DE102012109816A1

DE102012109816A1 - Optische Vorrichtung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102012109816A1
Application number: DE102012109816A
Authority: DE
Inventors: Henryk Frenzel; Andreas Aumer; Sven Kujat; Gerhard Müller; Daniel Balan; Dorel-Cosmin Macra
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH; Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH; Aumovio Microelectronic GmbH
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2012-10-15
Publication date: 2013-04-25

Abstract

Die Erfindung betrifft optische Vorrichtung und eine Kamera für ein Fahrzeug, die vorzugsweise im Fahrzeuginnenraum hinter der Windschutzscheibe (1) angeordnet ist, umfassend – wenigstens ein Abbildungssystem (2.1; 2.2), zur Projektion von elektromagnetischer Strahlung (8), – wenigstens eine Leiterplatte (4) und – ein Bildaufnahmeelement (3) mit einer für elektromagnetische Strahlung (8) sensitiven Fläche, das auf der Leiterplatte (4) angeordnet ist und zur Erfassung der von dem Abbildungssystem (2.1; 2.2) projizierten elektromagnetischen Strahlung (8) dient, wobei die optische Vorrichtung wenigstens ein optisches Element (6; 9; 11) aufweist mit einer elektromagnetische Strahlung (8) reflektierenden Fläche (7; 10; 12), das im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung (8) derart angeordnet ist, dass die elektromagnetische Strahlung (8) auf die sensitive Fläche des Bildaufnahmeelements (3) reflektiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung und eine Kamera für ein Fahrzeug, die bevorzugt im Fahrzeuginnenraum hinter einer Windschutzscheibe angeordnet sind.
Fahrerassistenzsysteme in Fahrzeugen verwenden häufig eine Kamera zur Erfassung der Fahrzeugumgebung, beispielsweise zur Erkennung verschiedenster Objekte im Umfeld des Fahrzeugs. Die Kamera ist dabei in der Regel hinter der Windschutzscheibe des Fahrzeugs angeordnet und blickt in Fahrtrichtung durch diese hindurch. Beispiele hierfür sind Fahrzeugkameras zur Erkennung von Objekten, Hindernissen und Fahrbahnmarkierungen, Nachtsichtkameras oder Stereokameras als optische Abstandssensoren. Fahrzeugkameras umfassen in der Regel eine optische Vorrichtung bestehend aus einem Objektiv und einen senkrecht zur optischen Achse des Objektivs angeordneten lichtempfindlichen Bildsensor, der auf einer Leiterplatte angeordnet ist. Die optische Achse des Objektivs ist dabei im Wesentlichen horizontal ausgerichtet, um mit der Kamera einen entsprechenden Bereich vor dem Fahrzeug erfassen zu können.
Um das Sichtfeld des Fahrers bei der Anordnung von Kameras hinter der Windschutzscheibe nicht zu stark einzuschränken und um den im Fahrzeug nur begrenzt vorhandenen Bauraum zu sparen, insbesondere bei Anordnung weiterer Sensorsysteme hinter der Windschutzscheibe, müssen Fahrzeugkameras immer kompakter und platzsparender ausgebildet und im Fahrzeug angeordnet werden.
Die DE 102 37 606 B4 versucht dieser Anforderung gerecht zu werden, indem der Bauraum unterhalb der optischen Achse des Objektivs genutzt wird, um dort die für die Bildauswertung benötigte Bildauswerteelektronik auszuordnen. Hierzu schlägt die DE 102 37 606 B4 vor, eine erste Leiterplatte mit darauf befindlichem Bildsensor hinter dem Objektiv sowie senkrecht zu dessen optischen Achse anzuordnen und eine zweite Leiterplatte mit der Bildauswerteelektronik unterhalb der sowie im Wesentlichen waagerecht zur optischen Achse des Objektivs anzuordnen. Ein wesentlicher Nachteil bei der vorgeschlagenen Anordnung ist jedoch, dass weiterhin Bauraum hinter dem Objektiv für die Anordnung des Bildsensors benötigt wird und die Bildauswerteelektronik auf einer separaten Leiterplatte angeordnet ist, die wiederum elektrisch mit der ersten Leiterplatte verbunden sein muss. Dies ist aufwendig und entsprechend teuer.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine optische Vorrichtung für ein Fahrzeug anzugeben, die möglichst platzsparend und kompakt ausgestaltet ist.
