichtung 104, bei der der Sensorträger 300 quer zu einer Haupterstreckungsebene der Bilderfassungseinrichtung 104 angeordnet ist. Eine solche abgewinkelte Variante ist für flache, freistehende Displaymodule günstig, insbesondere wenn die zuvor beschriebene gestreckte Variante nicht im Bauraum einsetzbar ist. Bei der abgewinkelten Variante ist der Sensorträger 300, in der Regel eine Leiterplatte, am Rand der Bilderfassungseinrichtung 104 quer angeordnet.
Entsprechend zu 3 ist in 16 ein Bereich 328 gezeigt, der einen Überwachungsbereich kennzeichnet, innerhalb dessen sich als Objekt 326 hier beispielshaft Augen oder ein Gesicht eines Mannes und einer Frau befinden.
Die Bilderfassungseinrichtung 104 ist beispielhaft als ein flaches Kameramodul ausgeführt und umfasst zumindest ein flachbauendes optisch wirksames Element 308, das hier beispielhaft Teil eines flach ausgeführten Linsenmoduls ist. Der Erfassungssensor 302 ist beispielsweise als ein Bildsensor, hier beispielhaft als ein IR-Bildsensor ausgeführt.
Eine Längserstreckungsrichtung des Linsenmoduls, entlang der das Licht zu dem Erfassungssensor 302 geleitet wird, ist quer zu einer Haupterstreckungsebene des Sensorträgers 300 ausgerichtet.
Optional ist ein Displaymodul 1610, her beispielhaft ein sogenanntes FPK-Display mit der Bildverfassungseinrichtung 105 kombiniert angeordnet. Dabei ist das Displaymodul 1610 beispielsweise als ein freistehendes flaches Display ausgeführt. Aus Sicht eines Betrachters ist der Sensorträger 300 hinter dem Displaymodul 1610 angeordnet. Beispielsweise sind das Displaymodul 1610 und das Linsenmodul auf einer Höhe angeordnet. Anstelle eines Linsenmoduls kann auch ein Modul mit zumindest einem Spiegelsegment verwendet werden, wie es beispielhaft in 15 gezeigt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10132982 A1 [0002]

Claims

Bilderfassungseinrichtung (104) für ein Fahrzeug (100), wobei die Bilderfassungseinrichtung (104) die folgenden Merkmale aufweist: ein Sensorträger (300) mit mindestens einem auf dem Sensorträger (300) angeordneten Erfassungssensor (302) zum Erfassen eines Lichtstrahls (304), wobei der Sensorträger (300) längs zu einer Haupterstreckungsebene der Bilderfassungseinrichtung (104) angeordnet ist; und mindestens ein flachbauendes optisch wirksames Element (308) zum Leiten des Lichtstrahls (304) zu dem Erfassungssensor (302), wobei eine Hauptkomponente eines Strahlgangs des Lichtstrahls (304) innerhalb des Elements (308) längs zu der Haupterstreckungsebene der Bilderfassungseinrichtung (104) ausgerichtet ist.
Bilderfassungseinrichtung (104) gemäß Anspruch 1, wobei das Element (308) zumindest eine linsensegmentförmige Linse (312, 316) oder zumindest ein Spiegelsegment (1501, 1502, 1503) umfasst.
Bilderfassungseinrichtung (104) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Element (308) an einem ersten Ende (310) eine erste Linse (312) und an einem zweiten Ende (314) eine zweite Linse (316) aufweist, wobei das Element (308) zwischen dem ersten Ende (310) und dem zweiten Ende (314) einen die Enden (310, 314) verbindenden Verbindungsabschnitt (400) aufweist, und wobei eine Längsachse (318) des Elements (308) längs zu der Haupterstreckungsebene der Bilderfassungseinrichtung (104) ausgerichtet ist.
