用于生成环境映像的摄像机装置和前照灯装置的制作方法

1.本发明涉及一种摄像机装置，用于生成或检测环境中的至少一个对象的至少一个映像。本发明还涉及一种用于机动车辆的前照灯装置，其包括前照灯光源和摄像机装置。


背景技术：

2.特别地，本发明涉及检测环境中所确定的或期望的对象的映像。为此目的，规定：借助照明设备以预先确定的照明光对所期望的对象进行照明，其中该照明光在其在该对象上反射时由图像检测设备、例如摄影摄像机或视频摄像机借助图像传感器而得以检测。图像传感器可以以已知方式将入射光转换成图像信号。在适当处理的情况下，图像信号然后可以由显示设备（例如显示器）组合或重建成环境中对象的所期望的映像。
3.摄像机装置优选地构造为所谓的“holocam（全息摄像机）”。这意味着使用全息光学元件（hoe），一方面将借助照明设备所提供的照明光传输到所期望的对象，另一方面将所述对象上反射的照明光偏转到图像检测设备。因此，图像检测设备和照明设备不必与要在该环境中拍摄的对象位于同一光轴上。
4.为了实现前述的“全息摄像机”，所述摄像机装置包括光导介质，该光导介质包括第一偏转元件和第二偏转元件。所述光导介质例如可以构造为由玻璃或塑料制成的板或片。第一和第二偏转元件优选地沿光导介质的纵向延伸方向彼此相间隔地布置。在此，由第一和第二偏转元件提供摄像机装置的偏转功能或光转向功能。这意味着：第一和第二偏转元件优选地实现为衍射光学元件和/或前述全息光学元件，例如体积全息图。光导介质被构造成，通过内部反射，特别是全反射而在第一和第二偏转元件之间传输或传递通过第一和/或第二偏转元件以相应角度输入耦合到光导介质中的光。可传输的光优选为之前提及的照明光。为了通过光导介质提供照明光以照明该环境中的对象，摄像机装置因此还包括照明设备，该照明设备被构造为，向第二偏转元件提供照明光。第二偏转元件现在被构造成，将照明光输入耦合到光导介质中以传输到第一偏转元件。所述第一偏转元件被相应构造成，使得通过光导介质中的内反射而传输的照明光又从光导介质输出耦合以用于照明对象。为了生成环境中相应对象的映像，摄像机装置还包括前述的图像检测设备。为了将在相应对象上反射的照明光现在从对象再次传输到图像检测设备，第一偏转元件被构造为，将所反射的照明光再次输入耦合到光导介质中以传输到第二偏转元件。相应地，第二偏转元件被构造为，将通过光导介质中的内反射所传输的照明光再次从光导介质中输出耦合以传输到图像检测设备。
5.所提及的偏转元件因此被构造用于照明光的双向偏转或转向。这意味着：其中每个偏转元件既可以将（反射的）照明光输入耦合到光导介质中，又可以将（反射的）照明光从光导介质中输出耦合。
6.从de 10 2017 217 193 a1已知“全息摄像机”的设计方案的示例。其中，“全息摄像机”用作车辆中的所谓平视显示器。在此，在车窗玻璃的透明的子区域内布置体积全息图，作为具有至少两个用于光转向的光学元件的全息膜。在此，一方面使来自环境中的光通
过这些光学元件而输入耦合到窗玻璃中并转向至摄像机。然后摄像机可以由入射光产生图像信号，该图像信号被提供给投影仪。所述投影仪由图像信号产生投影光。所述投影光又通过光学元件被输入耦合到窗玻璃中，然后被输出耦合以显示给车辆的驾驶员，以便在窗玻璃上显示该环境的映像。
7.在这种情况下，没有设置对该环境中所期望的对象的针对性照明。
8.代替用于光转向的全息光学元件，也可以如us 2009/0153712 a1中所公开的那样例如使用透镜。一方面，照明光可以通过透镜从照明单元发射到环境中，另一方面，从环境中所反射的照明光可以提供给摄像机。然而，这种透镜的缺点是：透镜的制造、特别是研磨大多是耗费的。
9.因此，代替用于光转向的透镜而使用上述全息光学元件是有利的。例如，从us 2019/0086674 a1已知相应的系统。这里描述一种头戴式显示器（head-mounted-display），它使用“全息摄像机”，以便根据头戴式显示器的佩戴者的视线方向而向该佩戴者显示所期望的显示图像。在此，使用相应的全息光学元件，以便为了视线方向探测而将红外光输入耦合到光导介质中并且再次输出耦合以提供给用户的眼睛。然后，在眼睛上所反射的光可以又通过全息光学元件而输入耦合到光导介质中并输出耦合到摄像机以确定视线方向。然后，可以根据视线方向操控投影仪，该投影仪以投影光的形式生成所期望的显示图像。在此投影仪使用全息光学元件使投影光转向，以向佩戴者显示。
