DE10245085A1 - Optical system e.g. for motor vehicle environment observation camera, includes decoupling- and deflection-wedge for conveying light-beam from object to aperture - Google Patents

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Abstract

An optical system for a camera has at least one first object-side focusing optics, a second image-side focusing optics and field of view aperture and a image-sensor between the two. The optical system has a decoupling- or deflection-unit for conveying a light-beam from an object and then defined by the field-of-view aperture, and broken down into at least two part-bundles of rays which are recorded by the image-sensor parallel or successively for increasing the light/dark dynamics of the camera. Independent claims are included (A) for a vehicle environment observation camera and (B) a method for image recording for a vehicle observation camera.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System für eine Kamera, mit mindestens einer ersten, objektseitigen Fokussierungsoptik, einer zweiten, bildseitigen Fokussierungsoptik und einer zwischen der ersten und der zweiten Fokussierungsoptik angeordneten Gesichtsfeldblende.The present invention relates to an optical system for a camera with at least a first, object-side focusing optics, a second, image-side focusing optics and one between the first and the second focusing optics arranged field of view.

Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zur Bildaufzeichnung für eine Fahrzeugumfeldbeobachtungs-Kamera für Kraftfahrzeuge.The invention also relates to a Image recording process for a vehicle environment observation camera for motor vehicles.

Künftig werden voraussichtlich immer mehr Kraftfahrzeuge Systeme zur Beobachtung des näheren und weiteren Umfelds des Fahrzeugs aufweisen. Dies schließt Systeme ein, welche die Bewegung des Fahrzeugs als Ganzes und als bewegliches Objekt in einem Verkehrsstrom auf der Straße ermitteln.Future More and more motor vehicle systems for observation are expected of the nearer and further surroundings of the vehicle. This closes systems one, which is the movement of the vehicle as a whole and as moving Identify object in a traffic flow on the street.

Auf der Grundlage dieser Systeme kann eine zielgerichtete Führung und Lenkung des Fahrzeugs zur Fahrerassistenz oder zur Navigation und eine Erweiterung von Insassenschutzsystemen bis hin zur Aufprallvermeidung realisiert werden. Solche Systeme bilden auch die Basis für semiautonomes oder sogar autonomes Fahren.Based on these systems can be a targeted guide and steering the vehicle for driver assistance or navigation and an expansion from occupant protection systems to collision avoidance will be realized. Such systems also form the basis for semi-autonomous systems or even autonomous driving.

Als Systeme zur Fahrzeugumfeldbeobachtung sind neben den zur Abstands- und Folgeregelung bekannten Radarsystemen insbesondere Kamerasysteme (Fahrzeugumfeldbeobachtungs-Kamera) mit bildgebenden Sensoren (Bildsensoren) auf der Basis des sichtbaren Lichts oder auch im Infrarotbereich geeignet.As systems for vehicle environment monitoring are in addition to the radar systems known for distance and follow-up control in particular camera systems (vehicle environment observation camera) with imaging Sensors (image sensors) based on visible light or also suitable in the infrared range.

Die Kamerasysteme müssen in der Dämmerung und unter starker Sonnenbestrahlung hinreichend sicher und genau ar beiten. Dies erfordert einen sehr hohen Dynamikbereich des Bildsensors.The camera systems must be in the dawn and sufficiently safe and accurate under strong sunlight work. This requires a very high dynamic range of the image sensor.

Der Begriff „Dynamikbereich" oder „Dynamikumfang" bedeutet hier und im folgenden einen Bereich für eine Hell/Dunkel-Dynamik. Das bedeutet einen Helligkeitsbereich, in dem Bildkontraste noch hinreichend aufgelöst werden können. Der Dynamikumfang wird in dB -auf Grundlage einer logarithmische Skala- angegeben und beschreibt das Verhältnis zwischen dem Sättigungssignal und dem Rauschpegel des Sensors.The term "dynamic range" or "dynamic range" means here and in the following an area for a light / dark dynamic. That means a brightness range, in which image contrasts can still be sufficiently resolved. The dynamic range is in dB on the basis of a logarithmic scale The relationship between the saturation signal and the noise level of the sensor.

