DE102017118437A1

DE102017118437A1 - Receiver unit for a laser scanner, laser scanner, vehicle and method for detecting light

Info

Publication number: DE102017118437A1
Application number: DE102017118437.6A
Authority: DE
Inventors: Lin Lin; Wensi Zheng
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2017-08-14
Filing date: 2017-08-14
Publication date: 2019-02-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Empfängereinheit (4) für eine Laserabtastvorrichtung (2), mit einer ersten äußeren Konvexlinse (7) und einem ersten Bildsensor (9) und einer ersten Shutter-Vorrichtung (8), die zwischen der ersten äußeren Konvexlinse (7) und dem ersten Bildsensor (9) angeordnet ist, wobei die erste Shutter-Vorrichtung (8) dazu ausgelegt ist, eine einzelne erste Öffnung (11) in einer ersten Position zu einem ersten Zeitpunkt bereitzustellen und die einzelne erste Öffnung (11) in einer zweiten Position zu einem zweiten Zeitpunkt bereitzustellen, wobei die erste äußere Konvexlinse (7), die erste Shutter-Vorrichtung (8) und der erste Bildsensor (9) derart angeordnet sind, dass, wenn sich die erste Öffnung (11) in der ersten Position befindet, nur Licht, das von einem bestimmten ersten Raumbereich (12a, 12b, 12c) ausgeht, durch den ersten Bildsensor (9) erfasst werden kann, und wenn sich die erste Öffnung (11) in der zweiten Position befindet, nur Licht, das von einem bestimmten zweiten Raumbereich (12a, 12b, 12c) ausgeht, durch den ersten Bildsensor (9) erfasst werden kann.

The invention relates to a receiver unit (4) for a laser scanning device (2), comprising a first outer convex lens (7) and a first image sensor (9) and a first shutter device (8) arranged between the first outer convex lens (7) and the first image sensor (9) is arranged, wherein the first shutter device (8) is adapted to provide a single first opening (11) in a first position at a first time and the single first opening (11) in a second position at a second time, the first outer convex lens (7), the first shutter device (8) and the first image sensor (9) being arranged such that when the first opening (11) is in the first position, only light emanating from a particular first spatial area (12a, 12b, 12c) can be detected by the first image sensor (9), and when the first opening (11) is in the second position, only light coming from a first certain second space area (12a, 12b, 12c), can be detected by the first image sensor (9).

Description

Die Erfindung betrifft eine Empfängereinheit für eine Laserabtastvorrichtung, wobei die Empfängereinheit eine äußere Konvexlinse und einen Bildsensor aufweist, der der äußeren Konvexlinse zugeordnet ist, so dass der Bildsensor ausgelegt ist, Licht zu erfassen, das durch die äußere Konvexlinse hindurchgetreten ist. Die Erfindung betrifft auch eine Laserabtastvorrichtung, ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Erfassen von Licht mittels einer Empfängereinheit.The invention relates to a receiver unit for a laser scanning apparatus, the receiver unit having an outer convex lens and an image sensor associated with the outer convex lens so that the image sensor is adapted to detect light that has passed through the outer convex lens. The invention also relates to a laser scanning apparatus, a vehicle and a method for detecting light by means of a receiver unit.

Verschiedene Laserabtastvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie Lidars oder Projektoren. Insbesondere für fahrzeugbezogene Anwendungen ist das erforderliche Abtastsichtfeld, insbesondere in der horizontalen Richtung, gewöhnlich sehr groß, beispielsweise 150 °. Die Abmessungen eines B ildsensors sollten sehr klein sein, da der Preis von solchen Bildsensoren von der Sensorfläche abhängt. Somit wäre einerseits für normale, kleine Bildsensoren eine Linse mit einer kurzen Brennweite zum Bereitstellen eines großen Sichtfeldes erforderlich. Um genügend Licht zu sammeln, um ein effektives empfangenes Signal zu erhalten, sollte andererseits die effektive Apertur einer solchen Empfängerlinse so groß wie möglich sein. Somit wäre eine Linse mit einer äußerst kleinen Blendenzahl erforderlich, die als Brennweite dividiert durch die Apertur definiert ist. Für herkömmliche Bildsensor-Objektivlinsen ist jedoch die Blendenzahl gewöhnlich größer als 1 und eine einzelne Linse mit einer niedrigen Blendenzahl ist schwierig herzustellen und ebenso teuer. Eine Möglichkeit zum Verwirklichen eines großen Sichtfeldes wäre die Verwendung einer Fischaugenlinse. Nominal sind jedoch solche Fischaugenlinsen sehr teuer und leiden insbesondere unter dem Nachteil, dass ihre effektive Apertur im Vergleich zu ihrem Durchmesser sehr klein ist. Zum Bereitstellen einer hohen Erfassungsqualität und gleichzeitig eines großen Sichtfeldes stehen daher bis jetzt nur teure Lösungen zur Verfügung, wie die Verwendung von großen und teuren Bildsensoren.Various laser scanning devices are known in the art, such as lidars or projectors. For vehicle-related applications in particular, the required scanning field of view, in particular in the horizontal direction, is usually very large, for example 150 °. The dimensions of a picture sensor should be very small, since the price of such image sensors depends on the sensor surface. Thus, on the one hand, for normal, small image sensors, one would require a lens with a short focal length to provide a large field of view. On the other hand, to gather enough light to obtain an effective received signal, the effective aperture of such a receiver lens should be as large as possible. Thus, a lens with an extremely small f-number, defined as the focal length divided by the aperture, would be required. For conventional image sensor objective lenses, however, the f-number is usually greater than 1 and a single lens with a low f-number is difficult to manufacture and also expensive. One way to realize a large field of view would be to use a fisheye lens. However, nominally such fish-eye lenses are very expensive and in particular suffer from the disadvantage that their effective aperture is very small compared to their diameter. To provide a high detection quality and at the same time a large field of view, therefore, only expensive solutions are available so far, such as the use of large and expensive image sensors.

Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Empfängereinheit, eine Laserabtastvorrichtung, ein Fahrzeug und ein Verfahren bereitzustellen, die eine hohe Erfassungsqualität und gleichzeitig eine kostengünstige Ausgestaltung ermöglichen, die insbesondere die Verwendung von preiswerteren Bildsensoren ermöglichen und dennoch ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis bereitstellen. Insbesondere ist es eine Aufgabe von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, ferner die Möglichkeit zu schaffen, ein großes Sichtfeld mit einer großen Apertur gleichzeitig in einer kostengünstigen Weise zu verwirklichen.Therefore, it is an object of the present invention to provide a receiver unit, a laser scanner, a vehicle, and a method that enable a high detection quality and at the same time a low cost design that allow, in particular, the use of cheaper image sensors while still providing a good signal-to-noise ratio provide. In particular, it is an object of embodiments of the present invention to further provide the ability to simultaneously realize a large field of view with a large aperture in a cost effective manner.

Diese Aufgabe wird durch eine Empfängereinheit, eine Laserabtastvorrichtung, ein Fahrzeug und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Figuren.This object is achieved by a receiver unit, a laser scanning apparatus, a vehicle and a method having the features according to the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims, the description and the figures.

Die Empfängereinheit für einen Laserabtaster gemäß der Erfindung umfasst eine erste äußere Konvexlinse und den ersten Bildsensor, der der ersten äußeren Konvexlinse zugewiesen ist, so dass der erste Bildsensor ausgelegt ist, Licht zu erfassen, das durch die erste äußere Konvexlinse hindurchgetreten ist. Überdies umfasst die Empfängereinheit eine erste Shutter-Vorrichtung, die zwischen der ersten äußeren Konvexlinse und dem ersten Bildsensor angeordnet ist. Ferner ist die erste Shutter-Vorrichtung dazu ausgelegt, eine einzelne erste Öffnung in einer ersten Position zu mindestens einem ersten Zeitpunkt bereitzustellen und die einzelne erste Öffnung in einer zweiten Position, die von der ersten Position verschieden ist, zu mindestens einem zweiten Zeitpunkt bereitzustellen. Ferner sind die erste äußere Konvexlinse, die erste Shutter-Vorrichtung und der erste Bildsensor derart angeordnet, dass, wenn die erste Öffnung sich in der ersten Position befindet, nur Licht, das von einem bestimmten ersten Raumbereich relativ zur Empfängereinheit ausgeht und durch die erste äußere Konvexlinse hindurchtritt, durch den ersten Bildsensor erfasst werden kann, und wenn die erste Öffnung sich in der zweiten Position befindet, nur Licht, das von einem bestimmten zweiten Raumbereich relativ zur Empfängereinheit ausgeht und durch die erste äußere Konvexlinse hindurchtritt, durch den ersten Bildsensor erfasst werden kann.The receiver unit for a laser scanner according to the invention comprises a first outer convex lens and the first image sensor assigned to the first outer convex lens so that the first image sensor is configured to detect light that has passed through the first outer convex lens. Moreover, the receiver unit includes a first shutter device disposed between the first outer convex lens and the first image sensor. Further, the first shutter device is configured to provide a single first opening in a first position at at least a first time and to provide the single first opening in a second position different from the first position at at least a second time. Further, the first outer convex lens, the first shutter device and the first image sensor are arranged such that when the first opening is in the first position, only light emanating from a particular first space area relative to the receiver unit and through the first outer Convex lens passes through the first image sensor can be detected, and when the first opening is in the second position, only light emanating from a certain second spatial area relative to the receiver unit and passing through the first outer convex lens, are detected by the first image sensor can.

