DE20309891U1

DE20309891U1 - Videokamera mit großem Gesichtsfeldwinkel

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Publication number: DE20309891U1
Application number: DE20309891U
Authority: DE
Original assignee: Ibeo Automobile Sensor GmbH
Current assignee: Ibeo Automobile Sensor GmbH
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2003-09-04
Anticipated expiration: 2013-06-27

Description

IBEO Automobile Sensor GmbH S8423GDE - Dr/wö

Videokamera mit großem Gesichtsfeldwinkel

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Videokamera mit einem großen ^ Gesichtsfeldwinkel in mindestens einer Ebene.

Videokameras können dazu eingesetzt werden, Bilder eines vorgegebenen Überwachungsbereichs zu erfassen und für eine folgende Weiterverarbeitung in entsprechende Bilddaten in elektronischer Form umzusetzen. Häufig ist es wünschenswert, einen Überwachungsbereich zu erfassen, der sich in wenigstens einer Ebene über einen großen Winkelbereich erstreckt. Beispielsweise wäre es wünschenswert, zur Überwachung eines Bereichs um ein Fahrzeug herum, möglichst mit nur einer Videokamera einen Winkelbereich von wenigstens 180°, vorzugsweise einen größeren Winkelbereich, zu erfassen, so dass beispielsweise in einem Bild sowohl die Bereiche neben als auch vor oder hinter dem Fahrzeug erfasst und überwacht werden können.

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Grundsätzlich könnte hierzu eine Panoramakamera eingesetzt werden, die ein entsprechendes Objektiv aufweist, das den Überwachungsbereich auf einen Videochip abbildet, der das empfangene Intensitätsmuster bzw. Bild in entsprechende Bilddaten umsetzt. Um eine hinreichende Auflösung zu erzielen, wäre es jedoch notwendig, einen großen Videochip mit einer sehr großen Anzahl von Sensorelementen zu verwenden, was erhebliche Kosten verursachen würde.

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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Videokamera mit großem Gesichtsfeldwinkel in wenigstens einer Ebene bereitzustellen, die bei hoher Auflösung einfach aufgebaut und herzustellen ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Videokamera mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Die erfindungsgemäße Videokamera mit großem Gesichtsfeldwinkel in wenigstens einer Ebene umfasst eine Photodetektionseinrichtung mit einem Photodetektorfeld, eine Objektiveinrichtung zur Abbildung wenigstens zweier Abschnitte des Gesichtsfeldes auf das Photodetektorfeld, eine Verschlusseinrichtung, mittels derer alternierend optische Strahlung aus jeweils einem der Gesichtsfeldabschnitte aus einem entsprechenden Strahlengang zu dem Photodetektorfeld aus bzw. in diesen einblendbar ist, und eine Synchronisationseinrichtung, mittels derer das Erfassen und/oder Auslesen von von der Photodetektionseinrichtung erfassten Teilbildern der Gesichtsfeldabschnitte und das Aus- und Einblenden der optischen Strahlung aus einem der Gesichtsfeldabschnitte miteinander synchronisierbar sind.

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Erfindungsgemäß werden alternierend verschiedene Abschnitte des Gesichtsfeldes auf dasselbe Photodetektorfeld abgebildet, wobei synchron zu dem Wechsel zwischen den Gesichtsfeldabschnitten mittels des Photodetektorfeldes Teilbilder der jeweils eingeblendeten Gesichtsfeldabschnitte erfasst werden. Die Teilbilder können in einem folgenden Schritt zu einem Gesamtbild des gesamten Gesichtsfeldes zusammengesetzt werden.

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Das Gesichtsfeld der erfindungsgemäßen Videokamera braucht dabei nur in wenigstens einer Ebene einen großen Gesichtsfeldwinkel aufzuweisen, kann aber in einer Richtung beispielsweise orthogonal dazu einen geringeren Gesichtsfeldwinkel aufweisen.
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Die Videokamera kann im Bereich optischer Strahlung arbeiten, das heißt infrarote Strahlung und/oder Strahlung im sichtbaren Bereich erfassen und in entsprechende Teilbilder bzw. Teilbilddaten umsetzen. Entsprechend dem Wellenlängenbereich der verwendeten optischen Strahlung ist das Photodetektorfeld der Photodetektionseinrichtung gewählt. Dieses kann insbesondere ein CCD-Feld oder ein CMOS-Sensorfeld umfassen. Die Photodetektionseinrichtung kann weiterhin eine Schaltung zur Verarbeitung der Signale des Photodetektorfeldes bzw. zu dessen Ansteuerung aufweisen.

Die Objektiveinrichtung, mittels derer wenigstens zwei Abschnitte des Gesichtsfeldes auf das Photodetektorfeld abbildbar sind, kann über wenigstens eine Linse und/oder einen entsprechenden Spiegel verfügen, deren Abbildungseigenschaften in Bezug auf die verwendete optische Strahlung geeignet gewählt sind.

Die Verschlusseinrichtung, mittels derer alternierend die optische Strahlung aus jeweils einem der Gesichtsfeldabschnitte aus einem entsprechenden Strahlengang zu dem Photodetektorfeld aus bzw. in diesen einblendbar ist, kann dabei den jeweiligen Strahlengang zu dem Photodetektorfeld einfach unterbrechen und wieder freigeben oder die optische Strahlung jeweils eines Gesichtsfeldabschnitts auf das Photodetektorfeld umlenken.

Die Synchronisationseinrichtung dient dazu, das Aus- und Einblenden der optischen Strahlung aus einem der Gesichtsfeldabschnitte und das Erfassen und/oder Auslesen der entsprechenden von der Photodetektionseinrichtung erfassten Teilbilder zu synchronisieren, so dass nacheinander den verschiedenen Gesichtsfeldabschnitten entsprechende Teilbilder erfasst werden.

