DE102013210887A1 - Optical sensor arrangement for a vehicle and vehicle with such a sensor arrangement - Google Patents

Optical sensor arrangement for a vehicle and vehicle with such a sensor arrangement Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Optische Sensoranordnung (1) für ein Fahrzeug, wobei die Optische Sensoranordnung (1) mindestens aufweist: eine Sensoreinrichtung (3, 22) zur Aufnahme optischer Strahlung (15, 21b) aus einem Fahrzeug-Umfeld (12), mindestens ein optisches Element (4), wobei das optische Element (4) in einem Strahlengang der Sensoreinrichtung (3, 22) angeordnet ist und mit der Sensoreinrichtung (3, 22) ein Abbildungssystem (16.1, 16.2) ausbildet zur Abbildung der optischen Strahlung (15, 21b) auf die Sensoreinrichtung (3, 22), Erfindungsgemäß ist das mindestens eine optische Element (4) als ein holografisch optisches Element zur Ablenkung der optischen Strahlung (15; 21b) ausgebildet.The invention relates to an optical sensor arrangement (1) for a vehicle, wherein the optical sensor arrangement (1) comprises at least: a sensor device (3, 22) for receiving optical radiation (15, 21b) from a vehicle environment (12), at least one Optical element (4), wherein the optical element (4) in a beam path of the sensor device (3, 22) is arranged and with the sensor device (3, 22) an imaging system (16.1, 16.2) is formed for imaging the optical radiation (15, 21b) to the sensor device (3, 22). According to the invention, the at least one optical element (4) is designed as a holographic optical element for deflecting the optical radiation (15, 21b).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine optische Sensoranordnung für ein Fahrzeug, die insbesondere in einem Innenraum eines Fahrzeugs einsetzbar und zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung durch eine Fahrzeugscheibe vorgesehen ist, sowie ein Fahrzeug mit einer derartigen Sensoranordnung. The invention relates to an optical sensor arrangement for a vehicle, which is used in particular in an interior of a vehicle and provided for detecting a vehicle environment by a vehicle window, and a vehicle with such a sensor arrangement.

Derartige optische Sensoranordnungen werden in Fahrzeugen eingesetzt, um ein Fahrzeug-Umfeld zu erfassen und weiteren Funktionen wie z. B. einer Anzeigeeinrichtung oder einem Fahrerassistenzsystem zur Verfügung zu stellen. Die Sensoranordnung weist eine Sensoreinrichtung auf, die insbesondere eine Kameraanordnung, aber auch z. B. eine andere optische Messeinrichtung zur Erfassung eines Fahrzeugumfeldes durch eine Fahrzeugscheibe wie z. B. eine Laser-Sensoreinrichtung sein kann. Weiterhin weist die Sensoranordnung ein im Erfassungsbereich der Sensoreinrichtung angeordnetes optisches Element auf.Such optical sensor arrangements are used in vehicles to detect a vehicle environment and other functions such. B. a display device or a driver assistance system to provide. The sensor arrangement has a sensor device, in particular a camera arrangement, but also z. B. another optical measuring device for detecting a vehicle environment by a vehicle window such. B. may be a laser sensor device. Furthermore, the sensor arrangement has an optical element arranged in the detection area of the sensor device.

Eine derartiges Kamerasystem ist in der WO 2012/098192 A1 gezeigt; als optisches Element ist ein Prismas an einer Innenseite der Fahrzeugscheibe vorgesehen, das von dem Fahrzeug-Umfeld kommende und durch die Fahrzeugscheibe tretende optische Strahlung zu der Kameraoptik umlenkt. Durch die Dispersion des Prismas erfolgt eine wellenlängenselektive Strahlverbreitung der auf den Bildsensor abgebildeten Strahlung auftritt, wobei die Strahlverbreitung unterhalb der Auflösung des Bildsensors liegt und somit von dem Bildsensor nicht wahrgenommen wird.Such a camera system is in the WO 2012/098192 A1 shown; As an optical element, a prism is provided on an inner side of the vehicle window, which deflects optical radiation coming from the vehicle environment and passing through the vehicle window to the camera optics. As a result of the dispersion of the prism, a wavelength-selective beam propagation of the radiation imaged on the image sensor occurs, whereby the beam spread lies below the resolution of the image sensor and thus is not perceived by the image sensor.

Bei einer derartigen Sensoranordnung ist der Winkel zwischen der Kamera und dem optischen Element fest vorgegeben, da der Austrittswinkel der optischen Strahlung aus dem Prisma abhängig vom Aufbau des Prismas ist. Eine Vergrößerung des Austrittswinkels bewirkt gleichzeitig auch eine Vergrößerung des Prismas; somit wird auch mehr Bauraum benötigt, der bei der steigenden Anzahl an Sensoren im Fahrzeuginnenraum begrenzt ist.In such a sensor arrangement, the angle between the camera and the optical element is fixed, since the exit angle of the optical radiation from the prism is dependent on the structure of the prism. An increase in the exit angle simultaneously causes an enlargement of the prism; Thus, more space is required, which is limited by the increasing number of sensors in the vehicle interior.

In der DE 10 2007 022 247 A1 ist eine holografische Abbildungsoptik vorgesehen, durch die einfallende optische Strahlung eines schmalen Frequenzbandes unter einem frei wählbaren Austrittswinkel aus dem optischen Element geleitet werden kann. Die holografische Abbildungsoptik weist zwei Reflexions-Hologramme auf, die so zueinander angeordnet sind, dass optische Strahlung jeweils nur unter einem bestimmten Eintrittswinkel von dem jeweiligen Reflexions-Hologramm reflektiert wird. Werden die Eintrittswinkel aufeinander abgestimmt, so kann erreicht werden, dass von einer Seite des optischen Elements einfallende optische Strahlung nacheinander von beiden aufeinanderliegenden Reflexions-Hologrammen reflektiert wird und unter einem bestimmten Austrittswinkel auf der anderen Seite des optischen Elements wieder austritt. Hierzu sind die beiden Reflexions-Hologramme genau aufeinander abzustimmen.In the DE 10 2007 022 247 A1 a holographic imaging optics is provided, can be passed through the incident optical radiation of a narrow frequency band at a freely selectable exit angle from the optical element. The holographic imaging optics has two reflection holograms which are arranged relative to one another such that optical radiation is only reflected by the respective reflection hologram at a certain angle of incidence. If the entry angles are matched to one another, it can be achieved that optical radiation incident from one side of the optical element is successively reflected by the two superimposed reflection holograms and exits again at a certain exit angle on the other side of the optical element. For this purpose, the two reflection holograms are to be matched exactly.

Allgemein ist der Einbau von optischen Sensorsystemen in Fahrzeugen hinter der Fahrzeugscheibe problematisch, da der Bauraum im Innenraum des Fahrzeuges, z.B. am Dachhimmel, begrenzt ist, die Anzahl der Sensorsysteme aber gleichzeitig immer weiter ansteigt. Dadurch wird die Integration der optischen Sensorsysteme immer anspruchsvoller, wobei auch die Leistungsfähigkeit der Kamerasysteme von der Größe der Sensoren abhängig ist. So kann z.B. mit kleineren Sensoren nur eine geringere Lichtmenge aufgenommen werden, wodurch deren Leistungsfähigkeit sinkt. In general, the installation of optical sensor systems in vehicles behind the vehicle window is problematic because the space in the interior of the vehicle, e.g. is limited in the headliner, the number of sensor systems but at the same time continues to increase. As a result, the integration of the optical sensor systems is becoming increasingly demanding, whereby the performance of the camera systems is dependent on the size of the sensors. Thus, e.g. With smaller sensors only a smaller amount of light are absorbed, reducing their performance decreases.