Dadurch basiert die Erfindung auf der folgenden Idee: Ein Laserabtaster zum Abtasten seiner Umgebung emittiert gewöhnlich Lichtstrahlen nacheinander in verschiedenen Richtungen. Wenn ein Laserabtaster einen solchen Lichtstrahl in einer bestimmten Richtung emittiert und ein Objekt in dieser Richtung positioniert ist, wird zumindest ein Teil des Lichtstrahls gegen diese bestimmte Richtung zurückreflektiert und kann von der Empfängereinheit erfasst werden. Wenn die Empfängereinheit einen Teil eines Laserlichtstrahls empfängt, ist daher die Richtung, von der dieser Lichtstrahl ausgeht, bereits bekannt, da es die Richtung ist, in der der Laserlichtstrahl emittiert wurde. Somit besteht im Prinzip keine Notwendigkeit für enien räumlich auflösenden Bildsensor, was es möglich macht, die Korrelation zwischen dem Einfallswinkel und Pixeln zu durchbrechen, was bedeutet, dass das ganze Licht, das auf die Empfängereinheit auftrifft, egal aus welcher Richtung es ausgeht, im Prinzip in einem Pixel eines Bildsensors gesammelt werden könnte, was einen sehr preiswerten Bildsensor ermöglichen würde. Dies hätte jedoch den Nachteil, dass auch mehr störendes Umgebungslicht ebenso gesammelt werden würde und daher zu einem sehr niedrigen Signal-Rausch-Verhältnis führen würde. Dies kann nun vorteilhafterweise mittels der ersten Shutter-Vorrichtung vermieden werden, die zwischen der ersten äußeren Konvexlinse und dem ersten Bildsensor angeordnet ist. Die erste Shutter-Vorrichtung macht es möglich, dass nur Licht, das von einem bestimmten Raumbereich der Umgebung der Empfängereinheit und relativ zur Empfängereinheit ausgeht, und insbesondere nur Licht, das eine Ausbreitungsrichtung innerhalb eines bestimmten Richtungsbereichs aufweist, durch den ersten Bildsensor erfasst werden kann. Dies macht es möglich, die Emission von Lichtstrahlen mit der Position der ersten Öffnung der ersten Shutter-Vorrichtung zu korrelieren, so dass zu einer bestimmten Zeit der erste Bildsensor nur ausgelegt ist, Licht aus den Richtungen zu empfangen, an denen man interessiert ist, nämlich der Richtung, in der der Lichtstrahl durch die Laserabtastvorrichtung in diesem Zeitschritt emittiert wurde. Wenn beispielsweise ein Laserlichtstrahl in einer ersten Richtung in einem ersten Zeitschritt emittiert wird, wird dann die Shutter-Vorrichtung somit für diesen ersten Zeitschritt derart eingestellt, dass sich die erste Öffnung in einer Position befindet, so dass Licht, das von einem Raumbereich ausgeht, der dieser ersten Richtung zugeordnet ist, durch die erste äußere Konvexlinse, durch die Öffnung der Shutter-Vorrichtung hindurchtreten kann und durch den Bildsensor empfangen werden kann. Wenn in einem zweiten Zeitschritt ein Laserlichtstrahl in einer zweiten Richtung, die von der ersten verschieden ist, in Bezug auf die Empfängereinheit emittiert wird, wird die erste Shutter-Vorrichtung für diesen zweiten Zeitschritt derart eingestellt, dass die erste Öffnung in einer anderen Position vorgesehen ist, so dass nun Licht, das von einem zweiten Raumbereich ausgeht, der der zweiten Richtung zugeordnet ist, in der der Laserlichtstrahl emittiert wurde, durch die erste äußere Konvexlinse, durch die Öffnung der Shutter-Vorrichtung hindurchtreten kann und durch den Bildsensor empfangen werden kann. Daher kann die Menge an störendem Streulicht wie Sonnenlicht, das durch den Bildsensor empfangen wird, auf ein Minimum reduziert werden, da Umgebungslicht, das von anderen Richtungen und nicht von dem Raumbereich, der der aktuellen Position der Öffnung zugeordnet ist, ausgeht, daher vorteilhafterweise durch die erste Shutter-Vorrichtung blockiert werden kann. Mittels der Empfängereinheit gemäß der Erfindung kann folglich das Signal-Rausch-Verhältnis signifikant verbessert werden und gleichzeitig kann ein sehr preiswerter Bildsensor verwendet werden.As a result, the invention is based on the following idea: A laser scanner for scanning its surroundings usually emits light beams in succession in different directions. When a laser scanner emits such a light beam in a certain direction and an object is positioned in that direction, at least a part of the light beam is reflected back against that particular direction and can be detected by the receiver unit. Therefore, when the receiver unit receives a part of a laser light beam, the direction from which this light beam emanates is already known since it is the direction in which the laser light beam was emitted. Thus, in principle, there is no need for a spatially resolving image sensor, which makes it possible to break the correlation between the angle of incidence and pixels, which means that all the light incident on the receiver unit, no matter from which direction it originates, in principle could be collected in a pixel of an image sensor, which would allow a very inexpensive image sensor. However, this would have the disadvantage that more disturbing Ambient light would also be collected and therefore would result in a very low signal-to-noise ratio. This can now advantageously be avoided by means of the first shutter device, which is arranged between the first outer convex lens and the first image sensor. The first shutter device makes it possible that only light which emanates from a certain space area of the environment of the receiver unit and relative to the receiver unit, and in particular only light which has a propagation direction within a certain directional range, can be detected by the first image sensor. This makes it possible to correlate the emission of light rays with the position of the first aperture of the first shutter device, so that at a certain time the first image sensor is only designed to receive light from the directions of interest the direction in which the light beam was emitted by the laser scanner in this time step. For example, when a laser light beam is emitted in a first direction in a first time step, the shutter device is thus set for that first time step such that the first opening is in a position such that light emanating from a space area is located associated with this first direction, through the first outer convex lens, can pass through the opening of the shutter device and can be received by the image sensor. In a second time step, when a laser light beam in a second direction different from the first is emitted with respect to the receiver unit, the first shutter device for this second time step is set so that the first opening is provided in another position such that light emanating from a second space region associated with the second direction in which the laser light beam was emitted can now pass through the aperture of the shutter device through the first outer convex lens and can be received by the image sensor. Therefore, the amount of spurious stray light, such as sunlight, received by the image sensor can be minimized since ambient light emanating from other directions and not from the spatial area associated with the current position of the opening is therefore advantageously provided by the first shutter device can be blocked. Consequently, by means of the receiver unit according to the invention, the signal-to-noise ratio can be significantly improved and at the same time a very inexpensive image sensor can be used.

Mittels der ersten Shutter-Vorrichtung kann Licht, das aus verschiedenen Richtungen kommt, daher selektiv empfangen werden und vorteilhafterweise können diese Empfangsrichtungen auf die interessierenden Richtungen mittels der in der Position variablen Öffnung der ersten Shutter-Vorrichtung eingestellt werden. Überdies kann die erste Shutter-Vorrichtung dazu ausgelegt sein, viel mehr verschiedene Positionen für die erste Öffnung bereitzustellen als nur die erste und die zweite Position. Jede Position der ersten Öffnung entspricht dann dem jeweiligen Raumbereich, aus dem Licht durch den Bildsensor empfangen werden kann, und entspricht insbesondere auch einem bestimmten Einfallswinkelbereich.Therefore, by means of the first shutter device, light coming from different directions can be selectively received, and advantageously these directions of reception can be adjusted in the directions of interest by means of the position variable opening of the first shutter device. Moreover, the first shutter device may be configured to provide many more different positions for the first opening than just the first and second positions. Each position of the first opening then corresponds to the respective spatial area from which light can be received by the image sensor, and in particular also corresponds to a certain angle of incidence range.

Die verschiedenen Raumbereiche, wie der erste und der zweite Raumbereich, von denen in diesem bestimmten Zeitschritt Licht durch den Bildsensor empfangen und detektiert werden kann, erstrecken sich vorzugsweise von der ersten äußeren Konvexlinse in einer bestimmten vordefinierten Richtung mit einer definierten, nicht notwendigerweise konstanten, aber vielleicht auch zunehmenden Breite senkrecht zu ihrer Verlaufsrichtung und unterscheiden sich um einen bestimmten Winkel voneinander. Im Hinblick auf eine vordefinierte Ebene, die die optische Achse der ersten äußeren Konvexlinse enthält, können sich beispielsweise die verschiedenen Raumbereiche radial oder sternförmig von der ersten äußeren Konvexlinse erstrecken. In Abhängigkeit von der Ausgestaltung der ersten Öffnung und den verschiedenen Positionen, in denen die erste Öffnung vorgesehen sein kann, können überdies verschiedene bestimmte Raumbereiche zumindest in einem Abstand von der äußeren Konvexlinse überlappen, der kleiner ist als ein vordefinierter Wert, oder können voneinander beabstandet sein, zumindest in dem Abstand von der Empfängereinheit, der größer ist als der vordefinierte Wert.The various spatial regions, such as the first and second spatial regions, from which light may be received and detected by the image sensor in this particular time step, preferably extend from the first outer convex lens in a particular predefined direction to a defined, not necessarily constant, but perhaps also increasing width perpendicular to its direction and differ by a certain angle from each other. With regard to a predefined plane containing the optical axis of the first outer convex lens, for example, the different spatial regions may extend radially or in a star shape from the first outer convex lens. Moreover, depending on the configuration of the first opening and the various positions in which the first opening may be provided, different specific space regions may overlap at least a distance from the outer convex lens that is smaller than a predefined value, or may be spaced apart from one another at least the distance from the receiver unit that is greater than the predefined value.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst der erste Bildsensor nur ein einzelnes Pixel und ist daher ein Ein-Pixel-Bildsensor. Dies bedeutet, dass der Bildsensor einen Bildbereich aufweist und der Bildsensor nur dazu ausgelegt ist zu detektieren, ob Licht auf diesen Bildbereich einfällt oder nicht, aber nicht wo in diesem Bildbereich das Licht empfangen wird. Ein solcher Ein-Pixel-Bildsensor ist vorteilhafterweise viel preiswerter als beispielsweise ein räumlich auflösender 2D-Bildsensor.According to an advantageous embodiment of the invention, the first image sensor comprises only a single pixel and is therefore a one-pixel image sensor. This means that the image sensor has an image area and the image sensor is only designed to detect whether or not light is incident on this image area, but not where in this image area the light is received. Such a one-pixel image sensor is advantageously much cheaper than, for example, a spatially resolving 2D image sensor.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Empfängereinheit zusätzlich mindestens eine zweite äußere Konvexlinse, mindestens einen zweiten Bildsensor, der der mindestens einen zweiten äußeren Konvexlinse zugewiesen ist, und mindestens eine zweite Shutter-Vorrichtung in einem Bereich zwischen der mindestens einen zweiten äußeren Konvexlinse und dem mindestens einen zweiten Bildsensor, wobei die erste äußere Konvexlinse einem ersten Sichtfeld zugeordnet ist und die mindestens eine zweite äußere Konvexlinse mindestens einem zweiten Sichtfeld zugeordnet ist, wobei das erste und das mindestens eine zweite Sichtfeld ein Gesamtsichtfeld der Empfängereinheit bilden, wobei das Gesamtsichtfeld größer ist als jeweils das das erste und das mindestens eine zweite Sichtfeld. Gemäß dieser vorteilhaften Ausführungsform können ein sehr großes Gesamtsichtfeld und eine große Apertur der Empfängereinheit gleichzeitig verwirklicht werden. Somit kann vorteilhafterweise ein großes Gesamtsichtfeld als Zusammensetzung der einzelnen Sichtfelder bereitgestellt werden, die den jeweiligen äußeren Konvexlinsen zugeordnet sind.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the receiver unit additionally comprises at least one second outer convex lens, at least one second image sensor, which is assigned to the at least one second outer convex lens, and at least one second shutter device in a region between the at least one second outer convex lens and the at least one second image sensor, wherein the first outer convex lens is associated with a first field of view and the at least one second outer convex lens is associated with at least one second field of view, wherein the first and the at least one second field of view is an overall field of view Form receiver unit, wherein the total field of view is greater than each of the first and the at least one second field of view. According to this advantageous embodiment, a very large total field of view and a large aperture of the receiver unit can be realized simultaneously. Thus, advantageously, a large total field of view can be provided as a composition of the individual fields of view associated with the respective outer convex lenses.