Diese Aufgabe wird durch eine optische Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und durch eine Kamera mit den Merkmalen nach Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, den Bildsensor bzw. das Bildaufnahmeelement einer optischen Vorrichtung im Bauraum unterhalb der optischen Achse des Objektivs bzw. des Abbildungssystems anzuordnen und die aus der Fahrzeugumgebung oder einem anderen Beobachtungsbereich der optischen Vorrichtung erfasste elektromagnetische Strahlung mittels eines zusätzlichen optischen Elements auf das Bildaufnahmeelement zu reflektieren bzw. zu spiegeln. Das optische Element weist dabei bevorzugt eine Spiegelfläche auf und ist beispielsweise als Prisma oder Spiegel ausgebildet.
Das Bildaufnahmeelement und die Bildauswerteelektronik sind vorzugsweise auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine besonders platzsparende und kompakte Bauweise gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Systemen. Weitere Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass durch eine Änderung der Ausrichtung bzw. des Winkel des optischen Elements, bzw. dessen Spiegelfläche, die Blickrichtung der optischen Vorrichtung auf einfache Weise geändert bzw. angepasst werden kann. Hierdurch kann der Blickwinkel entsprechend dem jeweiligen Bedarf (Fahrzeugtyp, Scheibenneigung, Einbauhöhe) angepasst werden. Die bislang bekannten Lösungen erfordern dem gegenüber jedes Mal eine Veränderung des Einbauwinkels der optischen Vorrichtungen oder eine Veränderung der Ausrichtung der Kameraplatine einschließlich des Abbildungssystems. Bei der erfindungsgemäßen Lösung, insbesondere bei Anordnung eines Spiegels oder Prismas als optisches Element, ist es möglich, dass Fahrzeughersteller für unterschiedliche Fahrzeugmodelle dieselbe Kameravariante einkaufen und die unterschiedlichen erforderlichen Blickwinkel, insbesondere durch Änderung der Neigung des optischen Elements, auf einfache Weise realisieren können. Die erfindungsgemäße optische Vorrichtung ist nicht auf vorwärts gerichtete Kamerasysteme in Fahrzeugen beschränkt, sondern es ist generell ein Einsatz der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung möglich, in Bereichen, in denen mit begrenzt vorhandenem Einbauraum gearbeitet werden muss. Denkbar ist beispielsweise auch eine Innenraumkamera in einem Fahrzeug, z.B. im Bereich des Dachhimmels, mit Blickrichtung in die Fahrgastzelle.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst wenigstens ein Abbildungssystem, wenigstens ein Bildaufnahmeelement und wenigstens eine Leiterplatte, auf der das Bildaufnahmeelement angeordnet ist. Bei dem Abbildungssystem handelt es sich vorzugsweise um ein Objektiv, das eine oder mehrere Linsen sowie andere optische Strahlformungs-/Strahllenkungselemente aufweisen kann. Das Abbildungssystem dient insbesondere zur Projektion von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von elektromagnetischer Strahlung aus einem vor einem Fahrzeug liegenden Umgebungsbereich bzw. aus dem mittels der optischen Vorrichtung erfassten Beobachtungsbereich, auf das Bildaufnahmeelement bzw. in eine hinter dem Abbildungssystem liegende Bildebene. Bei der elektromagnetischen Strahlung handelt es sich vorzugsweise um elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Spektralbereich und/oder um elektromagnetische Strahlung im Infrarot und/oder im Ultraviolettbereich. Bei dem Bildaufnahmeelement handelt es sich vorzugsweise um einen lichtempfindlichen Halbleiterbildsensor, beispielsweise ein CCD- oder CMOS-Bildsensor, mit einer für elektromagnetische Strahlung sensitiven Fläche. Das Bildaufnahmeelement dient insbesondere zur Erfassung der mittels des Abbildungssystems projizierten elektromagnetischen Strahlung und zur Erzeugung und/oder Ausgabe von elektrischen Signalen in Abhängigkeit der erfassten elektromagnetischen Strahlung. Bei der Leiterplatte, auf der das Bildaufnahmeelement angeordnet ist, kann es sich beispielsweise um eine PCB-Leiterplatte (Printed Circuit Board) handeln. Die erfindungsgemäße optische Vorrichtung umfasst weiterhin wenigstens ein optisches Element, das eine elektromagnetische Strahlung reflektierende Fläche