CN114730063B - 物镜、物镜的用途和测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明包含具有固定焦距的混合物镜，该混合物镜包括四个透镜。两个透镜由玻璃制成并且两个透镜由塑料制成。该物镜适合在LIDAR测量系统中使用。

Description

物镜、物镜的用途和测量系统
技术领域
本发明涉及一种具有固定焦距的物镜。这样的物镜尤其适合在用于检测光束(LIDAR)运行时间的测量系统中使用。LIDAR是英文“light detection and ranging(光探测和测距)”的缩写。在大多数情况下，LIDAR物镜在非常小的近红外波长范围内(典型地为800nm-2000nm波长)工作。激光经常用于照明。在这种情况下，物镜必须能够补偿激光源的小带宽以及可能出现的波长随温度的漂移。
背景技术
从WO 2017/180277 A1中已知一种具有SPAD阵列的传感器。该SPAD阵列可以包括雪崩光电二极管(APD)以及双极晶体管或场效应晶体管，以便逐行激活偏压(bias)。
从CN 205829628 U中已知一种具有VCSEL阵列和SPAD阵列的LIDAR系统。
从WO 2017/164989 A1中已知一种用于基于LIDAR的三维成像的照明与检测集成系统。提出了一种具有四个透镜的物镜。为了照明，提出了脉冲激光光源。在一个实施方式中，使用了由激光发射器和检测器组成的多个LIDAR测量仪的阵列。然而，这种方式耗费非常高。
从WO 2016/204844 A1中已知一种具有可电动调节的光方向元件的LIDAR系统。
从US 2016/0161600 A1中已知一种具有用作检测器的SPAD阵列的LIDAR系统。为了照明而使用了激光束，借助于集成光子回路来控制这些激光束，以使用光相阵列。
从WO 2015/189024 A1中已知一种具有固体激光器和可偏转的反射镜的车辆LIDAR系统。
从WO 2015/189025 A1中已知一种具有脉冲激光器、和可偏转的反射镜以及CMOS图像传感器的车辆LIDAR系统。
从WO 2015/126471 A2中已知一种具有发射器/检测器单元阵列的LIDAR设备。
从US 2007/0181810 A1中已知一种具有用于照明的VCSEL阵列的车辆LIDAR系统。
从US 2014/0049842 A1中已知一种具有四个透镜的成像物镜，该成像物镜可以用于车辆中的照相机或用于监测。不利的是，如果这些透镜中的两个透镜由低成本的塑料制成时，则成像性能可能会受到温度的影响。
发明内容
本发明的目的是提供成本有效的、能够在较宽的温度范围内运行的物镜，该物镜具有尽可能好的像侧远心度和较小的F-θ畸变。
该物镜应尤其适用于具有检测器阵列(例如SPAD阵列)的LIDAR系统。该物镜应尤其适用于无可移动零件的LIDAR系统。此外，该物镜可以适合作为成像物镜或投射物镜。
该目的通过下述的物镜、下述的用途以及下述的测量系统来实现。
该物镜可被物美价廉地制成并且特别适用于LIDAR应用。该物镜的独特之处在于被动无热化、良好的像侧远心度和较小的F-θ畸变。该物镜也可以作为成像物镜或投射物镜适用于其他应用。
根据本发明的物镜具有固定焦距F。该物镜包括：具有第一焦距f1、由第一玻璃制成的第一透镜；具有第二焦距f2、由第一塑料制成的第二透镜；具有第三焦距f3、由第二玻璃制成的第三透镜以及具有第四焦距f4、由第二塑料制成的第四透镜。根据相应透镜的编号选择焦距的指数。众所周知的，每个焦距的倒数是其屈光力。因此可以给每个透镜指配屈光力。根据本发明，第一透镜被设计成具有负屈光力(可以表示为D1＝1/f1)的弯月透镜。根据本发明，第三透镜具有正屈光力D3＝1/f3，其可以表示为D3>0。第三透镜的屈光力D3＝1/f3与第四透镜的屈光力D4＝1/f4之和D3+D4为正，其可以表示为D3+D4>0。第四透镜具有至少一个非球面表面。根据本发明，焦距被选择成使得
Figure GDA0003642443670000021
和/或
Figure GDA0003642443670000022
适用。
