EP4022883A1 - Kameravorrichtung zum erzeugen eines abbilds einer umgebung - Google Patents

Kameravorrichtung zum erzeugen eines abbilds einer umgebung

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EP4022883A1
EP4022883A1 EP20754254.9A EP20754254A EP4022883A1 EP 4022883 A1 EP4022883 A1 EP 4022883A1 EP 20754254 A EP20754254 A EP 20754254A EP 4022883 A1 EP4022883 A1 EP 4022883A1
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EP
European Patent Office
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light
coupling
deflection
image
designed
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP20754254.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias Moll
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
Original Assignee
Audi AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Audi AG filed Critical Audi AG
Publication of EP4022883A1 publication Critical patent/EP4022883A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N23/698—Control of cameras or camera modules for achieving an enlarged field of view, e.g. panoramic image capture
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
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    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
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    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
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    • G03H1/024—Hologram nature or properties
    • G03H1/0248—Volume holograms

Definitions

  • Camera device for generating an image of an environment
  • the invention relates to a camera device for generating at least one image of an environment.
  • the invention also relates to a motor vehicle with such a camera device.
  • a conventional camera or camera device such as a photo or video camera, generally has an image sensor and an imaging optics arranged in front of it for generating an image of an environment.
  • the imaging optics is also referred to as an objective and usually consists of a lens or a lens system with several lenses. It is used to bundle the light from the environment and thus to focus or deflect the light onto the image sensor, so that a desired object from the environment is sharply imaged on the image sensor.
  • a design of the image sensor, in particular its dimensioning or sensor size, and / or a focal length of the lens define a field of view (FOV) and thus a viewing angle of the camera.
  • the field of view here means the area in the environment that can be captured by the camera and mapped onto the image sensor.
  • a camera system which has an orientation device by means of which a user can identify the field of view of a camera.
  • US 2018/0338089 A1 discloses a camera module for normal and infrared photography.
  • a visual Angle i.e. the field of view of the camera module is restricted during normal photography.
  • wide-angle camera systems in particular cameras with a field of view or angle of view greater than 60 degrees, are increasingly required.
  • the largest possible area in the environment is to be covered or recorded.
  • so-called wide-angle lenses are often used for this.
  • these have the disadvantage that they are relatively large and have a pronouncedly curved lens. This can lead to unwanted reflections of the light from the environment on the lens, especially at the edges of the field of view, which would restrict the field of view.
  • this often results in strong optical distortions, for example barrel distortion or chromatic aberration, which can lead to image errors in the resulting image.
  • the object of the present invention is to provide a camera device which enables an inexpensive recording of an image of an environment with an enlarged field of view. This object is achieved by the subjects of the independent patent claims. Advantageous developments of the invention are disclosed by the dependent claims, the following description and the figures.
  • HOE holographic-optical elements
  • a HOE can namely fully or partially simulate the optical function of a conventional lens, i.e. a lens system. That is, with the HOE, light from the surroundings to be imaged can be deflected or deflected in the opposite direction to the image capturing device, that is to say for example the image sensor.
  • an HOE has a deflection structure, for example in the form of an optical grating.
  • HOEs have the advantage that, depending on the design of the deflection structure, they can be designed selectively or sensitively for different wavelengths and / or different angle of incidence ranges.
  • HOEs angle-selective and / or wavelength-selective.
  • the property of wavelength selectivity of HOEs is also known from JP 40 866 617 A, for example.
  • two or more such HOEs which are each selective for different angles of incidence areas, are used to enlarge the field of view of the camera device.
  • the enlarged field of view of the camera device is thus made up of the angle of incidence areas, that is to say the individual areas of view of the HOEs.
  • the production and function of an HOE is explained in more detail later.
  • the camera device has a light-conducting medium, for example a plate or pane made of glass or plastic, which is designed as a light guide.
  • a coupling-in region and a coupling-out region are arranged on the light-conducting medium, preferably along a direction of longitudinal extent of the light-conducting medium.
  • the coupling-in area has at least two coupling-in deflection structures, that is to say for example two of the above-mentioned HOEs, each of which is designed to emit light of a predetermined spectral range falls from a given angle of incidence range from the environment onto the respective deflecting structure, to be coupled into the light guide medium.
  • Each of the deflection structures is designed to be selective or sensitive with respect to a spectral range and angle of incidence range that are different from the other deflection structures.
  • the light-conducting medium then takes on the function of forwarding the coupled-in light.
  • the light-conducting medium is designed to transmit the coupled-in light from the coupling-in area to the coupling-out area by means of internal reflection.
  • the coupling-out area also has at least two decoupling deflection structures.
  • the at least two outcoupling deflection structures are designed to decouple the light of the predetermined spectral range that is coupled in from each of the inward-coupling deflection structures and which falls on the respective outcoupling deflection structure from the light guide medium.
  • Each of the deflecting structures to be coupled out is preferably assigned to one of the deflecting structures to be coupled in. That is, they only couple the deflecting structure assigned to it in each case.
  • the at least two outcoupling deflection structures are advantageously selective or sensitive to the same spectral ranges as the at least two in-coupling deflection structures.
  • the light-conducting medium with the coupling-in area and the coupling-out area can consequently be understood as a deflection unit for the light from the environment.
  • the offset arrangement of the coupling-in region and the coupling-out region thus results in an offset of an optical axis of the coupled-in light and the coupled-out light.
  • the aforementioned image acquisition device is also provided for acquiring the light deflected by the deflection unit. This is arranged on the coupling-out area.
  • the image acquisition device can be designed, for example, as an image sensor, such as a CCD or CMOS sensor. Alternatively, the image acquisition device can also be designed as a conventional camera with an objective.
  • the deflection unit is thus connected upstream of the image capturing device.
  • the image capturing device has at least two capturing areas. The at least two detection areas are in particular assigned to one of the at least two outcoupling deflection structures.
  • each of these detection areas is designed to detect the light decoupled from in each case one of the outcoupling deflection structures, and the image detection device is designed to generate image data from the detected light.
  • a separate image data record can therefore be generated by the image acquisition device for each of the acquisition areas.
  • the image data or image data sets differ in their spectral range and angle of incidence ranges.
  • the at least one desired image of the surroundings that is to say one or more images of the surroundings, can then be generated or made available from these image data.
  • a camera device is proposed with which a wide-angle image or several individual images with different fields of view can be captured from an environment at the same time.
  • the descriptive deflection unit can thus represent a type of wide-angle or multi-view special lens based on holographic-optical elements as imaging optics.
  • the camera device for capturing the largest possible field of view can thus be provided in a particularly cost-effective manner.
  • the invention also includes embodiments which result in additional advantages.
  • the camera device furthermore has a computing device which is designed to provide separate images from the generated image data.
  • the deflection unit mentioned is designed as a multi-view lens.
  • several recording areas or fields of view can be recorded with the camera device.
  • An image of the environment is thus generated for each image data record.
  • the images differ at least in part in their field of view.
  • Little space requirement and inexpensive a camera device that can capture several recording areas (Multi View) or fields of view can be provided.
  • the individual images can be provided as color images in accordance with their respective spectral range or as black-and-white images or gray-scale images.
  • the computing device of the camera device is designed to provide a common image of the surroundings from the generated image data. That is, the aforesaid deflection unit can form a wide-angle lens based on HOEs.
  • the field of view of the camera device can be composed of the individual viewing areas that are provided by the angular selectivity of the deflection structures. The viewing areas, that is to say also the areas of the angle of incidence, can at least partially overlap.
  • the image acquisition device can thus combine the various image data or image data sets that have been generated as a function of the angle of incidence ranges and different visual ranges in each case, and a common image of the surroundings can be calculated therefrom.
  • the common image of the environment can preferably be provided as a black-and-white image or a grayscale image.
  • At least one optical grating in particular a holographic surface grating or a holographic volume grating, is provided as the respective deflection structure.
  • an optical grating also called a diffraction grating, and its method of operation and manufacturing process is well known.
  • an optical grating can be designed as at least partially periodic structures, so-called grating structures, in a substrate.
  • an optical grating can be achieved through the physical effect diffraction, as is known, for example, from mirrors, lenses or prisms. If light falls, that is, light rays fall on the optical grating, the incident light rays in particular fulfilling the Bragg equation, the light rays are bent or deflected by the optical grating. The light can thus be directed in particular by interference phenomena of the light beams diffracted by the optical grating.
  • the deflection structure of the coupling-in area or the coupling-out area can accordingly also be referred to as a diffraction structure.
  • an optical grating can be designed to be direction-selective or angle-selective with respect to the incident light.
  • only light in particular a portion of the light that falls onto an optical grating from a predetermined direction of incidence, for example at a predetermined angle, can be deflected.
  • Light in particular a portion of the light that falls onto the optical grating from a different direction, is preferably not deflected or, the less, the greater the difference from the predetermined direction of incidence.
  • the portion of light which deviates from the predetermined direction of incidence or optimal direction of incidence can consequently preferably propagate unhindered through the substrate with the optical grating.
  • an optical grating can also be designed to be wavelength-selective or frequency-selective.
  • only light in particular a first portion of the light with a predetermined wavelength, can be deflected or diffracted by the optical grating at a specific diffraction angle.
  • Light in particular a second portion of the light with a wavelength other than the predetermined wavelength, is preferably not deflected, or the less the greater the difference from the predetermined wavelength.
  • the second light component which differs from the predetermined wavelength or optimum wavelength, can consequently preferably propagate unhindered through the substrate with the optical grating. In this way, for example, at least one monochromatic light component can be split off from polychromatic light which strikes the optical grating.
  • the deflection effect is advantageous for the optimum wavelength maximum and falls to longer and shorter wavelengths, for example according to a Gaussian bell, or becomes weaker.
  • the deflection effect only acts on a fraction of the visible light spectrum and / or in an angular range smaller than 90 degrees.
  • An optical grating can in particular be produced by means of exposure of a substrate, that is to say for example photolithographically or holographically.
  • the optical grating can then also be referred to as a holographic or holographic-optical grating.
  • Two types of holographic-optical gratings are known: holographic surface gratings (surface holografic gratings, short: SHG) and holographic volume gratings (volume holografic gratings, short: VHG).
  • holographic surface gratings surface holografic gratings, short: SHG
  • holographic volume gratings volume holografic gratings, short: VHG.
  • the grating structure can be generated by optically deforming a surface structure of the substrate. Due to the modified surface structure, incident light can be deflected, for example reflected.
  • holographic surface gratings are so-called sawtooth or blaze gratings.
  • the grating structure can be incorporated into the entire volume or part of the volume of the substrate.
  • Holographic surface gratings and holographic volume gratings are generally frequency-selective.