10.然而，在视线方向识别期间在使红外光转向时可能会发生不期望的干扰效应。这些干扰效应可以是例如杂散光，例如环境光或红外光的反射，例如在头戴式显示器的佩戴者的眼镜上的反射。由此可能发生：摄像机的图像传感器过度曝光，从而无法再可靠地确定视线方向。


技术实现要素：

11.本发明的目的是如此进一步开发上述摄像机装置，使得有针对性地仅检测环境中的一个或多个预先确定的对象并且避免对所得到的映像的干扰效应。
12.该目的通过独立专利权利要求的主题来解决。本发明的有利扩展方案由从属专利权利要求、以下描述和附图公开。
13.本发明在此基于以下认识：在永久或连续照明环境的情况下，照明光总是在位于环境的不同物平面或截面平面中的多个对象上被反射。即，照明光从远离摄像机装置的不同深度平面被射回来。因此，不可能对该环境内的单个对象进行有针对性的照明和检测。本发明意义上的物平面尤其是指空间中的如下平面，所述平面分别优选地平行于图像检测设备的图像传感器的传感器平面定向。在此，通过摄像机装置要检测的环境通常包括多个这样的截面平面，从摄像机装置来看，这些截面平面在距摄像机装置不同的距离处一个接一个地布置。通过现在使所述图像检测设备还额外地连续地检测来自环境中的所反射的照明光，通常会导致在不同的截面平面中的大量对象上示出该环境的映像。现在，本发明的目的是以有针对性的方式在这些截面平面之一处提供照明光，以便仅照明并因此检测位于相应截面平面中的对象。相反，位于与所期望的截面平面不同的截面平面中的对象不应被检测并因此应在得出的映像上被遮没或不显示。
14.为了实现这一点，规定：上述摄像机装置还包括控制设备，该控制设备构造用于，
以预先确定的切换运行的方式来运行照明设备和图像检测设备。也就是说，所述照明设备和所述图像检测设备分别具有开启的切换状态和关闭的切换状态。在开启的或激活的状态下，图像检测设备在此被构造为检测反射的照明光。相反，在关闭或去激活状态下，不检测照明光。对应地，在激活或开启状态下，照明设备被构造为提供照明光，而在关闭或去激活状态下，不通过照明设备提供照明光。按照切换运行，控制设备现在被构造为例如根据预先确定的切换模式将图像检测设备和照明设备从开启的切换状态切换到断开的切换状态，并且反之亦然。尤其可以由本领域技术人员设定所述切换运行，即例如切换模式。所述切换运行在此可以根据截面平面与摄像机装置的距离来调整。
15.然而，在此所述切换运行被选择为，使得所述照明设备和图像检测设备彼此时间上偏移地、也即特别是时间上间隔地相继处于开启的或激活的切换状态，以提供照明光并且以检测所反射的照明光。换言之，照明设备在其中提供照明光的预先确定的或固定限定的照明间隔与图像检测设备在其中检测所反射的环境光的预先确定的或固定限定的拍摄间隔在时间上是彼此偏移的。照明间隔和拍摄间隔在此优选地通过预先确定的暂停间隔而彼此界定开。暂停间隔在此表示：照明设备和图像检测设备同时切换到去激活状态的时间段。这意味着：要么对对象进行照明，要么对所反射的照明光进行检测。
16.由此，照明设备可以说以经限定的照明脉冲向环境提供照明光，并且图像检测设备仅检测在拍摄间隔内反射回图像检测设备的那个照明光分量。这个过程也可以称为所谓的“选通成像（gated imaging）”。照明间隔和拍摄间隔的相应持续时间可以根据从截面平面或所期望的截面平面中的对象到摄像机装置的距离来选择。
17.因此产生了这样的优点：只有位于预先确定的截面平面中的对象以预先确定的亮度值和/或以突出强调的方式在所得到的映像上被示出。相反，剩余环境、即位于其他截面平面中的对象被遮没，即，不被示出。尤其是通过时间上受限的拍摄窗口或拍摄间隔而上而得出：遮没或不示出位于与所期望的截面平面不同的截面平面中的对象。除了时间上协调的拍摄时间，平方反比定律对于光衰减也特别有用。由此，也可以避免在所得映像中的上述干扰效应。