aufweist, beispielsweise eine Spiegelfläche. Das optische Element ist erfindungsgemäß im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung, der vom Bildaufnahmeelement bzw. mittels der optischen Vorrichtung erfassten elektromagnetischen Strahlung derart angeordnet, dass die elektromagnetische Strahlung mittels des optischen Elements bzw. mittels dessen elektromagnetische Strahlung reflektierenden Fläche auf die (bzw. in Richtung der) sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements reflektiert wird, insbesondere derart, dass dort eine bildscharfe Abbildung eines Bereichs oder eines Objekts der Fahrzeugumgebung erfolgt.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung, ist das optische Element dem wenigstens einen Abbildungssystem nachgeschaltet angeordnet. Das optische Element ist dabei vorzugsweise derart im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung zwischen dem Abbildungssystem und dem Bildaufnahmeelement angeordnet, dass die aus dem Beobachtungsbereich erfasste und mittels des Abbildungssystems projizierte elektromagnetische Strahlung mittels des optischen Elements auf die sensitive Fläche des Bildaufnahmeelements reflektiert bzw. umgelenkt wird. Bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung, kann das optische Element insbesondere auch direkt bzw. unmittelbar über der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements angeordnet und beispielsweise direkt am Bildaufnahmeelement fixiert sein. Das optische Element kann dabei insbesondere auch als Bestandteil eines Abdeckglases oder als Alternative bzw. Ersatz für ein Abdeckglas über dem Bildaufnahmeelement bzw. dessen sensitiver Fläche angeordnet sein. Ist das optische Element Bestandteil oder Ersatz eines Abdeckglases für das Bildaufnahmeelement, kann dieses insbesondere schon im Anlieferungszustand am Bildaufnahmeelement fixiert sein und daher bei der Anordnung des Bildaufnahmeelements auf der Leiterplatte (beispielsweise in einem SMD Lötprozess) kostenneutral für die Fertigung und nur mit einer geringen Kostenerhöhung für das Bildaufnahmeelement realisiert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung, ist das optische Element dem wenigstens einen Abbildungssystem vorgeschaltet angeordnet. Das optische Element ist dabei vorzugsweise derart im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung angeordnet, dass die aus dem Beobachtungsbereich der optischen Vorrichtung erfasste elektromagnetische Strahlung zunächst mittels des optischen Elements in Richtung des Abbildungssystems reflektiert bzw. umgelenkt und anschließend vom Abbildungssystem auf die sensitive Fläche des Bildaufnahmeelements projiziert wird. Das Abbildungssystem ist dabei vorzugsweise unmittelbar über dem Bildaufnahmeelement angeordnet, bevorzugt derart, dass die optische Achse des Abbildungssystems senkrecht und mittig zur sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements ausgerichtet ist. Bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung, kann das optische Element insbesondere auch direkt am Abbildungssystem angeordnet und/oder in das Abbildungssystem integriert sein, beispielsweise als Bestandteil eines Objektivs als Abbildungssystem. Weiterhin kann das optische Element alternativ oder zusätzlich auch direkt an einem, die optische Vorrichtung umgebendes, Gehäuse ausgebildet sein, beispielsweise in einer Öffnung (Lichteinfallöffnung), in welche die aus dem Beobachtungsbereich erfasste elektromagnetische Strahlung in die optische Vorrichtung einfällt. Das optische Element kann zudem alternativ oder zusätzlich auch an einer Haltevorrichtung für die erfindungsgemäße optische Vorrichtung an der Windschutzscheibe des Fahrzeugs angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung, umfasst die optische Vorrichtung wenigstens zwei Abbildungssysteme, wobei das optische Element zwischen den zwei Abbildungssystemen angeordnet ist. Die optische Vorrichtung ist dabei vorzugsweise derart ausgebildet, dass die aus dem Beobachtungsbereich der optischen Vorrichtung erfasste elektromagnetische Strahlung zunächst vom ersten Abbildungssystem in Richtung des optischen Elements projiziert, anschließend vom optischen Element