Title:
Optische Erfassungseinrichtung für ein Fahrzeug
Kind Code:
A1


Abstract:

Die Erfindung betrifft eine Kamera (2) für ein Fahrzeug (1) zur Umgebungserfassung, wobei im optischen Strahlengang (3) der Kamera (2) ein optisches Umlenkelement, wie z.B. ein Spiegel (4), angeordnet ist um Bilder aus wenigstens zwei Bereichen (5.1, 5.2) in die Kamera (2) zu leiten, wobei ein erster dem Fahrzeug (1) vorausliegender Bereich (5.1) und wenigstens ein weiterer Bereich (5.2) seitlich des Fahrzeugs (1), hinter dem Fahrzeug (1) und/oder oberhalb des Fahrzeuges (1) erfassbar ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Funktionselement vorgesehen ist, welches die Bilder aus den wenigstens zwei Bereichen (5.1, 5.2) optisch aufteilt. embedded image




Inventors:
Gorniaczyk, Hannes Michael (71069, Sindelfingen, DE)
Application Number:
DE102018000485A
Publication Date:
08/09/2018
Filing Date:
01/23/2018
Assignee:
Daimler AG, 70327 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE10323560A1N/A2004-12-23



Claims:
Optische Erfassungseinrichtung für ein Fahrzeug (1) zur Umgebungserfassung, wobei im optischen Strahlengang (3) einer Kamera (2) ein optisches Umlenkelement (4,14) angeordnet ist, um Bilder aus wenigstens zwei Bereichen (5.1, 5.2) in die Kamera (2) zu leiten, wobei ein erster dem Fahrzeug (1) vorausliegender Bereich (5.1) und wenigstens ein weiterer Bereich (5.2) seitlich des Fahrzeugs (1), hinter dem Fahrzeug (1) und/oder oberhalb des Fahrzeuges (1) erfassbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Funktionselement vorgesehen ist, welches die Bilder aus den wenigstens zwei Bereichen (5.1, 5.2) optisch aufteilt.

Optische Erfassungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement als Aktuator (19) ausgebildet ist, welcher wenigstens einen Spiegel (4) als optisches Umlenkelement bewegbar ansteuert, sodass in einer ersten Funktionsstellung (11.1) der dem Fahrzeug (1) vorausliegende Bereich (5.1), und in wenigstens einer zweiten Funktionsstellung (11.2) der Bereich (5.2) seitlich, hinter und/oder oberhalb des Fahrzeuges (1) erfassbar ist.

Optische Erfassungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel (4) klappbar angeordnet ist.

Optische Erfassungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel (4) eine konkave und/oder konvexe Oberfläche (7) aufweist.

Optische Erfassungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement als ein optisches Element im Strahlengang (3) der Kamera (2) angeordnet ist, wobei das optische Umlenkelement ein fest eingebauter teildurchlässiger Spiegel (4), ein dichroitischer Spiegel und/oder ein polarisierender Strahlenteiler (14) ist

Optische Erfassungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element wenigstens einen Polarisationsfilter (16.1, 16.2), einen Retarder (17.1,17.2) und/oder einen LCD-Shutter (12.1, 12.2) umfasst.

Optische Erfassungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (2) im Bereich der Windschutzscheibe (8) angeordnet ist.

Optische Erfassungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (2) im Bereich eines Außenspiegels angeordnet ist.

Description:

Die Erfindung betrifft eine optische Erfassungseinrichtung für ein Fahrzeug zur Umgebungserfassung, wobei im optischen Strahlengang einer Kamera ein optisches Umlenkelement angeordnet ist, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Aus der DE 103 23 560 A1 ist eine optische Erfassungseinrichtung im Form einer Kamera und eine Vorrichtung zur Ermittlung der Helligkeit der Umgebung eines Fahrzeuges bekannt. Dabei wird die Kamera mit einem Bildsensor zur Helligkeitserfassung bestückt. Die Kamera umfasst eine optische Achse die in einer ersten Richtung zur Bilderfassung ausgerichtet ist. Um eine zweite Richtung des Verkehrsraums - die von der ersten Richtung verschieden ist - erfassen zu können, umfasst die Vorrichtung einen Spiegel zur Umlenkung von Licht. Der Spiegel ist dabei fest verbaut. Die beiden gleichzeitig erfassten Bereiche werden auf den Bildsensor geleitet. Der Bildsensor umfasst wiederum zwei Bereiche, die je von einer erfassten Richtung verwendet wird. Eine separate Verarbeitungseinheit erzeugt in Abhängigkeit von den Bildsignalen des Bildsensors ein Helligkeitssignal, das wiederum zur automatischen Steuerung eines Fahrzeugscheinwerfers oder einer Armaturenbeleuchtung verwendet wird.

