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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Sensorsystem, umfassend eine Anzahl n ≥ 2 optischer Linsensysteme, ein einziges bildgebendes optisches Sensormittel, eine der Anzahl der optischen Linsensysteme entsprechende Anzahl von Lichtleitermitteln, die sich zwischen den Linsensystemen und dem optischen Sensormittel erstrecken, wobei jedem der Linsensysteme jeweils eines der Lichtleitermittel zugeordnet ist, wobei das optische Sensorsystem Umschaltmittel aufweist, die dazu ausgebildet sind, selektiv zwischen den Lichtleitermitteln umzuschalten.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Kraftfahrzeuge mit einer Mehrzahl von Kameraeinrichtungen auszustatten, um die Kraftfahrzeugumgebung zu erfassen, so dass insbesondere Hindernisse in der Fahrzeugumgebung erkannt werden können. Derartige Kameraeinrichtungen umfassen in an sich bekannter Weise ein Linsensystem sowie ein bildgebendes optisches Sensormittel, insbesondere ein CMOS- oder CCD-Sensormittel, auf welches Lichtsignale nach dem Hindurchtritt durch das Linsensystem treffen. Diese Lichtsignale werden von dem optischen Sensormittel unmittelbar verarbeitet, so dass eine Konvertierung der Lichtsignale in computerlesbare Bilder erfolgt.
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Ferner ist es bekannt, autonom fahrende Kraftfahrzeuge in erster Linie auf Basis von Kamerabildern, die von den Kameraeinrichtungen erfasst werden und mittels einer Fahrzeugsteuerungseinrichtung ausgewertet werden, zu betreiben. Aktuelle Systemarchitekturen verwenden zu diesem Zweck mehrere einzelne Kameraeinrichtungen, die kabelgebunden an die Fahrzeugsteuerungseinrichtung angeschlossen sind. Bei derartigen Systemarchitekturen mit mehreren Kameraeinrichtungen besteht das Problem, dass während des Betriebs in Abhängigkeit von der Bildauflösung und der Bildwiederholfrequenz (zum Beispiel Bilder in HD-Auflösung mit einer Bildwiederholfrequenz von 30 Hz) sehr große Datenmengen auftreten. Diese Datenmengen müssen kabelgebunden von den optischen Sensormitteln der einzelnen Kameraeinrichtungen verschickt und von der Fahrzeugsteuerungseinrichtung empfangen und weiterverarbeitet werden. Daraus resultieren Probleme, überhaupt die erforderliche Datenrate zu übertragen und darüber hinaus die Verarbeitung der Datenmenge zu ermöglichen. Ebenso sind die für die Aufnahme der Kameraeinrichtungen zur Verfügung stehenden Bauräume in einem Kraftfahrzeug limitiert, was zu Einschränkungen der Bildauflösung und des bildgebenden optischen Sensormittels führt.
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Bei der Verwendung der Kameraeinrichtungen in Fahrerassistenzsystemen sind besonders bei der Anforderung einer Gleichzeitigkeit mehrerer Kamerabilder zu deren Weiterverarbeitung eine Synchronisierungsstrategie sowie ein gemeinsames Shuttering notwendig, was nur mit einem relativ großen Aufwand realisiert werden kann.
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Um diesen vorstehend genannten Problemen abzuhelfen, sind zum Beispiel aus der
EP 2 182 718 A1 und aus der
EP 1 367 819 A1 optische Sensorsysteme der eingangs genannten Art bekannt, die ein einzelnes optisches Sensormittel sowie mehrere Linsensysteme und diesen zugeordnete Lichtleitermittel aufweisen. Bei diesen optischen Sensorsystemen werden die Lichtleitermittel, welche die einzelnen Linsenperspektiven der in unterschiedlichen Positionen angeordneten Linsensysteme repräsentieren, jeweils in Teilbereiche des bildgebenden optischen Sensormittels geleitet. Somit können alle Kameraperspektiven und Bilder in Echtzeit-Synchronität ausgewertet werden. Dabei ist allerdings die Bildqualität eingeschränkt, da jedes der Linsensysteme nur einen Teilbereich des optischen Sensormittels nutzen kann, so dass die Bildauflösung entsprechend verringert ist.
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Ein gattungsgemäßes optisches Sensorsystem ist aus der
JP 2002-077895 A bekannt.
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Die Erfindung macht es sich zur Aufgabe, ein optisches Sensorsystem der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welches es ermöglicht, digitale Bilder in hoher Qualität zu erzeugen und dennoch den Rechenaufwand und den Verkabelungsaufwand zu verringern.