因此，焦距能够被选择成，使得第二四焦距与第四焦距的比值加1的结果是小于或等于0.1，和/或第二焦距和第四焦距的倒数之和小于或等于物镜的焦距的0.015倍。当满足上述两个条件时，物镜可以是特别有利的。
如果焦距被选择成，使得
Figure GDA0003642443670000031
和/或
Figure GDA0003642443670000032
成立，则物镜可以是特别有利的。
因此可以实现物镜的特别好的被动无热化。有利地，物镜可以具有2mm到5mm之间的焦距F。有利地，第一透镜的焦距f1可以在物镜的焦距F的-20倍到-4倍之间，特别有利地在-8倍到-6倍之间。有利地，第三透镜的焦距f3可以在物镜的焦距F的2倍到5倍之间。有利地，第四透镜的焦距f4可以在物镜的焦距F的-2倍到10倍之间。有利地，第四透镜的焦距f4可以在第三透镜的焦距f3的0.8倍到3倍之间。
透镜的焦距可以理解为关于折射率为1的外部介质中的近轴(在靠近轴的意义上的)射束的焦距。
第一玻璃和第二玻璃可以是不同的玻璃。第一玻璃和第二玻璃可以在热膨胀和/或折射率和/或折射率的温度相关性方面有所不同。替代性地，还可以使用相同的玻璃种类来作为第一玻璃和第二玻璃。为此可以使用诸如BK7的光学玻璃或硼硅酸盐玻璃。高折射玻璃、例如致密火石玻璃(SF玻璃)，含镧的火石玻璃或冕玻璃(例如LaF、LaSF或LaK玻璃)或含钡的火石玻璃或冕玻璃(例如BaF或BaSF或BaK玻璃)可以是特别合适的。有利地，第二玻璃可以具有比第一玻璃更高的折射率。例如，第一玻璃可以具有1.50到1.55之间的折射率。作为第二玻璃可以使用折射率大于1.8的玻璃。第二玻璃可以是高折射率的镧火石玻璃。
第一塑料和第二塑料可以是不同的塑料。第一塑料和第二塑料可以在热膨胀和/或折射率和/或折射率的温度相关性方面有所不同。然而，替代性地，还可以实现并且可能甚至特别有利的是，使用相同的塑料种类来作为第一塑料和第二塑料。塑料可以理解为聚合物。特别有利地，可以是透明、即透光的聚合物。聚碳酸酯、COP、Zeonex、COC(Topas)或OKP可以是特别合适的。PMMA也可以是合适的。
物镜可以具有光轴。光轴可以称为z轴。
根据本发明的物镜包括四个透镜。有利地，物镜可以恰好包括四个透镜。此外，物镜可以包括另外的元件，例如环形光阑、滤波器、偏振器等。与具有多于四个透镜的物镜相比，根据本发明的物镜可以更便宜地被制造。有利地，另外的元件可以被实施为没有屈光力，即没有光学界面的曲率。
弯月透镜可以理解为凸凹透镜。有利地，第一透镜的凹面可以比凸面更弯曲。该第一透镜可以是具有负屈光力的弯月透镜，该弯月透镜也可以被称为负弯月透镜。有利地，第一透镜可以向外、即在负z方向上弯曲。这可以意味着：第一透镜可以是相对于物镜而位于外部的透镜，并且第一透镜的凸面可以相对于物镜而被布置在外部。
有利地，第一透镜和/或第二透镜可以具有至少一个非球面表面。
球面透镜可以理解为具有两个相反的球面光学表面的透镜。球面透镜还可以被称为双球面透镜。这些球面表面中的一个球面表面可以是平面。平面可以理解为具有无限曲率半径的球面表面。第二透镜可以是非球面透镜。
非球面透镜可以指具有至少一个非球面光学表面的透镜。第二透镜还可以被设计为双非球面透镜。双非球面透镜可以理解为具有两个相反的非球面光学表面的透镜。第二透镜可以具有至少一个自由曲面。
同样可以有利的是：第一透镜和第三透镜被设计为球面透镜，第二透镜和第四透镜被设计为非球面透镜(即各自具有至少一个非球面表面)。特别有利的是，第二透镜可以被设计为双非球面透镜。特别有利的是，第二透镜和第四透镜都可以被设计为双非球面透镜。
有利地，在光路中，第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜可以布置在z方向上。在z方向上，在第四透镜后方可以布置物镜的像平面。在第一透镜前方可以布置物平面。因此物镜可以是成像物镜。用于记录图像的图像传感器或检测光束的运行时间的矩阵传感器可以在光路中布置在第四透镜后方、有利地布置在物镜的像平面中。光束能够以分量沿z方向从物体传播到像平面。