Nachteilig an der genannten Kamera ist, dass bei einer gleichzeitigen Verwendung des Bildsensors durch die beiden erfassten Richtungen, eine geringere Bildauflösung realisiert wird. Beide erfassten Richtungen teilen sich die auf dem Bildsensor vorhandenen Bildpixel. Ein weiterer Nachteil ist es, dass durch die Konstruktion beide Sichtfelder einen geringeren Öffnungswinkel (numerische Apertur) haben und dadurch geringere Lichtausbeute und durch die Beugungsbegrenzung auch geringere Schärfe.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte optische Erfassungseinrichtung nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine optische Erfassungseinrichtung mit den Merkmalen in Anspruch 1, und hierbei insbesondere von dem kennzeichnenden Teil des Anspruch 1, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der optischen Erfassungseinrichtung ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.

Bei der erfindungsgemäßen optischen Erfassungseinrichtung für ein Fahrzeug zur Umgebungserfassung ist im optischen Strahlengang der Kamera ein optisches Umlenkelement angeordnet. Dieses optische Umlenkelement, welches z.B. ein Spiegel sein kann, ermöglicht dabei, dass Bilder aus wenigstens zwei Bereichen in die Kamera zu einem Bildsensor geleitet werden. Kennzeichnend ist, dass ein Funktionselement vorgesehen ist, welches die Bilder aus den wenigstens zwei Bereichen aufteilt. Das Funktionselement separiert die wenigstens zwei Strahlengänge der auf die Kamera treffenden Bereiche. Die Separation hängt dabei vom konkretisierten Aufbau ab und kann z.B. zeitlich oder spektral, z.B. über einen dichroitischen Spiegel und/oder Farbfilter, erfolgen. Dadurch kann wahlweise der erste oder zweite Bereich auf einem Bildsensor der Kamera darstellt werden. Mittels der Bereichsaufteilung der eintreffenden Strahlengänge durch das Funktionselement, ist es möglich die Bilder bei voller Bildauflösung zu analysieren. Entgegen bereits bekannter Lösungen zur Darstellung von mehreren Bildbereichen, wird bei der Erfindung immer nur ein Bildbereich vollständig auf den Bildsensor projiziert, sodass der gesamte Sensor für einen der Bereiche zur Verfügung steht.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist, das Funktionselement als Aktuator ausgebildet, welcher einen Spiegel als optisches Umlenkelement, beispielsweise einen mikro-opto-elektro-mechnischen (MOEMS) Spiegel oder ein Feld bzw. Array solcher Spiegel oder eine Spiegelmatrix, bewegbar ansteuert, sodass in einer ersten Funktionsstellung der dem Fahrzeug vorausliegender Bereich und in wenigstens einer zweiten Funktionsstellung der Bereich seitlich, hinter und/oder oberhalb des Fahrzeugs erfassbar ist.

Das im optischen Strahlengang der Kamera angeordnete Funktionselement mit dem Spiegel, ist vorzugsweise im Bereich des Objektives montiert. Hierbei sind drei Ausführungsformen zu nennen, wobei bei der ersten Ausführungsform die beiden Komponenten zwischen Bildsensor und Objektiv angeordnet sind, bei der zweiten Ausführungsform diese vor dem Objektiv angeordnet sind und bei der dritten Ausführungsform das Objektiv aus mehreren Linsen besteht, wobei das optische Umlenkelement zwischen den Linsen angeordnet ist.