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Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein gattungsgemäßes optisches Sensorsystem mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Der Unteranspruch betrifft eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung.
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Ein erfindungsgemäßes optisches Sensorsystem zeichnet sich dadurch aus, dass die Umschaltmittel integral mit den Lichtleitermitteln ausgebildet sind.
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Bei dem erfindungsgemäßen optischen System werden die in einem Kraftfahrzeug oder anderen Anwendungen benötigten Kamerapositionen jeweils nur mit einem Linsensystem, nicht jedoch mit einem eigenen optischen Sensormittel ausgestattet. Jedes dieser Linsensysteme leitet die gebündelten Lichtsignale jeweils mithilfe eines Lichtleitermittels an eine Verarbeitungseinrichtung, insbesondere eine zentrale Steuerungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, die mit dem optischen Sensormittel ausgestattet ist, mittels dessen die empfangenen Lichtsignale verarbeitet werden. Damit wird die Konvertierung von Lichtsignalen in computerlesbare Bilder zentral nur mittels eines einzigen optischen Sensormittels ausgeführt. Bei dem erfindungsgemäßen optischen Sensorsystem kann das optische Sensormittel optimal ausgenutzt werden und je nach Bedarf eines der Linsensysteme, welches die Lichtquelle (Kameraposition) bildet, bei gleichbleibend hoher Bildauflösung und Rechenleistung ausgewählt werden. Dadurch, dass das optische Sensorsystem nur ein einzelnes optisches Sensormittel aufweist und mithilfe der Umschaltmittel zwischen den einzelnen Lichtleitermitteln umgeschaltet werden kann, sind keine zusätzlichen optischen Sensormittel für jedes der Linsensysteme erforderlich. Dieses führt zu erheblichen Kostenvorteilen. Ferner entfällt in vorteilhafter Weise ein zusätzlicher Verkabelungsaufwand zwischen den Linsensystemen und der Verarbeitungseinrichtung, insbesondere der zentralen Steuerungseinrichtung. Darüber hinaus kann mittels des hier vorgeschlagenen optischen Sensorsystems Rechenleistung und Energie eingespart werden, da mithilfe des Umschaltmittels einzelne Linsensysteme bedarfsgerecht zugeschaltet werden und es nicht erforderlich ist, die Lichtsignale aller Linsensysteme des optischen Sensorsystems gleichzeitig auszuwerten.
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Um eine Verlegung der Lichtleitermittel von den Linsensystemen zu dem optischen Sensormittel zu vereinfachen, besteht in einer vorteilhaften Ausführungsform die Möglichkeit, dass die Lichtleitermittel flexibel ausgebildet sind. Diese flexiblen Lichtleitermittel können vorzugsweise als Glasfaserkabel ausgebildet sein und leiten die Lichtsignale in Echtzeit von den verteilten Positionen der Linsensysteme zur Verarbeitungseinrichtung, insbesondere zur zentralen Steuerungseinrichtung.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug, welches zumindest ein optisches Sensorsystem umfasst. Erfindungsgemäß zeichnet sich das Kraftfahrzeug dadurch aus, dass das optische Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2 ausgeführt ist.
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Die Linsensysteme des optischen Sensorsystems können bauraumoptimiert positioniert werden, da der im Kraftfahrzeug vorzuhaltende Bauraum aufgrund des Wegfalls eines optischen Sensormittels für jedes der Linsensysteme verringert werden kann. Es ist zudem keine elektrische Verkabelung für einen digitalen Datentransfer von den Linsensystemen zur Verarbeitungseinrichtung, insbesondere zur zentralen Steuerungseinrichtung, erforderlich. Das zentrale optische Sensormittel, das für alle Linsensysteme vorgesehen ist, kann in kompletter Größe genutzt werden, so dass ein besseres digitales Bild in voller Größe des optischen Sensormittels berechnet werden kann. Die Umschaltung zwischen den einzelnen Lichtleitermitteln und somit zwischen den Linsensystemen, die unterschiedliche Kameraperspektiven repräsentieren, erfolgt auf einfache Weise mithilfe des Umschaltmittels.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende 1, die ein optisches Sensorsystem 1 in schematisch stark vereinfachter Form zeigt. Dieses optische Sensorsystem 1 kann zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug verbaut sein. Zahlreiche weitere Einsatzgebiete für das optische Sensorsystem 1 sind ebenfalls denkbar.