18.优选地，控制设备还可以构造用于，基于暂停间隔的持续时间或长度确定环境中被映照的对象的距离。控制设备可以以已知方式根据照明光在光导介质和环境中的预先确定的传播速度来计算所述距离。
19.本发明还包括产生额外优点的实施方式。
20.下面，现在首先更详细地描述前述的切换运行。在本发明的一个实施方式中，变速箱中的控制设备被构造为，根据预先确定的切换准则以每次切换过程来延长或缩短照明设备的激活状态和图像检测设备的激活状态之间的暂停间隔。在此，尤其是只有如下暂停间隔被延长或缩短，所述暂停间隔由照明设备的关闭时间点和图像检测设备的直接接下来的开启时间点来界定或设定。在此，本发明意义上的切换过程是指一个切换周期，该切换周期包括：一个照明间隔，其后是一个暂停间隔和一个最终的拍摄间隔。
21.通过改变暂停间隔，对象因此可以以不同的截面平面并且因此以与摄像机装置不同的距离来被拍摄。通过延长暂停间隔，因此能够以距摄像机装置越来越远的距离来拍摄对象。相反，通过缩短而能够以距摄像机装置越来越近的距离来拍摄对象。因此，能够利用摄像机装置来检测环境的大量或多个映像，在这些映像情况下分别示出了位于环境的不同
截面平面中的对象。可以说，可以对环境进行分层拍摄。例如，得到的映像然后可以组合成所述环境的 3d 映像。
22.根据切换准则，例如可以规定，改变暂停间隔，例如直到达到预先确定的最大极限值，即例如暂停间隔的最大持续时间，或者直到达到预先确定的最小极限值，即暂停间隔的最小持续时间。替代地，切换准则也可以由预先确定数量的所检测映像来限制。
23.为了能够在切换运行中运行图像检测设备，公开了下面的各种变型。在本发明的实施方式的变型中规定：图像检测设备包括可机械移动的闭锁元件，用于在激活的或进行拍摄的或进行记录的状态与去激活的或不进行拍摄的或不进行记录的状态之间切换。封闭元件也可以称为所谓的“快门”。例如，控制设备在此可以操控闭锁元件的可电操控的闭锁机构，使得所述闭锁元件被关闭以使图像检测设备处于去激活的状态，并且闭锁元件被打开以使图像检测设备处于激活状态。
24.在本发明的实施方式的另一变型中，图像检测设备包括可电切换的层，其特别构造为膜层。其从图像检测设备的光入射方向来看安装在图像传感器之前。为了切换图像检测设备，控制设备现在被构造为，向膜层提供例如预先确定的电压。根据是否在膜层施加电压，膜层在此可以切换到透明（透光）的或不透明（不透光）的状态。由此，可以避免被反射的照明光照射到图像传感器上。膜层可以例如构造为oled（有机发光二极管）或lcd膜或电致变色膜层。
25.在本发明的另一实施方式中规定，照明设备和图像检测设备以相对彼此预先确定的距离布置在光导介质的由第二偏转元件形成的传输区域中。照明设备和图像检测设备在此可以优选地直接贴靠在光导介质处。在此，第一和第二偏转元件被构造为，补偿图像检测设备和照明设备之间的距离。因此，可以避免在照明光发射到对象上并且照明光在所得映像中的对象上反射情况下的阴影投射或遮暗。稍后在第一和第二偏转元件的设计方案的上下文中还要更详细地描述距离补偿具体如何精确地起作用。
26.照明光优选为单色光。在本发明的另一实施方式中相应地规定，照明设备为了提供照明光而包括激光源。由此，可以通过照明设备特别是提供高能量的、特别是窄带的、形式为激光的照明光。激光源例如可以通过至少一个半导体激光二极管和/或以已知方式构造的激光器来实现。附加地或替代地，照明光也可以通过具有一个或多个发光二极管（led）的led光源来提供，这些发光二极管分别具有或不具有相应的滤光器。
27.在本发明的另一实施方式中，照明设备被构造成，在红外频率范围内产生照明光。这意味着照明设备尤其可以提供波长在780纳米和1毫米之间的照明光。由此，照明光特别是在人类可见的光谱之外。
28.现在，在下面更详细地描述偏转元件的配置可能性。偏转元件因此优选地构造为衍射光学元件（doe）。在本发明的一个实施方式中特别规定，所述第一和第二偏转元件被构造为光栅，特别是面全息光栅（表面全息图）或体全息光栅（体积全息图）。