Bei der erstgenannten Ausführungsform ist eine Anordnung insbesondere innerhalb des Kameragehäuses, wie es aus Spiegelreflexkameras bekannt ist, denkbar. Hier wäre auch der Spiegel und das Funktionselement von äußeren Einflüssen, wie beispielsweise vor Staub, geschützt. Denkbar ist hierbei auch eine Anwendung von zwei oder mehr Objektiven. Dies hätte den Vorteil, dass für die verschiedenen Darstellungsbereiche unterschiedliche Objektive verwendet werden können. Beispielsweise für den einen Darstellungsgereich ein Teleobjektiv und für den anderen ein Weitwinkelobjektiv.

Bei der zweitgenannten Ausführungsform, bei der das Funktionselement sowie der Spiegel vor dem Objektiv der Kamera angeordnet sind, besteht der Vorteil, dass mehr Bauraum zu Verfügung steht, um den Spiegel mit dem bewegbaren Mechanismus zu platzieren.

Bei der drittgenannten Ausführungsform besteht das Objektiv aus mehreren Linsen, wobei ein Teil der Linsen vor und der andere Teil hinter dem Spiegel angeordnet ist. Dadurch können Vorteile in Bezug auf die Blendenöffnung und auf die Größe des Spiegels erzielt werden, wobei der Spiegel bei gleicher Leistung kleiner ausfallen könnte.

Der Bildsensor kann dabei verschiedene Empfindlichkeiten aufweisen, die beispielsweise das sichtbare Lichtspektrum, den IR- oder UV-Bereich umfassen. Auch sind jeweils Kombinationen oder Teilkombinationen von den Empfindlichkeiten denkbar. Die unterschiedlichen Objektive könnten damit auch auf bestimmte Wellenlängen optimiert sein, beispielsweise ein Objektiv für blaues Licht, eines für rotes Licht. Mit den Farbfiltern auf dem Sensor kann dadurch eine höhere Schärfe erzielt werden und wenn die Objektive Farbfilter umfassen, können die Bilder sogar gleichzeitig mittels einem Strahlenteiler verarbeitet werden. Eine Grünkomponente könnte noch eine grobe zusätzliche Farbkomponente für das jeweilige monochromatische Bild sein. Um die Effizienz zu steigern könnte man einen dichroitischen Spiegel verwenden, der Licht ab oder nur bis zu einer bestimmten Wellenlänge reflektiert und ansonsten transmittiert.

Mittels des Aktuators kann der Spiegel auf verschiedene Arten bewegt werden. Vorstellbar ist beispielsweise eine auf wenigstens einer Führungsschiene lineare Bewegung des Spiegels. Eine weitere Variante ist beispielsweise ein Schwenken des Spiegels an einer Achse desselbigen. Hierbei könnte der Spiegel sozusagen in den Strahlengang der Kamera gleiten, klappen oder schwenken und dadurch eine Bereichsänderung des zu erfassenden Bereichs erzeugen. Ebenfalls denkbar ist eine Rotationsachse des Spiegels, die beispielsweise auf einer Spiegelseite zentral angeordnet ist. Diese Variante wäre noch platzsparender und stabiler bei deren Ausführung. Bei allen Bewegungsarten ist vorstellbar einen Spiegel einzusetzen, der mit unterschiedlichen Krümmungen auf beiden Spiegelseiten ausgeprägt ist.