  • optical gratings are also known which can diffract polychromatic light. These are called multiplexed volume holographic gratings (MVHG for short) and can be produced, for example, by changing the periodicity of the grating structure of an optical grating or by arranging several holographic volume grids one behind the other.
  • the material, in particular in substrate form has flexible and light-wave-guiding properties.
  • Substrates that have a deflection structure for diffracting light, both for example in the form of an optical grating can also be referred to as holographic-optical elements (HOE).
  • HOE holographic-optical elements
  • the deflection structures are formed in one piece with the light guide medium.
  • the at least two in-coupling and the at least two out-coupling deflection structures can thus, for example, be incorporated directly into a surface structure or a volume of the light-conducting medium. That is, the respective deflecting structure can be etched or lasered, for example, into a surface of the light guide medium.
  • the light guide medium itself can be designed as an HOE.
  • the deflection structures are formed in at least one separate element from the light guide medium. That is to say that the coupling-in deflection structures, the coupling-out deflection structures and the light-conducting medium can be formed in separate substrates or elements.
  • the coupling-in deflection structures can form a first element
  • the coupling-out deflection structures can form a second element
  • the light-guiding medium can form a third element against which the first and second elements are in contact.
  • the deflection structures can be embodied in at least one HOE be det.
  • the coupling-in and coupling-out deflection structures can be formed in different sections of a holographic film or plate.
  • the film or plate can be glued to the carrier medium.
  • the holographic film can also be designed as an adhesive film and adhere directly to the surface of the light-conducting medium by means of molecular forces, that is to say without adhesive.
  • the coupling-in deflection structures are formed serially one after the other with respect to a direction of incidence of the light.
  • the coupling structures can be stacked from one another, their surfaces preferably completely overlapping.
  • the coupling-in deflection structures are flat next to each other in the coupling-in area.
  • the deflecting structures to be coupled in can be arranged in a plane next to one another, their surfaces preferably not overlapping.
  • each of the in-coupling deflecting structures has an area which is larger than a respective area of the at least two out-coupling deflection structures.
  • the coupling-in area can thus also have a larger area than the coupling-out area.
  • an area of the respective in-coupling deflection structure can be larger by a factor of 2 than an area of the respective out-coupling deflection structure.
  • the coupling-in area can have a bundling structure as the respective coupling-in deflection structure.
  • this bundling structure the light incident from the environment can be bundled and deflected over the light guide medium to the Auskoppelbe rich.
  • the respective optical grating of the respective deflecting structure to be coupled can be formed accordingly as a bundling grating.
  • each of the coupling-in deflection structures is designed as an optical grating with a bundle grating structure.
  • the bundling grating structure By means of the bundling grating structure, light beams of the light to be deflected, which from the surroundings hits the respective coupling-in deflection structure, are deflected to different degrees depending on a point of incidence.
  • the respective in-coupling deflection structure bundles or focuses the light beams towards the respective out-coupling deflection structure.
  • the outcoupling area can furthermore have a diffusion structure as the respective outcoupling deflection structure.
  • the bundled light, in particular a beam of the light bundled by the respective coupling-in deflection structure, in particular a beam path of the light, when deflected at the diffusion structure, can be parallelized or straightened out of the carrier medium in order to be captured by the image capture device.
  • the optical grating of the respective outcoupling deflection structure can thus correspond to accordingly be designed as a diffusion grating.
  • the at least two decoupling deflection structures are designed as an optical grating with a diverging grating structure. Due to the diverging grating structure, light beams of the coupled-in light that hits the respective outcoupling deflection structure are deflected to different degrees depending on a point of incidence. As a result, the respective outcoupling deflection structure parallelizes the light beams for acquisition by the image acquisition device. The light rays thus run parallel to one another for acquisition by the image acquisition device.
  • an inhomogeneous grating structure in particular an aperiodic grating structure in sections
  • several diffraction gratings with the same or different grating structures can be arranged or switched next to one another or one behind the other.
  • the image capturing device has a color image sensor for capturing the coupled-out light.
  • the image capture device can have a color filter unit with which the captured light can be separated according to wavelengths or spectral ranges.
  • the color filter device can function, for example, according to the Bayer principle or the Foveon principle.
  • the color image sensor is thus designed in particular as a Bayer sensor or a Foveon X3 sensor.
  • the invention also relates to an alternative embodiment of the camera device for generating at least one image of an environment, comprising a light-conducting medium on which, opposite one another, on different ones Surfaces, a coupling area and an image capturing device are arranged.
  • the coupling-in area has at least two coupling-in deflection structures, each of which is designed to couple light of a predetermined spectral range, which falls from a predetermined angle of incidence range from the surroundings onto the respective deflection structure, into the light-conducting medium, with the Einkop pelling deflection structures with respect to different spectral ranges and angles of incidence ranges are selective.
  • the light-conducting medium is designed to transmit the coupled-in light from the coupling-in area to the imaging device.
  • the image capturing device has at least two capturing areas, each of which is designed to capture the light of the predetermined spectral range that falls on the respective capturing area separately according to angle of incidence ranges from one of the coupling deflecting structures, and the image capturing device is designed to supply image data therefrom produce. This results in a particularly compact design of the camera device.
  • the light guide medium can thus be designed as a carrier unit or carrier medium, that is to say for carrying or holding the coupling area of the image acquisition device.
  • the coupling area and the image capturing device are arranged opposite one another on the light-conducting medium, their respective surfaces preferably completely overlapping one another.
  • the coupled-in light can thus shine through the light-conducting medium without being reflected internally and strike the image acquisition device for acquisition.
  • the light-conducting medium can thus be designed to be penetrated by the coupled-in light and, in particular, to pass the coupled-in light on to the image capturing device.
  • the respective deflecting structure serves to deflect or deflect light from the respective angle of incidence range in a direction of incidence for the image detection device.
  • the light can be deflected from an angle of 45 degrees with respect to a normal to a surface of the light guide medium to a 0 degree angle (normal to the surface) for detection by the image detection device.
  • light that has a different spectral range than the specified and hits the respective deflection structure from a different angle of incidence range than the previous one is deflected less or not and is thus preferably transmitted unhindered through the light-conducting medium.
  • This preferably undeflected light can also be referred to as scattered light.
  • the image capture device or its capture areas can also be designed to be angle-selective and wavelength-selective.
  • the image acquisition device can comprise a color filter unit, as is known, for example, from a Bayer sensor or another color image sensor.
  • the image capture device can comprise a diaphragm unit. This means that the detection areas can be separated from one another in the direction of incidence of light, for example, by a suitable arrangement of diaphragms. The arrangement of diaphragms can thus prevent the light that is intended for one of the detection areas from reaching another of the detection areas as scattered light. Other suitable measures for suppressing the scattered light can also be used.
  • the invention also relates to a motor vehicle with a camera device as described above.
  • the light-conducting medium is designed as a window pane of the motor vehicle, that is to say, for example, as a windshield, a side window, or a rear window of the motor vehicle.
  • the motor vehicle according to the invention is preferably configured as a motor vehicle, in particular as a passenger vehicle or truck, or as a passenger bus or motorcycle.
  • the invention also includes further developments of the motor vehicle according to the invention which have features as they have already been described in connection with the further developments of the camera device according to the invention. For this reason, the relevant further Formations of the motor vehicle according to the invention are not described again here.
  • the invention also includes the combinations of the features of the described embodiments.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an advantageous embodiment of a camera device for capturing an enlarged field of view with only one image capturing device
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of an alternative embodiment of the camera device
  • Fig. 3 is a schematic representation of a further alternative configuration from the camera device.
  • the exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention.
  • the described components of the embodiments each represent individual features of the invention to be considered independently of one another, which further develop the invention in each case also independently of one another. Therefore, the disclosure is also intended to include combinations of the features of the embodiments other than those illustrated.
  • the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention already described.
  • the same reference symbols denote functionally identical elements.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of a camera device 10 which is used to generate one or more images of a Environment with only one image capturing device 12 has an enlarged field of view FOV.
  • the image acquisition device 12 is shown in FIG. 1 as an image sensor such as a CCD or a CMOS sensor.
  • the image capture device 12 is preceded by a deflection unit 11.
  • the deflection unit 11 thus represents the imaging optics, ie the lens, of the camera device 10.
  • the deflection unit 11 is a wide-angle or multi-view lens based on holographic-optical elements (HOE), that is, deflecting structures that are integrated into a suitable Substrate are incorporated, designed as sometimesge generating optics.
  • HOE holographic-optical elements
  • An FIOE is a well-known optical component that uses the physical effect of diffraction to direct light, e.g. similar to a lens or a mirror.
  • an HOE has the advantage that, depending on a configuration of the deflection structure, it can deflect or deflect the light angle-selectively and / or wavelength-selectively.
  • an HOE in contrast to a lens, can have a particularly large detection range or viewing angle of up to 170 degrees. This means that light that falls on the HOE at a steep or acute angle in relation to a surface of the HOE can also be deflected.
  • the deflecting structure of an HOE can also be incorporated into a glass plate or film a few millimeters thick, in a particularly space-saving manner, with little effort.
  • These properties of an HOE are now used in order to be able to capture the enlarged field of view FOV, preferably with a viewing angle greater than 60 degrees, in particular greater than 100 degrees, preferably between 0 degrees and 170 degrees, with only one image acquisition device 12, without imaging errors on the or the resulting images.
  • the deflection unit 11 according to FIG. 1 now comprises several such deflection structures or HOEs. This divides the entire field of view FOV into several individual visual areas or angle of incidence areas T1, T2, T3.
  • a partial area of the field of view FOV is thus recorded in each case by these angle of incidence areas T1, T2, T3.
  • the angle of incidence ranges can slightly overlap.
  • the angle of incidence ranges T1, T2, T3 as shown in FIG. 1 can, however, also directly adjoin one another.
  • the angle of incidence regions T1, T2, T3 capture separate regions in the vicinity. That is to say, the angle of incidence ranges T1, T2, T3 cannot abut or overlap one another.
  • the deflection unit 11 comprises a light guide medium 20 which is designed as a light guide.
  • the light guide medium 20 is shown in Fig. 1 as a glass plate or glass pane. Alternatively, all other types of materials that have light-guiding properties, such as plastic, are also conceivable in order to provide the light-guiding medium 20.
  • a coupling-in region 21 and a coupling-out region 22 are arranged on the light-conducting medium 20. Coupling area 21 and decoupling area 22 are arranged along a direction of longitudinal extent of the light guide medium 20 separately from one another on different sides or surfaces of the light guide medium 20.