同样有利的是：在光路中，在-z方向上可以依次布置有光源、第四透镜、第三透镜、第二透镜和第一透镜。因此，物镜可用于照亮布置在第一透镜的-z方向上的物体或场景。光束能够以分量沿-z方向从光源传播到待照亮的物体或场景。场景可以理解为多个物体，这些物体应在一定的空间角度范围内被检测和/或照亮。
有利地，在第二透镜与第三透镜之间可以布置有光阑。光阑可以是遮光构件中的开口。该遮光构件可以被设计成是环形的。该遮光构件可以具有布置在遮光构件内部的、限定遮光构件中的凹陷的第一截锥形表面和/或第二截锥形表面。这些截锥形表面可以相对于光轴而旋转对称地布置。第一截锥形表面可以是朝向第二透镜的截锥形表面，第二截锥形表面可以是朝向第三透镜的截锥形表面。截锥形表面的最小半径可以形成光阑。有利地，第一截锥形表面和第二截锥形表面可以相交。因此，两个截锥形表面的最小半径可以是相同的并且形成光阑。切割刃(即截锥形表面的剖面线)可以被去除毛刺或被倒角，以便它可以可复制地被制造。如果仅存在一个截锥形表面，则该截锥形表面的最小半径可以被布置在遮光构件的边缘。
同时，遮光构件可以被设计为第二透镜与第三透镜之间的距离保持件。通过这样选择遮光平面，可以最小化远心误差和/或畸变，和/或使渐晕最小化或被避免。遮光平面可以位于第二透镜与第三透镜之间。
有利地，物镜可以被设计成在像侧近似是远心的。这可以理解为像侧的远心误差小于5°。物镜的这种设计可以是特别有利的：在第四透镜与像平面之间布置有滤波器，例如带通滤波器。此外，这样的有利的布置方式可以包括用于图像记录的图像传感器或用于检测光束运行时间的、可以被布置在像平面中的矩阵传感器。在物镜和滤波器这样的布置方式的情况下，可以避免由于滤波器上的不同入射角而产生的像平面的照明的不均匀性。与非远心镜头相比，对滤波器的角度接受范围的要求可以降低。由此可以使滤波器更加成本有效。像侧的远心误差可以理解为最后的透镜与图像传感器之间的光轴与主光束之间的角偏差。在此，在遮光平面中与光轴具有交点的光束可以被称为主光束。如果没有光阑，则可以将相对于分别在某一特定点处入射到像平面的光束具有较小角度的光束假定为主光束。有利地，第四透镜可以被设计成是双凸的。同样有利地，第四透镜可以被设计为具有正屈光力的弯月透镜。特别有利的是：这样的弯月透镜的凹面可以位于正z方向上、即朝向像平面或光源，以便实现尽可能小的像侧的远心误差。
有利地，物镜可以具有至少1:1.3的摄影光强度(fotografische
Figure GDA0003642443670000051
)。摄影光强度可以被称为物镜的最大开口率。摄影光强度的倒数可以被称为光阑值。该条件也可以表示为光阑值小于0.77。
有利地，物镜可以包括用于将光源的信号光与环境光、尤其日光分离的带通滤波器。然而，带通滤波器也可以在光路中被布置在物镜的外部。
物镜能够可作为投射物镜运行。然而，物镜还能够可作为成像物镜运行。
将物镜用于测量系统可以是有利的，该测量系统用于检测至少一个光束的至少一个运行时间。有利地，该测量系统可以包括至少一个物镜、至少一个光源和至少一个矩阵传感器。光源可以是激光束源或LED。光源能够以脉冲方式运行。脉冲长度可以在1ns到1ms之间。
测量系统的特征可以在于矩阵传感器是SPAD阵列，和/或光源是VCSEL阵列或LED阵列。
有利地，可以将第二透镜设计成使得第二透镜的两个光学表面至少在居中区域中是凹状的。居中区域可以理解为光轴附近的区域。这可以通过以下方式来确定：该居中区域包含围绕光轴的特定半径内的所有点。此外，第二透镜朝向第一透镜的表面(即在成像物镜的情况下是物体侧的表面)可以具有凸状设计的区域。该凸状区域可以相对于光轴而布置在周围。周围区域可以理解为包含围绕光轴的特定半径外的点的区域。该区域可以被设计成是环形的。第二透镜的朝向第三透镜的光学表面(即在成像物镜的情况下是像侧的光学表面)可以被设计成任何一处都是凹状的。
物镜可以包括相应地布置在两个透镜之间的一个或多个距离保持件。有利地，这些距离保持件可以由聚碳酸酯或玻璃纤维强化塑料制成。替代性地，玻璃保持件可以由诸如铝或钢的金属制成。
