DE102018112071A1

DE102018112071A1 - LIDAR-Objektiv

Info

Publication number: DE102018112071A1
Application number: DE102018112071.0A
Authority: DE
Inventors: Hagen Schweitzer; Jan Buchwald; Denis Rosenheinrich; Joachim Leuschner
Original assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Current assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Priority date: 2018-05-18
Filing date: 2018-05-18
Publication date: 2019-11-21
Also published as: WO2019219970A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Objektiv mit einer festen Brennweite F, welches wenigstens eine erste Linse, eine zweite Linse und eine dritte Linse umfasst. Die erste Linse ist aus einem Glas hergestellt ist und die zweite Linse ist aus einem Kunststoff hergestellt. Vorteilhaft ist die Verwendung wenigstens eines solchen Objektivs für ein Messsystem zu wenigstens einer Laufzeitdetektion wenigstens eines Lichtstrahls.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Objektiv mit einer festen Brennweite zur Verwendung in einem Messsystem zu einer Laufzeitdetektion eines Lichtstrahls (LIDAR). LIDAR ist die Abkürzung für englisch light detection and ranging. LIDAR Objektive arbeiten meist in einem sehr kleinen Wellenlängenbereich im nahen Infrarot, typischerweise 800-2000 nm Wellenlänge. Zur Beleuchtung werden oft Laser verwendet. Die Objektive müssen in diesem Fall die geringe Bandbreite der Laserquelle sowie einen eventuell auftretenden Drift der Wellenlänge mit der Temperatur ausgleichen können.
Stand der Technik
Aus WO2017180277 ist ein Sensor mit einem SPAD Array bekannt. Das SPAD Array kann A-velance Photodioden (APD) umfassen sowie Bipolar- oder Feldeffekttransistoren, um zeilenweise eine Vorspannung (Bias) zu aktivieren.
Aus CN205829628U ist ein LIDAR- System mit einem VCSEL Array und einem SPAD Array bekannt.
Aus WO2017164989 ist ein integriertes Beleuchtungs-und Detektionssystem für eine LIDAR basierte dreidimensionale Bildaufnahme bekannt. Es wird ein Objektiv mit vier Linsen vorgeschlagen. Zur Beleuchtung wird eine gepulste Laser- Lichtquelle vorgeschlagen. In einer Ausführungsform wird ein Array von mehreren LIDAR Messgeräten, bestehend aus Laseremittern und Detektoren, verwendet. Ein solches Vorgehen ist jedoch sehr aufwendig.
Aus WO2016204844 ist ein LIDAR System mit elektrisch verstellbaren Lichtdirektionselementen bekannt.
Aus US2016161600 ist ein LIDAR-System mit einem SPAD-Array als Detektor bekannt. Zur Beleuchtung werden Laserstrahlen verwendet, die mittels integrierter photonischer Schaltkreise unter Verwendung optischer Phasenarrays gesteuert werden.
Aus WO2015189024 ist ein Fahrzeug- LIDAR System bekannt mit einem Festkörperlaser und einem auslenkbaren Spiegel.
Aus WO2015189025 ist ein Fahrzeug- LIDAR System bekannt mit einem Impulslaser und einem auslenkbaren Spiegel und einem CMOS- Bildsensor.
Aus WO2015126471 ist eine LIDAR Vorrichtung bekannt mit einem Array von Emitter/Detektor-Einheiten.
Aus US2007181810 ist ein Fahrzeug- LIDAR System bekannt mit einem VCSEL Array zur Beleuchtung.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines optimal für LIDAR Anwendungen geeigneten Objektivs. Insbesondere kann das Objektiv für LIDAR- Systeme mit Detektorarrays, beispielsweise SPAD-Arrays, geeignet sein. Insbesondere soll das Objektiv für LIDAR-Systeme ohne bewegliche Teile geeignet sein.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Verwendung nach Anspruch 1, ein Objektiv nach Anspruch 2 und ein Messsystem nach Anspruch 24.
Vorteile der Erfindung
Das Objektiv ist kostengünstig herzustellen und besonders geeignet für LIDAR- Anwendungen.
Beschreibung
Erfindungsgemäß vorteilhaft ist die Verwendung eines Objektivs (1) mit einer festen Brennweite F für ein Messsystem zu wenigstens einer Laufzeitdetektion wenigstens eines Lichtstrahls (4). Der Lichtstrahl kann ein Laserstrahl sein. Der Lichtstrahl kann von einer Lichtquelle ausgesendet werden. Die Lichtquelle kann ein optisch gepumpter Festkörperlaser oder ein elektrisch gepumpter Diodenlaser sein. Die Lichtquelle kann zusammen mit dem erfindungsgemäßen Objektiv und einem Detektor an einem Fahrzeug angeordnet sein. Die Lichtquelle kann so ausgeführt sein, dass einzelne Lichtimpulse emittierbar sind. Zur Laufzeitdetektion des Lichtstrahls kann ein Photoelektrischer Detektor vorgesehen sein. Der Detektor kann als Avalanche-Photodiode, beispielsweise als Einzelphoton-Avalanche-Diode (abgekürzt SPAD; englisch single-photon avalanche diode) ausgeführt sein. Der Detektor kann mehrere Avalanche Photodioden umfassen. Diese können als SPAD-Array ausgeführt sein. Das Objektiv umfasst wenigstens eine erste Linse (5) eine zweite Linse (6) und eine dritte Linse (13).
Die erste Linse ist aus einem Glas hergestellt. Dafür können optische Gläser wie BK7 oder Borsilikatglas verwendet werden. Besonders geeignet können hochbrechende Gläser, beispielsweise dichte Flintgläser (SF-Gläser), Lathanum-haltige Flint- oder Krongläser (beispielsweise LaF, LaSF oder LaK Gläser) oder Barium-haltige Flint- oder Krongläser sein (beispielsweise BaF oder BaSF oder BaK Gläser).