in Richtung des zweiten Abbildungssystems reflektiert bzw. umgelenkt und daraufhin vom zweiten Abbildungssystem auf die sensitive Fläche des Bildaufnahmeelements projiziert wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung, insbesondere bei einer Ausgestaltung bei welcher das optische Element dem wenigstens einen Abbildungssystem nachgeschaltet (bzw. zwischen zwei Abbildungssystemen) angeordnet ist, ist die Leiterplatte, auf der das Bildaufnahmeelement angeordnet ist, bevorzugt unterhalb der optischen Achse des Abbildungssystems (bzw. eines der beiden Abbildungssysteme) und im Wesentlichen waagerecht zur optischen Achse des Abbildungssystems (bzw. eines der beiden Abbildungssysteme) angeordnet. Mit der im Wesentlichen waagerechten Anordnung unterhalb der optischen Achse, ist dabei bevorzugt eine derartige Anordnung der Leiterplatte im Bauraum unterhalb der optischen Achse des Abbildungssystems (bzw. eines der beiden Abbildungssysteme) gemeint, dass sich eine möglichst parallele Anordnung der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements zur optischen Achse ergibt, wobei auch eine gewisse Abweichung von einer parallelen Ausrichtung möglich ist, beispielsweise eine Winkelabweichung um +/–10°. Die Abweichung von der parallelen Anordnung kann beispielsweise aufgrund von unterschiedlichen Neigungswinkeln von Fahrzeugscheiben bzw. Windschutzscheiben, hinter denen die optische Vorrichtung angeordnet sein kann, erforderlich sein. Die Scheibenneigungen von Windschutzscheiben, insbesondere im oberen Teil der Scheiben, können sich im Bereich von 20° bis 35° bewegen und damit eine Anpassung der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung erforderlich machen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung ist die Leiterplatte mit Bildaufnahmeelement parallel und unterhalb der optischen Achse des wenigstens einen Abbildungssystems (bzw. eines der beiden Abbildungssysteme) angeordnet. Das optische Element mit dessen elektromagnetische Strahlung reflektierender Fläche ist dabei vorzugsweise derart angeordnet, dass die optische Achse des wenigstens einen Abbildungssystems (bzw. eines der beiden Abbildungssysteme) einen Einfallswinkel von 45° zur reflektierenden Fläche des optischen Elements aufweist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung handelt es sich bei dem optischen Element um einen Spiegel.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung handelt es sich bei dem optischen Element um ein Prisma bzw. ein Umlenkprisma.
In einer besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich bei dem optischen Element um ein Abdeckglas des Bildaufnahmeelements, wobei in das Abdeckglas eine elektromagnetische Strahlung reflektierende Fläche integriert ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung sind neben dem Bildaufnahmeelement weitere elektronische bzw. elektromechanische Einrichtungen auf der Leiterplatte angeordnet, insbesondere die für die Bildauswertung erforderliche Bildauswerteelektronik. Hierdurch ergibt sich eine besonders kompakte und platzsparende Bauweise für eine optische Vorrichtung bzw. eine Fahrzeugkamera.
Die erfindungsgemäße optische Vorrichtung ist vorzugsweise in einer Kamera für ein Fahrzeug angeordnet. Das wenigstens eine Abbildungssystem, das Bildaufnahmeelement und die Leiterplatte sind dabei bevorzugt in einem gemeinsamen Kameragehäuse angeordnet, das an einer, an der Windschutzscheibe des Fahrzeugs angeordneten, Kamerahalterung befestigt sein kann.
Weitere Vorteile sowie optionale Ausgestaltungen gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigt
1: ein Beispiel für eine erfindungsgemäße optische Vorrichtung mit einem Spiegel als optisches Element, wobei das optische Element einem Abbildungssystem nachgeschaltet angeordnet ist.
2: ein weiteres Beispiel für eine erfindungsgemäße optische Vorrichtung mit einem Prisma als optisches Element.
3 (a bis f): verschiedene vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung, insbesondere mit unterschiedlichen Anordnungen des optischen Elements.
4: ein Beispiel für eine Ausgestaltung des optischen Elements als Bestandteil eines Abdeckglases eines Bildaufnahmeelements.
