用于机动车的包括光学平面传感器和光学镜组的装置以及该装置在车辆中的应用

摘要

本发明涉及一种装置，其包括至少一个具有光学半轴(70)的光学平面传感器(10)和入射光瞳(20)。此外，根据本发明的装置包括具有至少一对平行的表面(31，32)的光学元件(30)。所述装置的特征在于，光学元件(30)具有至少沿着与所述表面(31，32)平行的方向(R1)至少在光学元件(30)的边缘和光学元件(30)的中心之间随着眶所述中心的距离增加而减小的折射率。在此，光学元件(30)关于平面传感器(10)布置为使得所述表面(31，32)垂直于光学半轴(70)布置。由于垂直于光学半轴增加的折射率可以垂直于光学半轴地布置具有平行的表面的光学元件，从而所述组件需要最小的结构空间。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于机动车的装置，其包括至少一个具有一个光学半轴的光学平面传感器和入射光瞳。例如视频传感器和静止图像传感器用于这种平面传感器。这种装置可以例如使用在车辆中和/或由车辆包括。

背景技术

具有光学平面传感器(成像器)和入射光瞳的装置例如用作车辆中的前置摄像头。在此，该装置这样布置在关于车辆的纵轴线位于车辆的前窗玻璃之后的区域中，以使得光学半轴与前窗玻璃相交，并且该装置图像地检测另一个关于纵轴线位于车辆的前窗玻璃之前的、特别是位于该车辆之前的区域。

通过平面传感器的延伸以及平面传感器和入射光瞳之间的距离确定一个张角。所述装置可以附加地包括一个或者多个成像的光学镜组。

已检测的图像和/或视频可以多方面地使用。所述图像和/或视频可以例如为了帮助司机例如通过驾驶辅助系统在屏幕上被显示和/或被自动地分析，所述驾驶辅助系统确定距前行车辆的距离。

车辆表示在一个轴线系统中，其中，纵轴线水平地并且平行于车辆的行驶方向延伸，其中，竖轴竖直地延伸。横轴线垂直于纵轴线并且垂直于竖轴延伸。横轴线和纵轴线确定了一个水平平面，前窗玻璃相对于该水平平面以不同于0°和90°的角度倾斜，其中，360°相应于全圆。所述倾斜可以沿着竖轴和/或沿着横轴线改变。

所述装置距前窗玻璃的距离和张角确定了前窗玻璃的可见范围，如果要使用完全的张角，则所述装置穿过所述可见范围“观察”并且因此所述可见范围必须是透明的。

所述装置例如可以安置在中央后视镜的底部中，其中，该底部可以固定在前窗玻璃上。在此，可固定所述底部的前窗玻璃区域可以部分地包括所谓的黑色印花。然而如果要使用完全的张角，则可见范围必须不包括黑色印花。

值得争取的是，尽可能小地形成可见范围，以便使从外部对所述装置的可视性最小化、减小前窗玻璃作为放大的附加透镜的作用和/或使黑色印花最大化。

如果要使用完全的张角，则这可以例如通过减小所述装置距前窗玻璃的距离实现。然而所述装置的结构尺寸决定了最小的距离。此外可能的是，使光学半轴和前窗玻璃的法线之间的角度最小化。然而值得争取的是，使光学轴线保持与车辆的水平平面平行。然而平面传感器的光学半轴则这样与前窗玻璃相交，以使得所述光学半轴与相对于前窗玻璃的法线的倾斜相应地倾斜。

如果所述装置利用水平的光学半轴以与前窗玻璃最小的距离来布置，则也可以通过以下方式进一步减小可见范围，即一个光学元件布置在所述装置和前窗玻璃之间。因此，公开文献DE1020080270307A1描述了一种以棱镜布置形式的光学元件，所述光学元件具有至少两个彼此前后布置的由光学透明材料构成的棱镜，其中，所述棱镜这样取向，以使得所述棱镜具有相反的折射方向，并且所述棱镜的朝向彼此的平面不平行地延伸。美国专利申请2003/0010890A1研究了一种玻璃镜片，所述玻璃镜片成角度地安置在摄像机之前。