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Das optische Sensorsystem 1 umfasst eine Anzahl n ≥ 2 optischer Linsensysteme 2a-2n, ein einziges bildgebendes optisches Sensormittel 3 sowie eine der Anzahl der optischen Linsensysteme 2a-2n entsprechende Anzahl von Lichtleitermitteln 4a-4n. Die Lichtleitermittel 4a-4n erstrecken sich zwischen den Linsensystemen 2a-2n und dem optischen Sensormittel 3, wobei jedem der Linsensysteme 2a-2n jeweils eines der Lichtleitermittel 4a-4n zugeordnet ist.
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Jedes der Linsensysteme 2a-2n umfasst zumindest ein Linsenmittel als lichtbrechendes Element. Je nach Anwendungszweck können die Linsensysteme 2a-2n auch mehrere in einem optischen Strahlengang angeordnete Linsenmittel aufweisen. Ferner können zumindest einige der Linsensysteme 2a-2n zusätzlich zu dem zumindest einen Linsenmittel weitere optisch funktionale Mittel aufweisen, die einen Einfluss auf das durch das betreffende Linsensystem hindurchtretende Licht haben. Bei diesen optisch funktionalen Mitteln kann es sich zum Beispiel um Farbfilter handeln.
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Die optischen Linsensysteme 2a-2n werden bei der Montage des optischen Sensorsystems 1 an denjenigen Positionen des Kraftfahrzeugs angeordnet, in denen während des Betriebs Bilddaten, insbesondere Bilddaten für Fahrassistenzsysteme, erfasst werden sollen. Die Lichtleitermittel 4a-4n sind vorzugsweise flexibel, insbesondere als Glasfaserkabel, ausgeführt, so dass sie sehr einfach zwischen den Linsensystemen 2a-2n und dem optischen Sensormittel 3 positioniert werden können. Diese flexiblen Lichtleitermittel 4a-4n leiten die Lichtsignale in Echtzeit von den verteilten Positionen der Linsensysteme 2a-2n zum optischen Sensormittel 3, der vorzugsweise integraler Teil einer Verarbeitungseinrichtung, insbesondere Teil einer zentralen Steuerungseinrichtung, ist. Das optische Sensormittel 3 ist dazu ausgebildet, die empfangenen Lichtsignale zu verarbeiten und daraus ein computerlesbares Bild zu erzeugen.
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Das hier vorgestellte optische Sensorsystem 1 zeichnet sich dadurch aus, dass das optische Sensorsystem 1 Umschaltmittel 5 aufweist, die dazu ausgebildet sind, selektiv zwischen den Lichtleitermitteln 4a-4n umzuschalten. Die Lichtsignale der Linsensysteme 2a-2n, die mittels der Lichtleitermittel 4a-4n übertragen werden, werden mithilfe des optischen Sensormittels 3 sequentiell verarbeitet, da die Umschaltmittel 5 dafür sorgen, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt nur die Lichtsignale, die durch eines der Lichtleitermittel 4a-4n übertragen werden, vom optischen Sensormittel 3 erfasst und verarbeitet werden. In dem in 1 gezeigten Beispiel sind die Umschaltmittel 5 und das optische Sensormittel 3 integral auf einem Mikrochip 6 ausgebildet. Erfindungsgemäß ist jedoch vorgesehen, dass die Umschaltmittel 5 integral mit den Lichtleitermitteln 4a-4n ausgebildet sind.
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Das optische Sensormittel 3 kann optimal ausgenutzt werden und je nach Bedarf kann eines der Linsensysteme 2a-2n, welche die Lichtquelle (Kameraposition) repräsentiert, bei gleichbleibender Bildauflösung und Rechenleistung ausgewählt werden. Dadurch, dass das optische Sensorsystem 1 nur ein einzelnes optisches Sensormittel 3 aufweist und mithilfe der Umschaltmittel 5 zwischen den einzelnen Lichtleitermitteln 4a-4n umgeschaltet werden kann, sind keine zusätzlichen optischen Sensormittel für jedes der Linsensysteme 2a-2n erforderlich. Somit entfällt in vorteilhafter Weise ein zusätzlicher Verkabelungsaufwand zwischen den Linsensystemen 2a-2n und der Steuerungseinrichtung. Ferner kann mittels des hier vorgeschlagenen optischen Sensorsystems 1 Rechenleistung und Energie eingespart werden, da mithilfe des Umschaltmittels 5 einzelne Linsensysteme 2a-2n bedarfsgerecht zugeschaltet werden und es somit nicht erforderlich ist, die Lichtsignale aller Linsensysteme 2a-2n gleichzeitig auszuwerten.