  • the coupling area in FIG. 1 has three coupling-in deflection structures 23, 24, 25 or HOEs. These are planar, that is, in a plane next to one another in relation to a direction of incidence of the light from the environment and thus form the coupling-in area 21.
  • Each of the coupling-in deflection structures 23, 24, 25 is designed to absorb light of a predetermined spectral range, which is composed of a nem of the respectively predetermined angle of incidence ranges T1, T2, T3 falls from the surroundings onto the respective deflecting structure 23, 24, 25, deflecting it in such a way that it is coupled into the light guide medium 20.
  • Each of the deflecting structures 23, 24, 25 is formed with respect to a different union spectral range and angle of incidence range T1, T2, T3 selectively.
  • the first coupling-in deflection structure 23 for red light can be in a spectral range of approximately 470 nanometers to 780 nanometers and the incident angle range T1 can be selectively formed with a detection angle of 55 degrees.
  • the second deflection structure 24 can, for example, be selectively designed for green light in a spectral range of approximately 490 nanometers to 570 nanometers and the angle of incidence range T2 with a detection angle of 55 degrees.
  • each of the outcoupling deflection structures 26, 27, 28 is assigned to one of the in-coupling deflection structures 23, 24, 25.
  • “assigned” means that each of the outcoupling deflection structures 26, 27, 28 is selective with respect to the same spectral range as in each case one of the in-coupling deflection structures 23, 24, 25.
  • the second outcoupling deflection structure 27 is assigned to the second in-coupling deflection structure 24, so that only light that was detected by the second in-coupling deflection structure 24 is decoupled from the light guide medium 20 via the second out-coupling deflection structure 27.
  • the third outcoupling deflection structure 28 is assigned to the third in-coupling deflection structure 25, so that only light that was detected by the third in-coupling deflection structure 25 is decoupled from the light guide medium 20 via the third out-coupling deflection structure 28.
  • the respective deflection structures are formed in separate elements from the light guide medium 20.
  • the deflection structures could also be incorporated directly into a surface or a volume of the light guide medium 20, that is to say, for example, exposed or etched in.
  • the image capturing device 12 is arranged on the coupling-out region 22.
  • the image capturing device 12 in FIG. 1 also has three different capturing areas 13, 14, 15 through which the decoupled light is captured. That is to say, each of the deflecting structures 26, 27, 28 to be coupled out is assigned to a respective detection area 13, 14, 15 of the image detection device 12.
  • the respective detection area 13, 14, 15 thus only detects the decoupled light that was decoupled from the light guide medium 20 by the respectively assigned decoupling deflection structure 26, 27, 28.
  • the image capturing device 12 can then generate image data from the captured light.
  • a separate image data set is preferably generated for each detection area 13, 14, 15.
  • the image capturing device 12 can thus, according to the embodiment shown in FIG. 1, three areas according to the spectrum and angle of incidence T1, T2, T3 separate image data sets generated by. These image data sets can then either be used as separate single images of the surroundings or, as shown in FIG. 2, be calculated by a computing device 30 to form a common image U of the surroundings.
  • the coupling-in deflection structures 23, 24, 25 and the outcoupling deflection structures 26, 27, 28 with the image capture device 12 are on different optical axes A and A '.
  • This equalization of the optical axes A and A ' results from the fact that HOEs act transparently for all non-associated wavelengths and angle of incidence ranges. That is to say, light which has a different spectral range than the specified and which strikes the respective deflection structure from a different angle of incidence range T1, T2, T3 than the preceding one, does not is distracted. Without an offset of the optical axes A and A ', the image capturing device 12 would thus be superimposed with light or scattered light transmitted by the deflecting structures 23, 24, 25 that are coupled in.
  • a surface of the light guide medium 20, outside of the sections that include the coupling area 21 and the decoupling area 22, has a protective layer.
  • This protective layer is designed to avoid the transmission of light from the environment through the light guide medium 20.
  • the coupling-in deflection structures 23, 24, 25 are arranged here one after the other in series with respect to a direction of incidence of the light L1, L2, L3 from the surroundings.
  • the surfaces of the coupling structures from 23, 24, 25 overlap in particular completely.
  • the deflecting structures 23, 24, 25 to be coupled in can preferably be incorporated into a common substrate, for example by multiple exposure.
  • the deflecting structures 23, 24, 25 to be coupled in can also be incorporated in a plurality of substrates or elements, which are then arranged in a sandwich construction, stacked on top of one another.
  • FIG. 2 the generation of an image U with an enlarged field of view FOV by means of the camera device 10 can now be described again.
  • the light that falls onto the coupling region 21 from the environment in order to generate the image U is shown schematically in FIG. 2 as individual light components or light rays L1, L2, L3.
  • a light beam L1 which has a wavelength in the red light range and falls, for example, within the angle of incidence range T1 on the coupling-in area 21, is coupled by the first coupling-in deflection structure 23 into the light guide medium 20 and transmitted there to the coupling-out area by means of internal reflection.
  • the image acquisition device 12 is arranged on the decoupling area 22, the first detection area 13 thereof resting against the first deflection structure 26 to be decoupled.
  • the decoupled light beam L1 can now be detected via the first detection area 13 and the image detection device 12 can generate the image data B1 from the light beam L1 detected by the first detection area 13.
  • the image data B2 and B3 can each be generated by light beams L2 and L3, which have a wavelength in the green light range or in the blue light range and each strike the second or third coupling-in deflection structure 24, 24 in a corresponding angle of incidence range T2, T3.
  • the individual image data B1, B2, B3 can then be combined by a computing device 30, which is also part of the camera device 10, to form the image U of the surroundings.
  • the computing device 30 can then, for example, control a control signal S for a display device 40, such as a display in the multimedia interface of a motor vehicle, so that the image U, which shows the enlarged field of view FOV, is displayed to a user or driver of the motor vehicle.
  • Fig. 3 shows an alternative embodiment of the camera device 10.
  • the coupling area 21 and the image capturing device 12 are arranged opposite one another on different surfaces of the light guide medium 20, their surfaces completely overlapping.
  • the light guide medium 20 thus serves as a carrier medium for the coupling area 21 and the image capturing device 12.
  • the light guide medium 20 in this embodiment is penetrated by the coupled light L1, L2, L3.
  • the light L1, L2, L3 is penetrated by the coupled light L1, L2, L3.
  • each of the three capture areas 13, 14, 15 of the image capture device 12 according to the respectively assigned arranged coupling-in deflection structure 23, 24, 25 be designed to be wavelength-selective and angle-selective.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kameravorrichtung (10) mit einem vergrößerten oder weitwinkligen Sichtfeld (FOV), von beispielsweise 165 Grad, zum Erzeugen eines oder mehrerer Abbilder (U) einer Umgebung zeitgleich mit nur einer Bilderfassungseinrichtung (12), wie zum Beispiel einem Bildsensor. Dazu nutzt die Kameravorrichtung (10) eine Umlenkeinheit (11), welche der Bilderfassungseinrichtung (12) vorgeschaltet ist. Die Umlenkeinheit (11) weist dabei sogenannte holografische-optische Elemente auf, die aufgrund ihrer Ablenkstrukturen (23, 24, 25, 26, 27, 28) ausgebildet sind, Licht umzulenken oder abzulenken, damit die Kameravorrichtung (10) das weitwinklige Sichtfeld (FOV), ohne Abbildungsfehler auf dem oder den resultierenden Abbildern zu erzeugen, erfassen kann. Dazu sind die Ablenkstrukturen (23, 20 24, 25, 26, 27, 28) wellenlängenselektiv und/oder winkelselektiv ausgebildet. Das gesamte Sichtfeld (FOV) wird somit durch die Eigenschaften der Ablenkstrukturen (23, 24, 25, 26, 27, 28) in einzelne Einfallswinkelbereiche (T1, T2, T3) unterteilt.

Description

Kameravorrichtung zum Erzeugen eines Abbilds einer Umgebung
BESCHREIBUNG: Die Erfindung betrifft eine Kameravorrichtung zum Erzeugen wenigstens eines Abbilds einer Umgebung. Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Kameravorrichtung.
Eine herkömmliche Kamera oder Kameravorrichtung, wie beispielsweise eine Foto- oder Videokamera, weist zum Erzeugen eines Abbilds einer Um gebung in der Regel einen Bildsensor und eine davor angeordnete abbilden de Optik auf. Die abbildende Optik wird auch als Objektiv bezeichnet und besteht meist aus einer Linse oder einem Linsensystem mit mehreren Lin sen. Sie dient zum Bündeln des Lichts aus der Umgebung und somit zum fokussierten Lenken oder Umlenken des Lichts auf den Bildsensor, sodass ein gewünschtes Objekt aus der Umgebung scharf auf dem Bildsensor ab gebildet wird. Eine Auslegung des Bildsensors, insbesondere dessen Di mensionierung oder Sensorgröße, und/oder einer Brennweite des Objektivs legen dabei einen Sichtbereich oder ein Sichtfeld (field of view; FOV) und somit einen Sichtwinkel der Kamera fest. Mit Sichtfeld ist dabei der Bereich in der Umgebung gemeint, der von der Kamera erfasst und auf dem Bildsensor abgebildet werden kann.
Aus der US 2008/0180537 A1 ist zum Beispiel ein Kamerasystem bekannt, das eine Orientierungseinrichtung aufweist, durch die ein Nutzer das Sicht feld einer Kamera identifizieren kann.
Weiterhin ist aus der US 2018/0338089 A1 ein Kameramodul für eine norma le und eine Infrarotfotografie offenbart. Um die Qualität eines resultierenden Abbilds der Umgebung zu verbessern, ist hier vorgesehen, dass ein Sicht- Winkel, also das Sichtfeld des Kameramoduls während des normalen Foto- grafierens eingeschränkt wird.
Für Virtual-Reality oder Augmented-Reality Anwendungen sowie in Kraft fahrzeugen sind jedoch immer öfter weitwinklige Kamerasysteme, insbeson dere Kameras mit einem Sichtfeld oder Sichtwinkel größer 60 Grad, gefor dert. Dadurch soll ein möglichst großer Bereich in der Umgebung abgedeckt oder erfasst werden. Dazu werden häufig sogenannte Weitwinkelobjektive genutzt. Diese haben jedoch den Nachteil, dass sie relativ groß sind und eine ausgeprägt gekrümmte Linse aufweisen. Dadurch kann es insbesonde re an den Rändern des Sichtfelds zu ungewollten Reflexionen des Lichts aus der Umgebung an der Linse kommen, wodurch das Sichtfeld eingeschränkt werden würde. Außerdem entstehen hierbei häufig starke optische Verzer rungen, zum Beispiel eine Barrel Distortion oder eine chromatische Aberrati on, die zu Bildfehlern auf dem resultierenden Abbild führen können.