发明内容

发明人认识到，在给定最小距离的情况下能够进一步减小可见范围。

这根据本发明通过根据权利要求1所述的用于机动车的装置实现。根据权利要求10，所述装置可以使用在车辆中。

根据本发明的装置包括具有光学半轴的光学平面传感器、入射光瞳和具有至少一对平行的表面的光学元件。所述装置的特征在于，光学元件具有至少沿着与所述表面平行的方向至少在光学元件的一个边缘和光学元件的中心之间随着距所述中心的距离增加而减小的折射率。在此，光学元件关于平面传感器这样布置，以使得平行的所述表面垂直于光学半轴布置。

由于垂直于光学半轴增加的折射率，实现了垂直于光学半轴地布置具有平行的表面的光学元件，从而所述组件需要最小的结构空间。

在一个优选的实施方式中，折射率在光学元件的中心和一个对置的边缘之间随着距所述中心的距离增加而增加。

那么可以实现特别强地减小可见范围。

也可能的是，折射率在光学元件的中心和一个对置的边缘之间是恒定的。

在一个与中部距光学半轴的距离相比更远距离的下部区域中可以实现显著地减小可见范围。因此足够的是，折射率在该下部区域中改变。

折射率可以随着距中心的距离线性地增加或者减小。光学元件则可以特别简单地制造。

光学半轴可以与光学元件的中心重合。

光学轴线可以与光学元件的对置的边缘重合。足够的是，折射率在下部区域中改变。

光学元件在所述方向上可以具有大于1.3的折射率。光学元件在所述方向上可以具有小于1.8、优选地小于1.6的折射率。所述折射率在实验中表明是适宜的。

在一个另外的垂直于光学半轴并且垂直于所述方向的方向上，光学元件可以构造为不具有折射率改变。光学元件则可以特别容易地制造。

根据本发明提出的在包括前窗玻璃和具有竖轴的车辆中的应用是根据本发明的装置的布置，从而光学半轴与前窗玻璃相交并且相对于前窗玻璃的法线以不同于0°和90°的角度倾斜，并且所述方向处于由光学轴线和所述法线撑开的平面中。

因此，所述装置可以集成在微小构造的中央后视镜的底部中，所述底部在前窗玻璃上立在黑色印花区域中，其中，作为所述装置的可见范围的透明的区域在黑色印花区域内被减小。

本发明的有利的进一步方案在从属权利要求中给出并且在说明中说明。

附图说明

根据附图和下述的说明详细地说明本发明的实施例。附图中：

图1示例性地示出通过具有和不具有光学元件的前窗玻璃的光路，所述光学元件具有至少沿着一个方向至少在光学元件的一个边缘和光学元件的中心之间随着距所述中心的距离增加而减小的折射率，

图2示出可见范围的高度的示例性的减小，

图3示例性地示出通过前窗玻璃和根据本发明的根据第一实施例的装置的光路，

图4示例性地示出通过前窗玻璃和根据本发明的根据第二实施例的装置的光路，

图5示出示例性的第一折射率曲线，

图6示出示例性的第二折射率曲线，

图7示出示例性的第三折射率曲线。

具体实施方式

图1中示例性地示出通过具有和不具有光学元件的前窗玻璃的光路，所述光学元件具有至少沿着一个方向至少在光学元件的一个边缘和光学元件的中心之间随着距所述中心的距离增加而减小的折射率。

具有一对平行的表面31，32的光学元件30关于前窗玻璃40这样布置，以使得平行于所述表面31，32的方向R1与前窗玻璃的法线R2既不平行也不垂直地延伸，折射率沿着该方向随着距中心的距离增加而减小。所述光学元件30可以例如制造为梯度折射率玻璃并且则也称为折射率玻璃镜片。梯度折射率玻璃例如可通过离子扩散过程来制造并且可以例如具有线性的或者抛物线状的折射率曲线。