Unter dem Begriff „elektronischer Dynamikbereich" ist hier und im folgenden der Dynamikumfang Delektronisch zu verstehen, der sich aus der Definition eines Spannungsverhältnisses oder eines Stromverhältnisses (Photostrom I) ergibt: Delektronisch = 20 · log (Ihell / Idunkel Here and in the following, the term “electronic dynamic range” is to be understood electronically as the dynamic range D that results from the definition of a voltage ratio or a current ratio (photocurrent I): D electronic = 20 log (I bright / I dark

Demgegenüber ergibt sich die „optische Dynamik" Doptisch aus der Definition eines Leistungsverhältnisses, der optischen Empfangsleistung P: Doptisch = 10 · log (Phell / Pdunkel In contrast, the “optical dynamic” D results optically from the definition of a power ratio, the optical received power P: D optical = 10 log (P bright / P dark

Es gilt: Delektronisch = 2 · Doptisch The following applies: D electronic = 2 · Optical

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches System für eine Kamera zu schaffen, das deren Dynamikumfang verbessert und insbesondere den Dynamikanforderungen im Kraftfahrzeugbereich genügt.The invention is based on the object optical system for to create a camera that improves its dynamic range and in particular the dynamic requirements in the motor vehicle sector are sufficient.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Durch die Merkmale der davon abhängigen Unteransprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen angegeben.This object is achieved according to the invention the characteristics of the independent claims solved. Due to the characteristics of the dependent under claims advantageous further developments are given.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe durch ein optisches System für eine Kamera gelöst, das mindestens eine erste, objektseitige Fokussierungsoptik, eine zweite, bildseitige Fokussierungsoptik, eine zwischen der ersten und der zweiten Fokussierungsoptik angeordnete Gesichtsfeldblende eine Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit und einen Bildsensor aufweist, mittels der ein Lichtstrahl, der von einem Objekt ausgeht und durch die Gesichtsfeldblende begrenzt wird, in mindestens zwei Teilbündel zerlegt wird und die Teilbündel parallel oder nacheinander von dem Bildsensor aufgezeichnet werden, zwecks Erhöhung der Hell/Dunkel-Dynamik der Kamera. Es ist demnach wesentlich, dass die Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit ein Mittel aufweist, das geeignet ist, den aus dem Bereich der Gesichtsfeldblende ausfallenden Lichtstrahl zu teilen und somit einen bestimmten Anteil des Lichtstrahls von dem restlichen Lichtstrahl auszukoppeln bzw. abzulenken, damit diese örtlich oder zeitlich getrennt aufgezeichnet werden können.According to the invention the task through an optical system for solved a camera, the at least one first, object-side focusing optics, one second, image-side focusing optics, one between the first and the second focusing optics arranged field of view diaphragm has a decoupling or deflection unit and an image sensor, by means of a beam of light emanating from an object and through the field of view aperture is limited, broken down into at least two sub-bundles will and the sub-bundle recorded in parallel or in succession by the image sensor, to increase the light / dark dynamics of the Camera. It is therefore essential that the decoupling or deflection unit has an agent that is suitable from the field of the field of view to share the outgoing light beam and thus a certain proportion to decouple or deflect the light beam from the rest of the light beam, so that this is local or can be recorded separately.

Der ausgekoppelte bzw. abgelenkte Strahl und der nicht ausgekoppelte bzw. nicht abgelenkte Restanteil des ursprünglichen Strahls (Reststrahl) werden dabei in ihrer Intensität oder Helligkeit so gewählt, dass sie sich ergänzen. Der Dynamikumfang des den Lichtstrahl aufnehmenden Bildsensors kann so vorteilhaft stark erhöht werden. Es ist möglich, den Gesamtdynamikumfang nahezu zu verdoppeln.The decoupled or distracted Beam and the undecoupled or undeflected remainder of the original Beam (residual beam) are in their intensity or brightness chosen so that they complement each other. The dynamic range of the image sensor receiving the light beam can thus advantageously greatly increased become. It is possible, to almost double the overall dynamic range.