Die zweite Linse ist aus einem Kunststoff hergestellt. Unter einem Kunststoff kann man ein Polymer verstehen. Besonders vorteilhaft kann ein transparentes, d.h. ein durchsichtiges Polymer sein. Besonders geeignet können Polycarbonat, COP, Zeonex, COC (Topas) oder OKP sein. Ebenfalls geeignet kann PMMA sein.
Das Objektiv kann eine optische Achse aufweisen. Die optische Achse kann als z-Achse bezeichnet werden.
Das Objektiv kann vorteilhaft eine fotografische Lichtstärke von wenigstens 1:1,3 aufweisen. Eine hohe Lichtstärke kann vorteilhaft sein, weil dann zur Ausführung der Laufzeitdetektion ein Laser geringer Leistung verwendet werden kann.
Das Objektiv kann in der horizontalen Ebene ein Sichtfeld von 50°-160° aufweisen. Die horizontale Ebene kann eine xz Ebene sein. Die horizontale Ebene kann die optische Achse z enthalten und eine weitere, dazu senkrechte Achse y. Die Richtung x kann die Richtung der Erdanziehungskraft sein. Die Achsen x, y und z können ein rechtwinkliges Koordinatensystem bilden. Die horizontale Ebene kann die Ebene sein, die senkrecht zur Erdanziehungskraft ist. Das Sichtfeld kann bestimmt werden, wenn sich das Fahrzeug, an welchem das Objektiv angeordnet ist, auf einer waagerechten Fläche befindet, beispielsweise auf einer nicht abschüssigen Straße, die weder eine Steigung noch ein Gefälle aufweist.
Das Objektiv kann in der vertikalen Ebene ein Sichtfeld von 1°-70° aufweisen. Das kann eine xy Ebene sein.
Das Objektiv kann ein asymmetrisches Sichtfeld aufweisen. Das kann bedeuten, dass das Sichtfeld in der horizontalen Ebene einen anderen Wert aufweist als das Sichtfeld in der vertikalen Ebene. Beispielsweise kann das horizontale Sichtfeld größer sein als das vertikale. Das kann für LIDAR Systeme im Straßenverkehr vorteilhaft sein, weil vor allem Hindernisse im horizontalen Bereich erkannt werden sollen.
Das Objektiv kann unterschiedliche Brennweiten entlang der horizontalen und vertikalen Ebene aufweisen. Es kann sich um ein Objektiv mit axialem Astigmatismus handeln.
Das Objektiv kann unterschiedliche Vergrößerungen entlang der horizontalen und vertikalen Achse aufweisen. Es kann sich um ein anamorphotisches Objektiv handeln. Dadurch kann es möglich sein, eine dreidimensionale anamorphotische LIDAR Aufnahme aufzunehmen.
Das Objektiv kann vorteilhaft genau fünf Linsen umfassen. Das Objektiv kann ebenfalls vorteilhaft genau vier Linsen umfassen Das Objektiv kann ebenfalls vorteilhaft genau drei Linsen umfassen.
Die dritte Linse kann aus einem zweiten Kunststoff hergestellt sein. Besonders geeignet können Polycarbonat, Zeonex, oder OKP sein. Ebenfalls geeignet kann PMMA sein. Der zweite Kunststoff kann ein anderer Kunststoff sein als der erste Kunststoff. Der erste und der zweite Kunststoff können sich in der thermischen Ausdehnung und/oder im Brechungsindex und/oder in der Temperaturabhängigkeit des Brechungsindex unterscheiden. Der zweite Kunststoff kann aber auch der gleiche Kunststoff sein, wie der erste.
Die dritte Linse kann aus einem zweiten Glas hergestellt sein. Das zweite Glas kann ein anderes Glas sein als der erste Glas. Das erste und das zweite Glas können sich in der thermischen Ausdehnung und/oder im Brechungsindex und/oder in der Temperaturabhängigkeit des Brechungsindex unterscheiden. Das zweite Glas kann aber auch das gleiche Glas sein, wie das erste. Die erste Linse kann einen axialen Astigmatismus aufweisen. Das kann bedeuten, dass die Linse zwei Hauptschnitte aufweist mit einer maximalen bzw. einer minimalen Brechkraft. Insbesondere kann sie als Zylinderlinse mit einem ersten wirksamen Hauptschnitt ausgebildet sein. Die dritte Linse kann einen axialen Astigmatismus aufweisen. Insbesondere kann sie als Zylinderlinse mit einem dritten wirksamen Hauptschnitt ausgebildet sein. Der dritte wirksame Hauptschnitt kann senkrecht zu dem ersten wirksamen Hauptschnitt angeordnet. Mit einem solchen Objektiv kann eine anamorphotische Aufnahme möglich sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Objektivs können alle Linsen außer der ersten Linse aus je einem Kunststoff hergestellt sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Objektivs kann die erste Linse im Strahlengang zwischen der zweiten und der dritten Linse angeordnet sein.
Die erste Linse kann vorteilhaft eine sphärische Linse sein. Unter einer sphärischen Linse kann man eine Linse verstehen, die zwei gegenüberliegende sphärische optische Flächen ausweist. Eine solche Linse kann man auch als bisphärische Linse bezeichnen. Eine der sphärischen Flächen kann eine Planfläche sein. Eine Planfläche kann man als sphärische Fläche mit einem unendlichen Krümmungsradius auffassen. Die zweite Linse kann eine asphärische Linse sein. Unter einer asphärischen Linse kann man eine Linse mit wenigstens einer asphärischen optischen Fläche bezeichnen. Die zweite Linse kann auch als biasphärische Linse ausgebildet sein. Unter einer biasphärischen Linse kann man eine Linse verstehen, die zwei gegenüberliegende asphärische optische Flächen ausweist. Die zweite Linse kann vorteilhaft wenigstens eine Freiformfläche aufweisen.