图1示出了，光学元件30如何影响具有平面传感器和入射光瞳的摄像机的光路，所述平面传感器的光学半轴70垂直于方向50。因此，张角的下部的边缘射束80，80’与该张角的上部的边缘射束90，90’相比经过较长的路程返回到前窗玻璃40。光学元件30的存在导致，边缘射束80’，90’与不通过光学元件偏转的边缘射束80，90相比较高地射到前窗玻璃40上。在此，下部的边缘射束80’相对于边缘射束80与上部的边缘射束90’相对于边缘射束90相比被明显更强地抬高，从而在光学元件30存在的情况下沿着所述方向减小了前窗玻璃40的可见范围45，45’，摄像机通过所述可见范围“观察”。可见范围45’相对于可见范围45被竖直地压缩。所述压缩的程度和方式可以通过折射率曲线的选择来确定。此外，不要包括的可见范围的大小和下部的边缘射束至车辆前方道路上的入射点通过折射率曲线的选择来确定。

这示例性地在图2中以沿着光学半轴70朝向前窗玻璃40上的俯视图示出。

图3示例性地示出通过前窗玻璃和根据本发明的根据第一实施例的装置的光路。在此，光学元件30的折射率曲线例如可以如同图5中、图6中和图7中那样地示出。

在图5，6和7中，横坐标表示以毫米为单位的距光学元件30的中心的距离，其中，在图5和7中，该中心通过虚线示出，纵坐标表示折射率。在图6中，该中心位于图表的右边缘上。

在图3中，光学元件30的中心与摄像机15的光学平面传感器10的光学半轴70重合，其中，入射光瞳20布置在光学平面传感器和光学元件之间，所述入射光瞳距平面传感器10的距离结合平面传感器10的大小确定了边缘射束80’，90’之间的张角。

图4示例性地示出通过前窗玻璃40和根据本发明的根据第二实施例的装置的光路。在此，光学元件30的折射率曲线例如可以如同图5中或图6中那样地示出。

在图4中，光学元件30的上边缘与光学半轴70重合。

在图1，2，3和4中，方向R1平行于车辆竖轴布置，折射率在该方向上示出一个可变的走向。光学半轴平行于车辆纵轴线布置。然而本发明不局限于所述的布置。

在一个另外的平行于所述表面的垂直于所述方向的方向上，折射率可以是恒定的。也就是说，该折射率沿着所述另外的方向不改变。

可实现本发明的折射率玻璃镜片可以直接布置在摄像机15之前并且是摄像机15的部件。在此，平行的所述表面可以具有小于5mm、优选地1mm的微小的间距。微小的厚度导致，折射率玻璃镜片仅仅对系统的成像错误具有微小的影响。

如图5和6中所示地，折射率沿着所述方向在整个折射率玻璃镜片上恒定地改变。在此，折射率在1.3和1.8之间或者在1.3和1.6之间的范围内改变。例如所有折射率处于1.32和1.52之间或者1.32和1.72之间。

如图7中所示地，也可以将所述改变限制在折射率玻璃镜片的一半上。从一个边缘直到中心，折射率则例如从1.32增大到1.52。然而从中心到对置的边缘，折射率恒定地保持在1.52。

利用示例性地所述的折射率曲线实现可见范围直到16％的减小。

折射率玻璃镜片能够以几毫米、大约1至10mm的间距布置在摄像机的光学镜组之前或者作为第一光学平面集成在该光学镜组的设计中。所述集成可以在制造摄像机期间实现。这具有的优点是，在制造时容易地确保折射率玻璃镜片相对于光学半轴的正确位置并且接着能够被固定，而不必首先在安装在车辆中时来确保。此外，光学元件的效果已经可以在摄像机检验的范围内确定。

在安装在车辆中时仅仅需注意的是，所述方向实现在例如+/-3°的公差窗口内尽可能平行于车辆的竖轴，折射率玻璃镜片在所述方向上具有的折射率与距所述中心的距离有关。

折射率玻璃镜片的直径可以类似于或者等于摄像机的前置透镜的直径。该直径可以例如是8至12mm。