Es ist nach der Erfindung vorgesehen, dass die erste Fokussierungsoptik ein erstes Bild entwirft, das von der Gesichtsfeldblende begrenzt wird und dass mittels der Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit ein zweites Bild erzeugt wird, das im wesentlichen mit dem ersten Bild übereinstimmt. Durch das optische System wird somit das durch die Gesichtsfeldblende begrenzte Bild verdoppelt. Es entstehen gleichzeitig zwei Bilder, die auf dem Bildsensor dargestellt werden. Die zwei Bilder werden dabei in ihrer Helligkeit so gewählt, dass sich vorteilhaft eine Ergänzung des Dynamikbereichs des Bildsensors ergibt. Der Gesamtdynamikumfang kann nahezu verdoppelt werden.According to the invention, that the first focusing optic designs a first image that is limited by the field of view and that by means of the decoupling or deflection unit produces a second image that is essentially matches the first picture. Through the optical system, this becomes through the field of view limited image doubled. Two pictures are created at the same time, which are displayed on the image sensor. The two pictures will be chosen in their brightness so that it is advantageous to supplement the Dynamic range of the image sensor results. The overall dynamic range can almost be doubled.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit der zweiten optischen Fokussierungsoptik zugeordnet ist und einen optischen Keil oder ein zumindest annähernd keilförmiges Prisma aufweist oder dass die Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit als ein Teil einer der zweiten optischen Fokussierungsoptik zugeordneten Linse, insbesondere als ein Linsensegment, ausgebildet ist.According to the invention, it is provided that the decoupling or deflection unit is assigned to the second optical focusing optics and has an optical wedge or an at least approximately wedge-shaped prism, or that the decoupling Deflection or deflection unit is designed as part of a lens assigned to the second optical focusing optics, in particular as a lens segment.

Nach der Erfindung ist es vorgesehen, dass die erste und zweite Fokussierungsoptik zumindest eine Sammellinse aufweist. Die Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit wird vorzugsweise durch ein die optischen Eigenschaften, wie Brechungseigenschaften, des Randbereichs der zweiten, bildseitigen Fokussierungsoptik veränderndes Mittel dargestellt. Es können die Brechungseigenschaften des Randbereichs direkt verändert werden durch besondere Ausgestaltung oder Materialeigenschaften des Randbereichs dieser Linse oder aber es können zusätzliche optische Mittel, wie ein keilförmiges Prisma, im Randbereich angeordnet sein.According to the invention, it is provided that the first and second focusing optics have at least one converging lens having. The decoupling or deflection unit is preferred through the optical properties, such as refractive properties, the edge region of the second focusing optics on the image side Represented means. It can the refractive properties of the edge area can be changed directly through special design or material properties of the edge area this lens or it can additional optical Medium, like a wedge-shaped Prism, be arranged in the edge area.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass das von der ersten Fokussierungsoptik entworfene erste Bild mittels der Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit ein zweites Mal im wesentlichen räumlich getrennt, vorzugsweise parallelverschoben, auf dem Bildsensor abgebildet wird. Demnach wird nicht nur ein einziges Bild auf dem Sensor entworfen, sondern zwei mal dasselbe Bild nebeneinander mit unterschiedlich starker Intensität auf den Bildsensor abgebildet.According to the invention, it is provided that first image designed by the first focusing optics by means of the decoupling or deflection unit essentially a second time spatial separately, preferably shifted in parallel, imaged on the image sensor becomes. So not only a single image is designed on the sensor, but two times the same picture next to each other with different strong intensity mapped onto the image sensor.

Es können nach der Erfindung die Bilder aber auch übereinander projiziert werden. Das von der ersten Fokussierungsoptik entworfene erste Bild wird dann mittels der Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit ein zweites Mal im wesentlichen an demselben Ort auf dem Bildsensor abgebildet.According to the invention, the Images on top of each other be projected. The one designed by the first focusing optics The first image is then by means of the decoupling or deflection unit a second time at substantially the same location on the image sensor displayed.

Beide Bilder werden aber zeitlich getrennt. Dies kann beispielsweise durch mechanische Blenden (Shutter) oder durch optoelektronische Schalter, die z.B. nach dem Prinzip von Flüssigkristallanzeigen arbeiten, realisiert werden.But both pictures are temporal Cut. This can be done, for example, through mechanical shutters or by optoelectronic switches, e.g. according to the principle working from liquid crystal displays, will be realized.