29.光栅、也称为衍射光栅及其工作方式和制造方法是众所周知的。原则上，光栅可以通过加工一个或多个至少逐段为周期性的结构、所谓的光栅结构或偏转结构而将光栅实现在基板中。借助于这种光栅结构，光栅可以通过衍射的物理效应引起光转向，如其例如由镜、透镜或棱镜已知的那样。如果光、即光束射到光栅上，其中，入射的光束特别满足布拉格方程，则光束被光栅衍射或偏转。因此，光转向特别可以通过由于光栅而衍射的光束的干涉
现象来进行。使光偏转或转向的衍射角特别是通过栅格结构的构造（栅格特性）、例如栅格间距来设定。
30.光栅特别可以通过基板的曝光来制造，即例如以光刻方式或以全息方式。就此而论，光栅也可以被称为全息栅格或全息光栅。因此所述偏转元件被构造为全息光学元件。通常已知两种类型的全息光栅：面全息光栅（surface holographic gratings，简称：shg）和体全息光栅（volume holografic gratings，简称：vhg）。在面全息光栅的情况下，可以通过使基板的表面结构光学变形来产生光栅结构。面全息光栅的例子是所谓的锯齿或闪耀光栅。与此相反，在体全息光栅的情况下，可以将光栅结构加工入基板的整个体积或体积的子区域中。
31.聚合物或塑料、特别是光聚合物，或例如由塑料或有机物质制成的膜、特别是光敏膜，特别适合作为用于加工出光栅的针对所述基板的材料。替代地，也可以使用玻璃作为基板。优选地，光导介质本身可以构造为用于加工出相应光栅的基板。因此，这些偏转元件与光导介质一体地构造。因此，第一和第二偏转元件可以例如直接在光导介质的表面结构上被加工出。也就是说，可以将偏转结构蚀刻或激光切割到例如光导介质的表面或体积中。因此，光导介质本身可以构造为前述的hoe。替代地，光导介质也可以构造为与第一和第二偏转元件分开的元件。例如，第一和第二偏转元件可以构造在被固定于光导介质上的全息膜或板的不同区段中。例如，为了固定而可以将膜或板粘合到光导介质上。替代地，全息膜也可以被构造为粘附膜，并且可以直接地、也即在不使用粘合剂的情况下通过分子力而附着在光导介质的表面。
32.此外，偏转元件也优选地构造成波长选择性的或频率选择性的。因此，只有具有预先确定的波长的光、特别是光的第一分量可以被偏转元件偏转或衍射到预先确定的衍射角。具有与预先确定的长度不同的长度的光、特别是光的第二分量优选地不被偏转，或者与预先确定的波长的差越大，其偏转就越小。偏离预先确定的波长或最佳波长的第二光分量因此可以优选地不受阻碍地传播通过具有偏转元件的基板。有利地，偏转效应针对最佳波长而言最大并且例如根据高斯钟朝向更长和更短的波长而减小，或者变得更弱。在当前情况下，相应的偏转元件因此可以优选地仅相对于由照明设备提供的照明光而言波长选择性地或频率选择性地形成。因此可以例如避免，来自环境的光、例如前述的干扰光完全地输入耦合到光导介质中并且可提供给图像检测设备以生成映像。
33.此外，偏转元件特别优选地构造为方向选择性的或角度选择性的。方向选择性在此特别是涉及预先确定的衍射角，其中相应的偏转元件以所述衍射角将入射光从其入射方向偏转。也就是说，射到偏转元件上的光从其入射方向偏转到预先确定的偏转方向。入射方向与偏转方向之间形成的夹角称为衍射角。有利地，偏转效应针对预先确定的偏转方向而言最大并且例如根据高斯钟朝向偏离于偏转方向而减小，或者变得更弱。由此，也可能发生：照明光在被偏转元件偏转时略微散开。
34.附加地或替代地，方向选择性也可以涉及光在偏转元件上的入射方向。这意味着：只有来自预先确定的入射方向或最佳方向、例如以预先确定的入射角落在相应偏转元件上的光、特别是光的分量能够以相对于入射方向预先确定的衍射角而偏转。从与最佳方向不同的方向落在相应偏转元件上的光、特别是的光的分量则优选地不被偏转，或者与预先确定的入射方向的差异越大，就偏转得越小。偏离于最佳方向的光分量因此可以优选地不受
阻碍地传播通过光导介质。有利地，该偏转效应对于最佳方向而言最大并且例如根据高斯钟朝向更锐或更钝的入射角而减小，或者变得更弱。