Weiterhin ist die Funktionstüchtigkeit herkömmlicher Sensoren bei verschmutzter Scheibe, z. B. bei Schnee oder Regen, nicht immer gewährleistet, da derartige Sensoren meist nicht in dem vom Scheibenwischer eines Fahrzeugs gewischten Bereich angeordnet sind.Furthermore, the functionality of conventional sensors with dirty disc, z. As in snow or rain, not always guaranteed, since such sensors are usually not arranged in the wiped from the wiper of a vehicle area.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird eine optische Sensoranordnung für ein Fahrzeug zur Erfassung eines Fahrzeugumfeldes durch eine Fahrzeugscheibe vorgeschlagen, die ein holografisch optisches Element aufweist, das vom Fahrzeugumfeld einfallende und vorzugsweise durch die Fahrzeugscheibe gelangende optische Strahlung zu der Sensoreinrichtung ablenkt oder umlenkt.According to the invention, an optical sensor arrangement for a vehicle for detecting a vehicle environment by a vehicle window is proposed, which has a holographic optical element which deflects or deflects incident from the vehicle environment and preferably passing through the vehicle window optical radiation to the sensor device.

Als holografisch optisches Element wird im Rahmen der Erfindung ein optisches Element verstanden, in dem in hinreichend bekannter Weise ein Hologramm, d.h. ein Interferenzmuster, aufgenommen ist. Somit ist das holografisch optische Element im Wesentlichen als ein Hologramm, vorzugsweise als ein Volumen-Hologramm, ausgebildet. Verfahren zur Herstellung derartiger Hologramme sind bereits hinreichend bekannt. Das holografisch optische Element ist vorzugsweise biplanar, z. B. eine Folie, insbesondere eine an der Scheibeninnenseite anbringbare Folie. In the context of the invention, a holographic optical element is understood to mean an optical element in which, in a well-known manner, a hologram, i. an interference pattern is recorded. Thus, the holographic optical element is substantially formed as a hologram, preferably as a volume hologram. Methods for producing such holograms are already well known. The holographic optical element is preferably biplanar, z. B. a film, in particular an attachable to the disk inside film.

Die von dem holografisch optischen Element umgelenkte optische Strahlung kann insbesondere im IR- oder sichtbaren Wellenlängenbereich liegen. Es kann insbesondere optische Strahlung von im wesentlichen einer Wellenlänge umgelenkt werden. So kann z. B. auch IR-Strahlung zur Verwendung in einem Nachtsichtsystem oder Laserstrahlung für einen Laserdistanz-Sensor (LIDAR) eingesetzt werden.The optical radiation deflected by the holographic optical element can lie in particular in the IR or visible wavelength range. In particular, optical radiation of essentially one wavelength can be deflected. So z. B. IR radiation for use in a night vision system or laser radiation for a laser distance sensor (LIDAR) can be used.

Die Sensoreinrichtung kann zum einen bildgebend sein, d.h. mit mindestens einer Kamera, die eine Kameraoptik (Objektiv) und einen Bildsensor, insbesondere mit einer Matrixanordnung von Bildpixeln aufweist. Weiterhin kann z. B. auch ein Lasersystem, z. B. ein Lidar-System zur Abstandsmessung vorgesehen sein, das somit Licht aussendet und reflektiertes Licht aufnimmt. On the one hand, the sensor device can be imaging, ie with at least one camera which has a camera lens system (lens) and an image sensor, in particular with a matrix arrangement of image pixels. Furthermore, z. As well as a laser system, z. B. a lidar system may be provided for distance measurement, which thus emits light and receives reflected light.

Erfindungsgemäß ergeben sich einige Vorteile:
Durch die Ausbildung des optischen Elementes als holografisch optisches Element kann die einfallende optische Strahlung auf vielfältige Art und Weise abgelenkt werden. Vorzugsweise kann die Ablenkung durch ein in dem Hologramm aufgenommenen Interferenzmuster festgelegt sein. So können Interferenzmuster gewählt werden, die beispielsweise die optischen Achse umlenken und/oder die einfallende optische Strahlung, fokussieren und/oder wellenlängenselektiv bzw. wellenlängendispersiv aufspalten.According to the invention, there are some advantages:
By forming the optical element as a holographic optical element, the incident optical radiation can be deflected in a variety of ways. Preferably, the deflection can be determined by an interference pattern recorded in the hologram. Thus, interference patterns can be selected which redirect, for example, the optical axis and / or the incident optical radiation, focus and / or split wavelength-selective or wavelength dispersion.

Trifft optische Strahlung auf das holografisch optische Element, so wird die optische Strahlung am aufgenommenen Interferenzmuster entweder transmittiert oder reflektiert, je nachdem, ob das holografisch optische Element als ein Reflexions-Hologramm oder als ein Transmissions-Hologramm ausgeführt ist. Im Rahmen der Erfindung wird vorzugsweise ein holografisch optisches Element verwendet, das optische Strahlung transmittiert. Das Element kann hierbei auch aus zwei reflektierenden Schichten ausgebildet sein, die jeweils reflektieren, so dass insgesamt eine Transmission erfolgt.When optical radiation hits the holographic optical element, the optical radiation is either transmitted or reflected on the received interference pattern, depending on whether the holographic optical element is designed as a reflection hologram or as a transmission hologram. In the context of the invention, preferably a holographic optical element is used, which transmits optical radiation. In this case, the element can also be formed from two reflective layers, each of which reflects, so that a total of one transmission takes place.

Das holografisch optische Element kann die optische Strahlung auf die Sensoreinrichtung insbesondere umlenken, d.h. die Achsrichtung ändern, und/oder die Fokussierung, d.h. die Bildweite ändern, z. B. stärker fokussieren und somit die Bildweite verkürzen. Somit kann das holografisch optische Element wie ein optisches Bauelement, z. B. eine Linse, ein Spiegel oder ein Prisma wirken. In particular, the holographic optical element can redirect the optical radiation to the sensor device, i. change the axis direction, and / or focusing, i. change the image size, z. B. focus more and thus shorten the image size. Thus, the holographic optical element such as an optical device, for. As a lens, a mirror or a prism act.

Vorzugsweise ist es auch möglich, unterschiedliche optische Bauelemente mit einem holografisch optischen Element zu realisieren, indem das aufgenommene Interferenzmuster beispielsweise fokussierend und strahlablenkend auf die transmittierte optische Strahlung wirkt. Dadurch kann vorteilhafterweise Platz und Material gespart werden. Bei einer derartigen Strahlablenkung entsprechend einer Spiegel- und Sammellinsen-Funktion, kann somit der Ausfallswinkel der transmittierten optischen Strahlung in Richtung der Sensoreinrichtung variabel angepasst werden.Preferably, it is also possible to realize different optical components with a holographic optical element by the recorded interference pattern, for example, focusing and beam deflecting acts on the transmitted optical radiation. This can advantageously be saved space and material. In the case of such a beam deflection corresponding to a mirror and converging lens function, the angle of reflection of the transmitted optical radiation in the direction of the sensor device can thus be variably adjusted.

Hierdurch ergeben sich weitere Vorteile:
Die Sensoreinrichtung kann im Fahrzeuginnenraum flexibler verbaut werden, z.B. platzsparend am Dachhimmel oder im Bereich des Rückspiegels. So kann die optische Achse der Sensoreinrichtung in Richtung einer Motorhaube des Fahrzeugs ausgerichtet sein und das holografisch optische Element die optische Achse der Sensoreinrichtung auf das Fahrzeug-Umfeld ablenken. Hierdurch kann auch die Bildweite als Abstand des optischen Elementes von der Sensoreinrichtung vergrößert werden, wodurch sich die optischen Eigenschaften verbessern.This results in further advantages:
The sensor device can be installed more flexibly in the vehicle interior, eg space-saving on the headliner or in the area of the rearview mirror. Thus, the optical axis of the sensor device can be aligned in the direction of a hood of the vehicle and the holographic optical element deflect the optical axis of the sensor device to the vehicle environment. As a result, the image distance can be increased as the distance of the optical element from the sensor device, whereby the optical properties improve.

Durch die Ausführung des holografisch optischen Elements als Sammellinse kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass die optische Strahlung von einem größeren Bereich auf die Sensoreinrichtung fokussiert werden kann, wodurch die Lichtausbeute erhöht wird, was z. B. bei Laserdistanz-Sensoren dazu führt, dass entferntere Objekte detektiert werden können. By carrying out the holographic optical element as a converging lens can be advantageously achieved that the optical radiation can be focused from a larger area on the sensor device, whereby the light output is increased, which z. B. results in laser distance sensors to the fact that more distant objects can be detected.