Mit der erfindungsgemäßen Videokamera können also Gesamtbilder mit einer Auflösung erfasst werden, die sonst nur mit einem Photodetektorfeld erhältlich wären, das eine entsprechend der Anzahl der Gesichtsfeldabschnitte vervielfachte Anzahl von Sensorelementen aufweist. So ist schon bei Verwendung von nur zwei Gesichtsfeldabschnitten eine Halbierung der für eine gegebene Auflösung notwendigen Sensorelemente des Photodetektorfeldes möglich.

Auf diese Weise kann sehr einfach eine Videokamera mit einem großen Gesichtsfeldwinkel, einer hohen Auflösung und gleichzeitig einem einfachen, kostensparenden Aufbau erhalten werden. Diese eignet sich daher insbesondere für Anwendungen, bei denen der konstruktive Aufwand und damit die Kosten für eine solche Kamera möglichst niedrig gehalten werden müssen, beispielsweise beim serienmäßigen Einsatz in Kraftfahrzeugen.

Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen beschrieben.

Grundsätzlich ist es möglich, dass die von der Videokamera erfassten Teilbilder separat nacheinander an eine entsprechende bildverarbeitende Einrichtung ausgegeben werden. Es ist jedoch bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Videokamera eine Überlagerungseinrichtung zum Zusammenführen der Teilbilder der verschiedenen Gesichtsfeldabschnitte zu einem Gesamtbild umfasst. Diese Überlagerungseinrichtung kann dazu insbesondere mit der Synchronisationseinrichtung und der Photodetektionseinrichtung verbunden sein. Weiterhin kann die Überlagerungseinrichtung zweckmäßig so ausgebildet sein, dass bei der Überlagerung der Teilbilder eine Überschneidung der Gesichtsfeldabschnitte und die Abbildungseigenschaften der Objektiveinrichtung berücksichtigt werden.

Die Synchronisation zwischen der Erfassung und/oder dem Auslesen der Teilbilder und dem Ein- und Ausblenden der verschiedenen Gesichtsfeldabschnitte kann grundsätzlich auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Videokamera ist es bevorzugt, dass die Synchronisationseinrichtung so ausgebildet ist, dass auf ein Signal der Verschlusseinrichtung für ein Ein- oder Ausblenden ein Signal zur Erfassung und/oder zum Auslesen eines Teilbildes an die Photodetektionseinrichtung abgebbar ist. Es wird also synchron zu dem Ein- und Ausblenden ein Signal abgegeben, das die Erfassung und/oder das Auslesen eines Teilbildes triggert. Dazu ist die Verschlusseinrichtung zur Abgabe eines solchen Signals an die Synchronisationseinrichtung ausgebildet, die dieses, gegebenenfalls nach Weiterverarbeitung, als Erfassungs- und/oder Auslesesignal an die Photodetektionseinrichtung abgibt.

Bei einer anderen Weiterbildung ist es bevorzugt, dass die Synchronisationseinrichtung so ausgebildet ist, dass bei oder nach einer Erfassung

und/oder einem Auslesen eines Teilbildes durch die bzw. aus der Photodetektionseinrichtung ein Ausblenden eines einem Gesichtsfeldabschnitt entsprechenden Teilbildes und ein Einblenden des anderen Gesichtsfeldabschnitts durch die Verschlusseinrichtung auslösbar ist. Insbesondere kann die Synchronisationseinrichtung gleichzeitig mit dem Triggern eines Auslesens der Teilbilddaten aus der Photodetektionseinrichtung die Verschlusseinrichtung triggern. Auf diese Weise kann die Frequenz, mit der Teilbilder erfasst und/oder ausgelesen werden, genauer vorgegeben werden, da das Triggern unmittelbar durch einen entsprechenden Zeitgeber erfolgen kann.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist es bevorzugt, dass die Synchronisationseinrichtung so ausgebildet ist, dass auf ein externes Erfassungssignal hin wenigstens eine Erfassung und/oder ein Auslesen eines Teilbildes durch die bzw. aus der Photodetektionseinrichtung und ein Ausblenden eines einem Gesichtsfeldabschnitt entsprechenden Teilbildes und ein Einblenden eines anderen der Gesichtsfeldabschnitte durch die Verschlusseinrichtung auslösbar ist. Auf diese Weise findet auch eine Synchronisation der der Erfassung bzw. des Auslesens eines Teilbildes und des Aus- und Einblenden von Gesichtsfeldern statt. Das externe Erfassungssignal kann insbesondere durch eine bildverarbeitende Einrichtung, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, oder auch eine andere Sensoreinrichtung, beispielsweise einen Laserscanner, der mittels eines geschwenkten Laserstrahls einen Erfassungsbereich abtastet, an die Videokamera bzw. die Synchronisationseinrichtung darin ausgegeben werden. Das Erfassungssignal kann insbesondere auch eine Information darüber enthalten, welcher der Gesichtsfeldabschnitte erfasst werden soll.

Grundsätzlich kann dabei zur Erfassung jedes Teilbildes ein Erfassungssignal notwendig sein, beispielsweise, wenn jedes Teilbild zu einem extern vorgegebenen Zeitpunkt erfasst werden soll. Es ist jedoch besonders bevorzugt, dass die Synchronisationseinrichtung so ausgebildet ist, dass auf ein externes Triggersignal hin nacheinander für jeden der Gesichtsfeldabschnitte eine Erfassung und/oder ein Auslesen eines Teilbildes durch die bzw. aus der Photodetektionseinrichtung und ein Ausblenden eines dem Gesichtsfeldabschnitt entsprechenden Teilbildes und ein Einblenden eines anderen der Gesichtsfeldabschnitte durch die Verschlusseinrichtung auslösbar ist. Auf diese Weise kann durch nur ein externes Erfassungssignal die Erfassung eines Gesamt- bzw. Panoramabildes ausgelöst werden, Dabei brauchen Details der Videokamera nicht bekannt zu sein, insbesondere die Anzahl oder Reihenfolge der Gesichtsfelder, die erfasst werden.