1 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung. Die optische Vorrichtung ist dabei hinter der Windschutzscheibe 1 eines Fahrzeugs angeordnet und umfasst ein Abbildungssystem 2.1, dargestellt als Linse, sowie eine Bildaufnahmeelement 3 das auf einer Leiterplatte 4 angeordnet ist. Die optische Achse 5 des Abbildungssystems 2.1 ist im Wesentlichen horizontal ausgerichtet, wobei im Wesentlichen einen Bereich von +/–10° umfasst. Die Leiterplatte 4 mit Bildaufnahmeelement 3 ist erfindungsgemäß unterhalb der optischen Achse 5 des Abbildungssystems 2.1 sowie in diesem Fall exakt waagerecht bzw. parallel zur optischen Achse 5 angeordnet. Die optische Vorrichtung aus 1 umfasst erfindungsgemäß ein optisches Element mit einer elektromagnetische Strahlung reflektierenden Fläche. Im Beispiel aus 1 handelt es sich bei dem optischen Element um einen Spiegel 6 mit einer Spiegelfläche 7. Der Spiegel 6 ist dabei entsprechend 1 derart im Strahlengang der aus dem Beobachtungsbereich der optischen Vorrichtung erfassten und mittels des Abbildungssystems 2.1 projizierten elektromagnetischen Strahlung 8 angeordnet, das die elektromagnetische Strahlung 8 mittels des Spiegels 6 auf das Bildaufnahmeelement 3 bzw. auf dessen für elektromagnetische Strahlung sensitiven Fläche reflektiert wird. In diesem Fall beträgt der Einfallswinkel α der optischen Achse 5 zur Spiegelfläche 7 exakt 45°. Die optische Vorrichtung aus 1 kann erfindungsgemäß als Fahrzeugkamera, vorzugsweise mit einem die optische Vorrichtung umgebenden Gehäuse, ausgestaltet sein und weitere Elemente umfassen, wie beispielsweise eine Streulichtblende, Halte- bzw. Befestigungsvorrichtungen sowie elektrische Verbindungselemente zu weiteren elektronischen Einrichtungen im Fahrzeug.
Das Abbildungssystem 2.1 kann erfindungsgemäß auch mehrteilig ausgestaltet sein, beispielsweise als Objektiv mit einem Objektivgehäuse sowie mit weiteren Linsen und/oder anderen optischen Strahlformungs- bzw. Strahllenkungselementen. Auf der Leiterplatte 4 können neben dem Bildaufnahmeelement 3 erfindungsgemäß auch weitere elektronische bzw. elektromechanische Einrichtungen angeordnet sein, insbesondere die für eine Bildverarbeitung erforderliche Bildauswerteelektronik. Die Leiterplatte 4 mit darauf angeordnetem Bildaufnahmeelement 3 kann auch im Wesentlichen waagerecht zur optischen Achse 5 des Abbildungssystems 2 angeordnet sein, wobei im Wesentlichen einen Bereich von +/–10° umfasst, d.h. eine Abweichung von der in 1 dargestellten exakt waagerechten Ausrichtung um +/–10°.
2 zeigt schematische eine Seitenansicht einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung. Die optische Vorrichtung aus 2 entspricht dabei in weiten Teilen der optischen Vorrichtung aus 1 wobei im Gegensatz zu 1 in diesem Fall ein Umlenkprisma 9 mit einer elektromagnetische Strahlung reflektierenden Fläche 10 als optisches Element im Strahlengang der mittels des Abbildungssystems 2.1 projizierten elektromagnetischen Strahlung 8 angeordnet ist. Das Umlenkprisma 9 aus 2 dient dabei, wie der Spiegel 6 in 1, zur Spiegelung bzw. zur Reflexion der elektromagnetischen Strahlung 8 auf das Bildaufnahmeelement 3 bzw. auf dessen für elektromagnetische Strahlung sensitiven Fläche.