物镜可以具有焦距、像点尺寸、调制传递函数和像平面中的畸变。物镜的焦距和/或光学特性像点尺寸、调制传递函数、图像尺寸、像平面中的畸变中的至少一个光学特性可以在第一波长中在一定温度范围内、在不适用有源部件的情况下与温度无关。这可以被称为被动无热化。
该被动无热化可以通过上述对透镜材料的选择结合上述对焦距比的限制来实现。
物镜可以针对单个波长(设计波长)而设计，例如特定的激光束、如780nm，808nm，880nm，905nm，915nm，940nm，980nm，1064nm或1550nm。然而，该物镜还可以针对特定带宽(例如可见波长范围或近红外范围)、或针对多个离散波长而设计。所设置的带宽还可以例如在20nm至50nm之间，以便例如可以补偿为照明而设的二极管激光器的热波长漂移。
物镜可以作为投射物镜运行。由此，激光束例如能够以线状或面状投射到空间片段中。
物镜可以作为成像物镜运行。被物体反射的光束、例如被物体的某一点反射的激光束可以投射到检测器的某一点上。用检测器可以检测该光束的运行时间。
在一个优选的实施方式中，物镜可以同时用作投射物镜和成像物镜。借助于在光路中布置在物镜与检测器之间的分束器，待投射的激光束可以输入耦合到光路中。
物镜可以被实施为广角物镜，其开口角(全角)大于160°、特别有利地大于170°并且非常有利地大于175°。
有利的是：可以将具有固定焦距F的物镜用于检测至少一个光束的至少一个运行时间测量系统。光束可以是激光束。该光束可以由光源发出。该光源可以是光学脉冲的固体激光器或电动脉冲的二极管激光器。该光源可以与根据本发明的物镜和检测器一起被布置在车辆上。该光源可以被实施成使得可以发射单个光脉冲。为了检测光束的运行时间可以设置光电检测器。该检测器可以被实施为雪崩光电二极管、例如单光子雪崩光电二极管(缩写：SPAD；英文：single-photon avalanche diode)。该检测器可以包括多个雪崩光电二极管。这些雪崩光电二极管可以被实施为SPAD阵列。
根据本发明的测量系统包括至少一个根据本发明的物镜、至少一个光源以及至少一个矩阵传感器。该光源可以发射至少一个信号光。该信号光可以在波长方面与环境光有所区分。有利地，该光源可以是激光源。光源可以是红外激光器。光源替代性地可以是LED。
光源能够以脉冲方式运行。脉冲长度可以在1ns到1ms之间。
在另一实施方式中，光源可以包括能够彼此独立运行的多个发光元件。该光源可以被设计为VCSEL阵列或LED阵列。可以设置光源的运行装置，在该运行装置中，至少两个发光元件在不同的时间点发出光脉冲。
矩阵传感器可以是SPAD阵列。
附图说明
图1示出了第一实施例。
图2示出了第一实施例的光路。
图3示出了第二实施例。
图4示出了根据本发明的测量系统。
具体实施方式
下面用实施例来阐述本发明。
图1示出了第一实施例。如图所示，物镜1具有固定焦距F。物镜具有光轴3。光轴在z方向上。在附图中，像平面被布置在右侧，即被布置在z方向上，而物体平面位于物镜的左侧。物镜包括第一透镜5、第二透镜6和第三透镜8以及第四透镜12。这些透镜在z方向上以提到的顺序相继布置。
第一透镜由第一玻璃制成。该第一透镜是具有负屈光力的球面弯月透镜，即其具有两个相反的球面光学表面。
第二透镜6由第一塑料制成。第二透镜6被设计为双非球面发散透镜。第二透镜6在该实施例中被设计成，使得物体侧的表面9(在图示左侧)在居中区域10(用括号在图中示出)中被设计成是凹状的并且在周围区域11中被设计成是凸状的。
第三透镜8由第二玻璃制成。第三透镜8是球面会聚透镜。
第四透镜12被设计为双非球面会聚透镜。第四透镜由第二塑料制成。在此，第二塑料是和第一塑料一样的塑料。
距离保持件13布置在第二透镜6与第三透镜8之间。距离保持件具有用作光阑14的开口。开口由第一截锥形表面15和第二截锥形表面16构成。截锥形表面的切削刃是切割刃17，该切割刃是光阑开口。光阑被设计为切割刃。该光阑在该实施例的未图示的变型方案中还可以被实施为环形光阑。在该实施例的另一未图示的变型方案中，光阑被选在第二透镜的贴靠面7的平面中。因此，该表面可以被配备成是吸收光的并且可以用作光阑。
此外还设有滤波器18，该滤波器将信号光与环境光分离开来。