Um auch bei einem sehr großen Gesichtsfeldwinkel bzw. bei mehreren Gesichtsfeldabschnitten einen günstigen Einfallswinkel auf das Photodetektorfeld zu erreichen, ist es bevorzugt, dass für wenigstens einen der Gesichtsfeldabschnitte in dem Strahlengang hinter der Objektiveinrichtung ein strahlumlenkendes Element angeordnet ist. Hierbei kann es sich insbesondere um einen Spiegel handeln.

Das Ein- und Ausblenden der verschiedenen Gesichtsfeldabschnitte mittels der Verschlusseinrichtung kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Videokamera ist es bevorzugt, dass die Verschlusseinrichtung für wenigstens zwei Gesichtsfeldabschnitte jeweils ein einzelnes Verschlusselement zum Einbzw. Ausblenden eines von dem entsprechenden Gesichtsfeldabschnitt

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ausgehenden Strahlenbündels aufweist. Die Verschlusselemente können dabei insbesondere einzeln von der Synchronisationseinrichtung angesteuert werden. Es ist jedoch auch möglich, dass die Verschlusseinrichtung eine entsprechende Steuerung aufweist, die auf ein Triggersignal der Synchronisationseinrichtung hin zyklisch umlaufend die Gesichtsfeldabschnitte ein- und ausblendet. Eine solche Ausführungsform erlaubt eine weitgehend freie Anordnung bzw. Ausbildung der Objektiveinrichtung, da die einzelnen Verschlusselemente separat in geeigneter Weise relativ zu der Objektiveinrichtung angeordnet werden können.

Dabei ist es besonders bevorzugt, dass in den Strahlengängen hinter der Objektiveinrichtung für jeden der Gesichtsfeldabschnitte jeweils ein strahlumlenkendes Element angeordnet ist. Auf diese Weise können die Strahlengänge bis zu dem Photodetektorfeld für alle Gesichtsfeldabschnitte ähnlich bzw. im Wesentlichen analog verlaufen, so dass die verschiedenen Teilbilder bei entsprechender Ausbildung der Objektiveinrichtung wenigstens ähnliche Eigenschaften in Bezug auf den Gesichtsfeldabschnittswinkel der Teilbilder und die darin auftretenden Verzerrungen aufweisen.

Bei einer alternativen Ausführungsform ist es bevorzugt, dass die Verschlusseinrichtung für wenigstens zwei der Gesichtsfeldabschnitte ein gemeinsames Verschlusselement aufweist, mittels dessen die Strahlenbündel von den Gesichtsfeldabschnitten wechselweise ein- und ausblendbar sind. Ein solcher Aufbau der Verschlusseinrichtung kann die Synchronisation der Erfassung und/oder des Auslesens der Teilbilder und den Wechsel zwischen den Gesichtsfeldabschnitten mit nur geringem" konstruktivem Aufwand ermöglichen. Insbesondere kann allein durch eine

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geeignete Konstruktion ein gleichzeitiges Einblenden zweier Gesichtsfeldabschnitte ausgeschlossen werden.

Das Verschlusselement in der Verschlusseinrichtung kann sehr unterschiedlich ausgebildet sein. Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Videokamera ist es bevorzugt, dass das Verschlusselement eine durch einen Antrieb bewegbare Blende und/oder einen durch einen Antrieb bewegbaren Spiegel umfasst. Dabei kann die bewegbare Blende und/oder der bewegbare Spiegel für jeden Gesichtsfeldabschnitt einzeln vorhanden sein. Es ist jedoch auch möglich, das Verschlusselement als gemeinsames Verschlusselement für wenigstens zwei Gesichtsfeldabschnitte derart auszubilden, dass diese wechselseitig ein- und ausblendbar sind. Insbesondere bei Verwendung eines Spiegels kann dieser gleichzeitig als strahlumlenkendes Element verwendet werden. Der Antrieb kann dabei beispielsweise durch einen Elektromotor gegeben sein, der von einer entsprechenden Treiberschaltung der Verschlusseinrichtung oder auch direkt von der Synchronisationseinrichtung ansteuerbar ist.

Zur Erzielung einer besonders genauen Synchronisation bei hoher Gesichtsfeldabschnittswechselfrequenz ist es dabei bevorzugt, dass der Antrieb und/oder die Blende und/oder der Spiegel einen Stellungsgeber aufweisen, mittels dessen bei Erreichen oder Verlassen einer vorgegebenen Stellung der Blende und/oder des Spiegels ein Signal an die Synchronisationseinrichtung abgebbar ist. Der Stellungsgeber kann beispielsweise zur Erfassung mit einem mechanischen, elektrischen oder optischen Sensor ausgebildet sein.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Antrieb einen Schrittmotor aufweist. Dieser ist so angesteuert, dass die Blende und/oder der Spiegel jeweils zwischen vorgegebenen, den Gesichtsfeldabschnitten entsprechenden Stellungen bewegt wird, wobei die Bewegung der Blende bzw. der Spiegel in den Stellungen wenigstens stark verlangsamt ist bzw. die Blende bzw. insbesondere der Spiegel für eine vorgegebene Zeit in der erreichten Stellung verharrt. Bewegungsunschärfen durch Bewegung des Spiegels können so deutlich reduziert werden. Die Blende und/oder der Spiegel ist weiter bei geringem mechanischem Aufwand mit großer Genauigkeit in die vorgegebenen Stellungen bewegbar.