Die 3a bis 3f zeigen verschiedene vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung. Die optischen Vorrichtungen sind dabei in weiten Teilen entsprechen der Beschreibung zu 1 und 2 aufgebaut, wobei in 3a bis 3f keine Windschutzscheibe 1 gezeigt und das wenigstens eine Abbildungssystem 2.1 bzw. 2.2 als Objektiv bzw. Objektivgehäuse dargestellt ist. 3a und 3b zeigen eine erfindungsgemäße optische Vorrichtung, wobei das optische Element (in 3a ein Umlenkprisma 9 und in 3b ein Spiegel 6, jeweils mit einer Spiegelfläche 7 bzw. 10) dem wenigstens einen Abbildungssystem 2.2 vorgeschaltet angeordnet ist. Das optische Element ist dabei vorzugsweise derart im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung 8 angeordnet, dass die aus einem Beobachtungsbereich der optischen Vorrichtung erfasste elektromagnetische Strahlung 8 zunächst mittels des optischen Elements in Richtung des Abbildungssystems 2.2 reflektiert bzw. umgelenkt und anschließend vom Abbildungssystem 2.2 auf die sensitive Fläche des Bildaufnahmeelements 3 projiziert wird. Das Abbildungssystem 2.2 ist dabei vorzugsweise unmittelbar über dem Bildaufnahmeelement 3 angeordnet, bevorzugt derart, dass die optische Achse 5 des Abbildungssystems 2.2 senkrecht und mittig zur sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements 3 ausgerichtet ist. Bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung, kann das optische Element insbesondere auch direkt am Abbildungssystem 2.2 angeordnet und/oder in das Abbildungssystem 2.2 integriert sein, beispielsweise als Bestandteil eines Objektivs als Abbildungssystem 2.2. 3c und 3d zeigen eine erfindungsgemäße optische Vorrichtung, wobei das optische Element (in 3c ein Umlenkprisma 9 und in 3d ein Spiegel 6, jeweils mit einer Spiegelfläche 7 bzw. 10) dem wenigstens einen Abbildungssystem 2.1 nachgeschaltet angeordnet ist. Das optische Element ist dabei derart im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung 8 zwischen dem Abbildungssystem 2.1 und dem Bildaufnahmeelement 3 angeordnet, dass die aus dem Beobachtungsbereich der optischen Vorrichtung erfasste und mittels des Abbildungssystems 2.1 projizierte elektromagnetische Strahlung 8 mittels des optischen Elements auf die sensitive Fläche des Bildaufnahmeelements 3 reflektiert bzw. umgelenkt wird. Bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung, kann das optische Element insbesondere auch direkt bzw. unmittelbar über der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements 3 angeordnet und beispielsweise direkt am Bildaufnahmeelement 3 fixiert sein. Das optische Element kann dabei insbesondere auch als Bestandteil eines Abdeckglases oder als Alternative bzw. Ersatz eines Abdeckglases über dem Bildaufnahmeelement 3 bzw. dessen sensitiver Fläche angeordnet sein. Gemäß 3c und 3d ist die Leiterplatte 4, auf der das Bildaufnahmeelement 3 angeordnet ist, unterhalb der optischen Achse 5 des Abbildungssystems 2.1 und im Wesentlichen waagerecht zur optischen Achse 5 des Abbildungssystems 2.1 angeordnet. 3e und 3f zeigen eine erfindungsgemäße optische Vorrichtung, wobei die optische Vorrichtung zwei Abbildungssysteme, d.h. ein erstes Abbildungssystem 2.1 und ein zweites Abbildungssystem 2.2 umfasst, und wobei das optische Element (in 3e ein Umlenkprisma 9 und in 3f ein Spiegel 6, jeweils mit einer Spiegelfläche 7 bzw. 10) zwischen dem ersten Abbildungssystem 2.1 und dem zweiten Abbildungssystem 2.2 angeordnet ist, d.h. dem ersten Abbildungssystem 2.1 nachgeschaltet und dem zweiten Abbildungssystem 2.2 vorgeschaltet. Die optische Vorrichtung ist dabei derart ausgebildet, dass die aus dem Beobachtungsbereich der optischen Vorrichtung erfasste elektromagnetische Strahlung 8 zunächst vom ersten Abbildungssystem 2.1 in Richtung des optischen Elements projiziert, anschließend vom optischen Element in Richtung des zweiten Abbildungssystems 2.2 reflektiert bzw. umgelenkt und daraufhin vom zweiten Abbildungssystem 2.2 auf die sensitive Fläche des Bildaufnahmeelements 3 projiziert wird. Gemäß 3e und 3f ist die Leiterplatte 4, auf der das Bildaufnahmeelement 3 angeordnet ist, unterhalb der optischen Achse 5 des ersten Abbildungssystems 2.1 der beiden Abbildungssysteme 2.1; 2.2 und im Wesentlichen waagerecht zur optischen Achse 5 des Abbildungssystems 2.1 angeordnet.
