WO2017005653A1 - Detector unit for an optical sensor device - Google Patents

Detector unit for an optical sensor device Download PDF

Info

Publication number
WO2017005653A1
WO2017005653A1 PCT/EP2016/065581 EP2016065581W WO2017005653A1 WO 2017005653 A1 WO2017005653 A1 WO 2017005653A1 EP 2016065581 W EP2016065581 W EP 2016065581W WO 2017005653 A1 WO2017005653 A1 WO 2017005653A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical
detector
sensor device
detector unit
optical sensor
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/065581
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Lin Lin
Peter Horvath
Original Assignee
Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh filed Critical Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh
Publication of WO2017005653A1 publication Critical patent/WO2017005653A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4816Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone

Definitions

  • the invention relates to a detector unit for an optical sensor device, for detecting at least one optical received signal, with an optical
  • the invention also relates to an optical sensor device with such a detector unit and to a motor vehicle with such a detector unit or such an optical sensor device.
  • optical sensor devices are known in which surfaces or bodies in a vicinity of the sensor device and thus of the motor vehicle are swept line or raster-like with a light beam in order to measure the respective surfaces or bodies, to process and / or to produce an image. This can be done, for example, in a laser scanning device by a laser light beam.
  • Laser scanning devices are also known as “laser scanners” or as “lidars”. In these sensor devices come accordingly both transmitting units and
  • Detector units are used. In conventional detector units, lights which are mostly reflected by the surroundings are directed to detection elements with individual pixels, for example so-called avalanche or avalanche photodiodes. These individual pixels or pixels usually also absorb light, for example sunlight, from other directions.
  • DE 10 2012 101 460 A1 discloses a lidar sensor for a
  • the sensor has several components
  • Reception areas each associated with a detector.
  • a detector unit according to the invention for an optical sensor device is designed to detect at least one optical received signal.
  • the optical sensor device may be an active optical sensor device in which a transmission signal is emitted into an environment of the sensor device and a reflection of this transmission signal as a received signal by the detector unit of the optical sensor device detected and finally, for example by the
  • Detector unit or a computing unit is evaluated.
  • Such an optical sensor device may be a light scanning device, in particular a laser scanning device or a laser scanner.
  • the detector unit in this case comprises an optical collimation element for collimating the at least one optical received signal and a detection element for detecting the collimated optical received signal.
  • the detection element is at least partially, so partially or completely, arranged in a focal plane of the Kollimationsiatas. Collimating can also be used here as bundling or focusing the optical
  • Detection element at least two detector surfaces with pixel fields, which are also known as "pixel arrays.” In each pixel of the pixel fields, a signal is individually detectable here
  • the detector surfaces are at least partially, ie partially or completely, not parallel to one another.
  • the detector surfaces can thus be tilted against each other, for example.
  • the pixel fields each have a plurality of pixels or pixels, in each of which an optical signal, for example the optical received signal, is converted into an electrical signal.
  • the detector unit or the optical sensor device with the detector unit which then includes, for example, a corresponding transmitter unit, can be designed such that each pixel can only receive signals from a very small solid angle range and thus convert it into an electrical signal.
  • a noise which, for example, a scattered light of a further optical reception signal or caused by other lights such as sunlight avoided.
  • a low signal-to-noise ratio is achieved.
  • the demands on the optical collimation element decrease due to the differently oriented detector surfaces.
  • the detector surfaces may comprise a particularly large number of pixels in order to realize a high resolution and yet be arranged in each case in the focal plane of the collimation element.
  • the focal plane of the Kollimations may also be curved.
  • Such a curvature is an effect which, as is known, becomes visible, for example in the case of converging lenses, when a light strikes the lens at a very large angle of incidence with respect to solder on a principal plane of the respective lens.
  • an optical received signal can be imaged sharply and correspondingly high-resolution onto the respective pixels of the detector surfaces. Due to the different orientation of the
  • Detector surfaces can thus collimation errors at least partially, so be compensated in whole or in part. It can be achieved in one direction, for example in a horizontal direction, a particularly high resolution by multiple detector surfaces can be strung together.
  • the detector surfaces each have non-curved flat surfaces (or are not curved flat surfaces), which are tilted against each other.
  • a non-curved flat surface lies completely in a plane which is spanned by two vectors, which are mathematically independent of each other, ie non-parallel.
  • the detection sides of the detector surfaces facing the optical collimator element enclose an angle in a predetermined plane which is smaller than 180 °.
  • the flat surfaces are thus non-parallel surfaces.
  • the predetermined plane can stand in particular perpendicular to the two surfaces.
  • Total detector area forms, which has no gaps. Accordingly, the at least one optical received signal from the surroundings of the detector unit can thus be detected without gaps, without requiring complex optical constructions.
  • Detector surfaces have normal vectors, which in the horizontal plane all parallel to each other. Accordingly, then the detector surfaces only in one plane, here the horizontal plane, inclined to each other. This has the advantage that the at least one optical received signal can be detected from a particularly large angular range in the horizontal plane.
  • the collimating element comprises at least two optical lenses, whose main optical planes lie in planes not parallel to one another, wherein in each case one detector surface is arranged in a focal plane of the respective associated optical lens.
  • the inclination (or angle) of the principal planes to each other corresponds to the inclination (or angle) of the detector surfaces to each other.
  • the collimation element has only one main optical plane or only mutually parallel extending main optical planes.
  • the collimation element here can have only one optical lens or a plurality of optical lenses with main planes parallel to one another.
  • the detection element with the differently oriented detector surfaces is particularly advantageous because so inevitably in a large