Alternativ zu einer Kamera mit Weitwinkelobjektiv könnten zum Erfassen eines möglichst großen Sichtfelds auch mehrere Einzelkameras verwendet werden. Diese können entsprechend nebeneinander angeordnet werden, sodass deren Sichtfelder aneinander angrenzen und sich beim Zusammen setzen der Einzelbilder oder Einzelaufnahmen ein Abbild mit einem großen Sichtfeld ergibt. Nachteilig an dieser Methode ist jedoch, dass eine Mehrzahl an Einbauorten für die Einzelkameras gegeben sein muss. Zudem müssen Einzelbilder synchronisiert oder genau zeitgleich aufgenommen werden, damit das vergrößerte Sichtfeld erfasst werden kann. Durch Nutzen vieler Einzelkameras erhöhen sich außerdem die Kosten eines derartigen Kame rasystems.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kameravorrichtung bereitzu stellen, die ein kostengünstiges Aufnehmen eines Abbilds einer Umgebung mit einem vergrößerten Sichtfeld ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentan sprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüchen, die folgende Beschreibung sowie die Figuren offenbart.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine entsprechende Kamera vorrichtung mittels holografisch-optischer Elemente (HOE) bereitgestellt werden kann. Ein HOE kann nämlich die optische Funktion eines herkömmli chen Objektivs, also eines Linsensystems vollständig oder teilweise nachbil den. Das heißt, mit dem HOE kann Licht aus der abzubildenden Umgebung zu der Bilderfassungseinrichtung, also beispielsweise dem Bildsensor, umge lenkt oder abgelenkt werden. Zum Ablenken oder Um lenken des Lichts weist ein HOE dabei eine Ablenkstruktur, zum Beispiel in Form eines optischen Gitters, auf. HOEs haben dabei den Vorteil, dass sie je nach Ausgestaltung der Ablenkstruktur für unterschiedliche Wellenlängen und/oder unterschiedli che Einfallswinkelbereiche selektiv oder sensitiv ausgebildet sein können. Sie sind also winkelselektiv und/oder wellenlängenselektiv. Die Eigenschaft der Wellenlängenselektivität von HOEs ist beispielsweise auch aus der JP 40 866 617 A bekannt. In der vorliegenden Erfindung werden nun zwei oder mehrere solcher HOEs, die jeweils für unterschiedliche Einfallswinkel bereiche selektiv sind, genutzt, um das Sichtfeld der Kameravorrichtung zu vergrößern. Das vergrößerte Sichtfeld der Kameravorrichtung setzt sich somit aus den Einfallswinkelbereichen also den einzelnen Sichtbereichen der HOEs zusammen. Die Herstellung und Funktion eines HOEs ist im späteren Verlauf noch einmal genauer erklärt.
Zum Erzeugen des wenigstens einen Abbilds der Umgebung weist die Ka meravorrichtung ein Lichtleitmedium, zum Beispiel eine Platte oder Scheibe aus Glas oder Kunststoff, welches als Lichtleiter ausgebildet ist. An dem Lichtleitmedium sind, vorzugsweise entlang einer Längserstreckungsrichtung des Lichtleitmediums, ein Einkoppelbereich und ein Auskoppelbereich ange ordnet. Der Einkoppelbereich weist wenigstens zwei einkoppelnde Ab lenkstrukturen, also beispielsweise zwei der genannten HOEs auf, von de nen jede ausgebildet ist, Licht eines vorgegebenen Spektralbereichs, das aus einem jeweils vorgegebenen Einfallswinkelbereich aus der Umgebung auf die jeweilige Ablenkstruktur fällt, in das Lichtleitmedium einzukoppeln. Jede der Ablenkstrukturen ist dabei gegenüber einem zu den anderen Ab lenkstrukturen unterschiedlichen Spektralbereich und Einfallswinkelbereich selektiv oder sensitiv ausgebildet. Das Lichtleitmedium übernimmt dann die Funktion des Weiterleitens des eingekoppelten Lichts. Das Lichtleitmedium ist dabei ausgebildet, das eingekoppelte Licht mittels interner Reflexion von dem Einkoppelbereich an den Auskoppelbereich zu übertragen. Analog zu dem Einkoppelbereich weist auch der Auskoppelbereich wenigstens zwei auskoppelnde Ablenkstrukturen auf. Die wenigstens zwei auskoppelnden Ablenkstrukturen sind dazu ausgebildet, das von jeweils einer der einkop pelnden Ablenkstrukturen eingekoppelte Licht des vorgegebenen Spektralbe reichs, das auf die jeweilige auskoppelnde Ablenkstruktur fällt, aus dem Lichtleitmedium auszukoppeln. Jede der auskoppelnden Ablenkstrukturen ist dabei bevorzugt jeweils einer der einkoppelnden Ablenkstrukturen zugeord net. Das heißt, sie koppeln nur das von der jeweils zugeordneten einkop pelnden Ablenkstruktur aus. Entsprechend sind die wenigstens zwei auskop pelnden Ablenkstrukturen in vorteilhafter Weise gegenüber denselben Spekt ralbereichen selektiv oder sensitiv, wie die wenigstens zwei einkoppelnden Ablenkstrukturen.
Das Lichtleitmedium mit dem Einkoppelbereich und dem Auskoppelbereich kann folglich als Umlenkeinheit für das Licht aus der Umgebung verstanden werden. Durch die versetzte Anordnung des Einkoppelbereichs und des Auskoppelbereichs ergibt sich somit ein Versatz einer optischen Achse des eingekoppelten Lichts und des ausgekoppelten Lichts.
Zum Erfassen des durch die Umlenkeinheit umgelenkten Lichts ist zudem noch die zuvor genannte Bilderfassungseinrichtung vorgesehen. Diese ist an dem Auskoppelbereich angeordnet. Die Bilderfassungseinrichtung kann beispielsweise als Bildsensor, wie ein CCD- oder CMOS-Sensor ausgebildet sein. Alternativ kann die Bilderfassungseinrichtung auch als herkömmliche Kamera mit einem Objektiv ausgebildet sein. Die Umlenkeinheit ist somit der Bilderfassungseinrichtung vorgeschaltet. Zum Erfassen des ausgekoppelten Lichts weist die Bilderfassungseinrichtung wenigstens zwei Erfassungsberei che auf. Die wenigstens zwei Erfassungsbereiche sind insbesondere jeweils einer der wenigstens zwei auskoppelnden Ablenkstrukturen zugeordnet. Somit ist jeder dieser Erfassungsbereiche ausgebildet, das von jeweils einer der auskoppelnden Ablenkstrukturen ausgekoppelte Licht zu erfassen und die Bilderfassungseinrichtung ist ausgebildet, aus dem erfassten Licht Bild daten zu erzeugen. Für jeden der Erfassungsbereiche kann also ein separa ter Bilddatensatz von der Bilderfassungseinrichtung erzeugt werden. Die Bilddaten oder Bilddatensätze unterscheiden sich dabei in ihren Spektralbe reichen und Einfallswinkelbereichen. Aus diesen Bilddaten kann anschlie ßend das wenigstens eine gewünschte Abbild der Umgebung, das heißt, ein oder mehrere Abbilder der Umgebung erzeugt oder breitgestellt werden.
Zusammengefasst wird also eine Kameravorrichtung vorgeschlagen, mit eine Weitwinkelaufnahme oder mehrere einzelne Aufnahme mit unterschiedlichen Sichtbereichen aus einer Umgebung zeitgleich erfasst werden können. Die beschreibende Umlenkeinheit kann somit eine Art Weitwinkel- oder Multi- View-Spezialobjektiv basierend auf holografisch-optischen Elementen als bildgebende Optik darstellen. Somit kann die Kameravorrichtung zum Erfas sen eines möglichst großen Sichtfelds besonders kostengünstig bereitgestellt werden.
Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzli che Vorteile ergeben.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kameravorrichtung wei terhin eine Recheneinrichtung aufweist, die ausgebildet ist, aus den erzeug ten Bilddaten jeweils separate Abbilder bereitzustellen. Das heißt, die ge nannte Umlenkeinheit ist somit als Multi-View-Objektiv ausgebildet. Dadurch können mit der Kameravorrichtung können mehrere Aufnahmebereiche oder Sichtfelder aufgenommen werden. Je Bilddatensatz wird somit ein Abbild der Umgebung erzeugt. Die Abbilder unterscheiden sich dabei zumindest teil weise in ihrem dargestellten Sichtfeld. Somit kann mit nur einer Kameravor richtung, das heißt insbesondere mit nur einer Bilderfassungseinrichtung mit wenig Bauraumbedarf und kostengünstig eine Kameravorrichtung, die meh rere Aufnahmebereiche (Multi View) oder Sichtfelder erfassen kann, bereit gestellt werden. Die Einzelabbilder können dabei als Farbbilder entspre chend ihres jeweiligen Spektralbereich oder als schwarz-weiß Bilder oder Graustufenbilder bereitgestellt werden.
In einer zusätzlichen oder alternativen Ausführungsform dazu ist vorgese hen, dass die Recheneinrichtung der Kameravorrichtung ausgebildet ist, aus den erzeugten Bilddaten ein gemeinsames Abbild der Umgebung bereitzu stellen. Das heißt, die genannte Umlenkeinheit kann ein Weitwinkelobjektiv basierend auf HOEs bilden. Das Sichtfeld der Kameravorrichtung kann dabei aus den einzelnen Sichtbereichen, die durch die Winkelselektivität der Ab lenkstrukturen bereitgestellt sind, zusammengesetzt werden. Dabei können sich die Sichtbereichen, also auch die Einfallswinkelbereiche, zumindest teilweise überlappen. Durch die Bilderfassungseinrichtung können somit die verschiedenen Bilddaten oder Bilddatensätze, die in Abhängigkeit von den Einfallswinkelbereichen und jeweils unterschiedlichen Sichtbereichen erzeugt wurden, zusammengefügt und daraus ein gemeinsames Abbild der Umge bung berechnet werden. Das gemeinsame Abbild der Umgebung kann be vorzugt als schwarz-weiß Bild oder Graustufenbild bereitgestellt werden.
In den folgenden Ausführungsformen ist nun eine Ausgestaltung der Ab lenkstrukturen und damit auch die Herstellung und Funktion von HOEs näher beschrieben.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass als jeweilige Ablenkstruktur zumindest ein optisches Gitter, insbesondere ein holografisches Oberflächengitter oder ein holografisches Volumengitter, bereitgestellt ist.