Die zweite Linse kann eine rotationssymmetrische Linse sein. Alternativ kann die zweite Linse eine axial astigmatische Linse, beispielsweise eine torische Linse, sein. Eine astigmatische Linse kann eine Ausrichtung hinsichtlich einer Rotation um die optische Achse erfordern. Das kann bedeuten, dass die Hauptschnitte der astigmatischen Linse durch eine Drehung um die optische Achse bezüglich der Hauptschnitte einer zweiten astigmatischen Linse und/oder bezüglich einer Fassung des Objektivs ausgerichtet werden müssen. Die Ausrichtung von astigmatischen Linsen kann z.B. durch Stifte, Vertiefungen, Aussparungen oder Nuten erfolgen. Zum einen kann eine astigmatische Linse mittels eines Loches und eines Stiftes ausgerichtet werden. Zum anderen kann eine externe Justagevorrichtung z.B. über ein Langloch im Barrel eine Nut oder eine Vertiefung in der Linse fassen. Die Ausrichtung der astigmatischen Linse kann dann zur Justage nachträglich noch verändert werden.
Die Linsen, insbesondere die zweite Linse, können als optische Flächen torische, zylindrische oder allgemeine Freiformflächen aufweisen, die z.B. als bikonische Fläche $z = \frac{c_{x} x^{2} + c_{y} y^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 + k_{x}) c_{x}^{2} x^{2} - (1 + k_{y}) c_{y}^{2} y^{2}}},$
oder als bikonischen Zernike Fläche $z = \frac{c_{x} x^{2} + c_{y} y^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 + k_{x}) c_{x}^{2} x^{2} - (1 + k_{y}) c_{y}^{2} y^{2}}} - \sum_{i = 1}^{16} α_{i} x^{i} + \sum_{i = 1}^{16} β_{i} y^{i} + \sum_{i = 1}^{N} A_{i} Z_{i} (ρ, φ),$
mit $c_{x} = \frac{1}{R_{x}}, c_{y} = \frac{1}{R_{y}},$
oder als 2D Polynom $z = \frac{c r^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 + k) c^{2} r^{2}}} + \sum_{i = 1}^{N} A_{i} E_{i} (x, y)$
wobei E(x,y) ein Polynom in x und y ist, beschrieben werden können.
Das Objektiv kann einen zwischen zwei Linsen angeordneten Abstandshalter (17) umfassen. Der Abstandshalter kann vorteilhaft aus Polycarbonat oder aus einem glasfaserverstärken Kunststoff hergestellt sein. Er kann alternativ aus einem Metall wie z.B. Aluminium oder Strahl hergestellt sein. Der Abstandshalter kann einen Hohlzylinderabschnitt (19) und einseitig eine Einstülpung (20) aufweisen. Diese kann sich einstückig an den Hohlzylinderabschnitt anschließen. Die Einstülpung kann innen eine Blendenöffnung (21) aufweisen. Die Blendenöffnung kann als Zylindermantelfläche oder als Schneide ausgebildet sein. Der Abstandshalter kann aus einem Stück gefertigt sein, beispielsweise aus einem Blech durch Tiefziehen oder aus einem Kunststoff durch Tiefziehen oder im Spritzgussverfahren. Die Blendenöffnung kann durch Stanzen hergestellt werden oder gleich beim Spritzguss freigelassen werden.
Das Objektiv kann eine Brennweite, eine Bildpunktgröße, eine Modulations-Transfer-Funktion und eine Verzeichnung in der Bildebene aufweisen. Die Brennweite des Objektivs und/oder wenigstens eine der optischen Eigenschaften Bildpunktgröße, Modulations-Transfer- Funktion, Bildgröße, Verzeichnung in der Bildebene können bei einer ersten Wellenlänge über einen Temperaturbereich ohne den Einsatz von aktiven Komponenten unabhängig von der Temperatur sein. Das kann als passive Athermalisierung bezeichnet werden.
Die passive Athermalisierung kann durch den Einsatz unterschiedlicher Linsenmaterialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und/oder unterschiedlichen temperaturabhängigen Brechzahlen erreicht werden. Um das zu erreichen kann man eine Raytracing-Berechnung mit einem handelsüblichen Raytracing-Computerprogramm durchführen.
Die passive Athermalisierung der Brennweite des Objektivs und/oder wenigstens einer der optischen Eigenschaften Bildpunktgröße, Modulations-Transfer- Funktion, Bildgröße, Verzeichnung in der Bildebene kann über einen Temperaturbereich durch den Einsatz von Abstandshaltern (16, 17) aus unterschiedlicher Materialen mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten realisiert werden.
Ein erster Abstandshalter (16) aus einem ersten Abstandshaltermaterial kann zwischen der ersten Linse (5) und der zweiten Linse (6) oder zwischen der ersten Linse und der dritten Linse (13) angeordnet sein. Ein zweiter Abstandshalter (17) aus einem zweiten Abstandshaltermaterial kann zwischen der dritten Linse (13) und der vierten Linse (14) angeordnet sein. Der zweite Abstandshalter kann eine Öffnung aufweisen, die als Blende (18) wirkt. Der zweite Abstandshalter kann als einseitig nach innen eingestülpter Zylinderring ausgebildet sein. Er kann eine innenliegende Schneide aufweisen, die als Blende wirkt. Die thermische Ausdehnung der Linsen und Abstandshalter sowie die temperaturabhängige Brechzahländerungen der Linsen können so auf einander abgestimmt sein, dass eine passive Athermalisierung der Brennweite des Objektivs und/oder einer der optischen Eigenschaften Bildpunktgröße, Modulations-Transfer-Funktion, Bildgröße, Verzeichnung in der Bildebene erreicht wird. Um das zu erreichen kann man eine Raytracing-Berechnung mit einem handelsüblichen Raytracing-Computerprogramm durchführen. Es können eine oder mehrere Zerstreuungslinsen und Sammellinsen aus unterschiedlichen Materialien, beispielsweise unterschiedliche Kunststoffe oder Gläser, verwendet werden, um eine Athermalisierung zu erreichen. Die Materialien können typischerweise unterschiedliche Ausdehnungkoeffizienten und/oder und temperaturabhänge Brechzahlen haben. Die Zerstreuungs- und Sammellinsen können unterschiedliche Brechkräfte haben.