Um einen möglichen mechanischen Verschleiß der Verschlusseinrichtung zu reduzieren oder ganz auszuschließen, ist es bevorzugt, dass das Verschlusselement einen elektrisch schaltbaren Modulator umfasst. Bei diesem Modulator kann es sich insbesondere um ein elektro-optisches, magneto-optisches oder akusto-optisches Bauelement handeln, mittels dessen die Intensität der durch diese hindurch tretenden optischen Strahlung wenigstens in einem vorgegebenen Frequenzbereich modulierbar, das heißt zwischen vorgegebenen Grenzwerten steuerbar ist. Insbesondere kann es sich hierbei um Kerr-, Pockels- oder auch Faraday-Elemente handeln.

Bei einer alternativen Ausführungsform ist es bevorzugt, dass das Verschlusselement wenigstens ein Flüssigkristallbauelement aufweist, das zwischen einem transmittierenden und einem nicht transmittierenden Zustand oder einem reflektierenden und einem nicht reflektierenden Zustand hin- und herschaltbar ist. Dabei werden vorzugsweise Flüssigkristalle verwendet, die in Verbindung mit einem entsprechenden Aufbau

des Flüssigkristallbauelements eine kurze Schaltzeit erlauben. Das Flüssigkristallbauelement kann dabei insbesondere analog zu einer Monochrom-Flüssigkristallanzeige, die keine eigene Beleuchtung aufweist und zur Verwendung mit Fremdlicht ausgebildet ist, aufgebaut sein. Ein soleher Aufbau zeichnet sich durch geringe Kosten aus, erlaubt aber gleichzeitig eine relativ große Fläche des verwendeten Strahlenbündels.

Grundsätzlich braucht die Objektiveinrichtung der erfindungsgemäßen Videokamera nur ein einziges Objektiv bzw. ein einziges Linsen- und/oder Spiegelsystem aufzuweisen. Insbesondere können Weitwinkel-, Fisheye- oder Panoramaobjektive mit 360° Gesichtsfeld verwendet werden. Diese weisen jedoch in der Regel eine starke Verzerrung auf, die entweder die Verwendung der Bilder beeinträchtigt oder eine zusätzliche Entzerrung unter Berücksichtigung der Abbildungsgeometrie mit einer folgenden Bildverarbeitungseinrichtung erfordert. Es ist daher bevorzugt, dass die Objektiveinrichtung für wenigstens zwei der Gesichtsfeldabschnitte jeweils ein Objektiv aufweist. Vorzugsweise sind die Objektive gleich ausgebildet, so dass alle Bereiche des sich nach Zusammenführen der Teilbilder ergebenden Gesamtbildes gleiche Bildverzerrungen aufweisen. Durch Wahl entsprechender Objektive können dabei die Verzerrungen gering gehalten werden.

Dabei ist es besonders bevorzugt, dass die Objektive jeweils gleich ausgebildet sind, dass sich ihre optischen Achsen in einem Punkt schneiden, und dass die Objekte in dem gleichen Abstand von dem Schnittpunkt angeordnet sind. Es ergibt sich damit eine Anordnung der Objektive auf einem Kreisumfang, so dass ein besonders kompakter Aufbau der erfindungsgemäßen Videokamera erzielt werden kann.

Insbesondere in diesem Fall ist es bevorzugt, dass das Photodetektorfeld von einer Ebene beabstandet ist, die durch die optischen Achsen der Objektive bzw. der Objektiveinrichtung gegeben ist. Hierzu kann insbesondere wenigstens ein strahlumlenkendes Element vorgesehen sein, das durch die Objektive hindurch tretende optische Strahlung auf das Photodetektorfeld umlenkt. Eine solche Videokamera zeichnet sich durch einen besonders kompakten Aufbau aus.

Dabei ist es bevorzugt, dass sich die Gesichtsfeldabschnitte wenigstens in einer vorgegebenen Entfernung von der Videokamera überschneiden. Diese Entfernung kann in Abhängigkeit von dem Verwendungszweck der Videokamera gewählt sein und besonders bevorzugt zwischen 0,5 und 1 m liegen.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Gesichtsfeld in wenigstens einer Richtung einen Gesichtsfeldwinkel größer als 150° aufweist. Besonders bevorzugt ist es jedoch, dass das Gesamtgesichtsfeld in wenigstens einer Richtung einen Gesichtsfeldwinkel größer als 175° aufweist, so dass ein sehr großer Überwachungsbereich überwachbar ist.

Die erfindungsgemäße Videokamera eignet sich insbesondere zur Montage an Fahrzeugen, um einen Bereich neben, hinter und/oder vor dem Fahrzeug zu überwachen.
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Die Erfindung wird nun weiter beispielhaft anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine Videokamera nach

einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht der Videokamera in Fig.

entlang einer durch die strichpunktierte Linie in Fig. 1 an

gedeuteten Schnittebene,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Videokamera nach einer zweiten

bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, 10

Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf eine Videokamera nach

einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 5 eine schematische Schnittansicht der Videokamera in Fig.

entlang einer Ebene durch einen durch eine gestrichelte Linie angedeuteten Strahl in Fig. 4.