Durch den Aktuator entsteht eine variable Bereichserfassung, die sehr vorteilhaft ist, da mittels einer Kamera mehrere Bildbereiche erfassbar sind, für welche ansonsten mehrere Kameras benötigt würden. Damit ist eine Bauteileinsparung gegeben. Auch kann mittels der Funktionsstellungen beispielsweise eine situationsabhängige Umschaltung erfolgen, wobei zwischen mehreren Erfassungsbereichen gewählt werden kann. Befindet sich das Fahrzeug in einem beschleunigten Zustand ist es möglich, den vorausliegenden Bereich mittels der Kamera zu erfassen. Hier würde sich der Spiegel in einer 0° Stellung befinden und keine Einstrahlung brechen. Steht das Fahrzeug, so kann beispielsweise der Spiegel in eine weitere Funktionsstellung bewegt werden, wodurch der Bereich oberhalb des Fahrzeuges erfasst wird. Es ist aber auch eine umgekehrte Schaltung denkbar, je nach Anordnung von Kamera und Spiegel. Durch die flexible Umschaltung der Erfassungsbereiche kann beispielsweise eine Lichtsignalanlage erfasst werden, welche ansonsten - wegen der zu meist erhöhten Position der Lichtsignalanlage relativ zur Fahrzeughöhe - von der Kamera nicht erfasst werden kann. Besonders kritisch ist dieser Fall, wenn das Fahrzeug in einer Reihe nahe zu der Lichtsignalanlage steht.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kamera, ist der Spiegel klappbar innerhalb der Kamera, des Objektives oder davor angeordnet. Um den Spiegel klappbar ausführen zu können, ist an einer Seitenkante eine Drehachse angeordnet, um welchen der Spiegel drehbar ist. Ein vorteilhafter Drehwinkel liegt dabei im Bereich von 90°, wobei jeglicher Drehwinkel im Bereich von 360° vorstellbar ist. Sehr vorteilhaft ist beispielsweise auch ein Bereich von 45° Drehwinkel oder ein Winkel dazwischen. Durch die Winkelverstellung ergeben sich gleichzeitig mehr als die zwei bereits genannten Funktionsstellungen, nämlich jegliche Spiegelstellungen zwischen 0° und 360°. In diesem Zusammenhang ist auch eine stufenlose Ausrichtung des Spiegels denkbar. Die klappbare Ausführung bildet eine besonders platzsparende Variante, da minimaler Bauraum beansprucht wird.

Um den Spiegel zwischen zwei Funktionsstellungen verstellen zu können umfasst dieser einen Aktuator, der die notwendige Kraft ausübt, um den Spiegel verstellen zu können. An der Seitenkante des Spiegels, nahe dem Drehpunkt, ist eine Befestigung zu einem stationären Bauteil der Kamera angeordnet. Diese Befestigung ist beispielsweise in der Art eines Scharniers ausgeführt. Ist eine rotierende Bewegung des Spiegels gewünscht, so ist der Drehpunkt an einer Achse oder wenigsten eines Drehpunktes, welcher mittig zu einer Spiegelseite verläuft. Eine entsprechende Lagerung ist an einem stationären Bauteil der Kamera zu berücksichtigen.

In einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, umfasst der Spiegel eine gewölbte Oberfläche die konkav und/oder konvex ist. Dabei könnten auch mehrere Krümmungen auf beispielsweise je einer Spiegelseite umgesetzt werden. Durch die Wölbung wird der Sichtbereich der Kamera erweitert. Bei mehreren Krümmungen kann die Kamera flexibler die Umgebungsbereiche erfassen. In der variablen Ausführungsform des Spiegels mit zwei oder mehr Funktionsstellungen, kann durch die gewölbte Spiegeloberfläche in jeder Funktionsstellung ein erweiterter Sichtbereich erfasst werden als mit einer ebenen Spiegeloberfläche.

In einer weiteren sehr vorteilhaften Variante der Erfindung, ist das Funktionselement als ein optisches Element im Strahlengang der Kamera angeordnet, wobei hierbei der Spiegel teildurchlässig und fest verbaut ist. Zusätzlich oder statt des Spiegels, kann auch als ein polarisierender Strahlenteiler vorgesehen sein, oder ein dichromatischer Spiegel. Mittels der Teildurchlässigkeit des Spiegels und dem jeweiligen stationären Ausrichtungswinkel des Spiegels, sind unterschiedliche Umgebungsbereiche erfassbar. Insbesondere werden hierbei plane Spiegel eingesetzt. Soll beispielsweise ein vor dem Fahrzeug liegender Bereich einerseits und eine Ampel andererseits erfasst werden, wäre es denkbar, die Teildurchlässigkeit entsprechend anzupassen. So reicht für die stationäre und damit über eine lange Belichtungszeit zu erfassende Ampel ein Anteil von z.B. 10% des Lichts aus. 90% des Lichts können dann aus dem vor dem Fahrzeug liegenden Bereich durchgelassen werden. So können dort auch schnelle Bewegungen sehr zuverlässig erfasst werden. Für alternative Anwendungen sind auch andere Aufteilungen denkbar, bis hin zu einer 50%/50% Aufteilung bei zwei vergleichbaren Bereichen, z.B. vor und hinter dem Fahrzeug. Durch die stationäre Anordnung des Spiegels in der Kamera des Fahrzeuges werden weitere Vorteile erzielt. Bekanntermaßen treten in einem Fahrzeug verschiedene Arten von Vibrationen auf. Diese Vibrationen können bewegliche Bauteile verstellen oder sogar lösen. Durch die stationäre Anordnung ist der empfindliche Spiegel in seiner Funktionsweise robuster und billiger zu verbauen. Des Weiteren ist dieser weniger wartungsintensiv und benötigt weniger Instandhaltungsaufwand.