Vorteilhafterweise kann das holografisch optische Element auch so ausgebildet sein, dass unwichtige Objekte des Fahrzeug-Umfeldes, z. B. die Motorhaube, ausgeblendet werden können. Dadurch kann die Verarbeitung unnötiger Informationen im Wesentlichen vermieden werden.Advantageously, the holographic optical element can also be designed so that unimportant objects of the vehicle environment, eg. B. the hood, can be hidden. Thereby, the processing of unnecessary information can be substantially avoided.

Weiterhin vorteilhaft ist, dass das holografisch optische Element, insbesondere bei Ausbildung mit einer Prisma-Funktion, auch wellenlängenselektiv einfallende optische Strahlung ablenken kann.It is also advantageous that the holographic optical element, in particular when formed with a prism function, can also deflect wavelength-selectively incident optical radiation.

Zudem kann das Hologramm sehr dünn gefertigt werden, beispielsweise als eine Folie mit einer Dicke von z.B. 10µm–25µm, vorzugsweise 20µm, bis maximal 200µm. In addition, the hologram can be made very thin, for example as a foil with a thickness of e.g. 10μm-25μm, preferably 20μm, up to a maximum of 200μm.

Durch die dünne Ausbildung ergibt sich der Vorteil, dass das optische Element sehr wenig Platz im Innenraum des Fahrzeugs in Anspruch nimmt. Zudem kann die Folie einfach z.B. auf einer Innenseite der Fahrzeugscheibe aufgebracht werden, wobei sich die Folie leicht an die Wölbung der Innenseite der Fahrzeugscheibe anpassen lässt. Dadurch kann der Aufwand zur Befestigung eines derartigen optischen Elements gering gehalten werden. Es ist aber auch denkbar, das Hologramm direkt in der Scheibe zu integrieren.The thin design has the advantage that the optical element takes up very little space in the interior of the vehicle. In addition, the film can be easily prepared e.g. be applied on an inner side of the vehicle window, the film can be easily adapted to the curvature of the inside of the vehicle window. As a result, the cost of attaching such an optical element can be kept low. However, it is also conceivable to integrate the hologram directly in the disk.

Vorzugsweise kann das holografisch optische Element auch so ausgebildet sein, dass es aus unterschiedlichen Blickwinkeln unterschiedlich wahrgenommen wird; insbesondere kann das holografisch optische Element aus der Blickrichtung des Fahrers optisch transparent wirken, während aus dem Blickwinkel der Sensoreinrichtung die optische Strahlung aus dem Fahrzeug-Umfeld entsprechend der Ausbildung des holografisch optischen Elementes abgelenkt wird. Somit wirkt das holografisch optische Element für den Fahrer nicht störend oder auffällig.Preferably, the holographic optical element can also be designed so that it is perceived differently from different angles; In particular, the holographic optical element can act optically transparent from the driver's line of sight, while the optical radiation from the vehicle environment is deflected from the perspective of the sensor device in accordance with the design of the holographic optical element. Thus, the holographic optical element for the driver does not disturb or conspicuous.

Dadurch ergeben sich weitere Vorteile:
Durch die unterschiedliche Wahrnehmung aus unterschiedlichen Blickrichtungen kann das holografisch optische Element nicht wie herkömmlich nur in einem bestimmten Bereich, in dem das Sichtfeld des Fahrers nicht beeinflusst wird, angeordnet werden, sondern es kann vielmehr auch in das Sichtfeld des Fahrers hineinragen. Somit kann das holografisch optische Element auch im durch den Scheibenwischer gewischten Bereich z.B. an einer Innenseite der Fahrzeugscheibe angeordnet werden, ohne dass das Sichtfeld des Fahrers dadurch beeinträchtigt wird. This results in further advantages:
Due to the different perception from different directions, the holographic optical element can not be arranged as conventionally only in a certain area in which the field of view of the driver is not affected, but it can also protrude into the field of view of the driver. Thus, the holographic optical element can also be arranged in the area wiped by the windshield wiper, for example on an inner side of the vehicle window, without affecting the driver's field of vision.

Weiterhin können auch mehrere holografisch optische Elemente vorgesehen sein, die mit der Sensoreinrichtung, insbesondere einzelnen Sensoren der Sensoreinrichtung, mehrere Abbildungssysteme bilden. So können z. B unterschiedliche Erfassungsbereiche des Fahrzeug-Umfelds auf die Sensoreinrichtung(en) abgebildet werden können. Die unterschiedlichen holografisch optischen Elemente können dabei direkt aneinander angrenzen oder mit einem Abstand zueinander beispielsweise auf der Innenseite der Fahrzeugscheibe befestigt sein. Insbesondere können auch mehrere holografisch optische Elemente auf einer Folie realisiert werden.Furthermore, it is also possible to provide a plurality of holographic optical elements which form a plurality of imaging systems with the sensor device, in particular individual sensors of the sensor device. So z. B different detection ranges of the vehicle environment on the sensor device (s) can be mapped. The different holographic optical elements can be directly adjacent to each other or fixed at a distance from each other, for example, on the inside of the vehicle window. In particular, several holographic optical elements can be realized on a film.

Gemäß einer Ausführungsform kann ein Stereo-Kamerasystem ausgebildet werden, das zwei beabstandete Kameras aufweist, die beispielsweise im Dachhimmel des Fahrzeuges angeordnet sind und die optische Strahlung von dem Fahrzeug-Umfeld aufnehmen. Jeder Kamera ist dabei ein holografisch optisches Element vorzugsweise auf der Innenseite der Fahrzeugscheibe zugeordnet, das die optische Achse der jeweiligen Kamera auf das Fahrzeug-Umfeld so ausrichtet, dass die beiden optischen Achsen außerhalb des Fahrzeuges auf einen unterschiedlichen Erfassungsbereich gerichtet sind und im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Die holografisch optischen Elemente sind dabei vorzugsweise weiter voneinander beabstandet als die Kameras und lenken somit die optische Strahlung von den zwei Erfassungsbereichen nach innen auf die jeweiligen Kameras ab. Die Kameras erfassen somit zwar die gleiche Fahrzeugumgebung allerdings aus leicht versetzten Positionen, so dass durch Synchronisierung der beiden Kameras in bekannter Weise ein räumliches Bild erstellt werden kann. According to one embodiment, a stereo camera system may be formed having two spaced-apart cameras, for example, located in the headliner of the vehicle and receiving the optical radiation from the vehicle environment. Each camera is associated with a holographic optical element preferably on the inside of the vehicle window, which aligns the optical axis of the respective camera to the vehicle environment so that the two optical axes are directed outside of the vehicle to a different detection range and substantially parallel to each other run. The holographic optical elements are preferably spaced further apart than the cameras and thus divert the optical radiation from the two detection areas inwards to the respective cameras. Although the cameras thus capture the same vehicle environment but from slightly offset positions, so that by synchronizing the two cameras in a known manner, a spatial image can be created.

Der Abstand der beiden holographisch optischen Elemente ist dabei vorzugsweise so gewählt, dass die beiden optischen Achsen in etwa einen Abstand im Bereich von z.B. 10cm bis 30cm, vorzugsweise ca. 20cm aufweisen, wobei der Abstand eine Tiefenauflösung des Stereo-Kamerasystems bestimmt und je nach Anwendung variabel eingestellt werden kann. Ein zu großer Abstand der optischen Achsen behindert die Erfassung eines Teils des Nahbereiches vor dem Fahrzeug.The spacing of the two holographic optical elements is preferably chosen so that the two optical axes are spaced approximately in the range of e.g. 10cm to 30cm, preferably about 20cm, wherein the distance determines a depth resolution of the stereo camera system and can be variably adjusted depending on the application. Too large a distance of the optical axes hinders the detection of a part of the near area in front of the vehicle.

Dadurch ergeben sich weitere Vorteile:
Zur Verbesserung der Tiefenauflösung, die durch die Basisweite, d. h. den Abstand der beiden optischen Achsen außerhalb des Fahrzeugs, bestimmt wird, ist lediglich der Abstand der beiden holografisch optischen Elemente zueinander anzupassen; der Abstand zwischen der Kameras kann klein gewählt werden, um den benötigten Platz im Innenraum des Fahrzeugs gering zu halten.This results in further advantages:
To improve the depth resolution, which is determined by the base width, ie the distance between the two optical axes outside the vehicle, only the distance between the two holographic optical elements is to be adapted to one another; The distance between the cameras can be chosen small, in order to keep the required space in the interior of the vehicle low.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt eine Seitenansicht eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung, 1 shows a side view of a vehicle with a sensor arrangement according to the invention,

2 eine Detailansicht der Sensoranordnung gemäß 1, 2 a detailed view of the sensor arrangement according to 1 .