35.有利地，偏转元件也可以分别包括多于一个光栅，例如两个光栅，它们彼此相邻或相堆叠地布置。由此，相应的偏转元件具有多于一个偏转结构。在此，其中每个偏转结构都可以被构造成相对于不同的入射角是角度选择性的和/或相对于不同波长是波长选择性的。这种类型的全息光栅也称为复用体全息光栅（multiplex volume holographic gratings，简称mvhg）。
36.就此而论，在本发明的另一实施方式中规定，第一和第二偏转元件分别包括用于将照明光输入耦合到光导介质中的输入耦合偏转结构和用于将照明光从光导介质中输出耦合的输出耦合偏转结构。在此，第二偏转元件的输入耦合偏转结构和第一偏转元件的输出耦合偏转结构被构造成，以预先确定的第一衍射角偏转照明光。而第一偏转元件的输入耦合偏转结构和第二偏转元件的输出耦合偏转结构被构造成，以不同于第一衍射角的预先确定的第二衍射角偏转照明光。照明设备优选地布置在第二偏转元件的输入耦合偏转结构的区域中。相反，图像检测设备优选地布置在第二偏转元件的输出耦合偏转结构的区域中。
37.因此，如上面更详细解释的那样，偏转结构被构造成，对于不同的衍射角是范围选择性的。由此得出的优点是：可以避免照明光与反射的照明光在光导介质中传递时发生叠加或干涉。此外，还得出的优点是：可以补偿上述偏移，即照明设备和图像检测设备之间的距离。因此可以避免照明设备在对象上的阴影投射。
38.附加地或替代地，有利地，能够借助摄像机装置对环境进行分段拍摄。这意味着，能够通过摄像机装置来检测不同的环境区域，优选不重叠的环境区域。为此目的，在本发明的另一实施方式中规定，图像检测设备包括具有至少两个检测范围的图像传感器，并且光导介质对于其中每个检测范围均具有其自己的偏转范围。如上所述，其中每个偏转范围在此分别包括第一和第二偏转元件。因此，其中每个偏转范围被构造为，检测至少局部不同的环境范围。对此，第一偏转范围的相应偏转元件优选地包括例如与第二偏转范围的偏转元件不同的偏转结构。
39.如果摄像机装置在车辆、例如机动车辆中使用，则可以例如因此利用第一偏转范围来拍摄车行道，而与此同时可以利用第二偏转范围来监控相邻的人行道。
40.本发明还涉及一种用于机动车辆的前照灯装置，其包括前照灯光源和如上所述的摄像机装置。摄像机装置因此可以优选地集成在机动车辆的现有前照灯中。在此，光导介质优选构造成透明的，也就是说特别是由透明材料构造。因此，例如玻璃板或塑料板可以用作光导介质。在此，光导介质在前照灯光源的辐射方向上布置在前照灯光源之前，使得前照灯光源被构造成，通过使光在第一和第二对象区域之间通过光导介质而提供前照灯光。也就是说，机动车辆的前照灯不仅能够用于照明车行道，也可以用于拍摄在车辆的环境中的对象。
41.机动车辆优选构造为汽车，尤其是载客汽车或载重汽车，或者构造为载客巴士或摩托车。
42.本发明还包括所述实施方式的特征的组合。
附图说明
43.下面描述本发明的实施例。为此：图1示出了从侧面视角的摄像机装置的截面图像的示意图，通过其可以仅检测环境中位于相对于摄像机装置的预先确定的物平面中的对象；图2示出了比较中两种不同的摄像机装置的示意图。
具体实施方式
44.下面解释的实施例是本发明的优选实施方式。在这些实施例的情况下，这些实施方式的所描述的组件分别代表本发明的应当相互独立地考虑的单独特征，这些特征也相互独立地扩展本发明。因此，本公开还旨在涵盖这些实施方式的特征的与所示出的不同的组合。此外，所描述的实施方式也可以通过已经描述的本发明特征的进一步特征来补充。
45.在图中，相同的附图标记分别表示相同功能的元件。
46.图1示出了摄像机装置10的示意图。在此，摄像机装置10以剖视图从侧面视角示出。在此，应该通过摄像机装置10特别是仅拍摄环境u中位于相对于摄像机装置10的预先确定的物平面中的一个或多个对象。因此，这些对象可以在所得到的映像上示出。不应拍摄位于与所述预先确定的物平面不同的物平面中的一个或多个对象。而是使这些对象不在所得到的映像上示出。在此，物平面是指环境中的相应平面，其在摄像机装置10的拍摄方向上平行于摄像机装置而布置。