Um ein mögliches Auftreten von Doppelbilder auf dem Bildsensor zu vermeiden, werden bei dieser Ausführungsform die Lichtstrahlen durch das Funktionselement, in Form eines LCD-Shutters oder eines Polarisationsfilters und eines Retarders, geschickt. Ist das Funktionselement als Polarisationsfilter ausgeprägt, so ist insbesondere der Spiegel als ein polarisierender Strahlenteiler verwirklicht. Das Funktionselement ist dabei jeweils an eine Stelle angebracht, bevor eine Reflexion oder Transmission der Lichtstrahlen durch den Spiegel erfolgt.

Mittels des LCD-Shutters kann eine Lichttransmission durch das wenigstens eine Objektiv gesteuert werden. Dabei kann pro Zeiteinheit ein erster LCD-Shutter Licht transmittieren, wobei ein weiterer LCD-Shutter eine Lichttransmission verhindert. Durch die Schaltung der jeweiligen LCD-Shutter ist berechenbar, aus welchem LCD-Shutter - und damit aus welchem Bereich - das jeweilige Aufnahmebild entstammt. Nachteilig bei einer Anwendung von LCD-Shuttern ist, dass Helligkeitseinbußen über den zeitlichen Durchschnitt am Aufnahmebild entstehen. Denn durch die zeitliche Steuerung der LCD-Shutter wird die Lichttransmissionsmenge verringert. Um diesen Nachteil zu beheben ist eine situationsbedingte Aktivierung des LCD-Shutters vorstellbar, beispielsweise im Bereich von Lichtsignalanlagen oder bei Fahrzeugstillstand.

Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee, ist die Kamera im Bereich der Windschutzscheibe des Fahrzeuges angeordnet. Um sowohl dem Fahrzeug vorausliegenden Bereich als auch den seitlichen und/oder oberhalb des Fahrzeuges liegenden Bereich perfekt erfassen zu können, eignet sich zudem eine Anordnung nahe des Fahrzeugdaches. Dieser kann beispielsweise auf Höhe des Rückspiegels an der Windschutzscheibe sein. Es kommen jedoch sämtliche Bereiche im Bereich der Windschutzscheibe in Frage.

Eine weitere sehr vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, die Kamera im Bereich eines Außenspiegels anzuordnen, oder sogar in wenigstens einen Außenspiegel zu integrieren. Bei dieser Variante wird der Bereich vor dem Fahrzeug gut erfasst und je nach Winkelstellung des Spiegels, ebenfalls der Bereich oberhalb des Fahrzeuges. Wenn die Kamera nach oben gerichtet ist, kann diese mit einem einzelnen Spiegel nach oben, nach vorne, nach hinten und sogar zur Seite sehen, da wenigstens zwei Rotationsachsen verfügbar sind. Aufgrund der Tatsache, dass Lichtsignalanlagen zumeist - in Fahrtrichtung des Fahrzeuges gesehen - rechts von dem Fahrzeug positioniert sind, bietet sich eine Anordnung am rechten Außenspiegel an. Dem gegenüber ist jedoch auch eine Anordnung am linken Außenspiegel oder an beiden Außenspiegeln denkbar.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kamera werden anhand eines exemplarischen Beispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher dargestellt ist.

