Die Erfindung betrifft ein optisches Modul mit multifokaler Abbildung bzw. mit multifokaler Optik, zur Abbildung zweier optischer Entfernungsbereiche auf einem Bildaufnahmeelement, insbesondere eines Fern- und eines Nahbereichs. Ein betreffendes optisches Modul kommt insbesondere in einer Fahrzeugkamera zum Einsatz.

Fahrerassistenzsysteme in Kraftfahrzeugen verwenden häufig ein Kamerasystem, beispielsweise zur Erkennung verschiedenster Objekte im Umfeld des Fahrzeugs oder zur Regenerkennung auf der Fahrzeugscheibe.

Das Kamerasystem ist dabei in der Regel hinter der Windschutzscheibe des Fahrzeugs angeordnet und blickt in Fahrtrichtung durch diese hindurch. Beispiele hierfür sind Fahrzeugkamerae zur Erkennung der Fahrbahnmarkierungen, Nachtsichtkameras oder Stereokamerae als optische Abstandesensoren. Um gleichzeitig unterschiedliche Funktionen mit nur einer Kamera erfüllen zu können, werden teilweise zusätzliche Elemente in den optischen Pfad, d.h. in den Strahlengang des in die Kamera einfallenden Lichts bzw. der elektromagnetischen Strahlung, eingebracht. Die zusatzlichen Elemente erlauben es mit nur einem in der Kamera angeordneten Bildaufnahmeelement, z.B. einem CMOS- oder CCD-Bildchip, gleichzeitig zwei unterschied iche Entfernungsbereiche abzubilden. Zum Stand der Technik gehören inzwischen verschiedene Kamerasysteme in Kraftfahrzeugen, die sowohl Fahrerassistenzfunktionen durch Objekterkennung in einem optischen Fernbereich (z.B. Verkehrszeichen-, Fußgänger-, Fahrspur oder Lichtquellenerkennung) als auch eine Objekterkennung in einem optischen Nahbereich (z.B. Regenerkennung auf einer Windschutzscheibe) ermöglichen. Die DE 10 2008 062 977 AI zeigt beispielsweise ein optisches Modul mit einem Halbleiterelement als Bildaufnahmeelement, umfassend eine für elektromagnetische Strahlung sensitive Fläche, und einem Objektiv zum Projizieren elektromagnetischer Strahlung auf die sensitive Fläche des Halbleiterelemente. In einem definierten Teilvolumen im Raum zwischen dem Objektiv und der sensitiven Fläche des Halbleiterelements ist ein zusätzliches optisches Element angeordnet, so dass durch das zusätzliche optische Element in einem ersten Bereich der sensitiven Fläche des Halbleiterelements ein erster Entfernungsbereich abgebildet wird und in einem zweiten Bereich des Sichtbereichs, in dem sich das zusätzliche optische Element nicht befindet, ein zweiter Entfernungsbereich abgebildet wird. Weiterhin wird beschrieben, wie mit einem derartigen System eine Regenerkennung als Fahrerassistenzfunktion umgesetzt werden kann, nämlich indem die bifokale Optik genutzt wird, um gleichzeitig Strahlen aus einem Fernbereich und Strahlen aus einem Nahbereich an unterschiedlichen Stellen auf dem Halbleiterelement scharf (d.h. fokussiert) abzubilden. Im Falle der Regenerkennung als Fahrerassistenzfunktion handelt es sich bei dem Nahbereich um ein Teilbereich der Windschutzscheibe des Fahrzeugs.

Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Systemen, mit einem zusätzlichen optischen Element zur Abbildung zweier Entfernungsbereiche auf einem Bildaufnahmeelement, ist das optische Element in der Regel rechteckig ausgebildet, z.B. als Olasplättchen. Das optische Element ist dann derart über dem Bildaufnahmeelement angeordnet, dass es sich nur über einem bestimmten Bereich des Bildaufnahmeelements befindet bzw. erstreckt, so dass zwei getrennte rechteckförmige Erfassungsbereiche auf dem Bildaufnahmeelement festgelegt werden. In der Regel wird ein schmaler Streifen im obersten oder untersten Teil der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements zur Abbildung eines Nahbereiche genutzt, wahrend der restliche Teil zur Beobachtung eines Fernbereichs dient. Nachteilig bei derartigen Systemen ist jedoch, dass diese Einteilung der sensitiven Fläche in der Regel nicht den Anforderungen unterschiedlicher Fahrerassistenzfunktionen, wie beispielsweise Regenerkennung, Fahrspurerkennung,

Objekterkennung und Verkehrezeichenerkennung gerecht wird.