Ein Optisches Gitter, auch Beugungsgitter genannt, sowie dessen Wir kungsweise und Herstellungsverfahren ist allgemein bekannt. Grundsätzlich kann ein optisches Gitter als zumindest abschnittsweise periodische Struktu ren, sogenannte Gitterstrukturen, in einem Substrat ausgebildet sein. Mittels der Gitterstruktur kann ein optisches Gitter durch den physikalischen Effekt der Beugung eine Lichtlenkung, wie sie zum Beispiel von Spiegeln, Linsen oder Prismen bekannt ist, herbeiführen. Fällt Licht, das heißt fallen Licht strahlen auf das optische Gitter, wobei die einfallenden Lichtstrahlen insbe sondere die Bragg-Gleichung erfüllen, werden die Lichtstrahlen durch das optische Gitter gebeugt oder abgelenkt. Die Lichtlenkung kann somit insbe sondere durch Interferenzerscheinungen der durch das optische Gitter ge beugten Lichtstrahlen erfolgen. Die Ablenkstruktur des Einkoppelbereichs oder Auskoppelbereichs kann dementsprechend auch als Beugungsstruktur bezeichnet werden.
Vorzugsweise kann ein optisches Gitter gegenüber dem einfallenden Licht richtungsselektiv oder winkelselektiv ausgebildet sein. Somit kann nur Licht, insbesondere ein Anteil des Lichts, das aus einer vorbestimmten Einfallsrich tung, zum Beispiel in einem vorbestimmten Winkel, auf ein optisches Gitter fällt, abgelenkt werden. Licht, insbesondere ein Anteil des Lichts, das aus einer anderen Richtung auf das optische Gitter fällt, wird vorzugsweise nicht abgelenkt oder umso weniger, je größer der Unterschied zur vorbestimmten Einfallsrichtung ist. Der Lichtanteil, welcher von der vorbestimmten Einfalls richtung oder Optimaleinfallsrichtung abweicht, kann folglich vorzugsweise ungehindert durch das Substrat mit dem optischen Gitter propagieren.
Zusätzlich oder alternativ kann ein optisches Gitter noch wellenlängenselek tiv oder frequenzselektiv ausgebildet sein. Somit kann nur Licht, insbesonde re ein erster Anteil des Lichts mit einer vorbestimmten Wellenlänge von dem optischen Gitter in einem bestimmten Beugungswinkel abgelenkt oder ge beugt werden. Licht, insbesondere ein zweiter Anteil des Lichts mit einer anderen als der vorbestimmten Wellenlänge wird vorzugsweise nicht abge lenkt, oder umso weniger je größer der Unterschied zur vorbestimmten Wel lenlänge ist. Der zweite Lichtanteil, welcher von der vorbestimmten Wellen länge oder Optimalwellenlänge abweicht, kann folglich vorzugsweise unge hindert durch das Substrat mit dem optischen Gitter propagieren. Dadurch kann beispielsweise von polychromatischem Licht, welches auf das optische Gitter trifft, wenigstens ein monochromatischer Lichtanteil abgespaltet wer den. In vorteilhafter Weise ist der Ablenkeffekt für die Optimalwellenlänge maximal und fällt zu längeren und kürzeren Wellenlängen hin, beispielsweise gemäß einer Gaußglocke, ab oder wird schwächer. Insbesondere wirkt der Ablenkeffekt nur auf einen Bruchteil des sichtbaren Lichtspektrums und/oder in einem Winkelbereich kleiner als 90 Grad.
Eine Herstellung eines optischen Gitters kann insbesondere mittels Belich tung eines Substrats, also beispielsweise fotolithografisch oder holografisch, erfolgen. In diesem Zusammenhang kann das optische Gitter dann auch als holografisches oder holografisch-optisches Gitter bezeichnet werden. Es sind zwei Arten von holografisch-optischen Gittern bekannt: holografische Ober flächengitter (surface holografic gratings, kurz: SHG) und holografische Vo lumengitter (volume holografic gratings, kurz: VHG). Bei einem holografi schen Oberflächengitter kann die Gitterstruktur durch optisches Verformen einer Oberflächenstruktur des Substrats erzeugt werden. Durch die verän derte Oberflächenstruktur kann auftreffendes Licht abgelenkt, zum Beispiel reflektiert werden. Beispiele für holografische Oberflächengitter sind soge nannte Sägezahn- oder Blazegitter. Im Gegensatz dazu kann die Gitterstruk tur bei holografischen Volumengittern in das ganze Volumen oder einen Teilbereich des Volumens des Substrats eingearbeitet sein. Holografische Oberflächengitter und holografische Volumengitter sind in der Regel fre quenzselektiv. Es sind jedoch auch optische Gitter bekannt die polychromati sches Licht beugen können. Diese werden als holografische Mehrfachvolu mengitter (multiplexed volume holografic gratings, kurz: MVHG) bezeichnet und können beispielsweise durch Verändern der Periodizität der Gitterstruk tur eines optischen Gitters oder durch Anordnen mehrerer holografisches Volumengitter hintereinander hergestellt werden.
Als Material für das besagte Substrat zum Einarbeiten eines optischen Git ters eignet sich besonders ein Polymer, insbesondere ein Fotopolymer, oder eine Folie, insbesondere eine fotosensitive Folie, zum Beispiel aus Kunststoff oder organischen Stoffen. Zur Verwendung derartiger Substrate für die fle xible Kameravorrichtung, sollte zusätzlich beachtet werden, dass das Materi al, insbesondere in Substratform, flexible und lichtwellenleitende Eigenschaf ten aufweist. Substrate die eine Ablenkstruktur zum Beugen von Licht, bei- spielsweise in Form eines optischen Gitters aufweisen, können auch als holografisch-optische Elemente (HOE) bezeichnet werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ablenkstrukturen einstückig mit dem Lichtleitmedium ausgebildet sind. Die wenigstens zwei einkoppelnden und die wenigstens zwei auskoppelnden Ablenkstrukturen können somit beispielsweise direkt in eine Oberflächenstruktur oder ein Vo lumen des Lichtleitmediums eingearbeitet sein. Das heißt, die jeweilige Ab lenkstruktur kann beispielsweise in eine Oberfläche des Lichtleitmediums geätzt oder gelasert sein. Somit kann das Lichtleitmedium selbst als HOE ausgebildet sein.
Eine alternative Ausführungsform hierzu sieht vor, dass die Ablenkstrukturen in wenigstens einem separaten Element zu dem Lichtleitmedium ausgebildet sind. Das heißt, die einkoppelnden Ablenkstrukturen, die auskoppelnden Ablenkstrukturen und das Lichtleitmedium können in separaten Substraten oder Elementen ausgebildet sein. Zum Beispiel können die einkoppelnden Ablenkstrukturen ein erstes Element bilden, die auskoppelnden Ablenkstruk turen können ein zweites Element bilden und das Lichtleitmedium kann ein drittes Element bilden, an welchem das erste und das zweite Element anlie- gen. Somit können die Ablenkstrukturen in wenigstens einem HOE ausgebil det sein. Beispielsweise können die einkoppelnden und auskoppelnden Ab lenkstrukturen in unterschiedlichen Abschnitten einer holografischen Folie oder Platte ausgebildet sein. Zum Befestigen der Folie oder Platte an dem Lichtleitmedium kann die Folie oder Platte an das Trägermedium angeklebt sein. Alternativ kann die holografischen Folie auch als Adhäsionsfolie ausge bildet sein und direkt, also ohne Klebstoff, durch molekulare Kräfte an der Oberfläche des Lichtleitmediums haften.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die einkoppelnden Ablenkstrukturen seriell nacheinander in Bezug auf eine Einfallsrichtung des Lichts ausgebildet sind. Mit anderen Worten können die einkoppelnden Ab lenkstrukturen übereinander gestapelt angeordnet sein, wobei ihre Flächen bevorzugt vollständig überlappen. Alternativ dazu ist in einer weiteren Aus- führungsform vorgesehen, dass die einkoppelnden Ablenkstrukturen flächig nebeneinander in dem Einkoppelbereich ausgebildet sind. Anders ausge drückt, können die einkoppelnden Ablenkstrukturen in einer Ebenen neben einander angeordnet sein, wobei ihren Flächen bevorzugt nicht überlappen.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass jede der einkop pelnden Ablenkstrukturen eine Fläche aufweist, die größer ausgebildet ist als eine jeweilige Fläche der wenigstens zwei auskoppelnden Ablenkstrukturen. Somit kann auch der Einkoppelbereich eine größere Fläche aufweisen als der Auskoppelbereich. Bevorzugt kann eine Fläche der jeweiligen einkop pelnden Ablenkstruktur um einen Faktor 2 größer sein als eine Fläche der jeweiligen auskoppelnden Ablenkstruktur.
Zum Ablenken des Lichts aus der Umgebung kann der Einkoppelbereich hierbei als jeweilige einkoppelnde Ablenkstruktur eine Bündelungsstruktur aufweisen. Mittels dieser Bündelungsstruktur kann das aus der Umgebung auftreffende Licht gebündelt über das Lichtleitmedium zu dem Auskoppelbe reich umgelenkt werden. Das jeweilige optische Gitter der jeweiligen aus koppelnden Ablenkstruktur kann entsprechend als Bündelungsgitter ausge bildet sein. Anders ausgedrückt ist in einer weiteren Ausführungsform jede der einkoppelnden Ablenkstrukturen als optisches Gitter mit einer Bünde lungsgitterstruktur ausgebildet. Durch die Bündelungsgitterstruktur werden Lichtstrahlen des umzulenkenden Lichts, das aus der Umgebung auf die jeweilige einkoppelnde Ablenkstruktur trifft, in Abhängigkeit von einem Ein fallsort unterschiedlich stark abgelenkt. Somit bündelt oder fokussiert die jeweilige einkoppelnde Ablenkstruktur die Lichtstrahlen zu der jeweiligen auskoppelnden Ablenkstruktur hin. Bevorzugt kann weiterhin der Auskoppel bereich als jeweilige auskoppelnde Ablenkstruktur eine Zerstreuungsstruktur aufweisen. Mittels dieser kann das gebündelte Licht, insbesondere ein Strah len des durch die jeweilige einkoppelnde Ablenkstruktur gebündelte Licht, insbesondere ein Strahlengang des Lichts, bei Ablenken an der Zerstreu ungsstruktur, aus dem Trägermedium heraus parallelisiert oder begradigt werden, um von der Bilderfassungseinrichtung erfasst zu werden. Das opti sche Gitter der jeweiligen auskoppelnden Ablenkstruktur kann somit entspre- chend als Zerstreuungsgitter ausgebildet sein. Anders ausgedrückt, ist in dieser Ausführungsform vorgesehen, dass die wenigstens zwei auskoppeln den Ablenkstrukturen als optisches Gitter mit einer Zerstreuungsgitterstruktur ausgebildet sind. Durch die Zerstreuungsgitterstruktur werden Lichtstrahlen des eingekoppelten Lichts, das auf die jeweilige auskoppelnde Ablenkstruk tur trifft, in Abhängigkeit von einem Einfallsort unterschiedlich stark abge lenkt. Dadurch parallelisiert die jeweilige auskoppelnde Ablenkstruktur die Lichtstrahlen zum Erfassen durch die Bilderfassungseinrichtung. Die Licht strahlen verlaufen somit zum Erfassen durch die Bilderfassungseinrichtung parallel zueinander.