In den Fig. 1 und 2 umfasst eine Videokamera nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Objektiveinrichtung 10, eine Verschlusseinrichtung 12, drei Umlenkspiegel 14, 14' und 14", eine Photodetektionseinrichtung mit einem Photodetektorfeld, die in den Figuren schematisch als ein Bauteil 16 gezeigt ist, eine Synchronisationseinrichtung 18 und eine Überlagerungseinrichtung 20 auf. 25

Die Objektiveinrichtung 10 umfasst drei gleich ausgebildete Objektive 22, 22' und 22", die in den Figuren schematisch nur als Linse dargestellt sind, tatsächlich jedoch Linsensysteme umfassen. Die optischen Achsen der

Objektive 22, 22' und 22" sind dabei in einer Ebene angeordnet und schneiden sich im Wesentlichen in einem Punkt. Die optischen Achsen der Objektive 20 und 20' sowie 20' und 20" schließen dabei jeweils einen gleichen Winkel von im Beispiel etwa 60° ein. 5

Die Objektive 22, 22' und 22" weisen jeweils einen Objektivgesichtsfeldwinkel von etwa 100° auf.

Die Objektive 22, 22' und 22" bilden dabei jeweils Gesichtsfeldabschnitte 24, 24' und 24" mit den Objektivgesichtsfeldwinkeln entsprechenden Gesichtsfeldabschnittwinkeln auf das Photodetektorfeld 16 ab, wobei die von den Gesichtsfeldabschnitten 24, 24' und 24" ausgehenden Strahlenbündel durch die den Objektiven 22, 22' und 22" einzeln zugeordneten Umlenkspiegel 14, 14' und 14", die den entsprechenden Objektiven 20 , 20 ' bzw. 20" gegenüber angeordnet sind, auf das Photodetektorfeld 16 gelenkt werden. Dies ist in den Fig. 1 und 2 für einen Axialstrahl entlang der optischen Achse für den Strahlengang durch das Objektiv 20 durch die gestrichelte Linie angedeutet.

Die Spiegel 14, 14' und 14" stellen daher strahlumlenkende Elemente im Sinne der Erfindung dar.

Aufgrund der Anordnung der Objektive 22, 22' und 22" und der sich daraus ergebenden Größe und Ausrichtung der Gesichtsfeldabschnitte 24, 24', 24" überschneiden sich diese teilweise, so dass sich ein Gesamtgesichtsfeldwinkel in der durch die optischen Achsen der Objektive 22, 22' und 22" aufgespannten Ebene von etwa 220° und einer dazu orthogonalen Richtung von etwa 100° ergibt.

Die Photodetektionsemrichtung mit dem Photodetektorfeld 16 ist von der durch die optischen Achsen der Objektive 22, 22' und 22" aufgespannten Ebene beabstandet angeordnet und so relativ zu den Spiegeln 14, 14' und 14" geneigt, dass ein Strahl entlang einer optischen Achse eines der Objektive 22, 22' oder 22" nach Reflexion an dem entsprechenden Spiegel 14, 14' bzw. 14" auf das Photodetektorfeld 16 mit einem möglichst kleinen Einfallswinkel zu einer Normalen auf die Fläche des Photodetektorfeldes fällt.

Das Photodetektorfeld 16 ist dabei oberhalb des Objektivs 22' mit gleichen Winkeln zu den Objektiven 22 und 22" angeordnet, so dass sich insgesamt eine raumsparende Anordnung ergibt.

Bei dem Photodetektorfeld 16 handelt es sich um einen Farb-CCD-Sensorfeld. Dieses ist mit einer entsprechenden Erfassungsschaltung verbunden, die auf ein Triggersignal hin das Photodetektorfeld 16 ausliest und die ausgelesenen Daten über eine entsprechende Verbindung über die Synchronisationseinrichtung 18 an die Überlagerungseinrichtung 20 ausgibt.

In den Strahlengängen zwischen den Objektiven 22, 22' bzw. 22" und den strahlumlenkenden Elementen 14, 14' bzw. 14" sind drei Verschlusselemente 26, 26' und 26" der Verschlusseinrichtung 12 angeordnet, mittels derer die Strahlengänge zwischen den Objektiven 20, 20' bzw. 20" und dem Photodetektorfeld 16 jeweils getrennt unterbrochen werden können, so dass von den Gesichtsfeldabschnitten 24, 24' bzw. 24" ausgehende

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optische Strahlung in den Strahlengang hinter den entsprechenden Objekten 22, 22' bzw. 22" ein- bzw. ausblendbar ist.

Die Verschlusseinrichtung 12 umfasst ferner eine Treiberschaltung 27, mittels derer die Verschlusselemente 26, 26' und 26" zwischen einem transmittierenden und einem undurchlässigen Zustand hin- und herschaltbar sind. Diese Treiberschaltung 27 ist durch ein Triggersignal der Synchronisationseinrichtung 18 triggerbar und öffnet in zyklisch umlaufender Folge auf ein Triggersignal hin jeweils eines der Verschlusselemente 26, 26' oder 26", während es die anderen geschlossen hält bzw. schließt.

Bei den Verschlusselementen 26, 26' und 26" handelt es sich im Ausführungsbeispiel um transmissive, monochrome, flächenartig ausgebildete Flüssigkristallbauelemente, die über die Treiberschaltung 27 zwischen einem transmittierenden bzw. durchlässigen und einem nicht transmittierenden bzw. undurchlässigen Zustand hin- und herschaltbar sind.

Die Synchronisationsschaltung 18 ist mit der Treiberschaltung der Verschlusseinrichtung 12 und der Photodetektionseinrichtung 16 verbunden und liest in durch einen in den Figuren nicht gezeigten Zeitgeber vorgegebenen Zeitabständen von der Photodetektionseinrichtung 16 erfasste Teilbilder aus, und gibt diese an die Überlagerungseinrichtung 20 aus, wo diese zwischengespeichert werden. Dabei gibt die Synchronisationsschaltung 18 ein Triggersignal an die Treiberschaltung 27 der Verschlusseinrichtung 12 ab.