Gewöhnlich würde dies bedeuten, dass auch die Kosten für die Bildsensoren sehr hoch wären, da für jede Konvexlinse ein jeweiliger teurer Bildsensor erforderlich wäre. Da es jedoch die Erfindung möglich macht, sehr kostengünstige und einfache Bildsensoren zu verwenden, wie Ein-Pixel-Bildsensor, ohne das Signal-Rausch-Verhältnis zu beeinflussen oder zu verringern, ist es auch möglich, dieses große Gesamtsichtfeld als Zusammensetzung von einzelnen Sichtfeldern von mehreren äußeren Konvexlinsen in einer sehr kostengünstigen Weise bereitzustellen. Da nun insbesondere ein erforderliches Gesamtsichtfeld in kleine Sichtfelder aufgeteilt werden kann, die jeweils einer äußeren Konvexlinse zugeordnet sind, besteht keine Notwendigkeit mehr, diese separaten äußeren Konvexlinsen mit einer äußerst niedrigen Blendenzahl bereitzustellen, um Bildsensorchips mit einer annehmbaren Größe verwenden zu können. Somit können auch die äußeren Konvexlinsen in einer sehr kostengünstigen Weise hergestellt werden und weder teure Fischaugenlinsen noch teure Bildsensoren sind erforderlich.Usually, this would mean that the cost of the image sensors would be very high because each convex lens would require a respective expensive image sensor. However, as the invention makes it possible to use very inexpensive and simple image sensors, such as a one-pixel image sensor, without affecting or reducing the signal-to-noise ratio, it is also possible to use this large total field of view as a composite of individual fields of view to provide multiple outer convex lenses in a very cost effective manner. In particular, since a required total field of view can be divided into small fields of view each associated with an outer convex lens, there is no need to provide these separate outer convex lenses with an extremely low f-number in order to use image sensor chips of an acceptable size. Thus, the outer convex lenses can be manufactured in a very cost effective manner and neither expensive fisheye lenses nor expensive image sensors are required.

Überdies muss das Sichtfeld, das der äußeren Konvexlinse zugeordnet ist, nicht notwendigerweise als Sichtfeld der äußeren Konvexlinse selbst verstanden werden, sondern vielmehr als effektives Sichtfeld der Kombination der äußeren Konvexlinse und des jeweiligen Bildsensors. Vorzugsweise ist jedoch der Bildsensor derart ausgelegt, dass das ganze Sichtfeld der äußeren Konvexlinse mindestens in einer Richtung, insbesondere einer horizontalen Richtung im Hinblick auf die beabsichtigte Anordnungsposition der Empfängereinheit an einem Fahrzeug, durch den jeweiligen Bildsensor zumindest in einer zeitlichen Sequenz erfasst werden kann.Moreover, the field of view associated with the outer convex lens need not necessarily be understood as the field of view of the outer convex lens itself, but rather as the effective field of view of the combination of the outer convex lens and the respective image sensor. Preferably, however, the image sensor is designed such that the entire field of view of the outer convex lens at least in one direction, in particular a horizontal direction with respect to the intended arrangement position of the receiver unit on a vehicle can be detected by the respective image sensor at least in a temporal sequence.

Im Allgemeinen kann die Empfängereinheit jede beliebige Anzahl von äußeren Konvexlinsen und jeweiligen Shutter-Vorrichtungen und Bildsensoren aufweisen. Somit kann die Empfängereinheit mehrere einzelne Empfängersegmente aufweisen, wobei jedes Segment eine äußere Konvexlinse, eine Shutter-Vorrichtung und einen Bildsensor aufweist. Es ist jedoch bevorzugt, dass die Empfängereinheit nur zwei oder drei äußere Konvexlinsen und jeweilige Shutter-Vorrichtungen und Bildsensoren, folglich nur zwei oder drei Empfängersegmente, aufweist, da dies die kostengünstigste Weise ist, um ein Gesamtsichtfeld von vorzugsweise 120°bis 180°, ins besondere von 150°in mindestens einer definierten Ebene bereitzustellen, die vorzugsweise die optische Achse jeder äußeren Konvexlinse aufweist, und die vorzugsweise die horizontale Ebene im Hinblick auf die beabsichtigte Anordnungsposition der Empfängereinheit an einem Fahrzeug bildet. Um ein Gesamtsichtfeld von beispielsweise 150°bereitzustellen, können drei äußere Konvexlinsen bereitgestellt werden, die jeweils ein Sichtfeld von 50°aufweisen, oder zwei äußere Konvexlinsen können verwendet werden, die jeweils ein Sichtfeld von 75°aufweisen, zumindest im Hinblick auf die vorste hend genannte definierte Ebene. Die Sichtfelder der äußeren Konvexlinsen müssen jedoch nicht gleich groß sein, sie können auch voneinander verschieden sein. Um ein Gesamtsichtfeld in einer sehr effektiven Weise aufzuteilen, ist es bevorzugt, dass jede Konvexlinse einem Sichtfeld von mindestens 20°und im Hinblick auf mindestens eine definierte Ebene zugeordnet ist. Daher werden viel Flexibilität und viele Möglichkeiten zum Bilden eines großen Gesamtsichtfeldes bereitgestellt und daher ist die Empfängereinheit auf einfache Weise konfigurierbar und an viele verschiedene Situationen oder Anwendungen anpassungsfähig.In general, the receiver unit may comprise any number of outer convex lenses and respective shutter devices and image sensors. Thus, the receiver unit may comprise a plurality of individual receiver segments, each segment having an outer convex lens, a shutter device and an image sensor. However, it is preferred that the receiver unit comprise only two or three outer convex lenses and respective shutter devices and image sensors, hence only two or three receiver segments, as this is the most cost effective way of providing a total field of view of preferably 120 ° to 180 ° to provide particular of 150 ° in at least one defined plane, which preferably has the optical axis of each outer convex lens, and which preferably forms the horizontal plane with respect to the intended arrangement position of the receiver unit on a vehicle. To provide a total field of view of, for example, 150 °, three outer convex lenses each having a field of view of 50 ° or two outer convex lenses may be used, each having a field of view of 75 °, at least with respect to the above-mentioned defined level. However, the fields of view of the outer convex lenses need not be the same size, they may be different from each other. In order to divide an overall field of view in a very effective manner, it is preferred that each convex lens be associated with a field of view of at least 20 ° and with respect to at least one defined plane. Therefore, a great deal of flexibility and many opportunities for forming a large overall field of view are provided, and thus the receiver unit is easily configurable and adaptable to many different situations or applications.

Das Arbeitsprinzip der Kombination der mindestens einen zweiten äußeren Konvexlinse, der zweiten Shutter-Vorrichtung und des zweiten Bildsensors ist dasselbe, wie bereits im Hinblick auf die erste äußere Konvexlinse, die erste Shutter-Vorrichtung und den ersten Bildsensor erläutert. Insbesondere ist die mindestens eine zweite Shutter-Vorrichtung somit auch dazu ausgelegt, eine einzelne zweite Öffnung in der dritten Position und zum mindestens einen ersten oder einem dritten Zeitpunkt bereitzustellen und die zweite Öffnung in einer vierten Position, die von der dritten Position verschieden ist, zu dem mindestens einen zweiten oder einem vierten Zeitpunkt bereitzustellen. Und überdies sind die zweite äußere Konvexlinse, die zweite Shutter-Vorrichtung und der zweite Bildsensor derart angeordnet, dass, wenn die zweite Öffnung sich in der dritten Position befindet, nur Licht, das von einem bestimmten dritten Raumbereich relativ zur Empfängereinheit ausgeht und durch die zweite äußere Konvexlinse hindurchtritt, durch den zweiten Bildsensor erfasst werden kann, und wenn sich die zweite Öffnung in der vierten Position befindet, nur Licht, das von einem vierten Raumbereich relativ zur Empfängereinheit ausgeht und durch die zweite äußere Konvexlinse hindurchtritt, durch den zweiten Bildsensor erfasst werden kann.The operating principle of the combination of the at least one second outer convex lens, the second shutter device and the second image sensor is the same as explained already with regard to the first outer convex lens, the first shutter device and the first image sensor. In particular, the at least one second shutter device is thus also designed to provide a single second opening in the third position and at least a first or a third time and the second opening in a fourth position, which is different from the third position to provide the at least one second or one fourth time. Moreover, the second outer convex lens, the second shutter device and the second image sensor are arranged such that when the second opening is in the third position, only light emanating from a certain third space area relative to the receiver unit and through the second outer convex lens passes through the second image sensor can be detected, and when the second opening is in the fourth position, only light emanating from a fourth spatial area relative to the receiver unit and passing through the second outer convex lens, are detected by the second image sensor can.