Somit ergibt sich eine Lichtbündelung des Lichts aus der Umgebung, sodass eine Lichtintensität, welche auf den Bildsensor der Bilderfassungseinrichtung trifft, erhöht werden kann.
Zum Realisieren eines Bündelungsgitters oder eines Zerstreuungsgitters kann beispielsweise eine inhomogene Gitterstruktur, insbesondere eine abschnittsweise aperiodische Gitterstruktur in das beschriebene Substrat eingearbeitet sein. Alternativ können auch mehrere Beugungsgitter mit glei cher oder unterschiedlichen Gitterstrukturen nebeneinander oder hinterei nander angeordnet oder geschaltet sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Bilderfassungs einrichtung zum Erfassen des ausgekoppelten Lichts einen Farbbildsensor aufweist. Anders ausgedrückt kann die Bilderfassungseinrichtung eine Farb filtereinheit aufweisen mit der das erfasste Licht nach Wellenlängen oder Spektralbereichen getrennt werden kann. Die Farbfiltereinrichtung kann beispielsweise nach dem Bayer-Prinzip oder dem Foveon-Prinzip funktionie ren. Der Farbbildsensor ist somit insbesondere als Bayer-Sensor oder Fove- on-X3-Sensor ausgestaltet.
Die Erfindung betrifft auch eine alternative Ausgestaltung der Kameravorrich tung zum Erzeugen wenigstens eines Abbilds einer Umgebung, umfassend ein Lichtleitmedium an welchem gegenüberliegend an unterschiedlichen Oberflächen ein Einkoppelbereich und eine Bilderfassungseinrichtung ange ordnet sind. Der Einkoppelbereich weist dabei, wie zuvor beschrieben, we nigstens zwei einkoppelnde Ablenkstrukturen auf, von denen jede ausgebil det ist, Licht eines vorgegebenen Spektralbereichs, das aus einem jeweils vorgegebenen Einfallswinkelbereich aus der Umgebung auf die jeweilige Ablenkstruktur fällt, in das Lichtleitmedium einzukoppeln, wobei die einkop pelnden Ablenkstrukturen gegenüber unterschiedlichen Spektralbereichen und Einfallswinkel-bereichen selektiv sind. Das Lichtleitmedium ist ausgebil det, das eingekoppelte Licht von dem Einkoppelbereich an die Bilderfas sungseinrichtung zu übertragen. Die Bilderfassungseinrichtung weist wenigs tens zwei Erfassungsbereiche auf, von denen jede ausgebildet ist, das von jeweils einer der einkoppelnden Ablenkstrukturen eingekoppelte Licht des vorgegebenen Spektralbereichs, das auf den jeweiligen Erfassungsbereich fällt, nach Einfallswinkelbereichen getrennt zu erfassen und die Bilderfas sungseinrichtung ist ausgebildet, daraus Bilddaten zu erzeugen. Somit ergibt sich eine besonders kompakte Ausgestaltung der Kameravorrichtung.
Das Lichtleitmedium kann somit als Trägereinheit oder Trägermedium, also zum Tragen oder Halten des Einkoppelbereichs der Bilderfassungseinrich tung ausgebildet sein. Einkoppelbereich und Bilderfassungseinrichtung sind dabei gegenüberliegend an dem Lichtleitmedium angeordnet, wobei sich ihre jeweiligen Flächen vorzugsweise vollständig überlappen. Das eingekoppelte Licht kann somit das Lichtleitmedium, ohne intern reflektiert zu werden, durchstrahlen und zum Erfassen auf die Bilderfassungseinrichtung treffen. Somit kann das Lichtleitmedium ausgebildet sein, von dem eingekoppelte Licht durchstrahlt zu werden, und insbesondere das eingekoppelte Licht an die Bilderfassungseinrichtung weiterzuleiten. Die jeweilige Ablenkstruktur dient in dieser Ausgestaltung also dem Umlenken oder Ablenken von Licht aus dem jeweiligen Einfallswinkelbereich in eine Einfallsrichtung für die Bil derfassungseinrichtung. Zum Beispiel kann das Licht von einem in Bezug auf eine Senkrechte auf eine Oberfläche des Lichtleitmediums 45 Grad Winkel auf einen 0 Grad Winkel (Senkrecht zur Oberfläche) zum Erfassen durch die Bilderfassungseinrichtung abgelenkt werden. Wie zuvor beschrieben, wird Licht, das einen anderen als den jeweils vorge gebenen Spektralbereich aufweist und aus einem anderen als dem vorge gangen Einfallswinkelbereich auf die jeweilige Ablenkstruktur trifft, weniger oder nicht abgelenkt wird und transmittiert somit vorzugsweise ungehindert durch das Lichtleitmedium. Dieses vorzugsweise unabgelenkte Licht kann auch als Streulicht bezeichnet werden. Um nun ein Erfassen von Streulicht in dieser Ausgestaltung der Kameravorrichtung durch die Bilderfassungsein richtung zu vermeiden, kann die Bilderfassungseinrichtung beziehungsweise deren Erfassungsbereiche ebenfalls winkelselektiv und wellenlängenselektiv ausgebildet sein. Zum Realisieren der Wellenlängenselektivität kann die Bilderfassungseinrichtung eine Farbfiltereinheit, wie sie zum Beispiel von einem Bayer-Sensor oder einem anderen Farbbildsensor bekannt ist, umfas sen. Zum Realisieren der Winkelselektivität kann die Bilderfassungseinrich tung eine Blendeneinheit umfassen. Das heißt, die Erfassungsbereiche kön nen zum Beispiel durch eine geeignete Anordnung von Blenden in Lichtein fallsrichtung voneinander getrennt sein. Durch die Anordnung von Blenden kann somit vermeiden werden, dass das Licht das für einen der Erfassungs bereiche bestimmt ist, als Streulicht zu einem anderen der Erfassungsberei che gelangt. Es können auch andere geeignete Maßnahmen zum Unterdrü cken des Streulichts genutzt werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer Kameravorrichtung wie sie zuvor beschrieben wurde. Dabei ist das Lichtleitmedium als eine Fenster scheibe des Kraftfahrzeugs, das heißt, zum Beispiel als eine Windschutz scheibe, eine Seitenscheibe, oder eine Heckscheibe des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwa gen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kameravorrichtung be schrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiter- bildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschrie- benen Ausführungsformen.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Flierzu zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer vorteilhaften Ausgestal tung einer Kameravorrichtung zum Erfassen eines vergrößerten Sichtfelds mit nur einer Bilderfassungseinrichtung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausgestaltung der Kameravorrichtung; und
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren alternativen Aus gestaltung der Kameravorrichtung. Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispie len stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschrie benen Merkmale der Erfindung ergänzbar. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Kameravorrichtung 10, die zum Erzeugen eines oder mehrerer Abbilder einer Umgebung mit nur einer Bilderfassungseinrichtung 12 ein vergrößertes Sichtfeld FOV aufweist. Die Bilderfassungseinrichtung 12 ist in Fig.1 als Bildsensor, wie beispielsweise ein CCD oder ein CMOS-Sensor, dargestellt. Zum Erfassen des vergrößerten Sichtfelds FOV ist der Bilderfassungseinrich tung 12 eine Umlenkeinheit 11 vorgeschaltet. Die Umlenkeinheit 11 stellt somit die abbildende Optik, also das Objektiv, der Kameravorrichtung 10 dar. Insbesondere ist die Umlenkeinheit 11 als Weitwinkel- oder Multi-View- Objektiv basierend auf holografisch-optischen Elementen (HOE), also Ab lenkstrukturen, die in ein geeignetes Substrat eingearbeitet sind, als bildge bende Optik ausgebildet.
Ein FIOE ist ein bekanntes optisches Bauelement, das den physikalischen Effekt der Beugung nutzt, um eine Lichtlenkung, z ähnlich wie beispielsweise eine Linse oder ein Spiegel, herbeizuführen. Ein HOE hat jedoch den Vorteil, dass es abhängig von einer Ausgestaltung der Ablenkstruktur das Licht win kelselektiv und/oder wellenlängenselektiv ablenken oder umlenken kann. Außerdem kann ein HOE im Gegensatz zu einer Linse einen besonders großen Erfassungsbereich oder Sichtwinkel von bis zu 170 Grad aufweisen. Das heißt, auch Licht, das bezogen auf eine Oberfläche des HOE in einem steilen oder spitzen Winkel auf das HOE fällt, kann umgelenkt werden. Wei terhin kann die Ablenkstruktur eines HOE zudem mit wenig Aufwand beson ders platzsparend zum Beispiel in eine wenige Millimeter dünne Glasplatte oder eine Folie eingearbeitet sein. Diese Eigenschaften eines HOE werden nun genutzt, um mit nur einer Bilderfassungseinrichtung 12 das vergrößerte Sichtfeld FOV, bevorzugt mit einen Sichtwinkel größer 60 Grad, insbesonde re größer 100 Grad, vorzugsweise zwischen 0 Grad und 170 Grad erfassen zu können, ohne dass Abbildungsfehler auf dem oder den resultierenden Abbildern entstehen. Dazu umfasst die umfasst die Umlenkeinheit 11 gemäß Fig. 1 nun mehrere solcher Ablenkstrukturen oder HOEs. Durch diese wird das gesamte Sichtfeld FOV in mehrere einzelne Sichtbereiche oder Einfalls winkelbereiche T1 , T2, T3 eingeteilt. Durch diese Einfallswinkelbereiche T1 , T2, T3 wird somit jeweils ein Teilbereich des Sichtfelds FOV erfasst. Bevor zugt können sich die Einfallswinkelbereiche dabei leicht überlappen. Alterna- tiv können die Einfallswinkelbereiche T1, T2, T3 wie in Fig. 1 gezeigt, aber auch direkt aneinander angrenzen.
In einer vorteilhaften in der Fig. 1 nicht gezeigten Ausgestaltung der Kame ravorrichtung 10, kann auch vorgesehen sein, dass die Einfallswinkelberei che T1, T2, T3 getrennte Bereiche in der Umgebung erfassen. Das heißt, die Einfallswinkelbereiche T1, T2, T3 können nicht aneinander anliegen oder überlappen.