Die Überlagerungseinrichtung 20 weist einen Speicher zur Zwischenspeicherung von jeweils einem Gesichtsfeldabschnitt entsprechenden, von der

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Photodetektionseinrichtung 16 erfassten Teilbildern und einen digitalen Signalprozessor zur Verarbeitung der Teilbilder auf. In regelmäßigen Abständen, die denen zwischen der Abgabe aufeinander folgender Triggersignale entsprechen, liest die Überlagerungseinrichtung 20 Teilbilder ein, um nach Einlesen von drei aufeinander folgenden Teilbildern diese zu einem Gesamtbild zu überlagern, wozu der digitale Signalprozessor entsprechend programmiert ist. Das Gesamtbild wird dann über einen entsprechenden Ausgang ausgegeben.

Die Videokamera arbeitet folgendermaßen: Die Synchronisationseinrichtung 18 gibt in den vorgegebenen Zeitabständen Triggersignale an die Verschlusseinrichtung 12 aus, die daraufhin eines der Verschlusselemente 26, 26' und 26", das augenblicklich transmissiv geschaltet ist, in einen nicht transmissiven Zustand schaltet, so dass die entsprechende optische Strahlung aus dem entsprechenden Gesichtsfeldabschnitt aus dem Strahlengang ausgeblendet wird. Weiterhin wird das im Zyklus nächste Verschlusselement in einen transmissiven Zustand geschaltet, so dass von dem entsprechenden Gesichtsfeldabschnitt ausgehende optische Strahlung auf das Photodetektorfeld 16 fallen kann. Im Wesentlichen gleichzeitig wird aus der Photodetektionseinrichtung 16 das zwischen den beiden letzten Triggersignalen erfasste Teilbild ausgelesen und an die Überlagerungseinrichtung 20 übermittelt. Nach Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer wird dann das nächste Triggersignal ausgegeben, so dass insgesamt zeitlich aufeinanderfolgend Teilbilder für die Gesichtsfeldabschnitte 24, 24' und 24" erfasst werden.

In der-Überlagerungseinrichtung 20 werden nach Speicherung von drei aufeinander folgenden Teilbildern, die entsprechend der Erfassung den

Gesichtsfelderabschnitten 24, 24' und 24" entsprechen, die gespeicherten Teilbilder unter Verwendung der vorgegebenen Abbildungsgeometrie und der sich daraus ergebenden, bekannten Überschneidung der Gesichtsfeldabschnitte 24, 24' und 24" zu einem Gesamtbild des Gesamtgesichtsfeldes überlagert, das dann ausgegeben wird.

Eine Videokamera nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 gezeigt und unterscheidet sich von der Videokamera des ersten Ausführungsbeispiels durch die Ausbildung der Verschlusseinrichtung 28 und der Synchronisationseinrichtung 30. Die anderen Elemente sind wie in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ausgebildet, so dass für diese die gleichen Bezugszeichen verwendet werden und die Ausführungen auch hier entsprechend gelten.

Die Verschlusseinrichtung 28 umfasst als Verschlusselement eine zylindrische Blende 32 mit einer Blendenöffnung 34, die um eine orthogonal zu der Ebene, die durch die optischen Achsen der Objektive 22, 22', 22" aufgespannt ist, und durch den Schnittpunkt der optischen Achsen verlaufende Drehachse drehbar ist. Dazu verfügt die Verschlusseinrichtung 28 über einen mit konstanter Geschwindigkeit betriebenen Elektromotor, der in den Figuren jedoch nicht gezeigt ist.

Die strahlumlenkenden Elemente 14, 14' und 14" sind nun innerhalb der zylindrischen Blende 32 angeordnet.
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Die Blendenöffnung 34 ist so groß gewählt, dass zu keinem Zeitpunkt optische Strahlung aus einem der Gesichtsfeldabschnitte 24, 24' oder 24" zusammen mit optischer Strahlung aus einem der anderen Gesichtsfeld-

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abschnitte auf das Photodetektorfeld 16 fallen kann. Durch Drehung der zylindrischen Blende 32 können so die einzelnen Gesichtsfeldabschnitte 24, 24' und 24" zyklisch auf das Photodetektorfeld 16 abgebildet werden.

Die Verschlusseinrichtung 28 verfügt weiterhin über einen Winkelgeber 33, der jeweils, wenn der Strahlengang eines der Objektive 22, 22' oder 22" blockiert wird, ein entsprechendes Stellungssignal ausgibt.

Die Synchronisationseinrichtung 30 ist mit dem Winkelgeber 33 verbunden und gibt bei Empfang eines Stellungssignals von dem Winkelgeber ein Signal an die Photodetektionseinrichtung 16 ab und liest die durch das Photodetektorfeld für das dem gerade ausgeblendeten Gesichtsfeldabschnitt entsprechende, gerade erfasste Teilbild bzw. entsprechende Bilddaten aus und gibt diese an die Überlagerungseinrichtung 20 ab. Nach dem Auslesen wird ein neues Teilbild für den folgenden, nun eingeblendeten Gesichtsfeldbereich von dem Photodetektorfeld erfasst.

Bei dieser Videokamera erfolgt die Synchronisation von Gesichtsfeldabschnittwechsel und Teilbilderfassung also, anders als im ersten Ausführungsbeispiel, durch ein Signal der Verschlusseinrichtung 28 an die Synchronisationseinrichtung 30. Davon abgesehen arbeitet die Videokamera nach der zweiten bevorzugten Ausführungsform analog zu der nach der ersten bevorzugten Ausführungsform.