Es kann beispielsweise wünschenswert sein, die für elektromagnetische Strahlung sensitive Fläche eines Bildaufnahmeelemente flexibler aufzuteilen und komplexere Aufteilungen der Bereiche der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements vorzunehmen.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Lösung anzugeben, mit der die für elektromagnetische Strahlung sensitive Fläche eines Bildaufnahmeelements zur Abbildung unterschiedlicher Entfemungsbereiche flexibler genutzt und beispielsweise an die jeweiligen Anforderungen unterschiedlicher Fahrerassistenzfunktionen angepasst werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein optisches Modul mit den Merkmalen nach Anspruch l gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Heiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.

Das erfindungsgemäße optische Modul umfasst wenigstens ein Bildaufnahmeelement, mit einer für elektromagnetische Strahlung sensitiven Fläche, und mindestens ein optisches Element, das im Strahlengang, der auf die sensitive Fläche des Bildaufnahmeelemente auftreffenden elektromagnetischen Strahlung, angeordnet ist. Das optische Element ist dabei insbesondere derart ausgestaltet und im Strahlengang angeordnet, so dass in einem ersten Bereich der sensitiven Flache des Bildaufnahmeelements elektromagnetische Strahlung aus einem ersten Entfernungsbereich und in einem zweiten Bereich der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelemente elektromagnetische Strahlung aus einem zweiten Entfernungsbereich abgebildet wird. Die Abbildung der beiden Entfernungsbereiche erfolgt dabei vorzugsweise gleichzeitig und bildscharf, d.h. fokussiert. Das optische Element ist weiterhin vorzugsweise derart ausgestaltet und angeordnet, dass die elektromagnetische Strahlung aus dem ersten Entfernungsbereich durch das optische Element tritt, wohingegen die elektromagnetische Strahlung aus dem zweiten En femungsbereich nicht durch das optische Element tritt. Das optische Element bzw. dessen Profil ist dazu, bevorzugt senkrecht zur optischen Achse des optischen Module, mit wenigstens einem ausgesparten Teilbereich ausgestaltet, durch den die elektromagnetische Strahlung aus dem zweiten Entfemungsbereich tritt. Das optische Element kann ferner derart ausgebildet sein, dass es für die elektromagnetische Strahlung aus dem ersten Entfernungsbereich eine Verlängerung oder eine Verkürzung deren optischen Wegs bewirkt und insbesondere bildscharf auf der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements projiziert bzw. abbildet.

Unter der optischen Achse kann insbesondere die optische Achse eines Abbildungssystems verstanden werden, in welches das optische Modul integriert ist, beispielsweise die optische Achse eines Objektivs, hinter dem das optische Modul angeordnet ist. In der Regel entspricht die optische Achse einer Oeraden, die senkrecht zur sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements verläuft sowie vorzugsweise dessen Mittelpunkt schneidet. Das optische Element kann erfindungsgemäß mit einem, insbesondere senkrecht zur optischen Achse des optischen Moduls, rechteckigen Profil ausgestaltet sein. Das rechteckige Profil weist dabei vorzugsweise wenigstens einen ausgesparten Teilbereich auf.

Der wenigstens eine ausgesparte Teilbereich des optischen Elements kann, insbesondere wenn das optische Element mit einem rechteckigen Profil ausgebildet ist, ebenfalls rechteckig ausgestaltet und beispielsweise in der Mitte an einer Außenkante des optischen Elements angeordnet sein.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des optischen Moduls, ist der wenigstens eine auegesparte Teilbereich des optischen Elements derart ausgebildet, dass er senkrecht zur optischen Achse des optischen Moduls ein Profil aufweist, das von der Form eines Rechtecks abweicht, wobei in vorteilhafter Weise flexibel auf die Anforderungen eines oder mehrerer Fahrerassistenzfunktionen eingegangen werden kann, die mittels des optischen Moduls realisiert werden sollen und komplexe Aufteilungen der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements vorgenommen werden können.