Vorteilhaft kann die erste Linse eine Sammellinse sein. Vorteilhaft können die dritte Linse und/oder die vierte Linse eine Zerstreuungslinse sein. Vorteilhaft kann die als Zerstreuungslinse ausgebildete dritte bzw. vierte Linse die im Strahlengang am weitesten vom Detektor bzw. der Lichtquelle entfernte Linse sein. Im Falle eines Abbildungsobjektivs kann das die lichteintrittsseitig angeordnete Linse sein. Im Falle eines Projektionsobjektivs kann das die lichtaustrittsseitig angeordnete Linse sein.
Das Objektiv kann als Projektionsobjektiv betrieben werden. Beispielsweise kann damit ein Laserstrahl linienförmig oder flächig in einen Raumausschnitt projiziert werden.
Das Objektiv kann als Abbildungsobjektiv betrieben werden. Ein von einem Objekt zurückgeworfener Lichtstrahl, beispielsweise ein Laserstrahl, der von einem Punkt des Objekts reflektiert worden ist, kann auf einen Punkt des Detektors projiziert werden. Mit dem Detektor kann die Laufzeit dieses Lichtstrahls detektiert werden.
Das Objektiv kann in einer bevorzugten Ausführung gleichzeitig als Projektionsobjektiv und als Abbildungsobjektiv verwendet werden. Mittels eines im Strahlengang zwischen dem Objektiv und dem Detektor angeordneten Strahlteilers kann der zu projizierende Laserstrahl in den Strahlengang eingekoppelt werden.
Die zweite Linse kann eine erste Seite und eine zweite Seite aufweisen. Die zweite Seite kann der ersten Seite gegenüberliegen. Die erste Seite kann eine konvexe optische Fläche aufweisen und die zweite Seite kann eine konkave optische Fläche aufweisen. Die Brennweite der zweite Linse kann größer sein als 1 m. Eine solche Linse kann dafür vorgesehen sein, einen Strahlversatz und/oder eine Korrektur von Abbildungsfehlern, beispielsweise Abberationen, Astigmatismus schiefer Bündel, Koma, Bildfeldwölbung, Verzeichnung, zu bewirken.
Die zweite Linse kann einstückig mit einer Anlagefläche ausgeführt sein und wenigstens eine erste konvexe optische Fläche und eine Übergangsfläche und eine Anlagefläche aufweisen. Die Übergangsfläche kann zwischen der optischen Fläche und der Anlagefläche angeordnet sein und die Übergangsfläche kann wenigstens stückweise konkav ausgebildet sein. Die Anlagefläche kann vorteilhaft als Planfläche ausgebildet sein. Die Anlagefläche kann senkrecht zur optischen Achse sein. Die Anlagefläche kann an der ersten Linse anliegen. Dazu kann sie, ebenfalls vorteilhaft, der Form, d.h. der Kontur, der ersten Linse im anliegenden Bereich, angepasst sein.
Das Objektiv kann genau eine Anzahl n von Linsen umfassen. Davon können wenigstens n-1 Linsen einen gleichen Außendurchmesser aufweisen. Diese n-1 Linsen können gemeinsam in einer zylindrischen Ausnehmung eines Trägers (22), beispielsweise in einem Rohr, angeordnet sein. Es ist auch möglich, dass alle Linsen des Objektivs einen gleichen Außendurchmesser aufweisen und gemeinsam in einer zylindrischen Ausnehmung eines Trägers angeordnet sind. Der Träger kann als Rohr ausgebildet sein. Der Innendurchmesser kann dann die zylindrische Ausnehmung bilden. Die Linsen können durch einen Einschraubring oder einen Vorschraubring festgehalten werden.
Das Objektiv kann ein Bandpassfilter zur Trennung des Signallichtes der Lichtquelle vom Umgebungslicht, insbesondere vom Tageslicht, umfassen.
Die erste Linse kann eine erste Brechkraft aufweisen. Jede weitere Linse kann je eine weitere Brechkraft aufweisen. Bei einer ortsabhängigen -beispielsweise radial variierenden- Brechkraft der Linse kann als Brechkraft die über die Fläche gemittelte Brechkraft der Linse angenommen werden. Der Betrag der ersten Brechkraft kann größer sein als der Betrag jeder weiteren Brechkraft jeder weiteren Linse. Somit kann die Brechkraft des Objektivs von der Brechkraft der ersten Linse, die aus einem Glas besteht, dominiert werden.
Ein erfindungsgemäßes Messsystem umfasst wenigstens ein erfindungsgemäßes Objektiv wenigstens eine Lichtquelle und wenigstens einen Matrixsensor. Die Lichtquelle kann wenigstens ein Signallicht emittieren. Dieses kann sich in der Wellenlänge vom Umgebungslicht unterscheiden. Die Lichtquelle kann vorteilhaft eine Laserlichtquelle sein. Es kann sich um einen Infrarotlaser handeln. Alternativ kann die Lichtquelle eine LED sein.
Die Lichtquelle kann gepulst betrieben werden. Die Pulslänge kann zwischen 1ns und 1ms betragen.
Die Lichtquelle kann in einer weiteren Ausführungsform mehrere lichtemittierende Elemente umfassen, die unabhängig voneinander betreibbar sind. Die Lichtquelle kann als ein VCSEL Array oder ein LED Array ausgebildet sein. Es kann ein Betrieb der Lichtquelle vorgesehen sein, bei welchem wenigstens zwei der lichtemittierenden Elemente zu verschiedenen Zeitpunkten Lichtpulse aussenden.
Der Matrixsensor kann ein SPAD Array sein.
Das Objektiv kann eine Bildpunktgröße, eine Modulations-Transfer-Funktion und eine Verzeichnung in der Bildebene aufweisen. Das Licht der Lichtquelle kann eine erste monotone Abhängigkeit λ(T) der Wellenlänge von der Temperatur aufweisen. Beispielsweise kann sich die Wellenlänge eines Diodenlasers als Lichtquelle um 0,2 ...0,4 nm/K mit der Temperatur veränder. Die Brennweite und/oder eine der optischen Eigenschaften Bildpunktgröße, Modulations-Transfer-Funktion, Verzeichnung des Objektivs können je zwei zweite monotone Abhängigkeiten f2(T,A) von der Temperatur bei gleichbleibender Wellenlänge sowie von der Wellenlänge bei gleichbleibender Temperatur aufweisen. Die zweiten monotonen Abhängigkeiten können bezeichnet werden als f2(T,λ=const.) und f2(T=const,λ). Diese beiden zweiten Abhängigkeiten können als eine Funktion f2 in zwei Variablen T, λ dargestellt werden. Vorteilhaft können sich die ersten und wenigstens eine der zweiten monotonen Abhängigkeiten bei einer Temperaturänderung jeweils gegenseitig passiv kompensieren, so dass f2(T, λ(T))= const. ist.