3 eine Darstellung des optischen Strahlenverlaufes gemäß der Ausführungsform der 1 und 2, und 3 a representation of the optical beam path according to the embodiment of the 1 and 2 , and

4 ein Stereokamerasystem in einem Fahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform. 4 a stereo camera system in a vehicle according to another embodiment.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Eine in 1 bis 3 gezeigte Sensoranordnung 1 in einem Fahrzeug 2 weist eine als Sensoreinrichtung dienende Kamera 3 und weiterhin ein holografisch optisches Element 4 auf, das in einem Erfassungsbereich 6 der Kamera 3 angeordnet ist. Das holografisch optische Element 4 ist an einer Fahrzeugscheibe 5, vorzugsweise an einer Innenseite 5.1 der Fahrzeugscheibe 5 befestigt, z. B. verklebt oder laminiert; das optische Element 4 kann aber grundsätzlich auch in die Fahrzeugscheibe 5 integriert sein. An in 1 to 3 shown sensor arrangement 1 in a vehicle 2 has a camera serving as a sensor device 3 and further a holographic optical element 4 on that in a detection area 6 the camera 3 is arranged. The holographic optical element 4 is on a vehicle window 5 , preferably on an inner side 5.1 the vehicle window 5 attached, z. B. glued or laminated; the optical element 4 but in principle also in the vehicle window 5 be integrated.

Die Kamera 3 weist gemäß 2 eine Kameraoptik 9, z. B. ein Objektiv, und einen Bildsensor 10 auf. In der Kameraoptik 9 sind vorteilhafterweise mehrere einzelne Linsen angeordnet, die durch die Kameraoptik 9 aufgenommene optische Strahlung auf den Bildsensor 10 abbilden. Der Bildsensor 10 und die Kameraoptik 9 bilden somit eine optische Achse A.3 aus. The camera 3 according to 2 a camera optics 9 , z. A lens, and an image sensor 10 on. In the camera optics 9 Advantageously, a plurality of individual lenses arranged by the camera optics 9 recorded optical radiation on the image sensor 10 depict. The image sensor 10 and the camera optics 9 thus form an optical axis A.3.

Als optische Strahlung wird dabei vorzugsweise Licht im sichtbaren Bereich oder IR-Bereich verstanden, insbesondere auch Strahlung in einem begrenzten Frequenzbereich, z. B. IR-Strahlung zur Verwendung z. B. in Nachtsicht-Systemen oder Laserstrahlung zur Verwendung in Laserabstands-Sensoren (LIDAR). As optical radiation is preferably understood light in the visible range or IR range, in particular radiation in a limited frequency range, for. B. IR radiation for use z. In night vision systems or laser radiation for use in laser range sensors (LIDAR).

Die Kamera 3 ist in platzsparend in einem Innenraum 11 des Fahrzeuges 2, z. B. an einem Dachhimmel 13 und/oder hinter einem Rückspiegel 14, angeordnet. Dazu kann eine hier nicht näher beschriebene Fixiereinrichtung verwendet werden, die die Kamera 3 in einem festen relativen Abstand zu dem holografisch optischen Element 4 oder der Fahrzeugscheibe 5 fixiert. The camera 3 is in space-saving in an interior 11 of the vehicle 2 , z. B. on a headliner 13 and / or behind a rearview mirror 14 arranged. For this purpose, a fixation device not described here in detail can be used, which the camera 3 at a fixed relative distance to the holographic optical element 4 or the vehicle window 5 fixed.

Die Kamera 3 ist im Fahrzeug 2 so ausgerichtet, dass die optische Achse A.3, wie insbesondere in 1 zu sehen, zunächst auf die Motorhaube 2.1 des Fahrzeugs 2 zeigt. Durch das holografisch optische Element 4 wird die optische Achse A.3 so auf ein Fahrzeug-Umfeld 12 abgelenkt, dass die für die Kamera 3 unwichtigen Objekte des Fahrzeug-Umfeldes 12, z.B. die Motorhaube 2.1, ausgeblendet werden können. Dadurch kann die Ausbeute an Nutzdaten der Kamera 3 erhöht werden, indem nur der relevante Teil des Fahrzeug-Umfeldes 12 erfasst wird. The camera 3 is in the vehicle 2 aligned so that the optical axis A.3, as in particular in 1 to see first on the hood 2.1 of the vehicle 2 shows. Through the holographic optical element 4 the optical axis A.3 is so on a vehicle environment 12 distracted that for the camera 3 unimportant objects of the vehicle environment 12 , eg the bonnet 2.1 , can be hidden. As a result, the yield of user data of the camera 3 be increased by only the relevant part of the vehicle environment 12 is detected.

Das holografisch optische Element 4 ist, wie insbesondere in den 2 und 3 dargestellt, an der Innenseite 5.1 der Fahrzeugscheibe 5 angeordnet und liegt planar auf dieser auf. Insbesondere passt sich das optische Element 4 an die Innenseite 5.1 der Fahrzeugscheibe 5 an, so dass keine Lufteinschlüsse zwischen Fahrzeugscheibe und dem holografisch optischen Element 4 entstehen, die die Qualität der optischen Abbildung beeinträchtigen. Dazu kann das holografisch optische Element 4 vorzugsweise als eine biplanare Folie ausgebildet sein, wobei durch die biplanare Ausgestaltung ungewollte prismatische Effekte weitestgehend vermieden werden können. Bei Ausführung als Folie lässt sich das holografisch optische Element 4 vorzugsweise an die Form der Fahrzeugscheibe 5 einfach anpassen. Zudem können Platz und Gewicht eingespart werden.The holographic optical element 4 is, as in particular in the 2 and 3 shown on the inside 5.1 the vehicle window 5 arranged and lies planar on this. In particular, the optical element adapts 4 to the inside 5.1 the vehicle window 5 so that no air bubbles between the vehicle window and the holographic optical element 4 that affect the quality of the optical image. For this purpose, the holographic optical element 4 preferably be formed as a biplanar film, which unwanted prismatic effects can be largely avoided by the biplanar design. When executed as a film, the holographic optical element can be 4 preferably to the shape of the vehicle window 5 just adjust. In addition, space and weight can be saved.

Vorteilhafterweise wird das holografisch optische Element 4 in einem durch einen Scheibenwischer wischbaren Bereich der Fahrzeugscheibe 5 angeordnet, so dass optische Strahlung 15 von dem Fahrzeug-Umfeld 12 auch bei Regen oder Schnee durch die Fahrzeugscheibe 5 auf das holografisch optische Element 4 gelangen kann und somit auch dann noch eine Funktionstüchtigkeit der Sensoranordnung 1 gewährleistet ist. Advantageously, the holographic optical element 4 in a wipeable by a windshield wiper area of the vehicle window 5 arranged so that optical radiation 15 from the vehicle environment 12 even in rain or snow through the vehicle window 5 on the holographic optical element 4 can reach and thus even then a functionality of the sensor arrangement 1 is guaranteed.

Das holografisch optische Element können je nach Ausführung unterschiedliche optische Funktionen entsprechend unterschiedlicher optischer Bauelemente, z.B. Linse, Spiegel oder Prisma, realisiert werden können. Das holografisch optische Element 4 weist dazu eine lichtempfindliche Schicht auf, auf der entsprechend der optischen Funktion Interferenzmuster aufgenommen sind. Die Aufnahme derartiger Interferenzmuster bzw. Verfahren zur Herstellung derartiger Hologramme sind hinreichend bekannt und werden hier nicht näher erläutert. Trifft optische Strahlung 15 auf das holografisch optische Element 4, so wird die optische Strahlung 15 entsprechend der optischen Funktion des holografisch optischen Elements 4, beispielsweise durch Beugung der optischen Strahlung 15 am aufgenommenen Interferenzmuster, beeinflusst.The holographic optical element, depending on the design, different optical functions corresponding to different optical components, such as lens, mirror or prism, can be realized. The holographic optical element 4 has for this purpose a photosensitive layer on which interference patterns are recorded in accordance with the optical function. The inclusion of such interference patterns or methods for producing such holograms are well known and will not be explained in detail here. Meets optical radiation 15 on the holographic optical element 4 , so will the optical radiation 15 according to the optical function of the holographic optical element 4 , For example, by diffraction of the optical radiation 15 on the recorded interference pattern.