Somit stellt auch das zweite Empfängersegment vorteilhafterweise die Möglichkeit der Verwendung eines sehr preiswerten Bildsensors wie eines Ein-Pixel-Bildsensors bereit und stellt gleichzeitig ein sehr gutes Signal-Rausch-Verhältnis bereit. Auch die zweite Shutter-Vorrichtung kann überdies dazu ausgelegt sein, die zweite Öffnung in viel mehr Positionen als nur in der dritten und der vierten Position bereitzustellen, jede Position ist wieder dem entsprechenden Raumbereich zugeordnet, aus dem Licht empfangen werden kann. Diese bestimmten Raumbereiche wie der dritte und der vierte Raumbereich können auch ausgelegt sein, wie bereits im Hinblick auf den ersten und den zweiten und andere Raumbereiche erläutert, die der Kombination der ersten äußeren Konvexlinse, der ersten Shutter-Vorrichtung und des ersten Bildsensors zugeordnet sind.Thus, the second receiver segment also advantageously provides the possibility of using a very inexpensive image sensor, such as a one-pixel image sensor, while providing a very good signal-to-noise ratio. Also, the second shutter device can also do so be configured to provide the second opening in many more positions than only in the third and the fourth position, each position is again assigned to the corresponding space area from which light can be received. These particular space areas, such as the third and fourth space areas, may also be designed as already explained with respect to the first and second and other space regions associated with the combination of the first outer convex lens, the first shutter device, and the first image sensor.

In Abhängigkeit von der Konfiguration der Laserabtastvorrichtung mit der Empfängereinheit kann ferner die Empfängereinheit derart ausgelegt sein, dass die einzelnen Empfängersegmente nur Licht in einer zeitlichen Sequenz, aber nicht gleichzeitig empfangen können, oder andererseits kann die Empfängereinheit auch derart ausgelegt sein, dass die einzelnen Empfängersegmente dazu ausgelegt sein können, Licht gleichzeitig zu empfangen. Wenn beispielsweise die Laserabtastvorrichtung dazu ausgelegt ist, Lichtstrahlen in verschiedene Richtungen gleichzeitig zu emittieren, wie in eine erste und eine zweite Emissionsrichtung, kann die Empfängereinheit derart ausgelegt sein, dass die erste Öffnung der ersten Shutter-Vorrichtung in einer bestimmten Position vorgesehen wird, die der ersten Emissionsrichtung zugeordnet ist, und gleichzeitig die zweite Öffnung der zweiten Shutter-Vorrichtung in einer bestimmten Position vorgesehen wird, die der zweiten Emissionsrichtung zugeordnet ist. Und wenn andererseits die Laserabtastvorrichtung dazu ausgelegt ist, Lichtstrahlen in verschiedenen Richtungen nur jeweils einmal in einer zeitlichen Sequenz zu emittieren, ist auch die Empfängereinheit dazu ausgelegt, die erste und die zweite Öffnung in entsprechenden Positionen in dieser zeitlichen Sequenz bereitzustellen.Further, depending on the configuration of the laser scanning device with the receiver unit, the receiver unit may be designed such that the individual receiver segments can only receive light in a temporal sequence but not simultaneously, or else the receiver unit may also be designed such that the individual receiver segments thereto may be designed to receive light at the same time. For example, when the laser scanning apparatus is configured to emit light beams in different directions simultaneously, as in first and second emission directions, the receiver unit may be configured to provide the first aperture of the first shutter apparatus in a predetermined position, which is the first aperture associated with the first emission direction, and at the same time the second opening of the second shutter device is provided in a certain position, which is associated with the second emission direction. On the other hand, if the laser scanning apparatus is configured to emit light beams in different directions only once in a time sequence, the receiver unit is also configured to provide the first and second openings in corresponding positions in that time sequence.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Empfängereinheit eine erste innere Konvexlinse, die zwischen der ersten Shutter-Vorrichtung und dem ersten Bildsensor angeordnet ist, wobei die innere Konvexlinse derart ausgestaltet ist, dass der Lichtstrahl, der durch die äußere Konvexlinse und die erste Öffnung der ersten Shutter-Vorrichtung hindurchgetreten ist, durch die innere Konvexlinse in Richtung des ersten Bildsensors konvergiert wird. Diese Ausführungsform hat den großen Vorteil, dass die Größe des Bildsensors verringert werden kann und ein noch preiswerterer Bildsensor bereitgestellt werden kann. Eine solche innere Konvexlinse kann auch vorteilhafterweise von den äußeren Empfängersegmenten ebenso umfasst sein, z. B. ist eine zweite innere Konvexlinse vorzugsweise zwischen der zweiten Shutter-Vorrichtung und dem zweiten Bildsensor angeordnet. Somit kann die Brennebene einer jeweiligen äußeren Konvexlinse viel größer sein als die Größe des jeweiligen Bildsensors selbst. Somit kann die ganze Empfängereinheit als sehr kompakte Anordnung bereitgestellt sein.According to another advantageous embodiment of the invention, the receiver unit comprises a first inner convex lens, which is arranged between the first shutter device and the first image sensor, wherein the inner convex lens is configured such that the light beam passing through the outer convex lens and the first opening the first shutter device has passed, is converged by the inner convex lens in the direction of the first image sensor. This embodiment has the great advantage that the size of the image sensor can be reduced and an even cheaper image sensor can be provided. Such an inner convex lens may also be advantageously included by the outer receiver segments as well, e.g. For example, a second inner convex lens is preferably disposed between the second shutter device and the second image sensor. Thus, the focal plane of a respective outer convex lens can be much larger than the size of the respective image sensor itself. Thus, the entire receiver unit can be provided as a very compact arrangement.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die erste äußere Konvexlinse eine erste Brennebene auf, wobei die erste Shutter-Vorrichtung in einer bestimmten Region mit der ersten Brennebene angeordnet ist und insbesondere zumindest größtenteils in der ersten Brennebene angeordnet ist. Mit anderen Worten, die erste Shutter-Vorrichtung stellt eine Shutter-Ebene bereit, in der die erste Öffnung in verschiedenen Positionen bereitgestellt werden kann, wobei diese Shutter-Ebene einen Abstand zur Brennebene aufweist, der kleiner ist als ein vordefinierter Wert. Überdies ist die Shutter-Ebene vorzugsweise senkrecht zur optischen Achse der ersten äußeren Konvexlinse angeordnet.According to another advantageous embodiment of the invention, the first outer convex lens has a first focal plane, wherein the first shutter device is arranged in a certain region with the first focal plane and in particular at least largely arranged in the first focal plane. In other words, the first shutter device provides a shutter plane in which the first opening can be provided in different positions, this shutter plane having a distance from the focal plane which is smaller than a predefined value. Moreover, the shutter plane is preferably arranged perpendicular to the optical axis of the first outer convex lens.

Das Anordnen der ersten Shutter-Vorrichtung in der Region der Brennebene der ersten äußeren Konvexlinse hat den großen Vorteil, dass die erste Öffnung des ersten Shutters sehr klein sein kann, da ein paralleles Strahlenbündel von Licht, das auf die erste äußere Konvexlinse auftrifft, auf die Brennebene der ersten Konvexlinse fokussiert wird und idealerweise einen einzelnen Brennpunkt bildet, so dass, wenn die erste Öffnung des ersten Shutters in diesem Brennpunkt vorgesehen ist, selbst wenn die Öffnung sehr klein wäre, noch das ganze Licht des Strahlenbündels durch diese Öffnung hindurchtreten könnte. Durch Positionieren des ersten Shutters in oder nahe der ersten Brennebene ist es somit möglich, die erste Öffnung mit einem sehr kleinen Durchmesser vorzusehen und ferner einen Shutter zu verwenden, de ausgelegt ist, die erste Öffnung in einer sehr großen Anzahl von verschiedenen und separaten Positionen bereitzustellen. Daher ist eine sehr hohe räumlich aufgelöste Segmentierung der einzelnen Raumbereiche ohne signifikante Lichtverluste möglich. Wenn die erste Shutter-Vorrichtung in der ersten Brennebene angeordnet wird, kann folglich das Signal-Rausch-Verhältnis maximal verbessert werden.The arrangement of the first shutter device in the region of the focal plane of the first outer convex lens has the great advantage that the first opening of the first shutter can be very small since a parallel bundle of light incident on the first outer convex lens is applied to the first shutter Focal plane of the first convex lens is focused and ideally forms a single focal point, so that if the first opening of the first shutter is provided in this focal point, even if the opening would be very small, still all the light of the beam could pass through this opening. Thus, by positioning the first shutter in or near the first focal plane, it is possible to provide the first opening with a very small diameter and further to use a shutter designed to provide the first opening in a very large number of different and separate positions , Therefore, a very high spatially resolved segmentation of the individual room areas without significant light losses is possible. Consequently, if the first shutter device is arranged in the first focal plane, the signal-to-noise ratio can be maximally improved.

Dies gilt vorzugsweise auch für die Anordnung der anderen Shutter-Vorrichtungen von anderen Empfängersegmenten im Hinblick auf ihre jeweiligen äußeren Konvexlinsen.This also preferably applies to the arrangement of the other shutter devices of other receiver segments with respect to their respective outer convex lenses.