图2示出了第一实施例的光路。在图中，省去了透镜的剖面线，以便可以更好地展示代表光路2的光束4。在像平面21中布置有用于记录图像的图像传感器或用于检测光束运行时间的矩阵传感器。
光学设计根据下文的表格1来实施：
Figure GDA0003642443670000091
表格1
第一列给出表面的序列号并且从物体侧开始连续编号。“标准”类型表示平坦的或球面的弯曲表面。“非球面”类型表示非球面的表面。“表面”可以理解为界面或透镜表面。应指出的是：此外，物体平面(编号1)、光阑(编号6)以及像平面(编号12)也被视为表面。表面2、3、4、5、7、8、9和10是透镜表面。这些表面在图2中用相应的编号表示为表面2、表面3、表面4、表面5、表面7、表面8、表面9或表面10。
“曲率半径KR”列给出相应表面的曲率半径。在非球面表面的情况下，这应理解为近轴曲率半径。在表格中，如果表面的形状朝向物体侧是凸状的，则曲率半径的符号为正，并且如果表面的形状朝向图像侧是凸状的，则符号为负。“曲率半径”列中的数值∞意味着它是一个平坦的表面。“厚度/距离”列给出了光轴上的第i个表面到第(i+1)个表面的距离。在该列中，编号1中的数值∞意味着它是无限物体宽度，即聚焦到无限远的物镜。在该列中，对于行2、4、7和9给出了第一透镜、第二透镜、第三透镜或第四透镜的中心厚度。在“材料”列中用相应的折射率n给出了相应的表面之间的材料。在此，折射率n是设计物镜的设计波长。该设计波长例如可以在700nm到1100nm之间或1400nm到1600nm之间，例如是905nm、915nm、940nm，1064nm或1550nm。“半径”列给出相应表面的外半径。在光阑(编号6)的情况下，该列所给信息是光阑开口。在透镜表面的情况下，该列所给信息是光束与光轴的可用最大距离，在下面的等式中，该列所给信息与相应表面的最大值h相对应。
在下文中，在以下两个表格(表格2、表格3)中给出了非球面表面与相应的表面编号的系数。
编号 C<sub>2</sub> in mm<sup>-1</sup> C<sub>4</sub> in mm<sup>-3</sup> C<sub>6</sub> in mm<sup>-5</sup> C<sub>8</sub> in mm<sup>-7</sup>
4 0.0000000E+00 3.8946765E-03 -1.9916747E-04 9.3959964E-06
5 0.0000000E+00 7.2821395E-03 7.6976794E-04 -4.1404616E-04
9 0.0000000E+00 -3.2477297E-04 4.4136483E-05 -5.1107094E-06
10 0.0000000E+00 1.2815739E-03 3.1453468E-05 -4.9419416E-06
表格2
编号 C<sub>10</sub> in mm<sup>-9</sup> C<sub>12</sub> in mm<sup>-11</sup> C<sub>14</sub> in mm<sup>-13</sup> C<sub>16</sub> in mm<sup>-15</sup>
4 -3.2268213E-07 7.3829174E-09 -9.9657773E-11 5.9756551E-13
5 9.9825464E-05 -1.0939844E-05 4.9478924E-07 0.0000000E+00
9 3.8726105E-07 -1.7725428E-08 4.2761827E-10 -4.3462716E-12
10 3.6159105E-07 -1.4520099E-08 2.6777834E-10 -1.8307264E-12
表格3
在非球面数据的数值中，“E-n”(n：整数)意味着“×10-n”并且“E+n”意味着“×10n”。此外，非球面表面系数是由下面的等式表示的非球面表达式中m＝2……16的系数Cm：
Figure GDA0003642443670000111
其中