Die holografisch optischen Elemente 4 können dabei als Transmissions- oder Reflexions-Hologramme ausgeführt sein, d.h. die optische Funktion wird durch Transmission oder Reflexion der einfallenden optischen Strahlung 15 erzielt. Vorteilhafterweise ist hier ein Transmissions-Hologramm vorgesehen, bei dem die einfallende optische Strahlung 15 transmittiert und anschließend zu der Kamera 3 abgelenkt wird. Durch zwei aufeinanderliegende, entsprechend ausgebildete Reflexions-Hologramme kann aber auch die Wirkung eines Transmissions-Hologramms erzielt werden, wie z.B. in der DE 10 2007 022 247 A1 beschrieben ist. Die Ausführung des holografisch optischen Elementes 4 ist daher grundsätzlich nicht auf ein Transmissions-Hologramm begrenzt.The holographic optical elements 4 can be designed as transmission or reflection holograms, ie the optical function is by transmission or reflection of the incident optical radiation 15 achieved. Advantageously, a transmission hologram is provided here in which the incident optical radiation 15 transmitted and then to the camera 3 is distracted. By two superposed, correspondingly formed reflection holograms but also the effect of a transmission hologram can be achieved, such as in the DE 10 2007 022 247 A1 is described. The execution of the holographic optical element 4 is therefore not limited to a transmission hologram.

Vorzugsweise ist das holografisch optische Element 4 weiterhin als Volumen-Hologramm ausgebildet, d.h. die lichtempfindliche Schicht des optischen Elements 4 weist z.B. eine Dicke von 10µm–25µm, vorzugsweise 20µm, auf, so dass ein Interferenzmuster in mehreren Ebenen übereinander aufgenommen werden kann. Preferably, the holographic optical element 4 further formed as a volume hologram, that is, the photosensitive layer of the optical element 4 has, for example, a thickness of 10 .mu.m-25 .mu.m, preferably 20 .mu.m, so that an interference pattern in several levels can be recorded one above the other.

Gemäß 1 wird eine erste optische Funktion des optischen Elementes 4 durch eine Strahlablenkung und eine Fokussierung der transmittierten optischen Strahlung 15 realisiert. D.h. das optische Element 4 wirkt als Ablenkspiegel, der die transmittierte optische Strahlung 15 des Fahrzeug-Umfelds 12, vorzugsweise unabhängig von der Wellenlänge, in Richtung der Kamera 3 ablenkt und auf die Kameraoptik 9 fokussiert, so dass die um den Winkel α gegenüber dem optischen Element 4 geneigte Kameraoptik 9 die optische Strahlung 15 auf den Bildsensor 10 abbilden kann. Ein Einfallswinkel γ der einfallenden optischen Strahlung 15 bzgl. der optischen Achse A entspricht dabei nicht gleich dem Ausfallswinkel α der transmittierten optischen Strahlung 15.According to 1 becomes a first optical function of the optical element 4 by a beam deflection and a focusing of the transmitted optical radiation 15 realized. That is, the optical element 4 acts as a deflecting mirror, which transmits the transmitted optical radiation 15 of the vehicle environment 12 , preferably independent of the wavelength, in the direction of the camera 3 distracts and on the camera optics 9 focused so that the angle α relative to the optical element 4 tilted camera optics 9 the optical radiation 15 on the image sensor 10 can map. An angle of incidence γ of the incident optical radiation 15 with respect to the optical axis A does not equal to the angle of failure α of the transmitted optical radiation 15 ,

Somit kann die Kamera 3 auch um einen größeren Winkel α als in herkömmlichen Kamerasystemen, insbesondere in einem Bereich zwischen 145° und 170°, vorzugsweise 160°, gegenüber dem optischen Element 4 geneigt sein. Dadurch kann die Kamera 3 weiter oben im Dachhimmel 13 eingebaut werden als bei herkömmlichen Kamerasystemen, wodurch Platz im Innenraum 11 geschaffen werden kann. Zudem kann dadurch der optische Abbildungsweg verlängert werden, wodurch sich die optischen Eigenschaften der Abbildung verbessern.Thus, the camera can 3 also by a larger angle α than in conventional camera systems, in particular in a range between 145 ° and 170 °, preferably 160 °, relative to the optical element 4 be inclined. This allows the camera 3 further up in the headliner 13 be installed as in conventional camera systems, thereby taking up space in the interior 11 can be created. In addition, this can be extended the optical imaging path, thereby improving the optical properties of the image.

Als weitere Funktionalität kann eine wellenlängenselektive Strahlablenkung vorgesehen sein, die z.B. für ein Nachtsicht-System lediglich IR-Strahlung in Richtung Kamera 3 ablenkt. Das holografisch optische Element 4 weist somit eine prismatische Wirkung auf. Dies kann beispielsweise durch Aufnahme einer gleichmäßigen Interferenz-Gitterstruktur in einem Volumen-Hologramm umgesetzt werden, wodurch eintreffende optische Strahlung 15 wellenlängenselektiv und winkelabhängig an den Gitterebenen gebeugt wird, was durch die allgemein bekannte Bragg-Bedingung mathematisch beschrieben werden kann. Durch Auswahl der Gitterabstände kann somit die Wellenlänge bzw. ein begrenzter Wellenlängenbereich gewählt werden, der um den Winkel α auf die Kamera 3 abgelenkt wird. As a further functionality, a wavelength-selective beam deflection can be provided which, for example, for a night-vision system only IR radiation in the direction of the camera 3 distracting. The holographic optical element 4 thus has a prismatic effect. This can be implemented, for example, by including a uniform interference grating structure in a volume hologram, thereby obtaining incident optical radiation 15 Wavelength-selective and angle-dependent diffracted at the lattice planes, which can be described mathematically by the well-known Bragg condition. By selecting the lattice spacings, it is thus possible to select the wavelength or a limited wavelength range which is at the angle α to the camera 3 is distracted.

Weiterhin kann durch das optische Element 4 auch eine Sammellinsenfunktion realisiert werden, indem als Interferenzmuster z.B. eine sog. Fresnel-Zonenplatte (Zonenlinse) aufgenommen wird, die die einfallende optische Strahlung 15 auf einen ausgedehnten Punkt fokussieren kann. Eine derartige Funktion kann z.B. für einen Laserabstands-Sensor (LIDAR) 22 vorgesehen sein, der einen Laser 25 zum Aussenden von Laserstrahlung 21a und einen LIDAR-Sensor 24, d.h. einen wellenlängenspezifischen Photodetektor aufweist und durch eine Laufzeitmessung eine Abstandsmessung ermöglicht. Hier ist somit das holografisch optische Element 4 im Erfassungsbereich 6.2 des LIDAR-Sensors 22 angeordnet. Die zurückreflektierte Laserstrahlung 21b wird von dem optischen Element 4 auf den LIDAR-Sensor 22 fokussiert. Ist das optische Element 4 als eine Sammellinse ausgeführt, so kann erreicht werden, dass reflektierte Laserstrahlung 21b in einem größeren Bereich erfasst und auf den LIDAR-Sensor 22 fokussiert werden kann. Dadurch kann von dem Sensor 22 eine größere Lichtmenge aufgenommen werden, was zu einer gesteigerten Leistungsfähigkeit des LIDAR-Sensors 22 führt. Insbesondere kann dadurch die Reichweite des LIDAR-Sensors 22 vergrößert werden, da auch von weiter entfernten Objekten noch reflektierte Laserstrahlung 21b erfasst werden kann.Furthermore, by the optical element 4 Also, a collective lens function can be realized by as an interference pattern, for example, a so-called. Fresnel zone plate (zonal lens) is recorded, the incident optical radiation 15 focus on a broad point. Such a function can eg for a laser distance sensor (LIDAR) 22 be provided, which is a laser 25 for emitting laser radiation 21a and a LIDAR sensor 24 , ie, has a wavelength-specific photodetector and allows a distance measurement by a transit time measurement. Here is the holographic optical element 4 in the coverage area 6.2 of the LIDAR sensor 22 arranged. The back-reflected laser radiation 21b is from the optical element 4 on the LIDAR sensor 22 focused. Is the optical element 4 designed as a converging lens, it can be achieved that reflected laser radiation 21b captured in a larger area and on the LIDAR sensor 22 can be focused. This can be done by the sensor 22 a larger amount of light are absorbed, resulting in increased performance of the LIDAR sensor 22 leads. In particular, this can reduce the range of the LIDAR sensor 22 be enlarged, since even more distant objects still reflected laser radiation 21b can be detected.