Diese passive Kompensation der ersten und zweiten monotonen Abhängigkeiten kann durch den Einsatz unterschiedlicher Linsenmaterialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, unterschiedlichen temperaturabhängigen Brechzahlen und unterschiedlichen wellenlängenabhängigen Brechzahlen erreicht werden. Die passive Kompensation der ersten und zweiten monotonen Abhängigkeiten kann durch den Einsatz unterschiedlicher Materialen von Abstandshaltern mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten realisiert werden. Die passive Kompensation der ersten und zweiten monotonen Abhängigkeiten kann durch den Einsatz beider in diesem Abschnitt genannten Maßnahmen erfolgen.
Die passive Kompensation der ersten und zweiten monotonen Abhängigkeiten kann in einem Temperaturbereich von -40°C bis + 125°C erfolgen.
Die Figuren zeigen Folgendes:

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel.
4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel.
5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel.
6 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel.
7 zeigt ein erfindungsgemäßes Messsystem.

Ausführungsbeispiele
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen erläutert.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel. Dargestellt ist ein Objektiv 1 mit einer festen Brennweite F zu wenigstens einer Laufzeitdetektion wenigstens eines Lichtstrahls 4. Das Objektiv umfasst eine erste Linse 5 eine zweite Linse 6 und eine dritte Linse 13 und eine vierte Linse. Die erste Linse ist aus einem Glas hergestellt. Die zweite Linse ist aus einem Kunststoff hergestellt. Das Objektiv weist eine optische Achse 3 auf. Die optische Achse liegt in z-Richtung. Die Linsen nebst der nachfolgend beschriebenen Abstandshalte sind in einer zylindrischen Ausnehmung eines Trägers 22 angeordnet, der als Rohr ausgebildet ist. Die Linsen und Abstandshalter werden von einem Einschraubring 23 festgehalten.
Außerdem ist noch ein Filter 25 vorgesehen, der das Signallicht vom Umgebungslicht trennt.
Ein erster Abstandshalter 16 aus einem ersten Abstandshaltermaterial ist zwischen der ersten Linse 5 und der zweiten Linse 6 angeordnet. Ein zweiter Abstandshalter 17 aus einem zweiten Abstandshaltermaterial ist zwischen der dritten Linse 13 und der vierten Linse 14 angeordnet. Der zweite Abstandshalter weist eine Öffnung auf, die als Blende 18 wirkt.
Die zweite Linse weist eine erste Seite 7 und eine zweite Seite 8 auf. Die zweite Seite liegt der ersten Seite gegenüber. Die erste Seite weist eine konvexe optische Fläche 10 auf und die zweite Seite weist eine konkave optische Fläche auf. Dadurch hat die zweite Linse eine große Brennweite. Sie ist dafür vorgesehen, einen Strahlversatz und/oder Abbildungsfehler, beispielsweise Abberationen, Astigmatismus schiefer Bündel, Koma, Bildfeldwölbung, Verzeichnung, zu korrigieren.
Die zweite Linse 6 kann einstückig mit einer Anlagefläche 9 ausgeführt und weist eine erste konvexe optische Fläche 10 und eine Übergangsfläche 12 und die Anlagefläche 9 auf. Die Übergangsfläche ist radial zwischen der optischen Fläche und der Anlagefläche angeordnet. Die Übergangsfläche stückweise konkav ausgebildet. Die Anlagefläche ist als Planfläche ausgebildet, die senkrecht zur optischen Achse liegt. Die Anlagefläche liegt an der ersten Linse an. In einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels ist die Anlagefläche der Form, d.h. der Kontur, der ersten Linse im anliegenden Bereich, angepasst.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel. Das Objektiv umfasst einen zwischen zwei Linsen angeordneten Abstandshalter 17. Der Abstandshalter weist einen Hohlzylinderabschnitt 19 und einseitig eine Einstülpung 20 auf. Diese schließt sich einstückig an den Hohlzylinderabschnitt an. Der Abstandshalter ist also aus einem Stück gefertigt. Die Einstülpung weist innen eine Blendenöffnung 21 auf, die als Schneide ausgebildet ist.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel. Dargestellt ist die Linsenanordnung 2 eines erfindungsgemäßen Objektivs mit dem Strahlengang. Das Objektiv umfasst eine erste Linse 5 eine zweite Linse 6 und eine dritte Linse 13 und eine vierte Linse 14. Die erste Linse ist aus einem Glas hergestellt. Die erste Linse ist eine bikonvexe sphärische Linse, d.h. sie weist zwei gegenüberliegende sphärische optische Flächen auf. Die zweite Linse 6 ist aus einem Kunststoff hergestellt. Das Objektiv weist eine optische Achse 3 auf. Die optische Achse liegt in z-Richtung. Außerdem ist noch ein Filter 25 vorgesehen, der das Signallicht vom Umgebungslicht trennt. Vorgesehen ist eine Blende 18, die zwischen der dritten und der vierten Linse angeordnet ist.
Die zweite Linse weist eine erste Seite 7 und eine zweite Seite 8 auf. Die zweite Seite liegt der ersten Seite gegenüber. Die erste Seite weist eine konvexe optische Fläche 10 auf und die zweite Seite weist eine konkave optische Fläche 11 auf. Dadurch hat die zweite Linse eine große Brennweite im Vergleich zur ersten Linse. Sie ist dafür vorgesehen, einen Strahlversatz und/oder Abbildungsfehler, beispielsweise Abberationen, Astigmatismus schiefer Bündel, Koma, Bildfeldwölbung, Verzeichnung, zu korrigieren. Die konvexe optische Fläche 10 und/oder die konkave optische Fläche 11 können vorteilhaft als asphärische Flächen ausgebildet sein.