Überdies kann die erste Shutter-Vorrichtung als Mikro-Shutter-Anordnung, optische Shutter-Anordnung oder Rolling-Shutter-Anordnung ausgestaltet sein. Folglich werden mehrere vorteilhafte Optionen für die Ausgestaltung der ersten und insbesondere auch der anderen Shutter-Vorrichtungen bereitgestellt. Wenn die Shutter-Vorrichtung als Anordnung ausgestaltet ist, kann eine solche Anordnung eine eindimensionale Anordnung oder eine zweidimensionale Anordnung sein. Wenn eine solche Anordnung als Einzelreihenanordnung ausgestaltet ist, sind verschiedene Positionen, in denen die Öffnung bereitgestellt werden kann, entlang einer geraden Linie angeordnet, die die einzelne Reihe bildet. Mittels einer solchen einfachen Ausgestaltung ist eine vorteilhafte Trennung der verschiedenen Raumbereiche möglich. Insbesondere in fahrzeugbezogenen Anwendungen ist gewöhnlich ein großes Sichtfeld in der horizontalen Richtung erforderlich, wohingegen das Sichtfeld in der vertikalen Richtung klein sein kann. Durch Bereitstellen einer eindimensionalen Anordnung kann eine detaillierte Segmentierung des Sichtfeldes in der horizontalen Richtung in einer sehr kostengünstigen Weise bereitgestellt werden. Die Anordnung kann jedoch auch als zweidimensionale Anordnung mit mehreren Reihen mit jeweils einer Vielzahl von verschiedenen Positionen bereitgestellt werden, in denen die erste Öffnung vorgesehen sein kann. Dadurch können die verschiedenen Raumbereiche in der horizontalen sowie in der vertikalen Richtung segmentiert werden. Dadurch können vorteilhafterweise auch zweidimensionale Informationen über die Position eines Objekts bereitgestellt werden.Moreover, the first shutter device may be configured as a micro-shutter arrangement, an optical shutter arrangement or a rolling shutter arrangement. Consequently, several advantageous options for the design of the first and in particular the other shutter devices are provided. When the shutter device is configured as an array, such an arrangement may be a one-dimensional array or a two-dimensional array. If such an arrangement is designed as a single row arrangement are various positions in which the opening can be provided, arranged along a straight line forming the single row. By means of such a simple configuration, an advantageous separation of the different space regions is possible. In vehicle-related applications, in particular, a large field of view in the horizontal direction is usually required, whereas the field of view in the vertical direction may be small. By providing a one-dimensional array, detailed segmentation of the field of view in the horizontal direction can be provided in a very cost effective manner. However, the arrangement may also be provided as a two-dimensional array having a plurality of rows each having a plurality of different positions in which the first opening may be provided. As a result, the different spatial regions can be segmented in the horizontal as well as in the vertical direction. As a result, two-dimensional information about the position of an object can advantageously also be provided.

Falls die Shutter-Vorrichtung als Rolling Shutter gestaltet ist, ist der Rolling Shutter vorzugsweise dazu ausgelegt, die erste Öffnung von der ersten Position in die zweite Position in einer ersten Richtung zu bewegen, wobei insbesondere der Rolling Shutter beweglich angeordnet ist, so dass der Rolling Shutter in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung beweglich ist. Der Rolling Shutter kann somit auch dazu ausgelegt sein, zweidimensionale Informationen bereitzustellen. In dieser Weise kann der Shutter in einer Richtung verschoben werden, die zur Richtung quer ist, in der die Öffnung bewegt wird, um sie von Position zu Position zu ändern, wie von der ersten Position in die zweite Position.If the shutter device is designed as a rolling shutter, the rolling shutter is preferably designed to move the first opening from the first position to the second position in a first direction, wherein in particular the rolling shutter is movably arranged, so that the rolling Shutter is movable in a second direction perpendicular to the first direction. The rolling shutter can thus also be designed to provide two-dimensional information. In this way, the shutter can be displaced in a direction transverse to the direction in which the aperture is moved to change from position to position, as from the first position to the second position.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist die erste äußere Konvexlinse eine erste optische Achse auf und die mindestens eine zweite äußere Konvexlinse weist eine zweite optische Achse auf, wobei die erste optische Achse und die zweite optische Achse sich schneiden und in einer vordefinierten Ebene liegen. Vorzugsweise fällt diese vordefinierte Ebene mit einer horizontalen Ebene in Bezug auf die beabsichtigte Anordnungsposition der Empfängereinheit an einem Fahrzeug zusammen. Selbst wenn die Empfängereinheit mehr als zwei äußere Konvexlinsen umfasst, schneiden sich somit vorzugsweise alle optischen Achsen dieser jeweiligen äußeren Konvexlinsen und liegen in derselben vordefinierten Ebene. Folglich kann ein sehr großes Gesamtsichtfeld bereitgestellt werden, das sich über einen großen Winkelbereich im Hinblick auf diese vordefinierte Ebene erstreckt. Somit kann insbesondere für fahrzeugbezogene Anwendungen ein sehr großes Gesamtsichtfeld in der horizontalen Ebene bereitgestellt werden. Für andere Anwendungen, die beispielsweise auch ein großes Sichtfeld in der vertikalen Richtung erfordern, können natürlich auch Konvexlinsen bereitgestellt werden, die derart angeordnet sind, dass ihre optischen Achsen nicht innerhalb einer einzelnen vordefinierten Ebene liegen.According to another embodiment of the invention, the first outer convex lens has a first optical axis and the at least one second outer convex lens has a second optical axis, wherein the first optical axis and the second optical axis intersect and lie in a predefined plane. Preferably, this predefined plane coincides with a horizontal plane with respect to the intended placement position of the receiver unit on a vehicle. Thus, even if the receiver unit comprises more than two outer convex lenses, preferably all optical axes of these respective outer convex lenses intersect and lie in the same predefined plane. Consequently, a very large overall field of view can be provided which extends over a large angular range with respect to this predefined plane. Thus, in particular for vehicle-related applications, a very large total field of view in the horizontal plane can be provided. Of course, for other applications that also require a large field of view in the vertical direction, convex lenses may be provided that are arranged such that their optical axes are not within a single predefined plane.

Die Erfindung betrifft auch eine Laserabtastvorrichtung mit einer Empfängereinheit gemäß der Erfindung oder einer ihrer Ausführungsformen.The invention also relates to a laser scanning device having a receiver unit according to the invention or one of its embodiments.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Laserabtastvorrichtung, die vorzugsweise als Impulslaserabtaster ausgestaltet ist, umfasst die Laserabtastvorrichtung eine Sendeeinheit, die dazu ausgelegt ist, Laserlichtstrahlen nacheinander mindestens in einer ersten Richtung, die einer ersten Position der ersten Öffnung der ersten Shutter-Vorrichtung zugeordnet ist, und in einer zweiten Richtung, die der zweiten Position der ersten Öffnung der ersten Shutter-Vorrichtung zugeordnet ist, zu emittieren. Ferner umfasst die Laserabtastvorrichtung eine Steuereinheit, die dazu ausgelegt ist, die Emission der Laserlichtstrahlen und die Position der ersten Öffnung der ersten Shutter-Vorrichtung zu synchronisieren, so dass, wenn die Sendeeinheit einen Laserlichtstrahl in der ersten Richtung emittiert, die erste Öffnung sich in der ersten Position befindet, und wenn die Sendeeinheit einen Laserlichtstrahl in der zweiten Richtung emittiert, die erste Öffnung sich in der zweiten Position befindet.According to an advantageous embodiment of the laser scanning device, which is preferably designed as a pulse laser scanner, the laser scanning device comprises a transmitting unit, which is adapted to laser light beams successively at least in a first direction, which is associated with a first position of the first opening of the first shutter device, and in a second direction, which is associated with the second position of the first opening of the first shutter device to emit. Further, the laser scanning apparatus includes a control unit configured to synchronize the emission of the laser light beams and the position of the first aperture of the first shutter device such that when the transmitting unit emits a laser light beam in the first direction, the first aperture is in the first aperture is located in the first position, and when the transmitting unit emits a laser light beam in the second direction, the first opening is in the second position.

Dadurch kann die Öffnung jeder Shutter-Vorrichtung durch ein elektronisches Signal gesteuert werden, das mit den gesendeten Laserimpulsen von der Sendeeinheit synchronisiert wird. Dies gilt auch ebenso, wenn die Empfängereinheit mehr als ein Empfängersegment umfasst. Überdies ist die Laserabtastvorrichtung vorzugsweise dazu ausgelegt, Impulslaserlichtstrahlen in einer großen Anzahl von verschiedenen Richtungen zu emittieren, und jede Richtung oder jeder Emissionswinkel ist einer bestimmten Position der ersten, der zweiten oder weiteren Öffnungen der jeweiligen Shutter-Vorrichtungen zugeordnet und ist daher auch einem bestimmten Raumbereich zugeordnet. Die Emissionsrichtungen können beispielsweise jeweiligen Raumbereichen zugeordnet sein, so dass in einer vertikalen Projektion auf eine vordefinierte Ebene, insbesondere die horizontale Ebene, jede Emissionsrichtung zumindest hauptsächlich oder vollständig innerhalb des zugehörigen Raumbereichs liegt.Thereby, the aperture of each shutter device can be controlled by an electronic signal which is synchronized with the transmitted laser pulses from the transmitting unit. This also applies if the receiver unit comprises more than one receiver segment. Moreover, the laser scanning apparatus is preferably configured to emit pulse laser light beams in a large number of different directions, and each direction or angle of emission is associated with a particular position of the first, second or further apertures of the respective shutter devices and therefore is also within a particular spatial range assigned. The emission directions may, for example, be assigned to respective spatial regions, so that in a vertical projection onto a predefined plane, in particular the horizontal plane, each emission direction lies at least mainly or completely within the associated spatial region.

Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug mit einer Empfängereinheit gemäß der Erfindung oder einer ihrer Ausführungsformen und insbesondere mit einer Laserabtastvorrichtung gemäß der Erfindung oder einer ihrer Ausführungsformen.The invention also relates to a vehicle with a receiver unit according to the invention or one of its embodiments and in particular with a laser scanning apparatus according to the invention or one of its embodiments.