47.图 1 中，示例性地示出两个不同的对象o1和 o2。第一对象o1是位于环境中的第一物平面e1的人。第二对象o2是位于环境中的第二物平面e2的树。第一物平面e1以及因此第一对象o1比第二物平面e2和第二对象o2更靠近摄像机装置10。
48.现在，为了能够根据对象o1、o2与摄像机装置10的距离来拍摄这些对象o1、o2，摄像机装置10包括转向设备20、照明设备30、图像检测设备40和控制设备50，其中通过相应的物平面e1、e2而确定所述距离。
49.照明设备30在当前情况下示例性地构造为激光光源。照明设备30的功能是：提供照明光31，在这种情况下是激光束，用于照明所期望的对象o1、o2。根据图1中的实施例，图像检测设备40被构造为摄影摄像机或视频摄像机。图像检测设备40被构造成，检测所反射的照明光41，即所提供的照明光31的分量，所述分量在照明光31在相应的对象o1、o2上反射时被射回。为此，图像检测设备40例如可以具有图像传感器，例如cmos传感器或ccd传感器。其能够以已知方式将检测到的照明光41转换成数字图像信号，其中通过该数字图像信号对环境u的映像进行编码。
50.如图1所示，摄像机装置10被构造为“全息摄像机”。由此，待拍摄的对象o1、o2不再需要与照明设备30和/或图像检测设备40位于同一光轴上。照明设备30和图像检测设备40因此可以布置成垂直于摄像机装置10的拍摄方向而相对于相应的对象o1、o2偏移。由此，特别是在将摄像机装置安装在机动车辆中时得出了将在后面更详细地讨论的优点。
51.为了实现这种偏移，设置上述转向设备20。在当前情况下，转向设备20包括构造为玻璃板或玻璃片的光导介质30，用于通过内反射来传递或传输光。两个偏转元件21、22沿纵向延伸方向彼此间隔开地被加工到光导介质20中。偏转元件的功能是将通过照明设备30提供的照明光31转向到环境，并将来自环境中反射的照明光41转向至图像检测设备40。在此，
偏转结构优选地构造为对于照明光31、41的波长而言是频率选择性的。因此，通过偏转元件仅使照明光31、41转向。相反，从环境u落在偏转结构21、22上的环境光没有被偏转，并且特别是可以不偏转地传播通过光导介质20。
52.偏转元件21、22在图1中构造为全息光学元件，特别是构造为复用体全息光栅 （多体积全息图）。也就是说，偏转元件21、22中的每一个都包括两个不同的偏转结构，即分别为输入耦合偏转结构211、221和输出耦合偏转结构212、222。
53.为了提供照明光31，照明设备30在由第二偏转元件22的输入耦合偏转结构221所形成的区域内被直接安装于光导介质23的第一侧。例如，照明设备30可以粘接到光导介质上。如果照明光 31 现在射到输入耦合偏转结构 221上，则照明光 31以由偏转结构 221 的光栅特性所确定的衍射角朝第一偏转元件 21 的方向被偏转，并且由此被输入耦合到光导介质23中。光导介质31现在通过内部全反射将输入耦合的照明光31传输到第一偏转元件21的输出耦合偏转结构212。通过输出耦合偏转结构212，照明光31现在以由偏转结构 212 的光栅特性所确定的衍射角被偏转到环境 u中，以照明相应对象 o1、o2并且因此从光导介质 23 输出耦合。如果照明光31随后在环境u中射到对象o1、o2上，则照明光31或照明光的至少一个分量被反射并以反射的照明光41的形式被射回第一偏转元件21上。如果反射的照明光41在此射到第一偏转元件21的输入耦合偏转结构211上，则被反射的照明光41、31以由偏转结构211的光栅特性所确定的衍射角朝第二偏转元件22的方向被偏转，并且由此被输入耦合到光导介质23中。光导介质31又通过内部全反射将输入耦合的反射的照明光41传输至第二偏转元件22的输出耦合偏转结构222。通过输出耦合偏转结构222，反射的照明光41最终以由偏转结构222的光栅特性所确定的衍射角朝图像检测设备40的方向被偏转，并且由此从光导介质23中输出耦合。为了检测反射的照明光41，图像检测设备40在由第二偏转元件22的输出耦合偏转结构222形成的区域内被直接安装于光导介质23的第一侧。例如，图像检测设备40可以粘接到光导介质上。如图1所示，照明设备30和图像检测设备40因此在光导介质23的纵向延伸方向上以彼此相距的距离a而上下布置。