Die Abbildung zweier Entfernungsbereiche auf der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelement kann insbesondere zur Umsetzung zumindest zweier unterschiedlicher Fahrerassistenzfunktionen mittels des optischen Moduls dienen, beispielsweise wenn das optische Modul in einem Fahrzeug als Umgebungssensor eingesetzt wird und die mittels des optischen Moduls aus der Umgebung gewonnen Bilddaten von einem oder mehreren Fahrerassistenzsystemen im Fahrzeug zur Umsetzung von Assistenzfunktionen weiterverarbeitet bzw. weiterverwendet werden. Der wenigstens eine ausgesparte Teilbereich des optischen Elements kann grundsätzlich beliebig ausgebildet sein. Besondere voreilhaft ist es, wenn der wenigstens eine ausgesparte Teilbereich des optischen Elemente dabei in Abhängigkeit eines für die jeweilige Fahrerassistenzfunktion erforderlichen horizontalen und/oder vertikalen Beobachtungsbzw, öffnungewinkels ausgestaltet ist. Es kann beispielsweise wünschenswert sein, sowohl einen breiten unteren Bereich als auch die seitlichen Bereiche der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements zur Abbildung von elektromagnetischer Strahlung aus einem optischen Fernbereich zu verwenden, beispielsweise zur Verkehrszeichen-, Objekt- und Fahrspurerkennung und hingegen nur einen sehr kleinen Bereich, beispielsweise an der oberen Kante der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelemente, zur Abbildung von elektromagnetischer Strahlung aus einem optischen Nahbereich, beispielsweise zur Abbildung der Windschutzscheibe des Fahrzeugs und zum Zwecke der Regenerkennung.

Der wenigstens eine ausgesparte Teilbereich des optischen Elements kann weiterhin in vorteilhafter Heise, insbesondere bei Anordnung in einem Fahrzeug, an die jeweiligen Betriebsbedingungen angepaest ausgestaltet sein, beispielsweise bei Anordnung hinter der Windschutzscheibe des Fahrzeugs an den Neigungswinkel der Scheibe.

Bevorzugt handelt es sich bei einem der Entfernungsbereiche, insbesondere beim ersten Entfernungebereich um einen optischen Fernbereich, und bei dem anderen Entfernungebereich, insbesondere beim zweiten Entfernungebereich, um einen optischen Nahbereich. Bei Anordnung bzw. bei Verwendung des optischen Moduls in einem Fahrzeug kann es sich bei dem optischen Fernbereich beispielsweise um einen Umgebungsbereich des Fahrzeugs, beispielsweise um die in Fahrtrichtung vorausliegenden Fahrzeugumgebung, und bei dem optischen Nahbereich beispielsweise um einen Bereich des Fahrzeuginnenraums und/oder der Fahrzeugscheibe handeln.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemaßen optischen Moduls handelt es sich bei dem optischen Element um ein Glasplattchen, das insbesondere planparallel und transparent ausgestaltet ist. Das planparallele transparente Glasplattchen kann insbesondere aus hochwertigem Bor-Kronglas, Borosilikatglas oder dergleichen hergestellt sein. Entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführungeform kann die planparallele Platte aus transparentem Kunststoff hergestellt sein, beispielsweise aus Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat (PMMA) .

Weitere Vorteile sowie optionale Ausgestaltungen des erfindungsgemaßen optischen Moduls gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Ausführungebeispiele sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung naher erläutert.

Es zeigt

Figur 1 : eine Kameravorrichtung hinter einer Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, in der ein erfindungsgemaßes optisches

Modul angeordnet ist.

Figur 2: ein optisches Modul mit multifokaler Optik, wie aus dem Stand der Technik bekannt.

Figur 3: ein erfindungsgemaßes optisches Modul mit einem optischen Element, das ein rechteckiges Profil sowie einen, in der Mitte einer Außenkante angeordneten, ausgesparten Teilbereich aufweist.

Figur 4: ein erfindungsgemaßes optisches Modul mit einem optischen Element, das ein rechteckiges Profil sowie einen ausgesparten Teilbereich aufweist, dessen Form von der Form eines Rechtecks abweicht.

Figur 5: ein erfindungsgemäßes optisches Modul mit einem optischen Element, das einen ausgesparten Teilbereich aufweist, der in Abhängigkeit der Neigung einer Fahrzeugscheibe ausgestaltet ist.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Kameravorrichtung, die hinter einer Windschutzscheibe (5) eines Fahrzeugs und in der ein erfindungsgemaßes optisches Modul angeordnet ist. Dargestellt ist der Strahlengang von elektromagnetischer Strahlung (8,9) für einen ersten (8) und einen zweiten (9) Entfernungsbereich, die durch ein Objektiv (1) mit der Hauptebene (2) auf der sensitiven Fläche eines Bildaufnahmeelements (4) abgebildet werden. Dargestellt ist weiterhin das Sichtfeld (10) und eine Streulichtblende (7) der Kameravorrichtung sowie die optische Achse (15) der Kameravorrichtung, die in diesem Fall der optischen Achse (15) des optischen Module entspricht.