Durch die Ausbildung des optischen Elementes 4 als holografisch optisches Element kann weiterhin erreicht werden, dass das optische Element 4 aus unterschiedlichen Blickwinkeln oder Winkelbereichen unterschiedlich wahrgenommen wird, wie insbesondere in 3 gezeigt ist. Beispielsweise kann das optische Element 4 für den Fahrer 18 mit einem Sichtfeld 17, das entlang einer Sichtfeldachse B, die mit dem holografisch optischen Element 4 einen Winkel β bzw. einen Winkelbereich Δβ einschließt, ausgerichtet ist, transparent erscheinen, während das optische Element 4 für die Kamera 3, die entlang der optischen Achse A ausgerichtet ist und mit dem optischen Element 4 einen Winkel α einschließt, entsprechend der optischen Funktion des optischen Elements 4 erscheint. By the formation of the optical element 4 As a holographic optical element can be further achieved that the optical element 4 is perceived differently from different angles or angles, as in particular 3 is shown. For example, the optical element 4 for the driver 18 with a field of view 17 passing along a field of view axis B, which coincides with the holographic optical element 4 an angle β or an angle range Δβ is aligned, appear transparent, while the optical element 4 for the camera 3 which is aligned along the optical axis A and with the optical element 4 includes an angle α corresponding to the optical function of the optical element 4 appears.

Somit kann das optische Element 4 z.B. von dem Bereich hinter dem Rückspiegel 14 auch in das Sichtfeld 17 des Fahrers 18 hineinragen und eine Ausdehnung des optischen Elements 4 ist nicht nur auf einen bestimmten Bereich der Fahrzeugscheibe 5 beschränkt; somit kann sich das optische Element 4 auch über einen großen Bereich der Fahrzeugscheibe 5 erstrecken, ohne dass das Sichtfeld 17 des Fahrers 18 dadurch beeinträchtigt wird. Thus, the optical element 4 eg from the area behind the rearview mirror 14 also in the field of vision 17 the driver 18 protrude and an extension of the optical element 4 is not just on a specific area of the vehicle window 5 limited; thus, the optical element can 4 also over a large area of the vehicle window 5 extend without losing the field of view 17 the driver 18 is affected.

Weiterhin können gemäß 3 und 4 auch mehrere optische Elemente 4, 4.1, 4.2 vorgesehen sein, die entweder voneinander beabstandet sind oder derartig auf einer Folie angeordnet sind, dass beispielsweise jedes optische Element 4.1, 4.2 einen Teilbereich der Folie bildet. Jeder Teilbereich bzw. jedes optische Element 4.1, 4.2 kann dabei zur Umsetzung einer anderen optischen Funktion dienen. Gemäß 3 wird beispielsweise einfallende optische Strahlung 15 von einem ersten optischen Element 4.1 auf die Kameraoptik 9 der Kamera 3 abgelenkt. Das erste optische Element 4.1 bildet somit zusammen mit der Kameraoptik 9 ein erstes Abbildungssystem 16.1 aus. An das erste optische Element 4.1 schließt sich im unteren Bereich direkt ein zweites optisches Element 4.2 an, wobei das zweite optische Element 4.2 z.B. optische Strahlung 21 lediglich einer Wellenlänge transmittiert und sammellinsenartig zu dem Sensor 24 ablenkt. Das zweite optische Element 4.2 bildet somit zusammen mit dem Sensor 24 ein System 16.2 aus.Furthermore, according to 3 and 4 also several optical elements 4 . 4.1 . 4.2 be provided, which are either spaced apart from each other or are arranged on a foil such that, for example, each optical element 4.1 . 4.2 forms a portion of the film. Each subarea or optical element 4.1 . 4.2 can serve to implement another optical function. According to 3 becomes, for example, incident optical radiation 15 from a first optical element 4.1 on the camera optics 9 the camera 3 distracted. The first optical element 4.1 thus forms together with the camera optics 9 a first imaging system 16.1 out. To the first optical element 4.1 closes in the lower area directly a second optical element 4.2 at, wherein the second optical element 4.2 eg optical radiation 21 only one wavelength transmitted and sammellinsenartig to the sensor 24 distracting. The second optical element 4.2 thus forms together with the sensor 24 a system 16.2 out.

Das zweite optische Element 4.2 kann dabei insbesondere auch transparent für die von der Kamera 3 aufgenommene Strahlung 15 sein, so dass die optischen Strahlungen 15, 21 die jeweilig andere Sensoreinrichtung 22, 3 nicht beeinflussen.The second optical element 4.2 In particular, it can also be transparent to the camera 3 recorded radiation 15 so that the optical radiation 15 . 21 the respective other sensor device 22 . 3 do not influence.

Weiterhin kann das zweite optische Element 4.2 so ausgebildet sein, dass Objekte 20, die sich auf einer Außenseite 5.2 der Fahrzeugscheibe 5 befinden, detektiert werden können. Dadurch kann z. B. ein Regensensor oder ein Verschmutzungssensor für die Fahrzeugscheibe 5 realisiert werden. Derartige holografische Regensensoren sind z.B. aus der EP 1 470 975 B1 bekannt. Furthermore, the second optical element 4.2 be formed so that objects 20 that are on an outside 5.2 the vehicle window 5 can be detected. As a result, z. B. a rain sensor or a pollution sensor for the vehicle window 5 will be realized. Such holographic rain sensors are eg from the EP 1 470 975 B1 known.

Somit können beliebig viele optische Elemente 4, 4.1, 4.2 vorgesehen sein, die auch über die Fahrzeugscheibe 5 verteilt angeordnet sein können, ohne das Sichtfeld 17 des Fahrers 18 zu beeinträchtigen. Insbesondere ist es auch möglich, in lediglich einem optischen Element 4, 4.1, 4.2 mehrere unterschiedliche optische Funktionen – quasi übereinanderliegend – umzusetzen; dies kann insbesondere durch eine entsprechende Aufnahme von zwei unterschiedlichen, überlagerten Interferenzmustern in einem Volumen-Hologramm erzielt werden.Thus, any number of optical elements 4 . 4.1 . 4.2 be provided, which also over the vehicle window 5 distributed without the field of view 17 the driver 18 to impair. In particular, it is also possible in only one optical element 4 . 4.1 . 4.2 several different optical functions - virtually superimposed - implement; This can be done in particular by an appropriate recording of two different, superimposed interference patterns can be achieved in a volume hologram.