Die zweite Linse 6 ist einstückig mit einer Anlagefläche 9 ausgeführt und weist eine erste konvexe optische Fläche 10 und eine Übergangsfläche 12 und die Anlagefläche 9 auf. Die Übergangsfläche ist radial zwischen der optischen Fläche und der Anlagefläche angeordnet. Die Übergangsfläche stückweise konkav ausgebildet. Die Anlagefläche ist als Planfläche ausgebildet, die senkrecht zur optischen Achse 3 liegt. Die Anlagefläche liegt an der ersten Linse an. In einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels ist die Anlagefläche der Form, d.h. der Kontur, der ersten Linse im anliegenden Bereich, angepasst.
Die dritte Linse 13 ist als Sammellinse mit zwei asphärischen optischen Flächen ausgebildet. Sie ist aus einem Kunststoff hergestellt. Die vierte Linse 16 ist als Zerstreuungslinse mit zwei gegenüberliegenden asphärischen optischen Flächen ausgebildet. Sie ist also eine biasphärische Linse. Sie ist aus einem Kunststoff hergestellt. In einer Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels ist die vierte Linse aus Glas hergestellt. In weiteren Abwandlungen dieses Ausführungsbeispiels ist die vierte Linse mit einer asphärischen und einer spärischen Fläche bzw. mit zwei spärischen Flächen ausgebildet.
4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel. Dargestellt ist die Linsenanordnung 2 eines erfindungsgemäßen Objektivs mit dem Strahlengang. Das Objektiv umfasst eine erste Linse 5 eine zweite Linse 6 und eine dritte Linse 13 und eine vierte Linse 14. Die erste Linse ist aus einem Glas hergestellt. Die erste Linse ist eine bikonvexe sphärische Linse, d.h. sie weist zwei gegenüberliegende sphärische optische Flächen auf. Die zweite Linse 6 ist aus einem Kunststoff hergestellt. Das Objektiv weist eine optische Achse 3 auf. Die optische Achse liegt in z-Richtung. Außerdem ist noch ein Filter 25 vorgesehen, der das Signallicht vom Umgebungslicht trennt. Vorgesehen ist eine Blende 18, die zwischen der ersten und der dritten Linse angeordnet ist.
Die zweite Linse 6 ist als biasphärische Sammellinse ausgebildet.
Die dritte Linse 13 ist aus einem Kunststoff hergestellt. Die vierte Linse 16 ist als Zerstreuungslinse ausgebildet. Sie ist aus einem Kunststoff hergestellt. Die außenliegende Fläche, d.h. die am weitesten in -z-Richtung liegende optische Fläche der vierten Linse ist als asphärische Fläche ausgebildet. Die gegenüberliegende optische Fläche der vierten Linse ist als sphärische Fläche ausgebildet und weist eine stärkere Krümmung auf als die außenliegende Fläche.
In einer Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels ist die vierte Linse aus Glas hergestellt. In weiteren Abwandlungen dieses Ausführungsbeispiels ist die vierte Linse mit einer asphärischen und einer sphärischen Fläche bzw. mit zwei sphärischen Flächen ausgebildet. In einer weiteren Abwandlung ist die außenliegende Fläche, d.h. die am weitesten in -z-Richtung liegende optische Fläche der vierten Linse als Planfläche ausgebildet.
5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel. Dargestellt ist die Linsenanordnung 2 eines erfindungsgemäßen Objektivs mit dem Strahlengang. Das Objektiv umfasst eine erste Linse 5 eine zweite Linse 6 und eine dritte Linse 13. Die erste Linse ist aus einem Glas hergestellt. Die erste Linse ist eine bikonvexe sphärische Linse, d.h. sie weist zwei gegenüberliegende sphärische optische Flächen auf. In einer Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels ist eine der optischen Flächen der ersten Linse als Planfläche ausgebildet.
Die zweite Linse 6 ist aus einem Kunststoff hergestellt. Die zweite Linse ist als biasphärische Sammellinse ausgeführt. In einer Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels ist die auf der ersten Seite angeordnete optische Fläche, d.h. die der ersten Linse zugewandte Fläche, als sphärische Fläche ausgeführt. In einer weiteren Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels ist die auf der zweiten Seite angeordnete optische Fläche, d.h. die der ersten Linse abgewandte Fläche, als sphärische Fläche ausgeführt. Das Objektiv weist eine optische Achse 3 auf. Die optische Achse liegt in z-Richtung. Außerdem ist noch ein Filter 25 vorgesehen, der das Signallicht vom Umgebungslicht trennt. Vorgesehen ist eine Blende 18, die zwischen der ersten und der dritten Linse angeordnet ist.
Die dritte Linse 13 ist aus einem Kunststoff hergestellt. Sie ist als Zerstreuungslinse ausgebildet. Die außenliegende Fläche, d.h. die am weitesten in -z-Richtung liegende optische Fläche der dritten Linse ist als asphärische Fläche ausgebildet. Die gegenüberliegende optische Fläche der dritten Linse ist ebenfalls als asphärische Fläche ausgebildet und weist eine stärkere Krümmung auf als die außenliegende Fläche.
In einer Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels ist die dritte Linse aus Glas hergestellt. In weiteren Abwandlungen dieses Ausführungsbeispiels ist die dritte Linse mit einer asphärischen und einer sphärischen Fläche bzw. mit zwei sphärischen Flächen ausgebildet. In einer weiteren Abwandlung ist die außenliegende Fläche, d.h. die am weitesten in -z-Richtung liegende optische Fläche der vierten Linse als Planfläche ausgebildet.