Die im Hinblick auf die Empfängereinheit gemäß der Erfindung und ihren Ausführungsformen beschriebenen Vorteile gelten analog auch für die Laserabtastvorrichtung und das Fahrzeug gemäß der Erfindung und ihren Ausführungsformen.The advantages described with regard to the receiver unit according to the invention and its embodiments apply analogously to the Laser scanning device and the vehicle according to the invention and its embodiments.

Überdies betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Erfassen von Licht mittels einer Empfängereinheit für eine Laserabtastvorrichtung, wobei die Empfängereinheit eine erste äußere Konvexlinse und einen ersten Bildsensor umfasst, der der ersten äußeren Konvexlinse zugewiesen ist, so dass der erste Bildsensor ausgelegt ist, Licht zu erfassen, das durch die erste äußere Konvexlinse hindurchgetreten ist. Überdies umfasst die Empfängereinheit eine erste Shutter-Vorrichtung, die zwischen der ersten äußeren Konvexlinse und dem ersten Bildsensor angeordnet ist. Ferner stellt die erste Shutter-Vorrichtung eine einzelne erste Öffnung in einer ersten Position zu mindestens einem ersten Zeitpunkt bereit und stellt die einzelne erste Öffnung in einer zweiten Position, die von der ersten Position verschieden ist, zu mindestens einem zweiten Zeitpunkt bereit. Wenn sich die erste Öffnung in der ersten Position befindet, wird ferner nur Licht, das von einem bestimmten ersten Raumbereich relativ zur Empfängereinheit ausgeht und durch die erste äußere Konvexlinse hindurchtritt, durch den ersten Bildsensor erfasst, und wenn sich die erste Öffnung in der zweiten Position befindet, wird nur Licht, das von einem bestimmten zweiten Raumbereich relativ zur Empfängereinheit ausgeht und durch die erste äußere Konvexlinse hindurchtritt, durch den ersten Bildsensor erfasst.Moreover, the invention also relates to a method of detecting light by means of a receiver unit for a laser scanning apparatus, the receiver unit comprising a first outer convex lens and a first image sensor assigned to the first outer convex lens so that the first image sensor is adapted to detect light which has passed through the first outer convex lens. Moreover, the receiver unit includes a first shutter device disposed between the first outer convex lens and the first image sensor. Further, the first shutter device provides a single first opening in a first position at least a first time, and provides the single first opening in a second position different from the first position at at least a second time. Further, when the first opening is in the first position, only light emanating from a particular first space area relative to the receiver unit and passing through the first outer convex lens is detected by the first image sensor, and when the first opening is in the second position is located, only light, which emanates from a certain second spatial area relative to the receiver unit and passes through the first outer convex lens, is detected by the first image sensor.

Im Hinblick auf die Empfängereinheit gemäß der Erfindung und ihren Ausführungsformen beschriebene Vorteile gelten ebenso auch für das Verfahren gemäß der Erfindung. Überdies bilden die im Hinblick auf die Ausführungsformen der Empfängereinheit beschriebenen Merkmale weiter entsprechende vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens gemäß der Erfindung.Advantages described with regard to the receiver unit according to the invention and its embodiments also apply to the method according to the invention. Moreover, the features described with respect to the embodiments of the receiver unit further form corresponding advantageous advantageous embodiments of the method according to the invention.

Weitere Merkmale der Erfindung sind aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ersichtlich. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen.Further features of the invention can be seen from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description, as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures, can be used not only in the respectively indicated combination but also in other combinations without the scope of the invention leave. Thus, embodiments of the invention are to be regarded as encompassed and disclosed, which are not explicitly shown and explained in the figures, however, emerge and can be produced by separated combinations of features from the embodiments explained. Embodiments and combinations of features are also to be regarded as disclosed, which thus do not have all the features of an originally formulated independent claim. Moreover, embodiments and combinations of features, in particular by the embodiments set out above, are to be regarded as disclosed which go beyond the feature combinations set out in the back references of the claims or deviate therefrom.

Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf ein Fahrzeug mit einer Laserabtastvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Empfängereinheit mit drei Empfängersegmenten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
3 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Empfängersegments der Empfängereinheit mit einer Mikro-Shutter-Anordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
4 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Empfängersegments der Empfängereinheit mit einem Rolling Shutter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Showing:

1 a schematic representation of a plan view of a vehicle with a laser scanning device according to an embodiment of the invention;
2 a schematic cross-sectional view of a receiver unit with three receiver segments according to an embodiment of the invention;
3 a schematic cross-sectional view of a receiver segment of the receiver unit with a micro-shutter arrangement according to an embodiment of the invention; and
4 a schematic cross-sectional view of a receiver segment of the receiver unit with a rolling shutter according to an embodiment of the invention.

1 zeigt eine schematische Darstellung der Draufsicht auf ein Fahrzeug 1, insbesondere den vorderen Teil eines Fahrzeugs 1, mit einem Laserabtaster 2 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Laserabtaster 2 umfasst eine Sendeeinheit 3 und eine Empfängereinheit 4. Die Sendeeinheit 3 ist dazu ausgelegt, Laserstrahlen 5 in einer gepulsten Weise zu emittieren, so dass jeder der dargestellten Laserstrahlen 5 durch die Sendeeinheit 3 in einem bestimmten Zeitschritt in einer bestimmten Richtung in Bezug auf die horizontale Ebene emittiert wird, die hier der x-y-Ebene des gezeigten Koordinatensystems entspricht, und die durch eine zur vertikalen Achse des Fahrzeugs 1 senkrechte Ebene definiert ist. Wenn ein Objekt 6 in der Richtung angeordnet ist, in der ein Laserstrahl 5 emittiert wird, dann wird zumindest ein Teil des Laserstrahls 5 zurückreflektiert und durch die Empfängereinheit 4 empfangen. 1 shows a schematic representation of the top view of a vehicle 1 , in particular the front part of a vehicle 1 , with a laser scanner 2 according to an embodiment of the invention. The laser scanner 2 includes a transmitting unit 3 and a receiver unit 4 , The transmitting unit 3 is designed to laser beams 5 to emit in a pulsed manner so that each of the illustrated laser beams 5 through the transmitting unit 3 emitted in a given time step in a certain direction with respect to the horizontal plane, the here the x - y Level of the coordinate system shown, and that through to the vertical axis of the vehicle 1 vertical plane is defined. If an object 6 is arranged in the direction in which a laser beam 5 is emitted, then at least part of the laser beam 5 reflected back and through the receiver unit 4 receive.

Die Empfängereinheit 4 ist in 2 genauer zu sehen, die eine schematische Darstellung der Empfängereinheit 4 zeigt, die in diesem Beispiel drei Empfängersegmente 4a, 4b und 4c umfasst. Jedes der Empfängersegmente 4a, 4b, 4c umfasst eine äußere Konvexlinse 7, eine jeweilige Shutter-Vorrichtung 8 und einen jeweiligen Bildsensor 9.The receiver unit 4 is in 2 to see more clearly, a schematic representation of the receiver unit 4 shows, in this example, three receiver segments 4a . 4b and 4c includes. Each of the receiver segments 4a . 4b . 4c includes an outer convex lens 7 , a respective shutter device 8th and a respective image sensor 9 ,

Zuallererst kann durch Vorsehen von mehreren äußeren Konvexlinsen 7, die jeweils einem jeweiligen Sichtfeld FOV1, FOV2, FOV3 zugeordnet sind, ein äußerst großes Gesamtsichtfeld 10 sowie eine große Gesamtapertur der Empfängereinheit 4 ohne die Notwendigkeit, Linsen mit einer äußerst niedrigen Blendenzahl zu verwenden, bereitgestellt werden. Das Gesamtsichtfeld 10 als Zusammensetzung der einzelnen Sichtfelder FOV1, FOV2, FOV3 ist auch in 1 dargestellt. Jedes der einzelnen Sichtfelder FOV1, FOV2, FOV3 kann einen bestimmten Blickwinkel α1, α2, α3 in der horizontalen Ebene abdecken, der derselbe sein kann, aber nicht muss. Dadurch kann z. B. ein Gesamtsichtfeld 10 von 150°durch die Zusamm ensetzung der drei Sichtfelder FOV1, FOV2, FOV3 bereitgestellt werden, die jeweils einen Blickwinkel α1, α2, α3 von 50° in der horizontalen Ebene abdecken.First of all, by providing a plurality of outer convex lenses 7 , each one a respective field of view FOV1 . FOV2 . FOV3 are assigned an extremely large overall field of view 10 and a large total aperture of the receiver unit 4 without the need to use lenses with an extremely low f-number become. The overall field of view 10 as a composition of the individual fields of view FOV1 . FOV2 . FOV3 is also in 1 shown. Each of the individual fields of view FOV1 . FOV2 . FOV3 can have a specific point of view α1 . α2 . α3 cover in the horizontal plane, which may be the same but does not have to. As a result, z. B. an overall field of view 10 of 150 ° by the composition of the three fields of view FOV1 . FOV2 . FOV3 be provided, each one angle α1 . α2 . α3 of 50 ° in the horizontal plane.

Überdies ermöglicht diese vorteilhafte Ausgestaltung der Empfängereinheit 4 ferner eine Konfiguration mit äußerst niedrigen Kosten der Bildsensoren 9, die nicht zu einem schlechten Signal-Rausch-Verhältnis führt. Insbesondere kann jeder der Bildsensoren beispielsweise als Ein-Pixel-Bildsensor mit nur einem einzigen Pixel ausgestaltet sein. Überdies ist jede der jeweiligen Shutter-Vorrichtungen 8 zwischen einer jeweiligen äußeren Konvexlinse 7 und dem entsprechenden Bildsensor 9 angeordnet.Moreover, this advantageous embodiment enables the receiver unit 4 Further, a configuration with extremely low cost of the image sensors 9 that does not lead to a poor signal-to-noise ratio. In particular, each of the image sensors can be designed, for example, as a single-pixel image sensor with only a single pixel. Moreover, each of the respective shutter devices 8th between a respective outer convex lens 7 and the corresponding image sensor 9 arranged.