Als Bildsensoren sind alle bekannten und denkbaren Sensoren für eine Bilderfassung geeignet, insbesondere Multisensorstrukturen aus lichtempfindlichen Elementen (Bildpunkten bzw. Pixeln), die in Zeilen- oder Matrixform angeordnet sind und ihr Licht aus der erfindungsgemäßen Optik erhalten.All are known as image sensors and conceivable sensors for suitable for image acquisition, in particular multi-sensor structures from light-sensitive elements (pixels or pixels) that are arranged in line or matrix form and their light from the optics according to the invention receive.

Durch die Erfindung ist auch eine Anwendung von Bildsensoren mit einer relativ niedrigen Dynamik zur Umfeldbeobachtung im Kraftfahrzeugbereich möglich. Erfindungsgemäß weisen die Bildsensoren einen Dynamikumfang in einem Bereich von vorzugsweise 50 bis 100 dB elektronischer Dynamikumfang auf.By the invention is also a Use of image sensors with a relatively low dynamic range Environment observation in the motor vehicle area possible. According to the invention the image sensors preferably have a dynamic range in a range 50 to 100 dB electronic dynamic range.

Es können auch Si-Bildsensoren (CCD Charge-Coupled Devices) verwendet werden. Bei den CCD-Bildsensoren werden durch das über eine transparente Elektrode einfallende Licht proportional zur Intensität und Belichtungszeit Ladungsträger erzeugt, die in einem „Potentialsumpf" (Si-SiO2-Grenzschicht) gesammelt werden. Mit weiteren Elektroden werden diese Ladungen in eine lichtundurchlässige Zone verschoben und in „analogen" Schieberegistern (Eimerkettenprinzip) zeilenweise in ein Ausgangsregister weitertransportiert, das mit hoher Taktrate seriell ausgelesen wird. Durch das erfindungsgemäße optische System kann die relativ begrenzte Hell-Dunkeldynamik dieser CCD-Sensoren von ca. 60 dB so stark verbessert werden, dass diese zumindest für einige Anwendungsfälle mit geringerer Dynamikanforderung eingesetzt werden können.Si image sensors (CCD charge-coupled devices) can also be used. In the case of the CCD image sensors, the light incident through a transparent electrode generates charge carriers in proportion to the intensity and exposure time, which are collected in a “potential sump” (Si-SiO 2 boundary layer). These charges are shifted into an opaque zone with further electrodes and transported in "analog" shift registers (bucket chain principle) line by line into an output register, which is read out serially at a high clock rate. With the optical system according to the invention, the relatively limited light-dark dynamics of these CCD sensors of approximately 60 dB can be improved so much that they can be used at least for some applications with lower dynamic requirements.

Vorzugsweise werden aber auf CMOS-Technik beruhende Bildsensoren eingesetzt. Die hier mögliche logarithmische Helligkeit/Signalkennlinie entspricht dem menschlichen Auge und weist eine Dynamik von bis zu 120 dB auf. Bei Verwendung von CMOS-Sensoren kann auch eine Blendensteuerung entfallen. Eine konstante Kontrastauflösung im gesamten Helligkeitsbereich wird ermöglicht. Diese Sensoren gestatten darüber hinaus vorteilhaft einen wahlfreien Zugriff auf die einzelnen Pixel bei gleichzeitig höherer Empfindlichkeit (höhere Ausleserate). Auch eine erste Vorverarbeitung der Signale auf dem Bildsensorchip ist möglich.However, CMOS technology is preferred based image sensors used. The possible logarithmic brightness / signal characteristic corresponds here the human eye and has a dynamic range of up to 120 dB. When using CMOS sensors, an aperture control can also be omitted. A constant contrast resolution across the entire brightness range. Allow these sensors about that In addition, advantageous access to the individual pixels is advantageous at the same time higher Sensitivity (higher Read-out rate). A first preprocessing of the signals on the image sensor chip is possible.