Gemäß der Ausführungsform der 4 sind im oberen Bereich der Fahrzeugscheibe 5 zwei voneinander beabstandete holografisch optische Elemente 4.1, 4.2 vorgesehen, die insbesondere in den Bereichen neben dem Rückspiegel 14 in der Fahrzeugscheibe 5 integriert sind. Die holografisch optischen Elemente 4.1, 4.2 wirken dabei strahlablenkend und als Sammellinse, so dass die einfallende Strahlung 15.1, 15.2 transmittiert und nach oben in den Dachhimmel 13 auf zwei in einem ersten Abstand s1 beabstandete Kameras 3.1, 3.2 eines Stereokamerasysetems 103 abgelenkt und fokussiert wird. Die beiden optischen Elemente 4.1, 4.2 bilden dabei mit den Kameras 3.1, 3.2 jeweils ein Abbildungssystem 16.1, 16.2, das die jeweiligen optischen Achsen A.1, A.2 der Kameras 3.1, 3.2 auf einen ersten Erfassungsbereich 23.1 bzw. einen zweiten Erfassungsbereich 23.2 des Fahrzeug-Umfeldes 12 ausrichten. Die Erfassungsbereiche 23.1, 23.2 sind dabei leicht zueinander versetzt, so dass das Fahrzeug-Umfeld 12 aus geringfügig beabstandeten Positionen heraus betrachtet wird.According to the embodiment of the 4 are in the upper part of the vehicle window 5 two spaced apart holographic optical elements 4.1 . 4.2 provided, in particular, in the areas next to the rearview mirror 14 in the vehicle window 5 are integrated. The holographic optical elements 4.1 . 4.2 At the same time they act as a deflecting beam and as a convergent lens, so that the incident radiation 15.1 . 15.2 transmitted and up in the headliner 13 on two cameras spaced at a first distance s1 3.1 . 3.2 a stereo camera system 103 distracted and focused. The two optical elements 4.1 . 4.2 form with the cameras 3.1 . 3.2 each an imaging system 16.1 . 16.2 containing the respective optical axes A.1, A.2 of the cameras 3.1 . 3.2 on a first detection area 23.1 or a second detection area 23.2 of the vehicle environment 12 align. The coverage areas 23.1 . 23.2 are slightly offset from each other, so that the vehicle environment 12 is viewed from slightly spaced positions.

Insbesondere verlaufen die optischen Achsen A.1, A.2 vor den holografisch optischen Elementen 4.1, 4.2, d.h. insbesondere im Fahrzeugumfeld 12, im Wesentlichen parallel zueinander, vorzugsweise in einem zweiten Abstand s2 von 30 cm. Zwischen den holografisch optischen Elementen 4.3, 4.4 und den Kameras 3.1, 3.2, also insbesondere im Innenraum 11 des Fahrzeuges 2, laufen die optischen Achsen A.3, A.4 aufeinander zu und schließen somit einen betragsmäßig größeren Winkel ein als die optischen Achsen A.1, A.2 außerhalb des Fahrzeuges 2.In particular, the optical axes A.1, A.2 extend in front of the holographic optical elements 4.1 . 4.2 , ie in particular in the vehicle environment 12 , substantially parallel to each other, preferably at a second distance s2 of 30 cm. Between the holographic optical elements 4.3 . 4.4 and the cameras 3.1 . 3.2 , so in particular in the interior 11 of the vehicle 2 , the optical axes A.3, A.4 converge toward one another and thus enclose an angle which is greater in magnitude than the optical axes A.1, A.2 outside the vehicle 2 ,

Die beiden Kameras 3.1, 3.2 bilden somit ein Stereo-Kamerasystem 103, mit dem das Fahrzeug-Umfeld 12 räumlich aufgenommen werden kann, wobei zwei synchron aufgenommene Bilder in allgemein bekannter Weise zu einem räumlich wahrnehmbaren Bild zusammengesetzt werden können, wodurch insbesondere Abstände zu vorausfahrenden Objekten bestimmt werden können. The two cameras 3.1 . 3.2 thus form a stereo camera system 103 with which the vehicle environment 12 can be spatially recorded, wherein two synchronously recorded images can be assembled in a generally known manner to a spatially perceivable image, which in particular distances to objects in front can be determined.

Durch die Verwendung von holografisch optischen Elementen 4.1, 4.2 kann vorteilhafterweise durch den zweiten Abstand s2 eine größere Basisweite für ein Stereo-Kamerasystem 103 eingestellt werden, wodurch die Tiefenauflösung verbessert wird, ohne den ersten Abstand s1 zwischen den Kameras 3.1, 3.2 zu vergrößern. Somit kann auch bei geringem Bauraum die Tiefenauflösung des Stereo-Kamerasystems 103 erhöht werden.Through the use of holographic optical elements 4.1 . 4.2 can advantageously by the second distance s2 a larger base width for a stereo camera system 103 can be adjusted, thereby improving the depth resolution without the first distance s1 between the cameras 3.1 . 3.2 to enlarge. Thus, even with little space, the depth resolution of the stereo camera system 103 increase.

Der Einsatz einer derartigen Sensoranordnung 1 ist dabei nicht auf die vordere Fahrzeugscheibe 5 beschränkt. Vielmehr können holografisch optische Elemente 4 auch für eine Rückfahrkamera oder seitlich des Fahrzeugs, z. B. unterstützend zu den Seitenspiegeln, eingesetzt werden. The use of such a sensor arrangement 1 is not on the front vehicle window 5 limited. Rather, holographic optical elements 4 also for a rear view camera or side of the vehicle, eg. B. supporting the side mirrors, are used.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2012/098192 A1 [0003] WO 2012/098192 A1 [0003]
  • DE 102007022247 A1 [0005, 0040] DE 102007022247 A1 [0005, 0040]
  • EP 1470975 B1 [0050] EP 1470975 B1 [0050]

Claims (16)