Zd是非球面表面的深度(即，从非球面表面上的、高度为h的某一点到与非球面表面的顶点中的一个顶点接触并且垂直于光轴的平面的垂直线的长度)，h是高度(即，从光轴到非球面表面上的该点的长度)，KR是近轴曲率半径，并且Cm是下面给出的非球面表面系数(m＝2……16)。未给出的非球面表面系数(在此都具有奇数指数)被假定为零。h的坐标和曲率半径一样都使用毫米，Zd的结果以毫米为单位。系数k是圆锥度系数，其在本实施例中对于所有表面皆为零。
第一透镜的焦距为f1＝-17.7mm，第三透镜的焦距为f3＝8.7mm。第二透镜的焦距为f2＝-10.3mm，第四透镜的焦距为f4＝9.95mm。物镜具有2.78mm的焦距F。
在该实施例的一个变型方案中，物镜聚焦到有限的物体宽度上。这可以通过改变图像宽度来实现。为此，可以对应地提高“编号10”行的距离。
在另一未展示的变型方案中，物镜可以被用作投射物镜。为此，光源代替传感器被布置在平面21中。随后，可以照亮在负的z方向(在图1中被标记为-z方向)上位于物镜前方的场景。
图3示出了第二实施例。该第二实施例将在以下段落中描述。在图中，省去了透镜的剖面线，以便可以更好地展示代表光路2的光束4。对应于被称作第一实施例的实施方案，第二实施例的光学设计按照下文的表格4来实施：
Figure GDA0003642443670000112
Figure GDA0003642443670000121
表格4
使用了在下文的表格(表格5、表格6)中给出的非球面表面(具有在上表4中分别给出的编号的非球面类型的表面)的系数：
编号 C<sub>2</sub> in mm<sup>-1</sup> C<sub>4</sub> in mm<sup>-3</sup> C<sub>6</sub> in mm<sup>-5</sup> C<sub>8</sub> in mm<sup>-7</sup>
4 0.00000E+00 6.66623E-03 -4.20535E-04 1.52374E-05
5 0.00000E+00 8.56409E-03 -1.23883E-04 -2.27136E-05
9 0.00000E+00 1.22214E-04 1.25206E-05 -2.08983E-06
10 0.00000E+00 2.13660E-03 -7.95143E-05 1.52434E-05
表格5
编号 C<sub>10</sub> in mm<sup>-9</sup> C<sub>12</sub> in mm<sup>-11</sup> C<sub>14</sub> in mm<sup>-13</sup> C<sub>16</sub> in mm<sup>-15</sup>
4 -3.32951E-07 3.16413E-09 0.00000E+00 0.00000E+00
5 2.40847E-06 -6.93424E-08 0.00000E+00 0.00000E+00
9 1.78721E-07 -8.46345E-09 2.09208E-10 -2.23688E-12
10 -1.56245E-06 9.49397E-08 -3.08630E-09 3.87340E-11
表格6
未给出的非球面表面系数(在此都具有奇数指数)被假定为零。在本示例中，所有表面的圆锥度系数k同样等于零。
第一透镜的焦距为f1＝-16.285mm，第三透镜的焦距为f3＝9.278mm。第二透镜的焦距为f2＝-12.453mm，第四透镜的焦距为f4＝12.307mm。第二实施例的物镜具有3.302mm的焦距F。
光阑被设计为切割刃。该光阑在该实施例的未图示的变型方案中还可以被实施为环形光阑。在该实施例的另一未图示的变型方案中，光阑被选在第二透镜的贴靠面7的平面中。因此，该表面可以被配备成是吸收光的并且可以用作光阑。
在该实施例的一个变型方案中，物镜聚焦到有限的物体宽度上。这可以通过改变图像宽度来实现。为此，可以对应地提高“编号10”行的距离。
在另一未展示的变型方案中，物镜可以被用作投射物镜。为此，光源代替传感器被布置在平面21中。随后，可以照亮在负的z方向(在图3中被标记为-z方向)上位于物镜前方的场景。