Dabei zeigen:

  • 1 eine exemplarische Darstellung eines Fahrzeuges mit Umgebungserfassung mittels einer Kamera;
  • 2 eine mögliche Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kamera, die einen bewegbaren und gewölbten Spiegel umfasst;
  • 3 eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kamera, die einen stationären teildurchlässigen Spiegel sowie LCD-Shutter umfasst; und
  • 4 eine weitere alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kamera mit einen polarisierenden Strahlteiler anstelle des teildurchlässigen Spiegels.

1 zeigt exemplarisch ein Fahrzeug 1, dass eine Umfelderfassung mit einer Kamera 2 aufweist. Das Fahrzeug 1 bewegt sich autonom, ohne Einwirkung einer in dem Fahrzeug 1 sitzenden Person. Die an der Windschutzscheibe 8, im Bereich des Rückspiegels des Fahrzeuges 1 angebrachte Kamera 2, detektiert dabei die unmittelbare Fahrzeugumgebung auf zwei verschiedene Varianten. Als entscheidendes Bauteil ist der Kamera 2 ein Funktionselement angeordnet, welches die Bilder aus den wenigstens zwei Bereichen 5.1, 5.2 aufteilt. Bei der ersten Variante, die in 2 dargestellt ist, wird der Spiegel 4 mittels eines Aktuators als Funktionselement bewegt, wodurch sich der durch die Kamera 2 erfasste Strahlengang 3 von einer ersten Funktionsstellung 11.1 in eine zweite Funktionsstellung 11.2 ändert. Diese Bewegung löst eine Winkeländerung des zu erfassenden Strahlengangs 3 aus. In der ersten Funktionsstellung 11.1 wird der dem Fahrzeug 1 vorausliegende Bereich 5.1 von der Kamera 2 erfasst. In der zweiten Funktionsstellung 11.2 wird ein dem vorausliegenden Bereich 5.1 erhöhter Bereich 5.2 erfasst.

Die in der 3 dargestellte zweite Variante zeigt das Funktionselement als ein LCD-Shutter, welche eine optische Steuerung der Umgebungsbereiche darstellt.

Das Fahrzeug 1 nähert sich der Lichtsignalanlage 9. Die Kamera 2 befindet sich, bei einem fahrenden Zustand des Fahrzeuges 1, im ersten Funktionsbereich 11.1, wobei der vorausliegende Bereich erfasst wird. Mittels eines Algorithmus wird kontinuierlich ein durch die Kamera 2 erfasstes Videosignal ausgewertet und auf Merkmale analysiert, welches ein Verkehrssignal beinhaltet. In diesem Fall wird unter anderem das Videosignal auf den Beleuchtungszustand der Lichtsignalanlage 9 ausgewertet. Es wird ein roter Beleuchtungszustand registriert, wodurch ein abbremsen des Fahrzeuges 1 eingeleitet wird. Das Fahrzeug 1 kommt vor einer Haltelinie der Lichtsignalanlage 9 zu stehen. Das Fahrzeug befindet sich in erster Reihe vor der Lichtsignalanlage 9. Kein anderes Fahrzeug 1 steht vor diesem.

Die Umgebungserfassung ist stark von der Distanz der Kamera 2 zum zu erfassenden Element - hier der Beleuchtungszustand der Lichtsignalanlage 9 - abhängig. Ist die Distanz zu kurz oder der Erfassungswinkel zu klein, kann der oberhalb des vorausliegenden Bereichs 5.1 liegende Bereich 5.2 mit der Funktionsstellung 11.1 nicht erfasst werden. Eine Winkeländerung der Kamera 2 ist erforderlich. Die Kamera 2 ist derart programmiert, dass diese bei einem Fahrzeugstillstand den Spiegel 4 bewegt, wodurch die zweite Funktionsstellung 11.2 aktiviert wird und der Beleuchtungszustand der Lichtsignalanlage 9 erfassbar ist. Ändert die Lichtsignalanlage 9 deren Beleuchtungszustand in grün, wird dies von der Kamera erfasst und der Algorithmus gibt den Befehl zur Beschleunigung des Fahrzeuges 1.

2 verdeutlicht diese exemplarische Anordnung der Umfelderfassung, indem es die Kamera 2 und den Spiegel 4 detailliert darstellt. Hierbei umfasst die Kamera 2 einen Bildsensor (nicht dargestellt), eine gewölbte Linse 10 und einen davor angeordnete Spiegel 4. Der Spiegel 4 umfasst dabei einen Aktuator 19, ein Gelenk 6 und eine konvexe Oberfläche 7.