In einer besonders günstigen Ausführungsform der Erfindung werden an sich bekannte, bereits in großen Stückzahlen produzierte Formate für die Sensoren eingesetzt, vorzugsweise CMOS-Kamerasensoren, mit im wesentlichen einer VGA-Auflösung (640 × 480 Pixel) oder SVGA-Auflösung (800 × 600 Pixel).In a particularly cheap embodiment The invention is known per se, already in large numbers produced formats for the sensors used, preferably CMOS camera sensors, with im essential VGA resolution (640 × 480 pixels) or SVGA resolution (800 × 600 pixels).

Für eine Anwendung in einer Fahrzeugumfeldbeobachtungs-Kamera, z.B. zur Spurerkennung, wird das VGA- oder SVGA-Format nicht vollständig benötigt. Daher wird eine Hälfte des Bildsensorchips jeweils zur Darstellung eines der beiden Bildern genutzt, um das Bild zweimal zeitparallel aufzunehmen. Durch Verwendung der Standardformate sind die Kosten des Systems gering. Denn diese werden bereits in großen Stückzahlen gefertigt.For an application in a vehicle environment observation camera, e.g. for track detection, the VGA or SVGA format is not completely required. Therefore becomes a half of the image sensor chip each for displaying one of the two images used to take the picture twice in parallel. By using the standard formats, the cost of the system is low. Because this are already in large numbers manufactured.

Die Erfindung ist aber ausdrücklich nicht auf die Verwendung dieser Standard-Sensoren beschränkt. Es ist beispielsweise vorgesehen, auch spezielle hochdynamische Sensoren beim optischen System nach der Erfindung zu verwenden. Insbesondere ist eine Anwendung von sogenannten TFA (Thin Film an ASIC)-Chips als Bildsensoren vorgesehen. Durch Einsatz dieser Sensoren kann ein Dynamikumfang von insgesamt größer 200 dB erreicht werden. Diese Systeme können dann auch bei geringer Lichtstärke, insbesondere in der Dämmerung oder in der Nacht, z.B. als Nachtsichtgeräte, eingesetzt werden.However, the invention is expressly not limited to the use of these standard sensors. It For example, special highly dynamic sensors are also provided to use in the optical system according to the invention. In particular is an application of so-called TFA (Thin Film an ASIC) chips provided as image sensors. By using these sensors a dynamic range of more than 200 dB in total can be achieved. These systems can then even at low light intensity, especially at dusk or at night, e.g. as night vision devices.

Das erfindungsgemäße optisches System wird vorzugsweise für eine Fahrzeugumfeldbeobachtungs-Kamera für Kraftfahrzeuge, eingesetzt.The optical system according to the invention is preferred for one Vehicle environment observation camera for motor vehicles, used.

Die zugrundeliegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Bildaufzeichnung für eine Fahrzeugumfeldbeobachtungs-Kamera für Kraftfahrzeuge, gelöst, bei dem ein Objektbild separiert wird in mindestens zwei Bilder und die zwei Bilder zeitlich oder örtlich getrennt erfasst werden. Anschließend können die beiden getrennten Bilder umgewandelt, verstärkt und/oder aufbereitet werden, zwecks Erhöhung des Dynamikbereichs der Kamera.The underlying object is also achieved by a method for image recording for a vehicle environment observation camera for motor vehicles, in which an object image is separated into at least two images and the two images are recorded separately in terms of time or location. Then the two separate images can be converted, be amplified and / or processed to increase the dynamic range of the camera.

Bei dem Verfahren weisen die Signalumwandlung-, verstärkung und -aufbereitung zumindest folgende Schritte, einzeln oder in Kombination miteinander, auf: eine Ladungsträgerintegration oder Direktauslese, einen beliebigen Pixelzugriff, ein „dual-sampling", einen „regional shutter", eine Analog-Digital-Wandlung der Bildinformationen, ein „correlated double sampling, eine digital Signalverarbeitung (Integration auf demselben Chip), eine analoge oder digitale Signalintegration zur Rauschunterdrückung und/oder eine Fensterbildung (elektronisches Zoom).In the process, the signal conversion, reinforcement and preparation at least the following steps, individually or in combination with each other, on: load carrier integration or direct readout, any pixel access, a "dual sampling", a "regional shutter ", an analog-digital conversion the image information, a “correlated double sampling, a digital signal processing (integration on same chip), an analog or digital signal integration for noise reduction and / or window formation (electronic zoom).