Der Parallelversatz beim Strahlengang durch die Windschutzscheibe (5) ist in der schematischen Darstellung in Fig. 1 nicht berücksichtigt.

In Fig. 1 ist das optische Element (3) des optischen Module innerhalb der Kameravorrichtung zwischen dem Objektiv (1) und der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements (4) im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung (8,9) angeordnet. Das optische Element (3) ist dabei insbesondere derart ausgestaltet und im Strahlengang (8,9) angeordnet, so dass in einem ersten Bereich der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements (4) elektromagnetische Strahlung aus einem ersten Entfernungsbereich (8) und in einem zweiten Bereich der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements (4) elektromagnetische Strahlung aus einem zweiten Entfemungsbereich (9) abgebildet werden. Die Abbildung der beiden Entfernungsbereiche (8,9) erfolgt dabei vorzugsweise gleichzeitig und bildscharf, d.h. fokussiert, auf der sensitiven Flache des Bildaufnahmeelements. Auf diese Heise umfasst das Bild, das durch die sensitive Fläche des Bildaufnahmeelements (4) aufgenommen wird, gleichzeitig einen Bereich mit einer scharfen Nahbereichsabbildung und einen Bereich mit einer tiefenscharfen Fernbereichsabbildung. In der Nahbereicheabbildung können Wassertropfen (6) , Schmutz, Schneeflocken oder dergleichen detektiert und klassifiziert werden. Gleichzeitig ist auf einem großen ersten Bereich des Kamerabildes das Verkehrsgeschehen in z. B. zwei bis 50 Meter Entfernung verfügbar und kann von verschiedenen Fahrerassistenzfunktionen verwendet und ausgewertet werden.

Fig. 2 zeigt ein optisches Modul, wie es bisher aus dem Stand der Technik bekannt ist. Das optische Modul umfasst ein Bildaufnahmeelement (4) und ein optisches Element (3). Das optische Element (3) ist rechteckig ausgebildet, z.B. als Glasplattchen, und derart über dem Bildaufnahmeelement (4) angeordnet, dass es sich nur über einem bestimmten Bereich (11) des Bildaufnahmeelements (4) befindet bzw. erstreckt, so dass zwei getrennte rechteckförmige Erfassungsbereiche (11,12) auf dem Bildaufnahmeelement (4) festgelegt werden. In diesem Fall dient ein schmaler Streifen (12) im oberen Teil der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements (4) zur Abbildung eines optischen Nahbereichs, beispielsweise zur Regenerkennung, während der restliche Teil (11) der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements (4) zur Erfassung eines optischen Fernbereichs dient.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes optisches Modul. Das optische Modul umfasst ein Bildaufnahmeelement (4), mit einer für elektromagnetische Strahlung sensitiven Fläche, und ein optisches Element (3) , das im Strahlengang der auf die sensitive Flache des Bildaufnahmeelements (4) auf reffenden elektromagnetischen Strahlung angeordnet ist. Das optische Element (3) ist derart ausgestaltet und im Strahlengang angeordnet, so dass in einem ersten Bereich (11) der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements (4) elektromagnetische Strahlung aus einem ersten Entfernungsbereich und in einem zweiten Bereich (12) der sensitiven Flache des Bildaufnahmeelements (4) elektromagnetische Strahlung aus einem zweiten Entfernungsbereich abgebildet werden. Die Abbildung der beiden Entfernungsbereiche erfolgt dabei vorzugsweise gleichzeitig und bildscharf, d.h. fokussiert. Das optische Element (3) ist weiterhin mit einem rechteckigen Profil sowie derart ausgestaltet und angeordnet, dass die elektromagnetische Strahlung aus dem ersten Entfernungsbereich durch das optische Element (3) tritt, wohingegen die elektromagnetische Strahlung aus dem zweiten En fernungsbereich nicht durch das optische Element (3) tritt. Das optische Element (3) bzw. dessen Profil ist dazu senkrecht zur optischen Achse des optischen Moduls mit einem ausgesparten Teilbereich ausgestaltet, durch den die elektromagnetische Strahlung aus dem zweiten