Im Folgenden ist nun ein Aufbau der Umlenkeinheit 11 gemäß Fig.1 kurz beschrieben. Die Umlenkeinheit 11 umfasst ein Lichtleitmedium 20, welches als Lichtleiter ausgebildet ist. Das Lichtleitmedium 20 ist in Fig. 1 als Glas platte oder Glasscheibe dargestellt. Alternativ sind auch alle andere Arten von Materialien, die lichtleitende Eigenschaften aufweisen, wie beispielswei se Kunststoff, denkbar, um das Lichtleitmedium 20 bereitzustellen. An dem Lichtleitmedium 20 sind ein Einkoppelbereich 21 und ein Auskoppelbereich 22 angeordnet. Einkoppelbereich 21 und Auskoppelbereich 22 sind dabei entlang einer Längserstreckungsrichtung des Lichtleitmediums 20 getrennt voneinander an unterschiedlichen Seiten oder Oberflächen des Lichtleitme diums 20 angeordnet.
Zum Einkoppeln des Lichts aus der Umgebung weist der Einkoppelbereich in Fig. 1 drei einkoppelnde Ablenkstrukturen 23, 24, 25 oder HOEs auf. Dieses sind flächig, das heißt, in einer Ebene nebeneinander in Bezug auf eine Einfallsrichtung des Lichts aus der Umgebung angeordnet und bilden so den Einkoppelbereich 21. Jede der einkoppelnden Ablenkstrukturen 23, 24, 25 ist dazu ausgebildet, Licht eines vorgegebenen Spektralbereichs, das aus ei nem der jeweils vorgegebenen Einfallswinkelbereiche T1, T2, T3 aus der Umgebung auf die jeweilige Ablenkstruktur 23, 24, 25 fällt, derart abzulen ken, dass es in das Lichtleitmedium 20 eingekoppelt wird. Jede der einkop pelnden Ablenkstrukturen 23, 24, 25 ist dabei gegenüber einem unterschied lichen Spektralbereich und Einfallswinkelbereich T1, T2, T3 selektiv ausge bildet. Zum Beispiel kann die erste einkoppelnde Ablenkstruktur 23 für rotes Licht in einem Spektralbereich von etwa 470 Nanometer bis 780 Nanometer und den Einfallswinkelbereich T1 mit einem Erfassungswinkel von 55 Grad selektiv ausgebildet sein. Entsprechend kann die zweite Ablenkstruktur 24 beispielsweise für grünes Licht in einem Spektralbereich von etwa 490 Na nometer bis 570 Nanometer und den Einfallswinkelbereich T2 mit einem Erfassungswinkel 55 Grad selektiv ausgebildet sein. Die dritte Ablenkstruktur
25 kann hingegen für blaues Licht in einem Spektralbereich von etwa 430 Nanometer bis 490 Nanometer und den Einfallswinkelbereich T3 mit einem Erfassungswinkel von 55 Grad selektiv ausgebildet sein. Zusammengesetzt würde sich für die Kameravorrichtung 10 gemäß Fig. 1 somit ein Sichtfeld FOV von 165 Grad ergeben.
Nachdem das Licht durch die einkoppelnden Ablenkstrukturen 23, 24, 25 in das Lichtleitmedium 20 eingekoppelt wurde, wird es von dem Lichtleitmedi um 20 mittels interner Reflexion, insbesondere Totalreflexion, an den Aus koppelbereich 22 übertragen. Dabei ist jede der auskoppelnden Ablenkstruk turen 26, 27, 28 jeweils einer der einkoppelnde Ablenkstrukturen 23, 24, 25 zugeordnet. Mit „zugeordnet“ ist in diesem Zusammenhang gemeint, dass jede der auskoppelnden Ablenkstrukturen 26, 27, 28 gegenüber demselben Spektralbereich selektiv ist, wie jeweils eine der einkoppelnden Ablenkstruk turen 23, 24, 25. Zum Beispiel kann die erste auskoppelnde Ablenkstruktur
26 der ersten einkoppelnden Ablenkstruktur 23 zugeordnet sein. Über die erste auskoppelnde Ablenkstruktur wird also nur das Licht, das von ersten einkoppelnden Ablenkstruktur 23 erfasst wurde, aus dem Lichtleitmedium wieder ausgekoppelt. Analog ist beispielsweise die zweite auskoppelnde Ablenkstruktur 27 der zweiten einkoppelnden Ablenkstruktur 24 zugeordnet, sodass nur Licht, dass von der zweiten einkoppelnden Ablenkstruktur 24 erfasst wurde, über die zweite auskoppelnde Ablenkstruktur 27 aus dem Lichtleitmedium 20 ausgekoppelt wird. Entsprechend ist die dritte auskop pelnde Ablenkstruktur 28 der dritten einkoppelnden Ablenkstruktur 25 zuge ordnet, sodass nur Licht, das von der dritten einkoppelnden Ablenkstruktur 25 erfasst wurde, über die dritte auskoppelnde Ablenkstruktur 28 aus dem Lichtleitmedium 20 ausgekoppelt wird. In Fig. 1 sind die jeweiligen Ablenkstrukturen in separaten Elementen zu dem Lichtleitmedium 20 ausgebildet. Alternativ könnten die Ablenkstrukturen jedoch auch direkt in eine Oberfläche oder ein Volumen des Lichtleitmedi ums 20 eingearbeitet, also beispielsweise einbelichtet oder eingeätzt sein.
An dem Auskoppelbereich 22 ist schließlich die Bilderfassungseinrichtung 12 angeordnet. Entsprechend der drei auskoppelnden Ablenkstrukturen 26, 27, 28 weist auch die Bilderfassungseinrichtung 12 in Fig. 1 drei unterschiedliche Erfassungsbereiche 13, 14, 15 auf, durch die das ausgekoppelte Licht er fasst wird. Das heißt, jeder der auskoppelnden Ablenkstrukturen 26, 27, 28 ist jeweils einem Erfassungsbereich 13, 14, 15 der Bilderfassungseinrichtung 12 zugeordnet. Der jeweilige Erfassungsbereich 13, 14, 15 erfasst somit nur das ausgekoppelte Licht, das von der jeweils zugeordneten auskoppelnden Ablenkstruktur 26, 27, 28 aus dem Lichtleitmedium 20 ausgekoppelt wurde. Aus dem erfassten Licht kann die Bilderfassungseinrichtung 12 dann Bildda ten erzeugen. Für jeden Erfassungsbereich 13, 14, 15 wird dabei bevorzugt ein separater Bilddatensatz erzeugt. Da die Ablenkstrukturen 23, 24, 25, 26, 27, 28 das Licht aus der Umgebung nach Wellenlängen und Einfallswinkel bereichen T1, T2, T3 trennen, kann die Bilderfassungseinrichtung 12 somit gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel drei nach Spektralbe reich und Einfallswinkelbereich T1, T2, T3 getrennte Bilddatensätze durch erzeugt. Diese Bilddatensätze können dann entweder als separate Einzelab bildern der Umgebung genutzt werden oder, wie in Fig. 2 gezeigt, von einer Recheneinrichtung 30 zu einem gemeinsamen Abbild U der Umgebung ver rechnet werden.
Wie in Fig. 1 gezeigt, liegen die einkoppelnden Ablenkstrukturen 23, 24, 25 und die auskoppelnden Ablenkstrukturen 26, 27, 28 mit der Bilderfassungs einrichtung 12 auf unterschiedlichen optischen Achsen A und A‘. Diese Ent zerrung der optischen Achsen A und A‘ ergibt sich aus dem Umstand, dass HOEs für alle nicht zugehörigen Wellenlängen und Einfallswinkelbereiche transparent wirken. Das heißt, Licht, das einen anderen als den vorgegebe nen Spektralbereich aufweist und aus einem anderen als dem vorgegangen Einfallswinkelbereich T1, T2, T3 auf die jeweilige Ablenkstruktur trifft, nicht abgelenkt wird. Ohne Versatz der optischen Achsen A und A’ würde die Bilderfassungseinrichtung 12 somit mit durch die einkoppelnden Ablenkstruk turen 23, 24, 25 transmittiertem Licht oder Streulicht überlagert werden. Um das Erfassen von Streulicht aus der Umgebung durch die Bilderfassungsein richtung 12 zudem zu vermeiden, kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass eine Oberfläche des Lichtleitmediums 20, außerhalb der Abschnit te die den Einkoppelbereich 21 und den Auskoppelbereich 22 umfassen, eine Schutzschicht aufweist. Diese Schutzschicht ist dazu ausgebildet, das Transmittieren von Licht aus der Umgebung durch das Lichtleitmedium 20 hindurch zu vermeiden.
Fig. 2 zeigt nun eine alternative Ausgestaltung der Umlenkeinheit 11. Anstatt flächig nebeneinander sind die einkoppelnden Ablenkstrukturen 23, 24, 25 hier seriell in Bezug auf eine Einfallsrichtung des Lichts L1, L2, L3 aus der Umgebung nacheinander angeordnet. Die Flächen der einkoppelnden Ab lenkstrukturen 23, 24, 25 überlappen sich dabei insbesondere vollständig. Bevorzugt können die einkoppelnden Ablenkstrukturen 23, 24, 25 beispiels weise durch Mehrfachbelichtung in ein gemeinsames Substrat eingearbeitet sein. Alternativ können die einkoppelnden Ablenkstrukturen 23, 24, 25 auch in mehreren Substraten oder Elementen eingearbeitet sein, die anschließend in Sandwichbauweise gestapelt aufeinander angeordnet werden.