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen (1 und 2) näher erläutert.The invention is described in the following description with reference to the attached figures ( 1 and 2 ) explained in more detail.

Die 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform des optischen Systems mit einem optischen Keil als Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit.The 1 shows schematically an embodiment of the optical system with an optical wedge as a decoupling or deflection unit.

Die 2 zeigt schematisch eine Ausführungsform des optischen Systems mit einem Linsensegment als Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit.The 2 shows schematically an embodiment of the optical system with a lens segment as a decoupling or deflection unit.

In der 1 ist ein optisches System für eine Kamera zur Fahrzeugumfeldbeobachtung dargestellt. Das optische System weist im wesentlichen eine erste, objektseitige Fokussierungsoptik 1, eine zweite, bildseitige Fokussierungsoptik 2 und eine dazwischen angeordnete Gesichtsfeldblende 3 auf. Mit einem optischen Keil 4 als Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit wird ein Teil 5 des in die Gesichtsfeldblende einfallenden Lichtstrahls ausgekoppelt. Daher fällt nur ein bestimmter Anteil 6 der gesamten, durch die Gesichtsfeldblende 3 einfallenden Strahlmenge 7 auf einen Bildsensorchip 8.In the 1 shows an optical system for a camera for vehicle surroundings observation. The optical system essentially has a first focusing optics on the object side 1 , a second focusing lens on the image side 2 and a visual field diaphragm arranged between them 3 on. With an optical wedge 4 as a decoupling or deflection unit is a part 5 of the light beam incident in the field of view aperture. Therefore, only a certain proportion falls 6 the whole, through the field of view 3 incident beam amount 7 on an image sensor chip 8th ,

Die 2 zeigt schematisch eine alternative Ausführungsform des optischen Systems mit einer anderen Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit. Das optische System ist bis auf die Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit im wesentlichen so aufgebaut wie das in 1 gezeigte System. Daher sind die identischen bzw. analogen Komponenten mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden im folgenden nicht näher erläutert. Im Unterschied zur 1 weist die Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit ein Linsensegment 9 auf, das ein Teil der zweiten, bildseitigen Fokussierungsoptik 2 darstellt. Durch das Linsensegment 9 lässt sich im wesentlichen derselbe Strahlengang und dieselbe Strahlenenergieverteilung wie bei dem in 1 gezeigten System erreichen.The 2 schematically shows an alternative embodiment of the optical system with another decoupling or deflection unit. Except for the decoupling or deflection unit, the optical system is essentially constructed as in FIG 1 shown system. The identical or analog components are therefore provided with the same reference symbols and are not explained in more detail below. In contrast to 1 the decoupling or deflection unit has a lens segment 9 on, which is part of the second, image-side focusing optics 2 represents. Through the lens segment 9 can essentially the same beam path and the same beam energy distribution as in the in 1 shown system.

Die in 1 und 2 gezeigten optischen System weisen den Vorteil eines technisch relativ einfachen und damit kostengünstigen Aufbaus auf, da zur Auskopplung bzw. Ablenkung nur ein weiteres optisches Element 4,9 notwendig ist.In the 1 and 2 Optical systems shown have the advantage of a technically relatively simple and therefore inexpensive construction, since only one further optical element for decoupling or deflection 4 . 9 necessary is.