Entfemungsbereich tritt. Der ausgesparte Teilbereich des optischen Elements (3) ist in diesem Fall rechteckig ausgestaltet und in der Mitte einer Außenkante des optischen Elements (3) angeordnet.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Beispiel für ein erfindungsgemäßes optisches Modul. Das optische Modul aus Fig. 4 ist in weiten Teilen entsprechend der Beschreibung zu Fig. 3 ausgestaltet. In Fig. 4 ist im Gegensatz zu Fig. 3 der ausgesparte Teilbereich des optischen Elements (3) derart ausgebildet, dass er senkrecht zur optischen Achse des optischen Moduls ein Profil aufweist, das von der Form eines Rechtecks abweicht. Das optische Modul bzw. die Aufteilung der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelemente (4) kann in diesem Fall beispielsweise speziell an die jeweiligen Anforderungen der Fahrerassistenzfunktionen angepasst sein, die mittele des optischen Moduls realisiert werden sollen.

Fig. 5 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Moduls. Das optische Modul aus Fig. 5 ist in weiten Teilen entsprechend der Beschreibung zu Fig. 3 aufgebaut. Der erste Bereich (11) der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements (4), bestehend aus dem breiten oberen Teil sowie aus den seitlichen Bereichen der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements (4) , dient im Beispiel aus Fig. 5 zur Abbildung von elektromagnetischer Strahlung aus einem optischen Fernbereich, insbesondere zur Verkehrszeichen-, Objekt- und Fahrspurerkennung. Der zweite und wesentlich kleinere Bereich (12) der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements (4) dient zur Abbildung von elektromagnetischer Strahlung aus einem optischen Nahbereich, in diesem Fall zur Abbildung eines Teils der Windschutzscheibe des Fahrzeuge, in dem die optische Vorrichtung angeordnet sein kann, insbesondere zum Zwecke der Regenerkennung. Vom Bildaufnahmeelement (4) ist in Fig. 5 dabei nur der Bereich (12) dargestellt, der sich im Bereich der Aussparung des optischen Elements (3) befindet. Der ausgesparte Teilbereich des optischen Elements (3) ist in diesem Fall an die Betriebsbedingungen des Fahrzeuge angepasst, insbesondere an den Neigungswinkel der Windschutzscheibe. Der aktive Bereich (14) für die Regenerkennung, d.h. derjenige Teilbereich (14) des gesamten Bereichs (12) , in dem die Abbildung des optischen Nahbereichs erfolgt und damit der Teilbereich (14) , der tatsächlich die Fahrzeugscheibe scharf abbildet und somit für die Regenerkennung genutzt werden kann, kann bei dem erfindungsgemäßen Modul entsprechend Fig. 5 in vorteilhafter Weise in Abhängigkeit vom Neigungswinkel der Fahrzeugscheibe gewählt werden. Somit kann das optische Modul aus Fig. 5 flexibel für unterschiedliche Neigungswinkel der Fahrzeugscheibe eingesetzt werden bzw. kann hinter Windschutzscheiben mit unterschiedlichen Neigungswinkeln angeordnet werden. Der aktive Bereich (14) wandert dabei in vertikaler Richtung innerhalb des Bereichs (12) der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements (4) , in dem die Nahbereichsabbildung erfolgt, je nach Neigungswinkel der Windschutzscheibe.

In Fig. 5 ist außerdem ein Übergangsbereich (13) dargestellt, der zwischen den beiden Bereich (11,12) liegt.

Die Ausgestaltung des optischen Module entsprechend Fig. 5 kann gleich mehreren Anforderungen von

Fahrerassistenzfunktionen Rechnung tragen, die mit dem optischen Modul realisiert werden können. Zum Einen dient nur ein kleiner Bereich (12) der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelemente (4) zur Regenerkennung, da in der Regel auch nur ein kleiner Bereich für diese Funktion erforderlich ist. Der größere Bereich (11) der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelements (4) hingegen dient zur Erfassung des Fernbereiche. Insbesondere durch die Verwendung der gesamten linken und rechten Seitenbereiche der sensitiven Fläche des Bildaufnahmeelemente, steht in der Bildverarbeitung somit mehr Punktionefläche des Bildaufnahmeelements (4) zur Verfügung, beispielsweise für die Erkennung der linken und rechten Fahrspurmarkierungen bzw. -begrenzungen.