54.根据图1中描述的示例性实施例，输入耦合偏转结构221的上述光栅特性在此对应于输出耦合偏转结构212的光栅特性。这在图1中特别是由同样的阴影表示。因此，输入耦合偏转结构221和输出耦合偏转结构212偏转照明光31的相应衍射角也彼此一致。类似地，输入耦合偏转结构211的光栅特性对应于输出耦合偏转结构222的光栅特性。这在图1中特别是由同样的阴影表示。因此，输入耦合偏转结构221和输出耦合偏转结构222使所反射的照明光41偏转的相应衍射角也彼此一致。因此，与输入耦合偏转结构211和输出耦合偏转结构222相比，输入耦合偏转结构221和输出耦合偏转结构212相对于不同的衍射角是方向选择性的。如图1所示，由此可以实现照明光31在光导介质23内的射束走向偏离于所反射的照明光41的射束走向。因此，与反射的照明光41相比，照明光31不同频率地并且在光导介质23的相应界面上的不同位置处被全反射。因此防止了照明光31和所反射的照明光41发生重叠。
55.最后，为了取决于物平面地对环境u中的仅一个预先确定的对象o1、o2进行检测而设置前述控制设备50。在当前情况下，控制设备50例如构造为微控制器。控制设备50现在被构造为以预先确定的切换运行而运行照明设备30和图像检测设备。这意味着：控制设备50可以操控照明设备30分别以预先确定的照明间隔以一个或多个光脉冲发射照明光31。此外，控制设备50还可以操控图像检测设备40仅在一个或多个预先确定的拍摄间隔内检测所
反射的照明光41，其中这些预先确定的拍摄间隔分别被分配给先前的照明间隔。如图1所示，图像检测设备为了切换而包括可电切换的膜层42，可通过控制设备50将所述膜层42切换为透明或不透明状态。
56.根据切换运行，相应的照明间隔和分别所分配的拍摄间隔优选地在时间上相继地进行。因此，在相应的照明间隔和所分配的拍摄间隔之间设置相应的暂停间隔。在暂停间隔中，用于提供照明光31的照明设备30和用于检测所反射的照明光41的图像检测设备40均未被激活。
57.通过在切换运行中运行照明设备30和图像检测设备40，因此可以在切换过程期间，只照明环境中分别所期望的物平面e1、e2，使得仅拍摄位于所期望的物平面e1、e2中的相应对象o1、o2上所反射的照明光41。切换过程是指：恰好一个照明间隔、随后是暂停间隔和最后的拍摄间隔所构成的序列。切换运行可以优选地包括尤其是一个或多个这样的切换过程。
58.环境u中的哪个物平面e1、e2被摄像机装置10照明和检测尤其取决于切换运行的特性。这些特性尤其是包括照明光31的光强度、光导介质23和环境u的光导特性、照明间隔和拍摄间隔的持续时间以及所分配的暂停间隔的持续时间。例如，光强度越低，照明间隔和拍摄间隔的持续时间就必须选择得越长，以便能够向图像检测设备40提供具有足够强度的所反射的照明光41。暂停间隔的持续时间越长，对象o1、o2就可以离摄像机装置10越远。相反，当然也适用：暂停间隔的持续时间越短，对象o1、o2就必须越接近摄像机装置10。
59.因此，根据图1中的实施例，可以在切换过程中通过摄像机装置10（在相应的映像中）要么拍摄第一对象o1，要么拍摄第二对象o2。在此，拍摄对象 o1、o2其中哪个取决于对切换运行的特性的选择。
60.相反，如果根据切换运行而设置多个切换过程，则例如也可以生成环境u的三维映像。为此目的，控制设备50被构造用于在切换过程中相对于先前切换过程的暂停间隔持续时间而言延长或缩短相应的暂停间隔持续时间。由此，如上所述，可以检测从不同的物平面e1、e2所反射的照明光41。然后可以例如使用控制设备50将相应得到的映像组合成三维映像。替代地，因此当然也可以拍摄二维映像，在该二维映像上描绘来自不同物平面e1、e2的多个对象o1、o2。