第一实施例和第二实施例的设计波长是905nm。还可以在说明书中列出的其他波长中使用这些实施例的变型方案。
图4示出了根据本发明的测量系统。测量系统19包括发射物镜22、接收物镜23、光源20和矩阵传感器21。光源用发射光25照亮一个或多个物体24。矩阵传感器检测反射光26的运行时间。
附图标记清单
1.物镜
2.带光路的透镜组件
3.光轴
4.光束
5.第一透镜
6.第二透镜
7.贴靠面
8.第三透镜
9.第二透镜的物体侧的表面
10.居中区域
11.周围区域
12.第四透镜
13.距离保持件(spacer)
14.光阑
15.第一截锥体
16.第二截锥体
17.切割刃、切削刃
18.滤波器
19.测量系统
20.光源
21.矩阵传感器
22.发射物镜
23.接收物镜
24.物体
25.发射光
26.反射光

Claims (13)

1.一种物镜(1)，所述物镜具固定焦距F，至少包括：具有第一焦距f1、由第一玻璃制成的第一透镜(5)；具有第二焦距f2、由第一塑料制成的第二透镜(6)；具有第三焦距f3、由第二玻璃制成的第三透镜(8)；以及具有第四焦距f4、由第二塑料制成的第四透镜(12)，
其中
所述第一透镜(5)被设计为具有负屈光力D1＝1/f1的弯月透镜，
所述第三透镜(8)具有正屈光力D3＝1/f3>0，
所述第三透镜(8)的屈光力D3＝1/f3与所述第四透镜(12)的屈光力D4＝1/f4之和D3+D4为正，
所述第四透镜(12)具有至少一个非球面表面，
并且其中
Figure FDA0004045680910000011
和/或
Figure FDA0004045680910000012
都适用。
2.根据权利要求1所述的物镜，其特征在于，所述第一透镜(5)和/或所述第二透镜(6)具有至少一个非球面表面。
3.根据权利要求1所述的物镜，其特征在于，在光路中，所述第一透镜(5)、所述第二透镜(6)、所述第三透镜(8)和所述第四透镜(12)依次布置在z方向上，或其特征在于，在所述光路中，在-z方向上依次布置有光源(20)、所述第四透镜(12)、所述第三透镜(8)、所述第二透镜(6)和所述第一透镜(5)，其中-z方向是负的z方向，z方向是物镜的光轴的方向。
4.根据权利要求1所述的物镜，其特征在于，在所述第二透镜(6)与所述第三透镜(8)之间布置有光阑(14)。
5.根据权利要求1所述的物镜，其特征在于，所述物镜具有2mm到5mm之间的焦距F，
和/或所述第一透镜的焦距f1在所述物镜的焦距F的-20倍到-4倍之间，
和/或所述第三透镜的焦距f3在所述物镜的焦距F的2倍到5倍之间，
和/或所述第四透镜的焦距f4在所述物镜的焦距F的2倍到10倍之间，
和/或所述第四透镜的焦距f4在所述第三透镜的焦距f3的0.8倍到3倍之间。
6.根据权利要求1所述的物镜，其特征在于，所述物镜被设计成在像侧近似是远心的，其中像侧的远心误差小于5°。
7.根据权利要求1所述的物镜，其特征在于，所述物镜具有至少1:1.3的摄影光强度。
8.根据权利要求3所述的物镜，其特征在于，所述物镜包括用于将所述光源的信号光与环境光分离的带通滤波器(18)或者能够与布置在所述物镜外部的带通滤波器一起运行。
9.根据权利要求1所述的物镜，其特征在于，所述物镜能够作为投射物镜运行，和/或所述物镜能够作为成像物镜运行。
10.根据前述权利要求之一所述的物镜(1)的用于测量系统(19)的用途，所述测量系统用于检测至少一个光束(4)的至少一个运行时间。
11.一种测量系统(19)，所述测量系统包括至少一个根据前述权利要求之一所述的物镜(22，23)、至少一个光源(20)和至少一个矩阵传感器(21)。
12.根据权利要求11所述的测量系统，其特征在于，所述光源(20)是激光射束源或LED，并且所述光源以脉冲方式运行并且脉冲长度在1ns到1ms之间。
13.根据权利要求11所述的测量系统，其特征在于，所述矩阵传感器(21)是SPAD阵列，和/或所述光源(20)是VCSEL阵列或LED阵列。
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