Anhand von Fig. 2 lässt sich nun auch noch einmal das Erzeugen einer Ab bildung U mit einem vergrößerten Sichtfeld FOV mittels der Kameravorrich tung 10 beschreiben. Das Licht, dass zum Erzeugen des Abbilds U aus der Umgebung auf den Einkoppelbereich 21 fällt ist dabei in Fig. 2 schematisch als einzelne Lichtanteile oder Lichtstrahlen L1 , L2, L3 dargestellt. Ein Licht strahl L1 der eine Wellenlänge im Rotlichtbereich aufweist und zum Beispiel innerhalb des Einfallswinkelbereichs T1 auf den Einkoppelbereich 21 fällt, wird dabei von der ersten einkoppelnden Ablenkstruktur 23 in das Lichtleit medium 20 eingekoppelt und dort mittels interner Reflexion an den Auskop pelbereich übertragen. Die der ersten einkoppelnden Ablenkstruktur 23 zu geordnete auskoppelnde erste Ablenkstruktur 26 ist ebenfalls für Licht mit einer Wellenlänge im Rotlichtbereich selektiv, sodass der Lichtstrahl L1 über die erste auskoppelnde Ablenkstruktur 26 aus dem Lichtleitmedium 20 aus gekoppelt wird. An dem Auskoppelbereich 22 ist dabei die Bilderfassungsein richtung 12 angeordnet, wobei deren erster Erfassungsbereich 13 an der ersten auskoppelnden Ablenkstruktur 26 anliegt. Über den ersten Erfas sungsbereich 13 kann der ausgekoppelte Lichtstrahl L1 nun erfasst werden und die Bilderfassungseinrichtung 12 kann aus dem von dem ersten Erfas sungsbereich 13 erfassten Lichtstrahl L1 die Bilddaten B1 erzeugen. Analog können zum Beispiel die Bilddaten B2 und B3 jeweils durch Lichtstrahlen L2 und L3 erzeugt werden, die eine Wellenlänge im Grünlichtbereich oder im Blaulichtbereich aufweisen und jeweils in einem entsprechenden Einfallswin kelbereich T2, T3 auf die zweite oder dritte einkoppelnde Ablenkstruktur 24, 24 treffen. Die einzelnen Bilddaten B1 , B2, B3 können anschließend von einer Recheneinrichtung 30, die ebenfalls Teil der Kameravorrichtung 10 ist, zu dem Abbild U der Umgebung zusammengeführt werden. Die Rechenein richtung 30 kann dann beispielsweise ein Steuersignal S für eine Anzeigeein richtung 40, wie beispielsweise ein Display im Multimediainterface eines Kraftfahrzeugs ansteuern, sodass einem Nutzer oder Fahrer des Kraftfahr zeugs das Abbild U, durch das das vergrößerte Sichtfeld FOV dargestellt ist, angezeigt wird.
Fig. 3 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Kameravorrichtung 10. Hier bei sind der Einkoppelbereich 21 und die Bilderfassungseinrichtung 12 ge genüberliegend an unterschiedlichen Oberflächen des Lichtleitmediums 20 angeordnet, wobei sich ihre Flächen vollständig überlappen. Das Lichtleit medium 20 dient somit als Trägermedium für den Einkoppelbereich 21 und die Bilderfassungseinrichtung 12. Anstelle des Weiterleitens mittels interner Reflexion, wird das Lichtleitmedium 20 in dieser Ausgestaltung von dem eingekoppelten Licht L1 , L2, L3 durchstrahlt. Somit kann das Licht L1 , L2,
L3, bevorzugt ohne umgelenkt zu werden, von dem Einkoppelbereich 21 an die Bilderfassungseinrichtung 12 übertragen oder weitergeleitet werden. Um in dieser Ausgestaltung das Überlagern von Licht L1 , L2, L3 unterschiedli cher Wellenlängen oder Einfallswinkelbereiche T1 , T2, T3 auf der Bilderfas sungseinrichtung 12, ist vorgesehen, dass jeder der drei Erfassungsbereiche 13, 14, 15 der Bilderfassungseinrichtung 12 entsprechend der jeweils zuge- ordneten einkoppelnden Ablenkstruktur 23, 24, 25 wellenlängenselektiv und winkelselektiv ausgebildet sein.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie eine Multi-View-Kamera mit HOEs reali- siert werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
Kameravorrichtung (10) zum Erzeugen wenigstens eines Abbilds (U) einer Umgebung, umfassend ein Lichtleitmedium (20), welches als Lichtleiter ausgebildet ist, und an welchem ein Einkoppelbereich (21) und ein Auskoppelbereich (22) an geordnet sind, und eine Bilderfassungseinrichtung (12), die an dem Auskoppelbereich (22) angeordnet ist, wobei der Einkoppelbereich (21) wenigstens zwei einkoppelnde Ablenkstruk turen (23, 24, 25) aufweist, von denen jede ausgebildet ist, Licht (L1, L2, L3) eines vorgegebenen Spektralbereichs, das aus einem jeweils vorgegebenen Einfallswinkelbereich (T1, T2, T3) aus der Umgebung auf die jeweilige Ablenkstruktur (23, 24, 25) fällt, in das Lichtleitmedium (20) einzukoppeln, wobei die einkoppelnden Ablenkstrukturen (23, 24, 25) gegenüber unterschiedlichen Spektralbereichen und Einfallswinkel bereichen (T1, T2, T3) selektiv sind, das Lichtleitmedium (20) ausgebildet ist, das eingekoppelte Licht (L1, L2, L3) mittels interner Reflexion, von dem Einkoppelbereich (21) an den Auskoppelbereich (22) zu übertragen, der Auskoppelbereich (22) wenigstens zwei auskoppelnde Ablenkstruk turen (26, 27, 28) aufweist, von denen jede ausgebildet ist, das von je weils einer der einkoppelnden Ablenkstrukturen (23, 24, 25) eingekop pelte Licht (L1 , L2, L3) des vorgegebenen Spektralbereichs, das auf die jeweilige Ablenkstruktur (26, 27, 28) fällt, aus dem Lichtleitmedium (20) auszukoppeln, und die Bilderfassungseinrichtung (12) wenigstens zwei Erfassungsbereiche (13, 14, 15) aufweist, von denen jeder ausgebildet ist, das von jeweils einer der auskoppelnden Ablenkstrukturen (26, 27, 28) ausgekoppelte Licht (L1, L2, L3), zu erfassen und die Bilderfassungseinrichtung (12) ist ausgebildet, daraus Bilddaten (B1, B2, B3) zu erzeugen.
Kameravorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Kameravorrichtung (10) weiterhin eine Recheneinrichtung (30) aufweist, die ausgebildet ist, aus den erzeugten Bilddaten (B1, B2, B3) jeweils separate Abbilder (U) bereitzustellen.
3. Kameravorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kameravorrichtung (10) weiterhin eine Recheneinrichtung (30) aufweist, die ausgebildet ist, aus den erzeugten Bilddaten (B1, B2,
B3) ein gemeinsames Abbild (U) bereitzustellen.
4. Kameravorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als jeweilige Ablenkstruktur (23, 24, 25, 26, 27, 28) zumindest ein optisches Gitter, insbesondere ein holografisches Oberflächengitter o- der ein holografisches Volumengitter, bereitgestellt ist.
5. Kameravorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ablenkstrukturen (23, 24, 25, 26, 27, 28) einstückig mit dem Lichtleitmedium (20) ausgebildet sind, oder die Ablenkstrukturen (23,
24, 25, 26, 27, 28) in wenigstens einem separaten Element zu dem Lichtleitmedium (20) ausgebildet sind.
6. Kameravorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die einkoppelnde Ablenkstrukturen (23, 24, 25) seriell nachei nander in Bezug auf eine Einfallsrichtung des Lichts (L1, L2, L3) oder flächig nebeneinander in dem Einkoppelbereich (21) ausgebildet sind.
7. Kameravorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der einkoppelnden Ablenkstrukturen (23, 24, 25) eine Flä che aufweist, die größer ausgebildet ist als eine Fläche jeweils zuge ordneten auskoppelnden Ablenkstruktur (26, 27, 28).
8. Kameravorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der einkoppelnden Ablenkstrukturen (23, 24, 25) als opti sches Gitter mit einer Bündelungsgitterstruktur ausgebildet ist, welche Lichtstrahlen des umzulenkenden Lichts (L1, L2, L3), das aus der Um gebung auf die jeweilige einkoppelnde Ablenkstruktur (23, 24, 25) trifft, in Abhängigkeit von einem Einfallsort unterschiedlich stark abgelenkt, sodass die einkoppelnde Ablenkstruktur (23, 24, 25) die Lichtstrahlen (L1 , L2, L3) zu der jeweils zugeordneten auskoppelnden Ablenkstruktur (26, 27, 28) hin bündelt und jede der auskoppelnden Ablenkstrukturen (26, 27, 28) als optisches Gitter mit einer Zerstreuungsgitterstruktur ausgebildet ist, welche Lichtstrahlen des eingekoppelten Lichts (L1 , L2, L3), das auf die jeweilige auskoppelnde Ablenkstruktur (26, 27, 28) trifft in Abhängigkeit von einem Einfallsort unterschiedlich stark abgelenkt, sodass die auskoppelnde Ablenkstruktur (26, 27, 28) die Lichtstrahlen zum Erfassen durch die Bilderfassungseinrichtung (12) parallelisiert.
9. Kameravorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bilderfassungseinrichtung (12) zum Erfassen des ausgekop pelten Lichts (L1 , L2, L3) einen Farbbildsensor aufweist.
10. Kameravorrichtung (10) zum Erzeugen wenigstens eines Abbilds (U) einer Umgebung, umfassend ein Lichtleitmedium (20) an welchem gegenüberliegend an unterschied lichen Oberflächen ein Einkoppelbereich (21) und eine Bilderfassungs einrichtung (12) angeordnet sind, wobei der Einkoppelbereich (21) wenigstens zwei einkoppelnde Ablenkstruk turen (23, 24, 25) aufweist, von denen jede ausgebildet ist, Licht (L1 , L2, L3) eines vorgegebenen Spektralbereichs, das aus einem jeweils vorgegebenen Einfallswinkelbereich (T1, T2, T3) aus der Umgebung auf die jeweilige Ablenkstruktur (23, 24, 25) fällt, in das Lichtleitmedium (20) einzukoppeln, wobei die einkoppelnden Ablenkstrukturen (23, 24, 25) gegenüber unterschiedlichen Spektralbereichen und Einfallswinkel bereichen (T1, T2, T3) selektiv sind, das Lichtleitmedium (20) ausgebildet ist, das eingekoppelte Licht (L1, L2, L3) von dem Einkoppelbereich (21) an die Bilderfassungseinrich tung (12) zu übertragen, und die Bilderfassungseinrichtung (12) wenigstens zwei Erfassungsbereiche (13, 14, 15) aufweist, von denen jede ausgebildet ist, das von jeweils einer der einkoppelnden Ablenkstrukturen (23, 24, 25) eingekoppelte Licht (L1 , L2, L3) des vorgegebenen Spektralbereichs, das auf den je- weiligen Erfassungsbereich (13, 14, 15) fällt, nach Einfallswinkelberei chen (T1, T2, T3) getrennt zu erfassen und die Bilderfassungseinrich tung (12) ist ausgebildet, daraus Bilddaten (B1, B2, B3) zu erzeugen. 11. Kraftfahrzeug mit einer Kameravorrichtung (10) nach einem der vorher gehenden Ansprüche, wobei das Lichtleitmedium (20) als eine Fenster scheibe des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.
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