Im fahrenden Zustand des Fahrzeuges 1 befindet sich der Spiegel 4 in unbewegter Stellung. Dieser ist also eingeklappt. Dadurch wird durch den Strahlengang 3 der vorausliegende Bereich 5.1 des Fahrzeuges 1 durch die Kamera 2 erfasst. In diesem Zustand können auch Lichtsignalanlagen 9, bei genügend Abstand zur Kamera 2, erfasst werden.

Wird ein Fahrzeugstillstand registriert, wird der Spiegel 4 bewegt, indem dessen Winkel über das Gelenk 6 um 45° gedreht wird. Die Kraft zur Umsetzung dieser Drehbewegung stammt dabei von dem Aktuator. Dadurch wird ein Bereich 5.2 oberhalb des Fahrzeuges 1 durch die Kamera 2 erfasst. Ebenfalls wird dadurch bei relativ kurzer Distanz zu der Lichtsignalanlage 9 deren Beleuchtungszustand von der Kamera 2 erfasst.

3 stellt ein analoges Beispiel zu 1 und 2 dar. Im Unterschied zu 2 ist hier keine mechanische Steuerung der zu erfassenden Umgebungsbereiche beschrieben, sondern eine optische Steuerung. Wichtigste Merkmale sind dabei eine Steuerung 13 und die beiden LCD-Shutter 12, welche jeweils so angeordnet sind, dass der Strahlengang 3 vor passieren des Spiegels 4 auf die LCD-Shutter 12 trifft.

Die beiden LCD-Shutter 12 umfassen dabei je eine Flüssigkristallfläche, die elektronisch zwischen lichtdurchlässig und -undurchlässig umgeschaltet werden können. Damit lässt sich wahlweise der LCD-Shutter 12 aktivieren, welcher den Bereich 5.1 oder den anderen Bereich 5.2 durch die Kamera 2 erfassbar macht.

Wird der LCD-Shutter 12.1 aktiviert, also lichtdurchlässig geschalten, passiert der Strahlengang 3 den Spiegel 4. Dabei ist der Spiegel 4 in einem 45° Winkel zum Strahlengang 3 angeordnet. Der Spiegel 4 ist außerdem stationär, umfasst eine z.B. 30%ige Transparenz, ist auf beiden Seiten eben und auf einer Oberseite beschichtet. Während der LCD-Shutter 12.1 aktiviert ist, ist der LCD-Shutter 12.2 deaktiviert. Die Steuerung 13 schaltet beide LCD-Shutter 12 und kann bei einer Bereichsanalyse die Aufnahmebilder je einem Bereich 5.1, 5.2 zuordnen.

Die Umgebungserfassung der Kamera 2 wird situationsabhängig geschaltet. Das Fahrzeug 1 befindet sich in einem beschleunigten Zustand, weshalb standartmäßig nur der dem Fahrzeug 1 vorausliegende Bereich 5.1 erfasst wird. Hierbei ist der LCD-Shutter 12.1 aktiviert, also lichtdurchlässig. Die Steuerung 13 analysiert die durch Kamera 2 erfasst Bilder und erkennt eine rot leuchtende Lichtsignalanlage 9. Das Fahrzeug 1 bremst und bleibt vor der Lichtsignalanlage 9 stehen. Die Schaltung 13 wechselt den Funktionsmodus, wodurch zeitabhängig und abwechselnd beide LCD-Shutter 12 aktiviert werden.

Aufgrund der räumlichen Nähe des Fahrzeuges 1 zu der Lichtsignalanlage 9, kann die Lichtsignalanlage 9 durch die Kamera 2 lediglich bei erfassbaren Bereich 5.2 erkannt werden. Deshalb wird durch die Steuerung 13, LCD-Shutter 12.1 und 12.2 zehnmal pro Sekunde abwechselnd aktiviert. Dadurch können beide Bereiche 5.1, 5.2 - in einem zeitlich vernachlässigbaren Zeitabstand - erfasst und analysiert werden. Sobald die Lichtsignalanlage 9 deren Signalfarbe wechselt, wird dies von der Kamera 2 registriert wodurch das Fahrzeug 1 wieder beschleunigt.