Durch die Auskopplung bzw. Ablenkung mittels Keil (1) oder Linsensegment (2) werden gleichzeitig zwei Bilder A,B erzeugt und auf dem Bildsensor 8 dargestellt. Die Intensität der beiden Bilder A,B wird so gewählt, dass die Helligkeiten sich ergänzen und somit der Dynamikbereich erweitert wird. Bei im wesentlicher gleicher Fläche bekommt hier der untere Teil des Bildsensors (Bild B) einen geringen Anteil 5 des ursprünglichen Lichtstrahls 7 ab. Dieser Teil des Sensors ist „lichtunempfindlicher" und für eine hohe Lichtintensität, wie sie bei Fahrsituationen im hellen Sonnenlicht vorkommen, gut geeignet. Auf den oberen Bereich (Bild A) entfällt ein deutlich größerer Strahlanteil 6. Dadurch ist dieser Bereich vergleichsweise „lichtempfindlicher". Es können auf diesem Teil auch Objekte bei schwachen Lichtverhältnissen, z.B. bei der Dämmerung, kontrastreich abgebildet werden. Insgesamt kann der Dynamikumfang des Bildsensorchips 8 so erhöht werden. Denn der gesamte Dynamikbereich wird im wesentlichen begrenzt durch eine „Hell-Grenze" bei der Abbildung auf den Bereich B des Sensors und durch eine „Dunkel-Grenze" bei der Abbildung auf den Bereich A des Sensors mit einer hohen Strahlintensität.By decoupling or deflection using a wedge ( 1 ) or lens segment ( 2 ) two images A, B are generated simultaneously and on the image sensor 8th shown. The intensity of the two images A, B is chosen so that the brightnesses complement one another and thus the dynamic range is expanded. With essentially the same area, the lower part of the image sensor (image B) receives a small proportion 5 of the original light beam 7 from. This part of the sensor is "less sensitive to light" and well suited for the high light intensity that occurs in driving situations in bright sunlight. In the upper area (Fig. A) there is a significantly larger beam proportion 6 , As a result, this area is comparatively more "light-sensitive". Objects in low-light conditions, for example at dusk, can also be imaged in high contrast on this part. Overall, the dynamic range of the image sensor chip can 8th so be increased. This is because the entire dynamic range is essentially limited by a “light limit” when mapping to area B of the sensor and by a “dark limit” when mapping to area A of the sensor with a high beam intensity.

Auch eine Addition der Bildintensitäten von Bereich A und Bereich B zur Erhöhung der Empfindlichkeit (verbesserte Dunkel-Grenze) ist erfindungsgemäß möglich.Also an addition of area image intensities A and area B to increase the sensitivity (improved dark limit) is possible according to the invention.

Durch die im folgenden angegebenen Maßnahmen, einzeln oder in Kombination miteinander, wird bei der nachfolgenden elektronischen Signalverstärkung und Bearbeitung des Ausgangs-Signals des Sensors 8 die Dynamik weiter optimiert:
eine Anpassung der pixelinternen Verstärkung, eine Anpassung der Bildaufnahmezeit (Shutter, Belichtung) und/oder ggf. eine pixelindividuelle Steuerung von Belichtung und Verstärkung zur Vergrößerung des Dynamikumfangs in einem Bild.The measures specified below, individually or in combination with one another, are used in the subsequent electronic signal amplification and processing of the output signal of the sensor 8th the dynamics further optimized:
an adjustment of the pixel-internal gain, an adjustment of the image recording time (shutter, exposure) and / or possibly a pixel-specific control of exposure and gain to enlarge the dynamic range in an image.

Claims (13)