6 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel. Dargestellt ist die Linsenanordnung 2 eines erfindungsgemäßen Objektivs mit dem Strahlengang. Das Objektiv umfasst eine erste Linse 5 eine zweite Linse 6 und eine dritte Linse 13 und eine vierte Linse 14 und eine fünfte Linse 15. Die erste Linse ist aus einem Glas hergestellt. Die erste Linse ist eine bikonvexe sphärische Linse, d.h. sie weist zwei gegenüberliegende sphärische optische Flächen auf. Die zweite Linse 6 ist aus einem Kunststoff hergestellt. Das Objektiv weist eine optische Achse 3 auf. Die optische Achse liegt in z-Richtung. Außerdem ist noch ein Filter 25 vorgesehen, der das Signallicht vom Umgebungslicht trennt. Vorgesehen ist eine Blende 18, die zwischen der ersten und der vierten Linse angeordnet ist.
Die zweite Linse 6 ist als biasphärische Linse ausgebildet.
Die dritte Linse 13 ist aus einem Glas hergestellt. Sie ist zwischen der ersten Linse und der zweiten Linse angeordnet und als bisphärische Linse, d.h. mit zwei gegenüberliegenden sphärischen optischen Flächen, ausgebildet. Die vierte Linse 16 ist als bisphärische Zerstreuungslinse ausgebildet. Sie ist aus einem Glas hergestellt. Die fünfte Linse 15 ist aus einem Glas hergestellt und als bisphärische Linse ausgebildet.
7 zeigt ein erfindungsgemäßes Messsystem. Das Messsystem 26 umfasst ein Senderobjektiv 29, ein Empfängerobjektiv 30, eine Lichtquelle 27 und einen Matrixsensor 28. Die Lichtquelle beleuchtet ein oder mehrere Objekte 31 mit einem Senderlicht 32. Der Matrixsensor detektiert die Laufzeit des zurückgeworfenen Lichts 33.
Bezugszeichenliste

1.: Objektiv
2.: Linsenanordnung mit Strahlengang
3.: Optische Achse
4.: Lichtstrahl
5.: Erste Linse
6.: Zweite Linse
7.: Erste Seite
8.: Zweite Seite
9.: Anlagefläche
10.: Konvexe optische Fläche
11.: Konkave optische Fläche
12.: Übergangsfläche
13.: Dritte Linse
14.: Vierte Linse
15.: Fünfte Linse
16.: Erster Abstandshalter (spacer)
17.: Zweiter Abstandshalter (spacer)
18.: Blende
19.: Hohlzylinderabschnitt
20.: Einstülpung
21.: Schneide, Blende
22.: Träger, Fassung
23.: Einschraubring
24.: Vorschraubring
25.: Filter
26.: Messsystem
27.: Lichtquelle
28.: Matrixsensor
29.: Senderobjektiv
30.: Empfängerobjektiv
31.: Objekt
32.: Senderlicht
33.: Zurückgeworfenes Licht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2017180277 [0002]
CN 205829628 U [0003]
WO 2017164989 [0004]
WO 2016204844 [0005]
US 2016161600 [0006]
WO 2015189024 [0007]
WO 2015189025 [0008]
WO 2015126471 [0009]
US 2007181810 [0010]

Claims

Verwendung eines Objektivs (1) mit einer festen Brennweite F für ein Messsystem zu wenigstens einer Laufzeitdetektion wenigstens eines Lichtstrahls (4), wobei das Objektiv wenigstens eine erste Linse (5) eine zweite Linse (6) und eine dritte Linse (13) umfasst, wobei die erste Linse aus einem Glas hergestellt ist und die zweite Linse aus einem Kunststoff hergestellt ist.
Objektiv (1) mit einer festen Brennweite F, umfassend wenigstens eine erste Linse (5) eine zweite Linse (6) und eine dritte Linse (13), wobei die erste Linse aus einem Glas hergestellt ist und die zweite Linse aus einem Kunststoff hergestellt ist.
Objektiv oder Verwendung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv eine fotografische Lichtstärke von wenigstens 1:1,3 aufweist.
Objektiv oder Verwendung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv in der horizontalen Achse ein Sichtfeld von 50°-160° aufweist und/oder dass das Objektiv in der vertikalen Achse ein Sichtfeld von 1°-70° aufweist.
Objektiv oder Verwendung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv ein asymmetrisches Sichtfeld aufweist.
Objektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv unterschiedliche Brennweiten entlang der horizontalen und vertikalen Achse aufweist und/oder dass das Objektiv unterschiedliche Vergrößerungen entlang der horizontalen und vertikalen Achse aufweist.
Objektiv oder Verwendung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv genau fünf Linsen umfasst, oder dass das Objektiv genau vier Linsen umfasst oder dass das Objektiv genau drei Linsen umfasst.
Objektiv oder Verwendung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Linse aus einem zweiten Kunststoff hergestellt ist.
Objektiv oder Verwendung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Linse aus einem zweiten Glas hergestellt ist und dass die erste Linse als Zylinderlinse mit einem ersten wirksamen Hauptschnitt ausgebildet ist und die dritte Linse als Zylinderlinse mit einem dritten wirksamen Hauptschnitt ausgebildet ist und dritte wirksame Hauptschnitt senkrecht zu dem ersten wirksamen Hauptschnitt angeordnet ist.
Objektiv oder Verwendung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Linsen außer der ersten Linse aus je einem Kunststoff hergestellt sind und/oder dass die erste Linse im Strahlengang zwischen der zweiten und der dritten Linse angeordnet ist.
Objektiv oder Verwendung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linse eine sphärische Linse ist und/oder dass die zweite Linse eine asphärische Linse ist.
Objektiv oder Verwendung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Linse eine axial astigmatische Linse, beispielsweise eine torische Linse, ist.
Objektiv oder Verwendung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv einen zwischen zwei Linsen angeordneten Abstandshalter (17) umfasst und dass der Abstandshalter einen Hohlzylinderabschnitt (19) und einseitig eine Einstülpung (20) aufweist und dass die Einstülpung innen eine Blendenöffnung (21) aufweist.