Diese Shutter-Vorrichtungen 8 sind derart ausgestaltet, dass in einem bestimmten Zeitschritt Licht nur durch die Shutter-Vorrichtung 8 in einer bestimmten vordefinierten Position mittels einer entsprechenden Öffnung 11 (vergleiche 3 und 4) hindurchtreten kann, die durch die Shutter-Vorrichtung 8 in dieser bestimmten Position bereitgestellt wird. Die Position dieser Öffnung 11 variiert von Zeitschritt zu Zeitschritt und wird insbesondere mit den gesendeten Laserimpulsen von der Sendeeinheit 3 synchronisiert. Somit kann für einen bestimmten Zeitschritt nur Licht, das von einem bestimmten Raumbereich 12a, 12b, 12c (vergleiche 1) mit bestimmten Einfallswinkeln ausgeht und das durch die jeweilige äußere Konvexlinse 7 hindurchtritt, auch durch die Öffnung 11 der Shutter-Vorrichtung 8 hindurchtreten und daher durch den Bildsensor 9 erfasst werden. Dies verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis enorm, da gerades Licht von Regionen, die nicht interessieren, blockiert werden kann.These shutter devices 8th are designed such that in a certain time step light only by the shutter device 8th in a certain predefined position by means of a corresponding opening 11 (see 3 and 4 ) passing through the shutter device 8th is provided in this particular position. The position of this opening 11 varies from time step to time step and in particular with the transmitted laser pulses from the transmitting unit 3 synchronized. Thus, for a given time step, only light that is from a particular space area 12a . 12b . 12c (see 1 ) emanates with certain angles of incidence and that through the respective outer convex lens 7 passes through, even through the opening 11 the shutter device 8th pass through and therefore through the image sensor 9 be recorded. This greatly improves the signal-to-noise ratio because even light from regions that are not interested can be blocked.

Insbesondere trifft Licht, das von einem solchen bestimmten Bereich in einer bestimmten Ausbreitungsrichtung ausgeht, auf die äußere Konvexlinse 7 mit einem Einfallwinkel β1, β2 innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs auf, wobei der Einfallswinkel β1, β2 als Winkel zwischen einem Strahl und einer zur optischen Achse A der äußeren Konvexlinse 7 senkrechten Ebene definiert ist. Dies ist in 2 durch zwei Strahlenbündel 14 und 15 dargestellt. Das erste Strahlenbündel 14 weist einen Einfallwinkel β1 auf und wird auf einen Brennpunkt in der ersten Position 14a in einer Brennebene 16 (vergleiche 3 und 4) der äußeren Konvexlinse 7 projiziert. Das zweite Strahlenbündel 15 umfasst auch parallele Strahlen, weist einen Einfallswinkel β2 auf und wird durch Durchtreten durch die äußere Konvexlinse 7 auf die zweite Brennpunktposition 15a in der Brennebene 16 der äußeren Konvexlinse 7 fokussiert. Wenn in dieser Situation die Öffnung 11 der Shutter-Vorrichtung 8, die vorzugsweise in oder zumindest nahe der Brennebene 16 der jeweiligen äußeren Konvexlinse 7 angeordnet ist, sich in der Position des Brennpunkts 14a des ersten Strahlenbündels 14 befindet, dann kann nur Licht des ersten Strahlenbündels 14 durch die Shutter-Vorrichtung 8 hindurchtreten und durch den Bildsensor 9 erfasst werden. Wenn andererseits zu diesem Zeitpunkt die Öffnung 11 der Shutter-Vorrichtung 8 sich stattdessen in der Brennpunktposition 15a des zweiten Strahlenbündels 15 befindet, dann kann nur Licht des zweiten Strahlenbündels 15 durch die Shutter-Vorrichtung 8 hindurchtreten und durch den Bildsensor 9 erfasst werden. Folglich kann es fertiggebracht werden, dass nur Licht, das aus einer bestimmten Richtung kommt, auf den jeweiligen Bildsensor 9 projiziert wird. Diese bestimmten Richtungen, die die jeweiligen Raumbereiche 12a, 12b, 12c definieren, können nun vorteilhafterweise den jeweiligen Emissionsrichtungen 5 zugeordnet werden, was in 1 dargestellt ist. Hier sind beispielhaft nur die verschiedenen Raumbereiche 12a, 12b, 12c für das dritte Empfängersegment 4c dargestellt. Wenn die Sendeeinheit 3 einen Laserstrahl 5 in einer ersten Richtung emittiert, die in 1 im linken Teil des dritten Sichtfeldes FOV3 gezeigt ist, wird die Shutter-Vorrichtung 8 des dritten Empfängersegments 4c derart gesteuert, dass nur Licht vom ersten Raumbereich 12a empfangen werden kann. Wenn danach ein Laserstrahl 5 in einer zweiten Richtung emittiert wird, die in 1 in der Mitte des dritten Sichtfeldes FOV3 gezeigt ist, wird die Shutter-Vorrichtung 8 des dritten Empfängerabschnitts 4c derart eingestellt, dass nur Licht vom zweiten Raumbereich 12b empfangen werden kann, und wenn danach der Laserlichtstrahl 5 in einer dritten Richtung emittiert wird, die im rechten Teil des dritten Sichtfeldes FOV3 gezeigt ist, wird die Shutter-Vorrichtung 8 des dritten Empfängersegments 4c derart eingestellt, dass nur Licht vom entsprechenden dritten Raumbereich 12c empfangen werden kann. Dies kann durch Synchronisieren der Steuerung der jeweiligen Shutter-Vorrichtungen 8 mit der Emission der Laserstrahlen erreicht werden.In particular, light emanating from such a certain area in a certain propagation direction hits the outer convex lens 7 with an angle of incidence β1 . β2 within a certain angular range, the angle of incidence β1 . β2 as an angle between a ray and one to the optical axis A the outer convex lens 7 vertical plane is defined. This is in 2 through two beams 14 and 15 shown. The first ray bundle 14 has an angle of incidence β1 up and gets to a focal point in the first position 14a in a focal plane 16 (see 3 and 4 ) of the outer convex lens 7 projected. The second beam 15 also includes parallel rays, has an angle of incidence β2 on and is by passing through the outer convex lens 7 to the second focus position 15a in the focal plane 16 the outer convex lens 7 focused. If in this situation the opening 11 the shutter device 8th preferably in or at least near the focal plane 16 the respective outer convex lens 7 is arranged, in the position of the focal point 14a of the first ray bundle 14 is located, then only light of the first beam can 14 through the shutter device 8th pass through and through the image sensor 9 be recorded. If, on the other hand, at this time the opening 11 the shutter device 8th instead in the focus position 15a of the second beam 15 is located, then only light of the second beam 15 through the shutter device 8th pass through and through the image sensor 9 be recorded. Consequently, it can be managed that only light coming from a certain direction, on the respective image sensor 9 is projected. These particular directions that the respective space areas 12a . 12b . 12c define, can now advantageously the respective emission directions 5 be assigned what's in 1 is shown. Here are only the different areas of the room 12a . 12b . 12c for the third receiver segment 4c shown. If the transmitting unit 3 a laser beam 5 emitted in a first direction, the in 1 in the left part of the third field of view FOV3 is shown, the shutter device 8th of the third receiver segment 4c controlled so that only light from the first room area 12a can be received. If after that a laser beam 5 is emitted in a second direction, which in 1 in the middle of the third field of vision FOV3 is shown, the shutter device 8th of the third receiver section 4c set so that only light from the second room area 12b can be received, and if thereafter the laser light beam 5 is emitted in a third direction, in the right part of the third field of view FOV3 is shown, the shutter device 8th of the third receiver segment 4c set so that only light from the corresponding third space area 12c can be received. This can be done by synchronizing the control of the respective shutter devices 8th be achieved with the emission of the laser beams.

Mit Rückbezug auf 2 kann jedes der Empfängersegmente 4a, 4b, 4c wahlweise auch eine zusätzliche innere Konvexlinse 17 umfassen, die das Licht, das durch die Öffnung 11 der jeweiligen Shutter-Vorrichtungen 8 hindurchgetreten ist, in Richtung der jeweiligen Bildsensoren 9 konvergiert. Mittels dieser inneren Konvexlinsen 17 kann vorteilhafterweise die Größe der Bildsensoren 9 verringert werden. Somit kann die Größe der jeweiligen Bildsensoren 9 viel kleiner sein als die Brennebene der jeweiligen äußeren Konvexlinsen 7.With reference to 2 can be any of the receiver segments 4a . 4b . 4c optionally also an additional inner convex lens 17 include the light passing through the opening 11 the respective shutter devices 8th has passed, in the direction of the respective image sensors 9 converges. By means of these inner convex lenses 17 can advantageously the size of the image sensors 9 be reduced. Thus, the size of the respective image sensors 9 be much smaller than the focal plane of the respective outer convex lenses 7 ,

Überdies kann der Bildsensor 9 auch so ausgestaltet sein, dass er nur in einem bestimmten Spektralbereich mit den Wellenlängen des Laserlichts, das durch die Sendeeinheit 3 emittiert wird, empfindlich ist. Die Sendeeinheit 3 kann im Allgemeinen dazu ausgelegt sein, Laserlicht mit einer Wellenlänge in jedem beliebigen Spektralbereich, vorzugsweise als Infrarotspektralbereich, wie 905 nm, zu emittieren. Durch Einschränken der Empfindlichkeit der Bildsensoren 9 auf einen solchen bestimmten Spektralbereich kann das Signal-Rausch-Verhältnis weiter verbessert werden.Moreover, the image sensor 9 be designed so that it only in a certain spectral range with the wavelengths of the laser light, by the transmitting unit 3 is emitted, is sensitive. The transmitting unit 3 may generally be designed to emit laser light having a wavelength in any spectral range, preferably as an infrared spectral range, such as 905 nm. By limiting the sensitivity of the image sensors 9 to such a specific spectral range, the signal-to-noise ratio can be further improved.