Eine Videokamera nach einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die in den Fig. 4 und 5 veranschaulicht ist, unterscheidet sich von der Videokamera des zweiten Ausführungsbeispiels zum einen dadurch, dass die Verschlusseinrichtung 28 und die Spiegel 14, 14' und 14"

durch eine Verschlusseinrichtung 36 ersetzt sind und dass zum anderen das Photodetektorfeld 16 anders angeordnet ist. Darüber hinaus ist die Synchronisationseinrichtung 30 durch eine Synchronisationseinrichtung 38 ersetzt. Für die anderen Elemente der Videokamera werden daher die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel und es gelten die Erläuterungen zu dem zweiten Ausführungsbeispiel entsprechend.

Die Verschlusseinrichtung 36 umfasst nun einen in einem Winkel von etwa 45° zu der von den optischen Achsen der Objektive 22, 22' und 22" aufgespannten Ebene geneigten, um eine zu dieser Ebene orthogonale Achse durch den Schnittpunkt der optischen Achsen drehbaren Spiegel 40. Der Spiegel 40 ist durch einen mit der Synchronisationseinrichtung ansteuerbaren Schrittmotor 42 zwischen drei, den verschiedenen Gesichtsfeldabschnitten 24, 24', 24" entsprechenden Stellungen um seine Drehachse drehbar. In diesen Stellungen schließt die Normale auf die Fläche des Spiegels 40 jeweils mit einer der optischen Achsen der Objektive 22, 22' oder 22" einen Winkel von 45° ein.

Der Schrittmotor 42 wird von der Synchronisationseinrichtung 38 angesteuert. Die Synchronisationseinrichtung 38 ist mit einer externen Signalquelle für ein Erfassungssignal verbunden. Im Beispiel ist die Signalquelle ein Laserscanner, der zyklisch mittels eines geschwenkten Laserstrahls einen Erfassungsbereich abtastet, der eine Ebene des Gesichtsfeldes der Videokamera umfasst. Dieser gibt bei jeder Abtastung des Erfassungsbereichs ein neues Erfassungssignal an die Synchronisationsschaltung 38 aus. Diese ist dazu ausgebildet, dass auf das externes Erfassungssignal hin nacheinander für jeden der Gesichtsfeldabschnitte 24, 24' und 24"

eine Erfassung und/ oder ein Auslesen eines Teilbildes durch das bzw. aus dem Photodetektorfeld 16 und ein Ausblenden eines dem Gesichtsfeldabschnitt entsprechenden Teilbildes und ein Einblenden eines anderen der Gesichtsfeldabschnitte durch Drehung des Spiegels 40 in die in Drehrichtung nächste Stellung auslösbar ist. Dazu gibt die Synchronisationseinrichtung 38 jeweils entsprechende Stellsignale an den Schrittmotor 42 aus.

Auf den Spiegel 40 auftreffende Strahlung wird dann in einer Richtung parallel zu der Drehachse auf das Photodetektorfeld 16 abgelenkt, das anders als bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nun parallel zu der durch die optischen Achsen der Objektive 22, 22' und 22" aufgespannten Ebene und von dieser beabstandet zentral über dem Spiegel 40 angeordnet ist.

Der Spiegel 40 und das Photodetektorfeld 16 sind dabei in Abhängigkeit von den Abbildungseigenschaften der Objektive 22, 22' und 22" so ausgebildet, dass in den drei Winkelstellungen, die der Spiegel 40 in Bezug auf die Objektive 22, 22' und 22" einnehmen kann, jeweils im wesentlichen nur optische Strahlung eines entsprechenden Gesichtsfeldabschnitts 24, 24' oder 24" auf das Photodetektorfeld 16 abbildbar ist.

Anders als bei dem zweiten Ausführungsbeispiel werden nun eine Betätigung der Verschlusseinrichtung 36 und das Erfassen bzw. Auslesen eines entsprechenden Teilbildes aus dem Photodetektorfeld bzw. der Photodetektionseinrichtung 16 von der Synchronisationseinrichtung 38 miteinander synchronisiert ausgelöst, die wiederum durch das Erfassungssignal der externen Signalquelle getriggert wird. -

Bezugszeichenliste

10 Objektiveinrichtung

12 Verschlusseinrichtung

14, 14', 14" strahlumlenkende Elemente

16 Photodetektionseinrichtung mit Photodetektorfeld

18 Synchronisationseinrichtung

20 Überlagerungseinrichtung

22, 22', 22" Objektive

24, 24', 24" Gesichtsfeldabschnitte

26, 26', 26" Verschlusselemente

27 Treiberschaltung

28 Verschlusseinrichtung

30 Synchronisationseinrichtung

32 zylindrische Blende

. 34 Blendenöffnung

36 Verschlusseinrichtung

38 Synchronisationseinrichtung

40 Spiegel

42 Schrittmotor

Claims

1. Videokamera mit großem Gesichtsfeldwinkel in wenigstens einer Ebene,
mit einer Photodetektionseinrichtung mit einem Photodetektorfeld (16),
einer Objektiveinrichtung (10) zur Abbildung wenigstens zweier Abschnitte (24, 24', 24") des Gesichtsfeldes auf das Photodetektorfeld (16),
einer Verschlusseinrichtung (12; 28; 36), mittels derer alternierend optische Strahlung aus jeweils einem der Gesichtsfeldabschnitte (24, 24', 24") aus einem entsprechenden Strahlengang zu dem Photodetektorfeld (16) aus- bzw. in diesen einblendbar ist, und
einer Synchronisationseinrichtung (18; 30; 38), mittels derer das Erfassen und/oder Auslesen von von der Photodetektionseinrichtung (16) erfassten Teilbildern der Gesichtsfeldabschnitte (24, 24', 24") und das Aus- und Einblenden der optischen Strahlung aus einem der Gesichtsfeldabschnitte (24, 24', 24") miteinander synchronisierbar sind.