Eine weitere Variante ist ein rotierender Spiegel 4, der sich mit einer der Steuerung 13 bekannten Drehzahl dreht. Dabei ist die Schaltung ist mit der Drehzahl des Spiegels 4 synchronisiert, wodurch eine Zuordnung des erfassten Bildes zu dem jeweiligen Bereich 5.1, 5.2 erfolgen kann.

In 4 ist ein Aufbau gezeigt, welcher mit einem polarisierenden Strahlteiler 14 arbeitet. Das Licht aus dem Bereich 5.1 hat dabei eine zunächst beliebige bzw. zufällige Polarisation, wie es durch den kreisförmigen Pfeil 20 angedeutet ist. Es passiert eine erste Linse 15.1 als Teil eines Objektivs der Kamera 2. Dann gelangt es in einen Polarisationsfilter 16.1 und wird z.B. horizontal polarisiert bzw. nur sein horizontal polarisierter Anteil wird durchgelassen. Dies ist durch den Doppelpfeil 21 angedeutet. Rein beispielhaft ist der Polarisationsfilter 16.1 hier als Würfel und damit letztlich als polarisierender Strahlteiler angedeutet, um besser zu veranschaulichen, welcher Teil des Lichts durchgelassen wird. Der nicht horizontal - also vertikal - polarisierter Anteil, welcher hier durch das „Pfeil von hinten“ Symbol 22 angedeutet ist, wird seitlich umgelenkt, und von einer Streulichtblende 18 aufgefangen. Der Polarisationsfilter 16.1 könnte jedoch genauso gut mit einer anderen Technik realisiert sein, z.B. als Polarisationsfilterplättchen.

Im Anschluss an den Polarisationsfilter 16.1 folgt ein Retarder, insbesondere ein LCD-Retarder 17.1. Dieser kann die Polarisation des einfallenden Lichts schaltbar drehen. Bei einer ersten Einstellung würde er so das horizontal polarisierte Licht aus dem Bereich 5.1 unverändert durchlassen, sodass es durch den polarisierenden Strahlteiler 14 auf die Streulichtblende 18 transmittiert wird und dadurch nicht auf die Kamera 2 trifft. Wird der Retarder 17.1 auf seine andere Einstellung gestellt, dreht er die Polarisation des Lichts von horizontal (21) auf vertikal (22) nach dem Retarder 17.1. Das so vertikal polarisierte Licht und wird dann vom polarisierenden Strahlteiler 14 auf die Kamera 2 reflektiert. Der Strahlengang des Lichts aus dem Bereich 5.2 verläuft im Wesentlichen analog. Das zufällig polarisierte Licht wird über einen Polarisationsfilter 16.2 nach einer Linse 15.2 polarisiert - in diesem Fall vertikal - und hier beispielhaft auch umgelenkt. Es gelangt dann zu dem LCD-Retarder 17.2. Je nach Einstellung dreht er die Polarisation des Lichts um 90°. Das je nach Schaltstellung z.B. horizontal polarisierte Licht gelangt dann durch den polarisierenden Strahlteiler 14 zur Streulichtblende 18, das z.B. vertikal polarisierte Licht wird vom polarisierenden Strahlteiler 14 zur Kamera 2 umgelenkt. Wenn nun die LCD-Retarder 17.1 und 17.2 wechselseitig umgeschaltet werden, so gelangt wechselseitige Licht aus den Bereichen 5.1 und 5.2 zu der Kamera 2.Die optische Erfassungsvorrichtung im Beispiel der 4 beobachtet so also über die LCD-Retarder 17.1, 17.2 schaltbar entweder den Bereich 5.1 vor dem Fahrzeug 1 oder den Bereich 5.2 hinter dem Fahrzeug 1. Das Licht beider Strahlenwege gelangt dann aus unterschiedlichen Richtungen zu dem polarisierenden Strahlteiler 14 und von dort über die Linse 10 als weiterer Teil des Objektivs in die Kamera 2 bzw. zu deren Bildsensor.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 10323560 A1 [0002]