Optisches System für eine Kamera, mit mindestens einer ersten, objektseitigen Fokussierungsoptik, einer zweiten, bildseitigen Fokussierungsoptik, einer zwischen der ersten und der zweiten Fokussierungsoptik angeordneten Gesichtsfeldblende und einem Bildsensor, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System eine Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit aufweist, mittels der ein Lichtstrahl, der von einem Objekt ausgeht und durch die Gesichtsfeldblende begrenzt wird, in mindestens zwei Teilbündel zerlegt wird und die Teilbündel parallel oder nacheinander von dem Bildsensor aufgezeichnet werden, zwecks Erhöhung der Hell/Dunkel-Dynamik der Kamera.Optical system for a camera, with at least a first, object-side focusing optics, a second, image-side focusing optics, a field of view diaphragm arranged between the first and the second focusing optics and an image sensor, characterized in that the optical system has a decoupling or deflection unit by means of which a light beam that emanates from an object and is delimited by the field of view diaphragm, is broken down into at least two sub-beams and the sub-beams are recorded in parallel or in succession by the image sensor in order to increase the light / dark dynamics of the camera. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fokussierungsoptik ein erstes Bild entwirft, das von der Gesichtsfeldblende begrenzt wird und dass mittels der Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit ein zweites Bild erzeugt wird, das im wesentlichen mit dem ersten Bild übereinstimmt.Optical system according to claim 1, characterized in that the first focusing optic designs a first image that is limited by the field of view and that by means of the decoupling or Deflection unit produces a second image that is essentially matches the first picture. Optisches System nach einem der Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit der zweiten optischen Fokussierungsoptik zugeordnet ist und einen optischen Keil aufweist.Optical system according to one of claims 1 or 2, characterized in that the decoupling or deflection unit is assigned to the second optical focusing optics and one has optical wedge. Optisches System nach einem der Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit als ein Teil einer der zweiten optischen Fokussierungsoptik zugeordneten Linse ausgebildet ist.Optical system according to one of claims 1 or 2, characterized in that the decoupling or deflection unit as part of a lens assigned to the second optical focusing optics is trained. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Fokussierungsoptik zumindest eine Sammellinse aufweist.Optical system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the first and second focusing optics has at least one converging lens. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das von der ersten Fokussierungsoptik entworfene erste Bild mittels der Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit ein zweites Mal im wesentlichen räumlich getrennt, vorzugsweise parallelverschoben, auf dem Bildsensor abgebildet wird.Optical system according to one of claims 1 to 5, characterized in that that of the first focusing optics designed first image by means of the decoupling or deflection unit a second time essentially separated, preferably parallel shifted, is imaged on the image sensor. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das von der ersten Fokussierungsoptik entworfene erste Bild mittels der Auskopplungs- oder Ablenkungseinheit ein zweites Mal im wesentlichen an demselben Ort auf einem Bildsensor abgebildet wird und beide Bilder zeitlich getrennt werden.Optical system according to one of claims 1 to 6, characterized in that that of the first focusing optics designed first image by means of the decoupling or deflection unit a second time at essentially the same location on an image sensor is mapped and the two images are separated in time. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor einen Dynamikumfang (elektronische Dynamik) in einem Bereich von 40 dB bis 120 dB aufweist.Optical system according to one of claims 1 to 7, characterized in that the image sensor has a dynamic range (electronic dynamics) in a range from 40 dB to 120 dB. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor im wesentlichen eine VGA-Auflösung oder SVGA-Auflösung aufweist.Optical system according to one of claims 1 to 8, characterized in that the image sensor is essentially a VGA resolution or SVGA resolution having. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des optischen Systems ein bestimmtes Verhältnis der Intensitäten oder Helligkeiten des ausgekoppelten bzw. abgelenkten Lichtstrahls zu dem ursprünglichen Lichtstrahl eingestellt wird, zwecks Verbesserung des Dynamikumfangs der Kamera.Optical system according to one of claims 1 to 9, characterized in that by means of the optical system certain ratio of intensities or brightness of the decoupled or deflected light beam to the original Light beam is adjusted in order to improve the dynamic range the camera. Fahrzeugumfeldbeobachtungs-Kamera für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera ein optisches System nach einem der vorangegangenen Ansprüche aufweist.Vehicle environment observation camera for motor vehicles, characterized in that the camera has an optical system one of the preceding claims having. Verfahren zur Bildaufzeichnung für eine Fahrzeugumfeldbeobachtungs-Kamera für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass ein Objektbild separiert wird in mindestens zwei Bilder, dass die mindestens zwei Bilder parallel aufgezeichnet werden und zeitlich getrennt oder örtlich getrennt erfasst werden und dass die beiden Bilder anschließend umgewandelt, verstärkt und/oder aufbereitet werden, zwecks Erhöhung des Dynamikumfangs der Fahrzeugumfeldbeobachtungs-Kamera.Image recording method for a vehicle environment observation camera for motor vehicles, characterized in that an object image is separated into at least two images that the at least two images recorded in parallel are recorded and separated in time or location and that the two images are subsequently converted, amplified and / or be prepared for the purpose of increasing the dynamic range of the vehicle environment observation camera. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlung, Verstärkung und/oder Aufbereitung zumindest eine pixelindividuelle Verstärkung aufweist, die automatisch oder extern steuerbar ist, und eine elektronische Belichtungssteuerung aufweist, die automatisch oder extern steuerbar istA method according to claim 12, characterized in that the conversion, reinforcement and / or Processing has at least one pixel-specific amplification, which can be controlled automatically or externally, and an electronic one Exposure control that can be controlled automatically or externally is
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