2. Videokamera nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Überlagerungseinrichtung (20) zum Zusammenführen der Teilbilder der verschiedenen Gesichtsfeldabschnitte (24, 24', 24") zu einem Gesamtbild.

3. Videokamera nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationseinrichtung (30) so ausgebildet ist, dass auf ein Signal der Verschlusseinrichtung (12; 28; 36) für ein Ein- oder Ausblenden ein Signal zur Erfassung und/oder zum Auslesen eines Teilbildes an die Photodetektionseinrichtung (16) abgebbar ist.

4. Videokamera nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationseinrichtung (18) so ausgebildet ist, dass bei oder nach einer Erfassung und/oder einem Auslesen eines Teilbildes durch die bzw. aus der Photodetektionseinrichtung (16) ein Ausblenden eines einem Gesichtsfeldabschnitt entsprechenden Teilbildes und ein Einblenden des anderen Gesichtsfeldabschnitts (24, 24', 24") durch die Verschlusseinrichtung (28; 36) auslösbar ist.

5. Videokamera nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationseinrichtung (38) so ausgebildet ist, dass auf ein externes Erfassungssignal hin wenigstens eine Erfassung und/oder ein Auslesen eines Teilbildes durch die bzw. aus der Photodetektionseinrichtung (16) und ein Ausblenden eines einem Gesichtsfeldabschnitt entsprechenden Teilbildes und ein Einblenden eines anderen der Gesichtsfeldabschnitte (24, 24', 24") durch die Verschlusseinrichtung (36) auslösbar ist.

6. Videokamera nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationseinrichtung (38) so ausgebildet ist, dass auf ein externes Erfassungssignal hin nacheinander für jeden der Gesichtsfeldabschnitte eine Erfassung und/oder ein Auslesen eines Teilbildes durch die bzw. aus der Photodetektionseinrichtung (16) und ein Ausblenden eines dem Gesichtsfeldabschnitt entsprechenden Teilbildes und ein Einblenden eines anderen der Gesichtsfeldabschnitte (24, 24', 24") durch die Verschlusseinrichtung (36) auslösbar ist.

7. Videokamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für wenigstens einen der Gesichtsfeldabschnitte (24, 24', 24") in dem Strahlengang hinter der Objektiveinrichtung (10) ein strahlumlenkendes Element (14, 14', 14") angeordnet ist.

8. Videokamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlusseinrichtung (12; 28; 36) für wenigstens zwei Gesichtsfeldabschnitte (24, 24', 24") jeweils ein einzelnes Verschlusselement (26, 26', 26") zum Ein- bzw. Ausblenden eines von dem entsprechenden Gesichtsfeldabschnitt (24, 24', 24") ausgehenden Strahlenbündels aufweist.

9. Videokamera nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den Strahlengängen hinter der Objektiveinrichtung (10) für jeden der Gesichtsfeldabschnitte (24, 24', 24") jeweils ein strahlumlenkendes Element (14, 14', 14") angeordnet ist.

10. Videokamera nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlusseinrichtung (12; 28; 36) für wenigstens zwei der Gesichtsfeldabschnitte (24, 24', 24") ein gemeinsames Verschlusselement (32, 40) aufweist, mittels dessen die Strahlenbündel von den Gesichtsfeldabschnitten (24, 24', 24") wechselweise ein- und ausblendbar sind.

11. Videokamera nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement eine durch einen Antrieb bewegbare Blende (32) und/oder einen durch einen Antrieb bewegbaren Spiegel (40) umfasst.

12. Videokamera nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb und/oder die Blende und/oder der Spiegel einen Stellungsgeber (33) aufweisen, mittels dessen bei Erreichen oder Verlassen einer vorgegebenen Stellung der Blende (32) und/oder des Spiegels (40) ein Signal an die Synchronisationseinrichtung (18; 30) abgebbar ist.

13. Videokamera nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb einen Schrittmotor (42) aufweist.

14. Videokamera nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement einen elektrisch schaltbaren Modulator umfasst.

15. Videokamera nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement wenigstens ein Flüssigkristallbauelement (26, 26', 26") aufweist, das zwischen einem transmittierenden und nicht transmittierenden Zustand oder einem reflektierenden und nicht reflektierenden Zustand hin- und herschaltbar ist.

16. Videokamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Objektiveinrichtung (10) für wenigstens zwei der Gesichtsfeldabschnitte (24, 24', 24") jeweils ein Objektiv (22, 22', 22") aufweist.

17. Videokamera nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Objektive (22, 22', 22") jeweils gleich ausgebildet sind, dass sich ihre optischen Achsen in einem Punkt schneiden, und dass die Objektive (22, 22', 22") in dem gleichen Abstand von dem Schnittpunkt angeordnet sind.

18. Videokamera nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Photodetektorfeld (16) von einer Ebene beabstandet ist, die durch die optischen Achsen der Objektive (22, 22', 22") bzw. der Objektiveinrichtung gegeben ist.

19. Videokamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Gesichtsfeldabschnitte (24, 24', 24") wenigstens in einer vorgegebenen Entfernung von der Videokamera überschneiden.

20. Videokamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesamtgesichtsfeld in wenigstens einer Richtung einen Gesichtsfeldwinkel größer als 150° aufweist.

21. Videokamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesamtgesichtsfeld in wenigstens einer Richtung einen Gesichtsfeldwinkel größer als 175° aufweist.