Ferner können die jeweiligen Shutter-Vorrichtungen 8 in jeder beliebigen Weise ausgestaltet sein, beispielsweise als Mikro-Shutter-Anordnung, wie in 3 dargestellt, oder als Rolling Shutter, wie in 4 dargestellt.Furthermore, the respective shutter devices 8th be designed in any desired manner, for example as a micro-shutter arrangement, as in 3 shown, or as a rolling shutter, as in 4 shown.

3 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Empfängersegments 4a der Empfängereinheit 4, wobei die Shutter-Vorrichtung 8 als Mikro-Shutter-Anordnung 8a gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgestaltet ist. Die Shutter-Anordnung 8a kann eine Vielzahl von Öffnungen, die in verschiedenen Positionen angeordnet sind, und jeweilige Shutter-Elemente 18 zum Öffnen und Schließen der jeweiligen Öffnungen umfassen. Während des Betriebs der Laserabtastvorrichtung 2 wird nur eines der Shutter-Elemente 18 auf einmal geöffnet, um die einzelne Öffnung 11 in der entsprechenden Position bereitzustellen, so dass nur Licht von einem bestimmten Raumbereich, der dieser bestimmten Position zugeordnet ist, durch die Shutter-Anordnung 8a hindurchtreten kann. 3 shows a schematic cross-sectional view of a receiver segment 4a the receiver unit 4 wherein the shutter device 8th as a micro-shutter arrangement 8a is configured according to an embodiment of the invention. The shutter arrangement 8a For example, a plurality of openings arranged in different positions and respective shutter elements 18 to open and close the respective openings. During operation of the laser scanner 2 becomes just one of the shutter elements 18 opened at once to the single opening 11 in the appropriate position, so that only light from a certain area of space, which is assigned to this particular position, through the shutter arrangement 8a can pass through.

4 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Empfängersegments 4a der Empfängereinheit 4, wobei die Shutter-Vorrichtung 8 als Rolling Shutter 8b gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgestaltet ist. Der Rolling Shutter 8b umfasst eine einzelne Öffnung 11, die in verschiedene Positionen durch Bewegen des Shutter-Bereichs 19 in oder gegen eine bestimmte Richtung 20 bewegt werden kann. Während des Betriebs des Laserabtasters 2 bewegt sich der Rolling Shutter 8b die ganze Zeit, so dass das offene Gatter, das die Öffnung 11 bereitstellt, sich ebenso bewegt. Der Rolling Shutter 8b kann auch so ausgestaltet sein, dass sie in einer Querrichtung verschoben wird, die zur Bewegungsrichtung 20 senkrecht ist, um 2D-lnformationen zu erhalten. 4 shows a schematic cross-sectional view of a receiver segment 4a the receiver unit 4 wherein the shutter device 8th as a rolling shutter 8b is configured according to an embodiment of the invention. The rolling shutter 8b includes a single opening 11 Move to different positions by moving the shutter area 19 in or against a particular direction 20 can be moved. During operation of the laser scanner 2 moves the rolling shutter 8b all the time, leaving the open gate, which is the opening 11 provides, moves as well. The rolling shutter 8b can also be designed so that it is moved in a transverse direction, the direction of movement 20 is perpendicular to obtain 2D information.

Zusammenfassend kann mittels der Erfindung eine Empfängereinheit bereitgestellt werden, dies es möglich macht, ein großes Sichtfeld und eine große Apertur gleichzeitig zu verwirklichen, und die die Verwendung von einfachen und kleinen Bildsensoren und das Verbessern des Signal-Rausch-Verhältnisses ermöglicht, wodurch eine hohe Erfassungsgenauigkeit und -qualität in einer sehr kostengünstigen Weise bereitgestellt werden.In summary, by means of the invention, a receiver unit can be provided which makes it possible to realize a large field of view and a large aperture at the same time, and which enables the use of simple and small image sensors and the improvement of the signal-to-noise ratio, whereby a high detection accuracy and quality in a very cost effective manner.

Claims

Receiver unit (4) for a laser scanning device (2), the receiver unit (4) comprising - a first outer convex lens (7); and a first image sensor (9), which is assigned to the first outer convex lens (7), so that the first image sensor (9) is designed to detect light that has passed through the first outer convex lens (7), characterized in that - the receiver unit (4) has a first shutter device (8) which is arranged between the first outer convex lens (7) and the first image sensor (9), - the first shutter device (8) being designed To provide a single first opening (11) in a first position at at least a first time, and to provide the single first opening (11) in a second position different from the first position at at least a second time; the first outer convex lens (7), the first shutter device (8) and the first image sensor (9) are arranged such that, when the first opening (11) is in the first position, only light incident from ei emanating from the particular first spatial region (12a, 12b, 12c) relative to the receiver unit (4) and passing through the first outer convex lens (7), can be detected by the first image sensor (9), and if the first aperture (11) in the second position, only light emanating from a certain second space region (12a, 12b, 12c) relative to the receiver unit (4) and passing through the first outer convex lens (7) can be detected by the first image sensor (9) ,

Receiver unit (4) after Claim 1 , characterized in that the first image sensor (9) has only a single pixel.

Receiver unit (4) according to one of the preceding claims, characterized in that the receiver unit (4) has at least one second outer convex lens (7), at least one second image sensor (9) assigned to the at least one second outer convex lens (7), and at least one second shutter device (8), which is arranged between the at least one second outer convex lens (7) and the at least one second image sensor (9), wherein the first outer convex lens (7) is associated with a first field of view (FOV3) and the at least one second outer convex lens (7) is associated with at least one second field of view (FOV1, FOV2), the first and the at least one second field of view (FOV1, FOV2, FOV3) form an overall field of view (10) of the receiver unit (4), wherein the total field of view (10) is greater than the respective first and the at least one second field of view (FOV1, FOV2, FOV3).

Receiver unit (4) after Claim 3 characterized in that - the at least one second shutter device (8) is adapted to: • provide a single second opening (11) in a third position at the at least one first or third time, and • the single second opening ( 11) in a fourth position other than the third position at the at least one second or fourth time point, the second outer convex lens (7), the second shutter device (8) and the second image sensor (9) are arranged such that, when the second opening (11) is in the third position, only light emanating from a certain third space area relative to the receiver unit (4) and passing through the second outer convex lens (7) passes through the second one Image sensor (9) can be detected, and • when the second opening (11) is in the fourth position, only light that is relative to a certain fourth area of space emanates to the receiver unit (4) and passes through the second outer convex lens (7) can be detected by the second image sensor (9).

Receiver unit (4) according to one of the preceding claims, characterized in that the receiver unit (4) has a first inner convex lens (17) which is arranged between the first shutter device (8) and the first image sensor (9), wherein the internal convex lens (17) is configured such that a light beam which has passed through the outer convex lens (7) and the first opening (11) of the first shutter device (8), through the inner convex lens (17) in the direction of the first Image sensor (9) is converged.

Receiver unit (4) according to one of the preceding claims, characterized in that the first outer convex lens (7) has a first focal plane (16), wherein the first shutter device (8) is arranged in a certain region with the first focal plane (16) is and is arranged in particular in the first focal plane.

Receiver unit (4) according to one of the preceding claims, characterized in that the first shutter device (8) as a micro-shutter arrangement (8a) or optical shutter arrangement is designed.

Receiver unit (4) according to one of the preceding claims, characterized in that the first shutter device (8) is designed as a rolling shutter (8b).

Receiver unit (4) after Claim 8 characterized in that the rolling shutter (8b) is adapted to move the first opening (11) from the first position to the second position in a first direction (20), the rolling shutter (8b) being movably arranged, such that the rolling shutter is movable in a second direction perpendicular to the first direction (20).

Receiver unit (4) according to one of the preceding claims, characterized in that the first outer convex lens (7) has a first optical axis (A) and the at least one second outer convex lens (7) has a second optical axis (A), wherein the first optical axis (A) and the second optical axis (A) intersect and lie in a predefined plane.

Receiver unit (4) after Claim 10 characterized in that the first shutter device (8) is configured to provide the first aperture (11) in different positions at least along a line within the predefined plane.

Laser scanning device (2) with a receiver unit (4) according to one of the preceding claims.

Laser scanning device (2) after Claim 12 characterized in that the laser scanning device (2) comprises a transmitting unit (3) arranged to sequentially irradiate laser light beams (5) at least in a first direction corresponding to the first position of the first opening (11) of the first shutter device (8 ), and a second direction associated with the second position of the first opening (11) of the first shutter device (8), the laser scanning device (2) having a control unit adapted to control the emission the laser light beams (5) and the position of the first opening (11) of the first shutter device (8) to synchronize, so that when the transmitting unit (3) emits a laser light beam (5) in the first direction, the first opening (11 ) is in the first position, and when the transmitting unit (3) emits a laser light beam (5) in the second direction, the first opening (11) is in the second position.

Vehicle (1) with a receiver unit (4) according to one of Claims 1 to 11 ,

A method of detecting light by means of a receiver unit (4) for a laser scanning device (2), the receiver unit (4) comprising - a first outer convex lens (7); and - a first image sensor (9) assigned to the first outer convex lens (7) so that the first image sensor (9) is adapted to detect light having passed through the first outer convex lens (7), characterized in that - The receiver unit (4) comprises a first shutter device (8) which is arranged between the first outer convex lens (7) and the first image sensor (9), - wherein the first shutter device (8) • A single first opening (11) in a first position at at least a first time, and • providing the single first opening (11) in a second position different from the first position at at least a second time, and - when the first opening ( 11) is in the first position, only light emanating from a certain first space region (12a, 12b, 12c) relative to the receiver unit (4) and passing through the first outer convex lens (7) passes through the first Image sensor (9) is detected, and - when the first opening (11) is in the second position, only light emanating from a certain second space area (12a, 12b, 12c) relative to the receiver unit (4) and through the first outer convex lens (7) passes, is detected by the first image sensor (9).