光学组件 |
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| 申请号 | CN201380057519.7 | 申请日 | 2013-09-04 | 公开(公告)号 | CN104903791A | 公开(公告)日 | 2015-09-09 |
| 申请人 | 福克斯莱德有限公司; | 发明人 | 莱因霍尔德·德·弗雷斯; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及光学组件，其可以尤其在无法使用带有位于直接光路上的典型物镜的相机的场合下用作360度的光学系统。本发明提供一种光学组件，其包括至少一个带状透镜(1)和至少一个光学 传感器 (2)，所述至少一个 光学传感器 (2)至少局部设置在所述至少一个带状透镜(1)的光路上，特别地，光 信号 在没有被反射的情况下穿过所述带状透镜。因此，提供一种与位于中央的图像 传感器系统 结合的且适于360度视 角 的带状透镜光学系统，其可用于优选地从全景的角度可靠探测和分析移动目标。带状透镜光学系统结合图像传感器系统构成了360度监视系统，其运行有效，且可以容易集成到技术过程中。优选的 实施例 的特征在于带状透镜设计，其具有快速透镜速度和中央图像传感器系统，具有移动分析功能，用于对周遭环境监视。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种光学组件，其包括： |
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| 说明书全文 | 光学组件[0001] 本发明涉及光学组件，其可以尤其在无法使用带有位于直接光路上的典型物镜的相机的场合下用作360度的光学系统。 [0002] 单个的枢转和/或可移动相机可用于对周遭进行360度监视；或者多个相机如此设置，使得可以探测到所有区域。一般而言，为此使用广角相机。然而，现有技术包括已知的监视系统，借此可以利用相机直接拍摄360度的全景图像。在此情况下，相机朝向凸面镜，该凸面镜借助另一个镜子将周遭的失真图像反射到相机的像面上。然后借助图像分析系统将失真图像数据转换为矫正后的图像数据。 [0003] 这种间接光学监视系统描述于比如DE101 58 415 A1中，其重点主要是监视车辆的内部空间。借助至少一个广角相机在曲线坐标中生成图像，将其转换为平面或圆柱坐标，然后对其进行电子图像评估。借此探测人员和/或目标，使得可以针对比如每个座位而自动调整座椅或安全装置。在轿车出现事故时，需要将提取的信息存储起来和/或借助无线电将其传送到救援中心。该系统也可以监视外部的部件，以便其也可以适用于碰撞报警或泊车辅助系统。 [0006] 公开文献EP 2 433 837 A1揭露了一种用于对车辆缓慢移动的周遭环境进行光学监视的光学设备和方法。在该技术方案的情况下，借助镜像的带状透镜将光线导向至区域探测器，以便生成第一图像，并且通过一组棱镜和透镜将光线导向至区域探测器，以便生成第二图像。 [0007] 可以作为相机配件使用的类似技术方案描述于欧洲专利说明书EP 0103 301 B1中。 [0009] 本发明目的是提供一种光学组件，其克服了传统技术方案的缺点，并且其可用于优选地从全景中可靠探测和分析移动目标。 [0011] 根据本发明的光学组件的特别优点是能够甚至在不利光照条件下对周遭进行监视。这通过光学组件实现，所述光学组件包括至少一个带状透镜和至少一个光学传感器。根据本发明，至少一个光学传感器直接和/或间接设置在至少一个带状透镜的光路上。可以理解：直接设置在带状透镜光路上的组件为这样的组件：其使得带状透镜与光学传感器之间的光路上没有设置折射和/或反射元件，比如额外的透镜、棱镜或镜子。因此，可以将间接设置在带状透镜光路上的组件理解为这样的组件：其使得来自带状透镜的光线由折射和/或反射元件传导至光线传感器，其中，所述传导也可以包括光路的反向。 [0012] 根据本发明，带状透镜设计成使得带状透镜内不会发生光路的反向。特别是，光信号或光信号的至少一部分在没有反射的情况下穿过带状透镜。