Bilderfassungseinrichtung (104) gemäß Anspruch 3, wobei das Element (308) im Verbindungsabschnitt (400) einen ersten Verbindungssteg (402) aufweist, der ausgebildet ist, um eine erste Seite (404) der ersten Linse (312) mit einer ersten Seite (406) der zweiten Linse (316) zu verbinden, und wobei das Element (308) im Verbindungsabschnitt (400) einen zweiten Verbindungssteg (408) aufweist, der ausgebildet ist, um eine zweite Seite (410) der ersten Linse (312) mit einer zweiten Seite (412) der zweiten Linse (316) zu verbinden.
Bilderfassungseinrichtung (104) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei die erste Linse (312) und/oder die zweite Linse (316) jeweils eine gewölbte Linseninnenfläche (416) und eine gewölbte der Linseninnenfläche (416) abgewandten Linsenaußenfläche (418) aufweist, wobei die erste Linse (312) und/oder die zweite Linse (316) jeweils längs der Haupterstreckungsebene der Bilderfassungseinrichtung (104) eine plane Oberseite (420) und eine der Oberseite (420) gegenüberliegende plane Unterseite (422) aufweist, die jeweils an die Linseninnenfläche (416) und die Linsenaußenfläche (418) angrenzen.
Bilderfassungseinrichtung (104) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Erfassungssensor (302) als ein Infrarotsensor ausgeformt ist.
Bilderfassungseinrichtung (104) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Lichtquelle (600) zum Aussenden eines Beleuchtungsstrahls (602), wobei die Lichtquelle (600) auf dem Sensorträger (300) angeordnet ist.
Bilderfassungseinrichtung (104) gemäß Anspruch 7, wobei das Element (308) ausgeformt ist, um in einem Randbereich (604) den Beleuchtungsstrahl (602) zu leiten.
Bilderfassungseinrichtung (104) gemäß Anspruch 8, wobei das Element (308) im Randbereich (604) eine labyrinthartige Struktur zum Schützen des Erfassungssensors (302) vor Störstrahlung aufweist.
Bilderfassungseinrichtung (104) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Element (308) einstückig ausgeformt ist.
Bilderfassungseinrichtung (104) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Bilderfassungseinrichtung (104) eine Breite aufweist, die zwischen einem Faktor 5 und 25 größer ist als eine Höhe der Bilderfassungseinrichtung (104).
Bilderfassungseinrichtung (104) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Gehäuseelement (320), das den Sensorträger (300) und das Element (308) an mindestens zwei Seiten umgibt, wobei der Sensorträger (300) mit dem Gehäuseelement (320) fest verbunden ist.
Bilderfassungseinrichtung (104) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem weiteren Erfassungssensor (800) zum Erfassen eines weiteren Lichtstrahls, wobei der weitere Erfassungssensor (800) auf dem Sensorträger (300) oder einem weiteren Sensorträger angeordnet ist, und mit einem flachbauenden optisch wirksamen weiteren Element (700) zum Leiten des weiteren Lichtstrahls zu dem weiteren Erfassungssensor (800), wobei eine Hauptkomponente eines Strahlgangs des weiteren Lichtstrahls innerhalb des weiteren Elements (700) längs zu der Haupterstreckungsebene der Bilderfassungseinrichtung (104) ausgerichtet ist.
Kameramodul (102), das die folgenden Merkmale aufweist: eine Bilderfassungseinrichtung (104) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Bilderfassungseinrichtung (104) als eine Infrarotkamera ausgeführt ist; und eine Kameraeinheit (106) mit einem Objektiv und einem Bildsensor.
Verfahren (1100) zum Betreiben einer Bilderfassungseinrichtung (104) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Verfahren (1100) die folgenden Schritte umfasst: Aussenden (1102) eines Beleuchtungsstrahls (602); Leiten (1104) des Beleuchtungsstrahls (602) unter Verwendung des Elements (308) in einen Fahrzeuginnenraum; Leiten (1106) des Lichtstrahls (304) unter Verwendung des Elements (308) zu dem Erfassungssensor (302); und Erfassen (1108) des durch das Element (308) geleiteten Lichtstrahls (304), und Ausgeben (1110) eines den Lichtstrahl (304) repräsentierenden Bildsignals.