61.上述摄像机装置10例如可以安装在机动车辆中。在此，摄像机装置10例如可以用于对象识别，以便识别车行道上的对象，从而例如随后可以执行机动车的保护功能，例如紧急制动。为了在将摄像机装置10布置在机动车辆中的情况下节省安装空间，摄像机装置10例如可以集成到机动车辆的前照灯中。如图1所示，摄像机装置10可以与前照灯光源61形成前照灯装置60。光导介质23特别是透明的，例如构造为透明玻璃板或聚合物板。在此，摄像机装置10与光导介质23在前照灯光源61的辐射方向上布置在前照灯光源61之前。前照灯光源尤其位于第一偏转元件21和第二偏转元件22之间。因此，前照灯光源61可以不受阻碍地通过光导介质23将前照灯光提供给环境u，例如以便为驾驶员照亮车行道。借助摄像机装置10，优选可以同时检测车行道，以便识别出不期望的对象。优选地通过照明设备30提供具有红外范围内的波长的照明光31。因此，可以通过摄像机装置10以驾驶员不可见的方式检测环境u。因此，驾驶员的视线不会受到干扰。
62.最后，可再次参考图2更详细地描述摄像机装置10的前述转向单元20的优点。图2
示意性示出了在没有和具有转向单元20的情况下，针对取决于物平面地拍摄环境中的对象而言对摄像机装置的拍摄特性的影响。
63.在没有转向单元20的情况下，也即如图2中的上图所示，上述照明设备30与图像检测设备40之间（仅由于结构空间导致）的前述距离a无法被补偿。作为结果，照明光31的第一射束分量311会在第一物面e1内的对象上反射，并作为反射的照明光41的第一射束分量411返回至图像检测设备40。相反，照明光31的第二光束部分312则会在第二物平面e2内的对象上反射并作为所反射的照明光41的第二射束分量412返回至图像检测设备40。因此，在照明光31的所发射的光束中，所反射的照明光41的两个或更多个光束到达图像检测设备40。由此，在所得到的映像上可能发生不期望的干扰效应。干扰效应可以包括例如过度曝光和/或不期望的阴影投射。
64.通过使用转向单元20可以避免这种干扰效应。因此，转向单元的另一功能是补偿由距离a引起的照明设备30和图像检测设备40之间的偏移。该功能尤其在图2的下图中示意性地示出。在这种情况下，偏转结构211、212、221、222的上述方向选择性被利用。如上所述，在方向选择性的情况下，入射光分别都以由相应光栅特性所规定的预先确定的衍射角而被偏转。衍射角是入射光束与相关联的经偏转的光束之间的角度。然而，通常偏转结构211、212、221、222不是理想的系统，从而并不产生经偏转的光束而是产生扇形光束或锥形光束。照明光31和所反射的照明光41因此在每次输入耦合和/或输出耦合中在预先确定的锥角或倾斜角之内呈扇形散开。倾斜角优选小于5
°
，特别是小于1
°
。照明设备30和图像检测设备40之间的偏移因此可以通过光的这种呈扇形散开来补偿。因此，图1示出了照明光31和反射照明光41作为单独光束的理想化表示。
65.下面再次总结使用如上所述的摄像机装置所产生的优点。一方面，可以在所得到的映像中避免阴影投射，因为对象的照明与拍摄在一定程度上在同一光轴上进行（以下也称为轴上照明）。此外，照明和/或拍摄时间窗口或间隔的精度更高，由于轴上照明而在（反射的）照明光的进程中不存在未知的几何路径长度变化。否则，照明设备与图像检测设备之间的偏移的影响将随着摄像机装置与待拍摄对象之间距离的增加而对所得到的映像产生越来越大的影响。此外，通过使用 hoe 还得出以下优点：照明光的所期望的波长可以更窄（更小），因此可以配置得更好（波长选择性）。因此，摄像机装置中不需要额外的滤光器来过滤波长，从而可以省去成本和部件，并且因此也可以省去额外的干扰效应（折射和/或反射）。类似地，由于hoe的角度选择性，更窄的角度范围也是可能的，因此可以更好地配置角度范围。而通常无法用经典的光学构件仿效该功能。此外，由于hoe的扩展维度并不存在或可小得忽略不计导致摄像机装置的特别扁平的构造也是可能的，因此可以实现用于摄像机装置的更小和/或更轻的封装或外壳。这在汽车制造或汽车工业领域尤为重要。通过使hoe能够集成到由此仅对由hoe所规定的波长和/或角度作出反应的透明光导中，最终带来了如下优点：相应的摄像机装置可以安装在例如在汽车制造领域中原本不可能的位置，例如车前灯区域。
66.总体而言，这些示例示出了如何提供一种全息摄像机，用于拍摄位于相对于该全息摄像机所定义的物平面中的对象。