至少一个带状透镜和至少一个光学传感器优选地设置成使得在没有反射的情况下，光信号或光信号的至少一部分从入口行进到至少一个带状透镜，并且一直行进到至少一个光学传感器。其结果是：相对于传统的技术方案，光信号的衰减较小。 [0013] 可以将光学组件视为具有特殊物镜的相机。 [0014] 根据本发明，特殊物镜包括至少一个带状透镜，其中，所述至少一个带状透镜可以与一个或多个额外的光学组件结合起来。此后将这种带状透镜与一个或多个光学组件的结合称为带状透镜光学系统。 [0015] 带状透镜或带状透镜光学系统优选为快速带状透镜或带状透镜光学系统。 [0016] 带状透镜尤其是实质上为圆形的透明光学元件。带状透镜的截面优选地具有两个球形部，以便产生透镜效果。带状透镜优选地具有双凸截面。在一个优选实施例中，带状透镜由多个光学元件构造而成，这些光学元件一起形成了实质上封闭的圆环。在另一个优选实施例中，将带状透镜设计为菲涅耳带状透镜。 [0017] 光学传感器优选地为光电二极管阵列壶光电二极管矩阵，尤其是CCD(电荷耦合装置)传感器。优选地使用这样的光学传感器，其包括有机半导体材料或由有机半导体材料制成，比如有机光传感器或有机光电二极管。 [0018] 如果将光学传感器配置为弯曲传感器则是有利的。在一个优选实施例中，将光学传感器设计为圆柱体或圆柱形壳体。圆柱体或圆柱形壳体与带状透镜或带状透镜光学系统的轴向对称轴线对齐。周遭图像优选地通过带状透镜或带状透镜光学系统而直接显示在传感器上，该传感器为圆柱体或圆柱形壳体的形式。在其它优选实施例中，将额外的光学元件设置在位于带状透镜与圆柱体或圆柱形壳体形式的传感器之间的光路上，以便比如在光学组件的尺寸与带状透镜或带状透镜光学系统的成像特性之间进行协调。如果让光学传感器形成圆锥体表面的至少一部分，则这可能是有利的。通过改变圆锥体的孔径角，可以将光学组件的光路调整至与光学组件的结构一致。 [0019] 在另一个优选实施例中，将光学传感器配置为平面或平坦的传感器。平面光学传感器可以为数码相机的一部分。优选地，借助设置在位于带状透镜/带状透镜光学系统与平面传感器之间的光路上的至少一个光学元件而将带状透镜或带状透镜光学系统提供的图像信息显示在传感器上。在一个优选实施例中，通过插入光路中的至少一个光学元件而让该光路产生偏移。在一个优选实施例中，光学元件为与带状透镜或带状透镜光学系统的轴向对称轴线对齐的锥面镜。 [0020] 在一个优选实施例中，光信号的第一部分从入口(entry)在没有被反射的情况下行进到至少一个带状透镜，并且一直行进到至少一个第一光学传感器，而至少一个光学元件设置在光信号的第二部分的光路上，所述光学元件将光信号的第二部分显示在至少一个第二光学传感器上。 [0021] 在另一个优选实施例中，优选地为环状透镜特别优选地为具有零凹凸截面的环形透镜设置在位于带状透镜/带状透镜光学系统与靠近镜子的平面传感器之间的光路上，以便调整由带状透镜/带状透镜光学系统和锥面镜提供给光学传感器的图像的图像大小。 [0022] 一般而言，设置在带状透镜/带状透镜光学系统与光学传感器之间的光路上的光学元件可以为偏光、反光和/或折射元件。 [0023] 低分辨率的光学传感器可用于探测移动目标的用途。 [0024] 在一个优选实施例中，光学组件包括至少一个能源，以便提供至少一个光学传感器、至少一个与光学传感器连接的多路器和至少一个AD转换器，以便将多路器提供的模拟数据数字化。然后可以将数字数据提供给数据处理单元。 [0025] 在一个优选实施例中，光学组件进一步包括至少一个数据处理单元比如至少一个处理器。至少一个数据处理单元至少临时连接到光学传感器的至少一部分，以便可在光学传感器与至少一个数据处理单元之间交换信号或数据。 [0027] 在另一个优选实施例中，至少一个带状透镜/带状透镜光学系统与至少一个光学传感器在公共结构单元内结合。公共结构单元可以为比如壳体，尤其是灯，优选地为街灯。在另一个优选实施例中，公共结构单元也可以包括至少一个数据处理单元。此外或备选地，可以提供一个或多个数据处理单元，其作为多个结构单元的中央控制单元而设置在公共结构单元的外部。 [0028] 在一个优选实施例中，数据处理单元的至少一部分配置为使得光学传感器提供的信号被分析，以便探测移动目标。此外，在一个优选实施例中，发光元件由至少一个数据处理单元控制。在一个优选实施例中，发光元件的至少一部分作为移动目标的函数而被控制。尤其是，发光元件的至少一部分能够在目标在传感器探测的区域内移动时启动或逐渐变亮。也可以对控制器设计，使得如果在特定阶段内没有探测到移动目标的话则让发光元件停止或逐渐变暗。 [0029] 在另一个优选实施例中，至少两个优选为多个的结构单元由至少一个数据处理单元控制。可以设置成使得多个结构单元互相通信，以便比如将接近的目标告知另一个结构单元。在一个优选实施例中，通过比如向量分析尤其是通过分析光流而对目标的移动进行分析。 [0030] 这也是可以的：借助结构单元的光学传感器而探测光学信号尤其是来自可见和/或不可见频率范围的光信号，并且将其传送到其它结构单元。信号可以作为光信号而传递。在此情况下，将结构单元的光学传感器探测到的信号传送至数据处理单元，该数据处理单元也包含在结构单元内，或与结构单元分开设置。数据处理单元分析信号，并且作为分析结果的函数而启动结构单元的发光元件，所述发光元件发射对应的信号。备选或另外地，也可以通过其他方式比如通过线路或无线电而将接收到的光信号借助数据处理单元转发到不同的数据处理单元。数据处理单元对光信号的分析可以包括解码。这种光学组件可用于比如潜艇中以便通过水来传送信号。 [0031] 在一个优选实施例中，光学组件上同时设置光学传感器和发光元件，以便使得光学传感器可以用作(360度)光接收器单元，并且用作(360度)光发射器单元。在另一个优选实施例中，光学组件仅仅用作单独的(360度)光接收器单元，或用作单独的(360度)光发射器单元。 [0032] 在一个优选实施例中，至少一个数据处理单元配置成至少执行： [0033] 分析至少一个光学传感器探测到的信号， [0034] 探测移动目标，尤其是对其进行向量分析， [0037] 作为探测到的移动目标的函数，而令至少一个发光元件启动和/或停用，尤其是让其逐渐点亮和/或逐渐变暗， [0038] 尤其是作为探测到的移动目标的函数而控制多个结构单元， [0039] 将第一结构单元的至少一个光学传感器探测到的信号传送到至少一个第二结构单元的至少一个光学传感器和/或传送到数据处理单元。 [0040] 在一个优选实施例中，带状透镜和图像传感器系统嵌入了作为封闭结构单元的公共壳体内。一系列最紧凑的设计是提供符号的功能单元，其具有图像传感器，该图像传感器具有圆柱体或圆柱壳体的外形，并且该图像传感器尤其与透镜特性适应。其可以比如以节约空间的方式用于街灯，以便启动让LED光源逐渐变亮，对接近的目标进行探测，包括昏暗的光照条件，以及用于通过光信号接收数据。与恒流源连接并且设计为光电二极管矩阵的多信道图像传感器接收带状透镜直接传送的模拟图像信号并且将这些信号转发到位于中央电子控制器件内的模拟多路器。借助AD转换器将信号数字化，并且将其传输到现有的计算机以便进一步处理。可以通过接口而连接显示器，以便对目标的移动过程进行符号化显示。对移动进行向量分析也是可以的。 [0041] 术语“提供符号”表示这样的事实：优选地在软件处理后从光学传感器接收到的作为粗分辨率目标图像的图像信息，可以显示在光学输出装置，比如显示在显示器上。在一个优选实施例中，探测到的目标作为几何符号例如作为闪烁的十字标等而重现。 [0042] 根据提供图像函数的一个优选实施例，带状透镜产生的模拟图像数据借助锥面镜并结合环形透镜而由传统的平面图像传感器或数码相机探测到，对其进行数字化，然后由所提供的计算机单元对其进一步处理和分析。转换为卡迪尔坐标的周遭失真图像实时显示在连接的显示器上，或在随后的检索中显示。 [0043] 带状透镜的应用，即让光路反向，构成了另一个优选实施例。LED光源围绕透镜中心设置，以便让其光束角度与带状透镜的焦线共线或平行，其由后者的双凸截面产生。从出口处出现的光线然后产生所需要的特定光锥，比如用于街道照明的运行。 [0044] 在另一个优选实施例中，提供360度的相机单元，用于借助带状透镜/带状透镜光学系统而监视周遭，所述带状透镜/带状透镜光学系统将探测区域的模拟图像信息沿着直接光路发送到设置在中央的图像传感器，该图像传感器为圆柱体或圆柱壳体的外形，然后借助多路器和AD转换器将模拟数据从该图像传感器路由到单独的计算机单元，以便进一步处理。带状透镜/带状透镜光学系统及具有用于恒流源的连接导线和根据其所属的信道和PIN码而标识的输出端的图像传感器，连同壳体一起形成了紧凑的功能单元，该功能单元因而也适于通过光信号而接收和转发数据。 [0045] 在另一个优选实施例中，带状透镜光学系统提供的模拟图像信号通过锥面镜而被偏移，并且首先经由环形透镜而被传送到集成的区域图像传感器，数字化的数据从该图像传感器借助电缆或无线电而被传输至单独的计算机单元，以便进行进一步处理。可以将单独的数码相机安装在为其提供的接口上，从而省掉区域图像传感器，以便用于所选的场合。 [0046] 因此，本发明提供一种带状透镜/带状透镜光学系统，其设计成具有360度的视角，并且与设置在中央的图像传感器系统结合，所述图像传感器系统可用于可靠地且优选地以全景方式探测和分析移动目标。根据本发明的光学组件的“光轴”因此优选地与带状透镜的轴向对称轴线之间形成了角度，该角度偏离直角。将锥形壳体称为根据本发明的光学组件的“光轴”，当截面与带状透镜相同的透镜的光轴围绕带状透镜的轴向对称轴线旋转时形成了所述锥形壳体。带状透镜的“光轴”与轴向对称轴线之间形成的角度优选地大约为30度至大约80度，特别优选地大约为40度至大约70度，更优选地大约为60度。该360度的监视系统可以有效运行并且可容易集成到技术流程中。优选的实施例的特征在于带状透镜设计，其具有快速透镜速度和中央图像传感器系统，具有移动分析功能，用于对周遭环境监视。 [0048] 图1展示了提供符号的360度相机单元沿着其壳体和带状透镜的示意性截面图，可完整看到图像传感器的圆柱体及其嵌入壳体内的光电二极管组件。 [0049] 图2展示了提供图像的360度相机单元沿着后者壳体、带状透镜、锥面镜和用于模拟输出的环形透镜的示意性截面图，展示了用于区域图像传感器6或数码相机的组件的接口。 [0050] 图1的示意图展示了根据本发明的360度相机单元的设置在壳体3内的组件。首先需要注意的是快速带状透镜1的几何形状和光学参数，透镜1由透明材料制成，并且具有双凸截面，用于将位于直接光路内的周遭的移动图像有效传送到位于中央的图像传感器2，所述图像传感器2具有圆柱壳体的外形。将模拟图像信号直接传送到传感器预防了通常在光路偏移到不同平面的情况下发生的损失，因此允许其在较差光照条件下也可以成功得以使用。 [0051] 该功能单元的主要应用是可靠探测移动目标并且对该移动进行分析，以便控制技术过程，并且用于通过光信号接收数据。通过将周遭移动图像转换为几何符合而使得移动过程可视化。根据现有的使用条件，壳体3设计成具有所需的保护程度。 [0052] 图2的示意图展示了根据本发明的另一种形式的360度相机单元的设置在壳体3内的组件。带状透镜1未变，相对于上述功能单元，需要让光路偏移。为此，锥面镜4设置在带状透镜1的中心。后者的基体由塑料制成，并且具有精加工的高反射涂镀表面。偏移的模拟图像信息的图像大小由环形透镜5调整，所述环形透镜5由透明材料制成，并且相对于区域图像传感器6具有零凹凸截面，所述区域图像传感器6设置在壳体3内部或设置在数码相机上，数码相机安装在现有的连接装置的外部。由于该功能单元适于以提供图像的形式表示，其可用于技术过程和目标安全区域内的参考图像对比。 [0053] 本发明的实施例未限制于以上描述的优选实施例的实例。而是可构思出大量变形实施例，其利用了根据本发明的组件，甚至具有实质上不同的设计。 [0054] 标号列表 [0055] 1为带状透镜 [0056] 2为圆柱壳体形式的图像传感器 [0057] 3为壳体 [0058] 4为锥面镜 [0059] 5为环形透镜 [0060] 6为平面区域图像传感器 |
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