4 zeigt eine Ausgestaltung des optischen Elements als Bestandteil eines Abdeckglases 11 des Bildaufnahmeelements 3, gemäß einer besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In diesem Fall ist die Spiegelfläche 12, an welcher die elektromagnetische Strahlung 8 aus dem Beobachtungsbereich der optischen Vorrichtung mittels des optischen Elements auf die sensitive Fläche des Bildaufnahmeelements 3 reflektiert bzw. umgelenkt wird, in das Abdeckglas 11 integriert. Das Abdeckglas 11 kann dabei insbesondere schon im Anlieferungszustand am Bildaufnahmeelement 3 fixiert sein und daher bei der Anordnung des Bildaufnahmeelements 3 auf der Leiterplatte 4 (beispielsweise in einem SMD Lötprozess) kostenneutral für die Fertigung und nur mit einer geringen Kostenerhöhung für das Bildaufnahmeelement 3 realisiert werden.
In den Figuren ist jeweils eine Strahlumlenkung der elektromagnetischen Strahlung 8 mittels des optischen Elements in einem Winkel von 90° dargestellt. Es sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch andere Umlenkungen mit anderen Winkeln umfasst, insbesondere in Abhängigkeit der jeweiligen Bedingungen / vom jeweiligen Anwendungsfall, beispielsweise Fahrzeugmodell, Scheibenneigung, Einbauhöhe und/oder Beobachtungsbereich.
Bezugszeichenliste

1: Windschutzscheibe
2.1: erstes Abbildungssystem
2.2: zweites Abbildungssystem
3: Bildaufnahmeelement
4: Leiterplatte
5: optische Achse
6: Spiegel
7: Spiegelfläche
8: elektromagnetische Strahlung
9: Prisma
10: Spiegelfläche
11: Abdeckglas mit integriertem optischen Element
12: Spiegelfläche
α: Einfallswinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10237606 B4 [0004]

Claims

Optische Vorrichtung für ein Fahrzeug, umfassend – wenigstens ein Abbildungssystem (2.1; 2.2), zur Projektion von elektromagnetischer Strahlung (8), – wenigstens eine Leiterplatte (4) und – wenigstens ein Bildaufnahmeelement (3) mit einer für elektromagnetische Strahlung (8) sensitiven Fläche, das auf der Leiterplatte (4) angeordnet ist und zur Erfassung der von dem Abbildungssystem (2.1; 2.2) projizierten elektromagnetischen Strahlung (8) dient, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Vorrichtung wenigstens ein optisches Element aufweist (6; 9; 11), mit einer elektromagnetische Strahlung (8) reflektierenden Fläche (7; 10; 12), das im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung (8) derart angeordnet ist, dass die elektromagnetische Strahlung (8) auf die sensitive Fläche des Bildaufnahmeelements (3) reflektiert wird.
Optischen Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (6; 9; 11) dem wenigstens einen Abbildungssystem (2.1) nachgeschaltet angeordnet ist.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (6; 9; 11) dem Abbildungssystem (2.2) vorgeschaltet angeordnet ist.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Vorrichtung zwei Abbildungssysteme (2.1; 2.2) umfasst und das optische Element (6; 9; 11) zwischen den zwei Abbildungssystemen (2.1; 2.2) angeordnet ist.
Optische Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (4) mit Bildaufnahmeelement (3) im Wesentlichen waagerecht und unterhalb der optischen Achse (5) des wenigstens einen Abbildungssystems (2.1; 2.2) angeordnet ist.
Optische Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (4) mit Bildaufnahmeelement (3) parallel zur optischen Achse (5) des wenigstens einen Abbildungssystems (2.1; 2.2) angeordnet ist und das optische Element (6; 9; 11) mit dessen elektromagnetische Strahlung reflektierenden Fläche (7; 10; 12) derart angeordnet ist, dass der Einfallswinkel (α) der optischen Achse (5) auf die reflektierende Fläche (7; 10; 12) des optischen Elements (6; 9) 45° beträgt.
Optische Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem optischen Element (6; 9; 11) um einen Spiegel (6) handelt.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem optischen Element (6; 9; 11) um ein Prisma (9) handelt.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem optischen Element (6; 9; 11) um ein Abdeckglas (11) des Bildaufnahmeelements (3) handelt, wobei in das Abdeckglas eine elektromagnetische Strahlung (8) reflektierende Fläche (12) integriert ist.
Optische Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Leiterplatte (4) Bildauswerteelektronik angeordnet ist.
Kamera für ein Kraftfahrzeug umfassend ein Kameragehäuse, in dem eine optische Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche angeordnet ist.
Fahrzeug, in dem eine optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder eine Kamera nach Anspruch 11 angeordnet ist.