Optische Sensoranordnung (1) für ein Fahrzeug (2), wobei die optische Sensoranordnung (1) mindestens aufweist: eine Sensoreinrichtung (3, 22, 103) zur Aufnahme optischer Strahlung (15; 15.1, 15.2, 21b) aus einem Fahrzeug-Umfeld (12), mindestens ein optisches Element (4, 4.1, 4.2), das in einem Erfassungsbereich (6, 6.2) der Sensoreinrichtung (3, 22, 103) angeordnet ist und die optische Strahlung (15; 15.1, 15.2, 21b) zu der Sensoreinrichtung (3, 22, 103) ablenkt, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine optische Element (4, 4.1, 4.2) als ein holografisch optisches Element (4, 4.1, 4.2) ausgebildet ist.Optical sensor arrangement ( 1 ) for a vehicle ( 2 ), wherein the optical sensor arrangement ( 1 ) at least: a sensor device ( 3 . 22 . 103 ) for receiving optical radiation ( 15 ; 15.1 . 15.2 . 21b ) from a vehicle environment ( 12 ), at least one optical element ( 4 . 4.1 . 4.2 ), which is in a coverage area ( 6 . 6.2 ) of the sensor device ( 3 . 22 . 103 ) and the optical radiation ( 15 ; 15.1 . 15.2 . 21b ) to the sensor device ( 3 . 22 . 103 ), characterized in that the at least one optical element ( 4 . 4.1 . 4.2 ) as a holographic optical element ( 4 . 4.1 . 4.2 ) is trained. Optische Sensoranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das holografisch optische Element (4, 4.1, 4.2) die optische Strahlung (15; 15.1, 15.2, 21b) transmittiert.Optical sensor arrangement ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the holographic optical element ( 4 . 4.1 . 4.2 ) the optical radiation ( 15 ; 15.1 . 15.2 . 21b ). Optische Sensoranordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das holografisch optische Element (4, 4.1, 4.2) die optische Strahlung (15; 15.1, 15.2, 21b) lediglich in einem begrenzten Wellenlängenbereich, insbesondere einer Wellenlänge, z.B. Laserstrahlung (21b) oder IR-Strahlung, transmittiert.Optical sensor arrangement ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the holographic optical element ( 4 . 4.1 . 4.2 ) the optical radiation ( 15 ; 15.1 . 15.2 . 21b ) only in a limited wavelength range, in particular a wavelength, for example laser radiation ( 21b ) or IR radiation. Optische Sensoranordnung (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das holografisch optische Element (4, 4.1, 4.2) die transmittierte optische Strahlung (15; 15.1, 15.2, 21b) auf die Sensoreinrichtung (3, 22) bündelt oder fokussiert zur Ausbildung einer Linsen-Funktion, insbesondere einer Sammellinsen-Funktion.Optical sensor arrangement ( 1 ) according to claim 2 or 3, characterized in that the holographic optical element ( 4 . 4.1 . 4.2 ) the transmitted optical radiation ( 15 ; 15.1 . 15.2 . 21b ) on the sensor device ( 3 . 22 ) focuses or focuses to form a lens function, in particular a collective lens function. Optische Sensoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das holografisch optische Element (4, 4.1, 4.2) die transmittierte optische Strahlung (15; 15.1, 15.2, 21b) um einen Ausfallswinkel (α) ablenkt, wobei der Ausfallswinkel (α) ungleich einem Einfallswinkel (γ) ist, unter dem die optische Strahlung (15; 15.1, 15.2) auf das optische Element (4, 4.1, 4.2) einfällt. Optical sensor arrangement ( 1 ) according to one of claims 2 to 4, characterized in that the holographic optical element ( 4 . 4.1 . 4.2 ) the transmitted optical radiation ( 15 ; 15.1 . 15.2 . 21b ) is deflected by an angle of reflection (α), wherein the angle of reflection (α) is not equal to an angle of incidence (γ), under which the optical radiation ( 15 ; 15.1 . 15.2 ) on the optical element ( 4 . 4.1 . 4.2 ). Optische Sensoranordnung (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das holografisch optische Element (4, 4.1, 4.2) die transmittierte optische Strahlung (15; 15.1, 15.2, 21b) wellenlängendispersiv ablenkt zur Ausbildung einer Prisma-Funktion.Optical sensor arrangement ( 1 ) according to claim 2 or 3, characterized in that the holographic optical element ( 4 . 4.1 . 4.2 ) the transmitted optical radiation ( 15 ; 15.1 . 15.2 . 21b ) deflects wavelength dispersively to form a prism function. Optische Sensoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (3, 103) eine Kamera (3, 3.1, 3.2) mit einer Kameraoptik (9) und einem Bildsensor (10) aufweist.Optical sensor arrangement ( 1 ) according to one of claims 2 to 6, characterized in that the sensor device ( 3 . 103 ) a camera ( 3 . 3.1 . 3.2 ) with a camera optics ( 9 ) and an image sensor ( 10 ) having. Optische Sensoranordnung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (103) ein Stereo-Kamerasystem (103) mit einer ersten Kamera (3.1) und einer von der ersten Kamera (3.1) beabstandeten zweiten Kamera (3.2) aufweist, wobei die erste Kameraoptik (3.1) mit einem ersten holografisch optischen Element (4.1) ein erstes Abbildungssystem (16.1) zur Abbildung der optischen Strahlung auf den ersten Bildsensor (10) und die zweite Kamera (3.2) mit einem zweiten holografisch optischen Element (4.2) ein zweites Abbildungssystem (16.2) zur Abbildung der optischen Strahlung auf den zweiten Bildsensor (10) ausbildet.Optical sensor arrangement ( 1 ) according to claim 7, characterized in that the sensor device ( 103 ) a stereo camera system ( 103 ) with a first camera ( 3.1 ) and one from the first camera ( 3.1 ) spaced second camera ( 3.2 ), wherein the first camera optics ( 3.1 ) with a first holographic optical element ( 4.1 ) a first imaging system ( 16.1 ) for imaging the optical radiation onto the first image sensor ( 10 ) and the second camera ( 3.2 ) with a second holographic optical element ( 4.2 ) a second imaging system ( 16.2 ) for imaging the optical radiation onto the second image sensor ( 10 ) trains. Optische Sensoranordnung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kameraabstand (s1) der ersten Kamera (3.1) zur zweiten Kamera (3.2) geringer ist als ein Elementabstand (s2) zwischen dem ersten und zweiten holographisch optischen Element (4.1, 4.2).Optical sensor arrangement ( 1 ) according to claim 8, characterized in that a camera distance (s1) of the first camera (s1) 3.1 ) to the second camera ( 3.2 ) is less than an element spacing (s2) between the first and second holographic optical elements ( 4.1 . 4.2 ). Optische Sensoranordnung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Teilachsen (A.1, A.2) vor den holografisch optischen Elementen (4.1, 4.2) einen betragsmäßig kleineren Winkel, insbesondere Null Grad, einschließen als die optischen Teilachsen (A.3, A.4) zwischen den holografisch optischen Elementen (4.1, 4.2) und den Kameras (3.1, 3.2).Optical sensor arrangement ( 1 ) according to claim 8 or 9, characterized in that the optical sub-axes (A.1, A.2) in front of the holographic optical elements ( 4.1 . 4.2 ) include a smaller absolute angle, in particular zero degrees, than the optical sub-axes (A.3, A.4) between the holographic optical elements ( 4.1 . 4.2 ) and the cameras ( 3.1 . 3.2 ). Optische Sensoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (22) als Lidar-Sensoreinrichtung (22) ausgebildet ist mit einem Laser (25) zur Aussendung von Laserlicht (21a) und einem Lidar-Sensor (24) zur Aufnahme von aus der Fahrzeugumgebung reflektiertem Laserlicht (21b), wobei das holografisch optische Element (4) das aus der Fahrzeugumgebung reflektierte Laserlicht zu dem Lidar-Sensor (24) ablenkt.Optical sensor arrangement ( 1 ) according to one of claims 2 to 7, characterized in that the sensor device ( 22 ) as a lidar sensor device ( 22 ) is formed with a laser ( 25 ) for the emission of laser light ( 21a ) and a lidar sensor ( 24 ) for receiving laser light reflected from the vehicle surroundings ( 21b ), wherein the holographic optical element ( 4 ) the laser light reflected from the vehicle surroundings to the lidar sensor ( 24 ) distracts. Optische Sensoranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das holografisch optische Element (4, 4.1, 4.2) aus mindestens einem von der optischen Achse abweichenden Blickwinkel (β), insbesondere aus einem Winkelbereich (Δβ) um den Blickwinkel (β) herum, optisch transparent erscheint, insbesondere aus einer Position unterhalb des optischen Elementes (4, 4.1, 4.2).Optical sensor arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the holographic optical element ( 4 . 4.1 . 4.2 ) from at least one viewing angle (β) deviating from the optical axis, in particular from an angular range (Δβ) around the viewing angle (β), appears optically transparent, in particular from a position below the optical element ( 4 . 4.1 . 4.2 ). Optische Sensoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das holografisch optische Element (4, 4.1, 4.2) als Transmissions-Hologramm ausgebildet ist.Optical sensor arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the holographic optical element ( 4 . 4.1 . 4.2 ) is designed as a transmission hologram. Optische Sensoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das holografisch optische Element (4, 4.1, 4.2) zwei Reflexions-Hologramme aufweist, die derartig zueinander angeordnet sind, dass einfallende optische Strahlung (15; 15.1, 15.2, 21b) durch mindestens zweimalige Reflexion transmittiert wird.Optical sensor arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the holographic optical element ( 4 . 4.1 . 4.2 ) has two reflection holograms which are arranged in such a way that incident optical radiation ( 15 ; 15.1 . 15.2 . 21b ) is transmitted by at least two times reflection. Optische Sensoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das holografisch optische Element (4, 4.1, 4.2) als eine Folie zur Anbringung an einer Innenseite (5.1) einer Fahrzeugscheibe (5) ausgeführt ist.Optical sensor arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the holographic optical element ( 4 . 4.1 . 4.2 ) as a film for attachment to an inside ( 5.1 ) a vehicle window ( 5 ) is executed. Fahrzeug (2) aufweisend: eine Fahrzeugscheibe (5), insbesondere Frontscheibe, zur Trennung eines Fahrzeug-Umfelds (12) gegenüber einem Innenraum (11) des Fahrzeugs (2), und eine optische Sensoranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, die in dem Innenraum (11) des Fahrzeugs (2) vorgesehen ist, wobei das optische Element (4, 4.1, 4.2) an der Innenseite (5.1) der Fahrzeugscheibe (5) angeordnet ist, und wobei die Sensoreinrichtung (3, 22) das Fahrzeug-Umfeld (12) durch die Fahrzeugscheibe (5) und das optische Element (4, 4.1, 4.2) aufnimmt.Vehicle ( 2 ) comprising: a vehicle window ( 5 ), in particular windscreen, for the separation of a vehicle environment ( 12 ) in relation to an interior ( 11 ) of the vehicle ( 2 ), and an optical sensor arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, which in the interior ( 11 ) of the vehicle ( 2 ) is provided, wherein the optical element ( 4 . 4.1 . 4.2 ) on the inside ( 5.1 ) of the vehicle window ( 5 ), and wherein the sensor device ( 3 . 22 ) the vehicle environment ( 12 ) through the vehicle window ( 5 ) and the optical element ( 4 . 4.1 . 4.2 ).
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