Objektiv oder Verwendung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv eine Bildpunktgröße, eine Modulations-Transfer-Funktion und eine Verzeichnung in der Bildebene aufweist und dass die Brennweite des Objektivs und/oder eine der optischen Eigenschaften Bildpunktgröße, Modulations-Transfer- Funktion, Bildgröße, Verzeichnung in der Bildebene bei einer ersten Wellenlänge über einen Temperaturbereich ohne den Einsatz von aktiven Komponenten unabhängig von der Temperatur sind.
Objektiv oder Verwendung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine passive Athermalisierung der Brennweite des Objektivs und/oder einer der optischen Eigenschaften Bildpunktgröße, Modulations-Transfer- Funktion, Bildgröße, Verzeichnung in der Bildebene über einen Temperaturbereich durch a. den Einsatz unterschiedlicher Linsenmaterialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und temperaturabhängigen Brechzahlen erreicht wird und/oder b. den Einsatz von Abstandshaltern (16, 17) aus unterschiedlicher Materialen mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten realisiert wird.
Objektiv oder Verwendung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Abstandshalter (16) aus einem ersten Abstandshaltermaterial zwischen der ersten Linse (5) und der zweiten Linse (6) oder der dritten Linse (13) angeordnet ist und/oder dass ein zweiter Abstandshalter (17) aus einem zweiten Abstandshaltermaterial zwischen der dritten Linse (13) und der vierten Linse (14) angeordnet ist und dass die thermische Ausdehnung der Linsen und Abstandshalter sowie die temperaturabhängige Brechzahländerungen der Linsen so auf einander abgestimmt sind, dass eine passive Athermalisierung der Brennweite des Objektivs und/oder einer der optischen Eigenschaften Bildpunktgröße, Modulations-Transfer- Funktion, Bildgröße, Verzeichnung in der Bildebene erreicht wird.
Objektiv oder Verwendung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv als Projektionsobjektiv betreibbar ist und/oder dass das Objektiv als Abbildungsobjektiv betreibbar ist.
Objektiv oder Verwendung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Linse (6) eine erste Seite (7) und eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite (8) aufweist und die erste Seite eine konvexe optische Fläche (10) aufweist und die zweite Seite eine konkave optische Fläche (11) aufweist und/oder dass die Brennweite der zweite Linse größer als 1 m ist.
Objektiv oder Verwendung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die zweite Linse einstückig mit einer Anlagefläche (9) ausgeführt ist und die zweite Linse wenigstens eine erste konvexe optische Fläche (10) und eine Übergangsfläche (12) und die Anlagefläche aufweist, wobei die Übergangsfläche zwischen der optischen Fläche und der Anlagefläche angeordnet ist und die Übergangsfläche wenigstens stückweise konkav ausgebildet ist und a. die Anlagefläche als Planfläche ausgebildet ist oder b. die Anlagefläche an die Anlagefläche an der ersten Linse anliegt und an die Form der ersten Linse angepasst ist.
Objektiv oder Verwendung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv genau eine Anzahl n von Linsen umfasst und dass wenigstens n-1 Linsen einen gleichen Außendurchmesser aufweisen und dass wenigstens die n-1 Linsen gemeinsam in einer zylindrischen Ausnehmung eines Trägers (22), beispielsweise in einem Rohr, angeordnet sind und/oder dass alle Linsen des Objektivs einen gleichen Außendurchmesser aufweisen und gemeinsam in einer zylindrischen Ausnehmung eines Trägers, beispielsweise in einem Rohr, angeordnet sind.
Objektiv oder Verwendung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv ein Bandpassfilter zur Trennung des Signallichtes der Lichtquelle vom Umgebungslicht, insbesondere vom Tageslicht, umfasst.
Objektiv oder Verwendung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linse eine erste Brechkraft aufweist und jede weitere Linse eine weitere Brechkraft aufweist und der Betrag der ersten Brechkraft größer ist als der Betrag jeder weiteren Brechkraft jeder weiteren Linse.
Objektiv oder Verwendung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linse eine Sammellinse ist und die dritte Linse und/oder die vierte Linse eine Zerstreuungslinse ist.
Messsystem (26), umfassend wenigstens ein Objektiv (29, 30) nach einem der vorgenannten Ansprüche, wenigstens eine Lichtquelle (27) und wenigstens einen Matrixsensor (28).
Messsystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle eine Laserstrahlquelle oder eine LED ist und dass die Lichtquelle gepulst betrieben wird und dass die Pulslänge zwischen 1ns und 1ms beträgt.
Messsystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Matrixsensor ein SPAD Array ist und/oder dass die Lichtquelle ein VCSEL Array oder ein LED Array ist.
Messsystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle mehrere lichtemittierende Elemente umfasst, die unabhängig voneinander betreibbar sind und dass wenigstens zwei der lichtemittierenden Elemente zu verschiedenen Zeitpunkten Lichtpulse aussenden.
Messsystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv eine Bildpunktgröße, eine Modulations-Transfer-Funktion und eine Verzeichnung in der Bildebene aufweist und dass das Licht der Lichtquelle eine erste monotone Abhängigkeit λ(T) der Wellenlänge von der Temperatur aufweist und dass die Brennweite und/oder eine der optischen Eigenschaften Bildpunktgröße, Modulations-Transfer-Funktion, Verzeichnung des Objektivs je zwei zweite monotone Abhängigkeiten f2(T,λ) von der Temperatur bei gleichbleibender Wellenlänge sowie von der Wellenlänge bei gleichbleibender Temperatur aufweisen, und dass sich die ersten und zweiten monotonen Abhängigkeiten bei einer Temperaturänderung jeweils gegenseitig passiv kompensieren, so dass f2(T, λ(T))= const. ist.
Messsystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, wenigstens nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die passive Kompensation der ersten und zweiten monotonen Abhängigkeiten durch den Einsatz a. unterschiedlicher Linsenmaterialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, unterschiedlichen temperaturabhängigen Brechzahlen und unterschiedlichen wellenlängenabhängigen Brechzahlen und/oder b. unterschiedlicher Materialen von Abstandshaltern mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten realisiert wird.
Messsystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, wenigstens nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die passive Kompensation der ersten und zweiten monotonen Abhängigkeiten in einem Temperaturbereich von -40°C bis + 125°C erfolgt.