  • Incident angle of the optical signal received on the Kollimationselement occurring effects which manifest themselves in a curvature of the focal plane are compensated particularly effective, thus, even at a large angle of incidence, which is associated with a large detection range, by the Kollimationselement an accurate collimation of the optical received signal to the respective detection element take place.
  • a high resolution is achieved. From the high resolution, as described above, a favorable signal-to-noise ratio is derived, since with a plurality of pixels with a small receiving range (also known as field of view, FOV) less noise is detected by each pixel.
  • FOV field of view
  • the detector surfaces are arranged at least partially or partially in the focal plane of the Kollimationsiatas.
  • the focal plane can here just in an edge region, in which at a large angle of incidence of the optical reception signal, the optical received signal is collimated, be curved.
  • the detector surfaces can therefore be arranged at least partially in a curved region of the focal plane of the collimation element.
  • a curved region of the focal plane is to be understood here in particular as the region of the focal plane in which the curvature is no longer negligible without an optical error being greater than a predefined limit value. This has the advantage that through the
  • a large detection range for the detector unit is achieved.
  • the optical errors for example a blur or a curvature of the focal plane, are particularly pronounced, so that the different orientation of the detector surfaces is particularly advantageous here.
  • Detector unit comprises three or more detector surfaces and adjacent detector surfaces are each oriented at a predetermined angle to each other. Two detector surfaces are considered adjacent here if they are nearest neighbors. They can also be adjacent or abut. They then in particular each include an angle, the predetermined angle.
  • the predetermined angle is in particular between 130 ° and 150 °, preferably 140 °. If the detector surfaces are understood as oriented surfaces, angular amounts of between 210 ° and 230 ° are, in addition to the stated angular amounts, depending on the definition of the associated angles
  • the detection area may cover a vertical angle of 12 °.
  • Detector surfaces are two-dimensional pixel fields.
  • they may be non-square pixel fields which have more than one pixel in a vertical direction which is perpendicular to the horizontal plane and a multiple of the pixels of the vertical direction in a horizontal direction perpendicular to the vertical direction in the horizontal plane.
  • the multiple does not have to be an integer multiple here.
  • the detector surfaces may each have 400 pixels or pixels in the horizontal direction and 120 pixels or pixels in the vertical direction.
  • a spatial resolution of 0.1 ° x 0.1 ° can be achieved. This has the advantage that a particularly high resolution is achieved. Due to the fact that the detector surfaces are oriented differently, the respective pixel fields can, however, at least partially in one
  • Burning plane of the Kollimations may be arranged so that an accurate
  • Kollimationselement received signals from a horizontal angle range of 90 ° or more, in particular of less than 150 ° to the focal plane of the
  • Optical reception signals from an angular range of 120 ° may be collimated onto the focal plane of the collimation element.
  • optical reception signals from a predetermined vertical angle range for example an angle range between 10 ° and 20 °, preferably 12 °, can also be collimated by the collimation element onto the focal plane of the collimation element. This has the advantage of being a great one
  • the invention also relates to an optical sensor device with a detector unit according to one of the preceding claims.
  • the advantages arise accordingly.
  • the optical sensor device also has a transmitting unit.
  • the transmitting unit comprises for emitting at least one transmission signal at least two independently activatable transmitting elements, which are each associated with the detector elements. The from an environment of the optical sensor device.
  • Sending elements are serially exclusively activated, so that arrives in different detector units or different pixels of the detector units at the same time always only the respective transmission signal corresponding received signal or corresponding part of the received signal. This is a "crosstalk", which by overshooting the different transmission signals in different
  • SNR signal-to-noise ratio
  • the transmitting units are each designed to emit a respective associated transmission signal in a horizontal angle range of 40 ° or less.
  • the optical sensor device can here in particular comprise three or more transmission units.
  • the invention also relates to a motor vehicle with a detector unit according to one of the described embodiments or with an optical sensor device as described in the last paragraphs.
  • Fig. 1 is a schematic perspective view of a first exemplary
  • Embodiment of a detector unit Embodiment of a detector unit.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of an exemplary embodiment of a detector unit 1.
  • the detector unit 1 comprises an optical collimation element 2 and a detection element 3.
  • the detection element 3 comprises several, in the present case three, detector surfaces 4a, 4b, 4c. These detector surfaces 4a, 4b, 4c are embodied here as flat and rectangular and comprise a multiplicity of
  • Pixels or pixels arranged in the form of pixel fields are not shown here for reasons of clarity.
  • the present three detector surfaces 4a, 4b, 4c are all perpendicular to a horizontal plane, which corresponds to the x-z plane in the drawing.
  • the planes are in each case tilted by a predetermined angle a, which in the example shown is 120 °.
  • the respective adjacent detector surfaces 4a, 4b; 4b, 4c thus each include the predetermined angle ⁇ .
  • Detector surfaces 4a, 4b, 4c in another embodiment, which is not shown to be spaced apart.
  • the detector surfaces 4a, 4b, 4c are then in a respective plane, which intersects with the plane of the respectively adjacent detector surface 4a, 4b, 4c at the predetermined angle ⁇ .
  • the collimating element 2 in the present case comprises a single lens 5, which is also arranged with its main plane perpendicular to the horizontal plane.
  • several light bundles 6a, 6b and 6c are also drawn. These have the form of vertical light bands in the selected representation, which are each parallel to the
  • Each of the three vertical light bundles 6a, 6b, 6c is in the present case with light of a different wavelength, in particular laser light of a respective one predetermined, of the other light beams 6a, 6b, 6c different wavelength shown and executed.
  • the vertical light bundles 6a, 6b, 6c thereby encounter the collimating element 2 at a respective angle of incidence ⁇ .
  • the angle of incidence ⁇ is defined as the angle between a perpendicular L on the main plane of the collimating lens 5 and the respective light beam of the light beam 6a, 6b, 6c.
  • the angle of incidence ⁇ for the two light bundles 6a and 6c is identical and is 40 °.
  • the middle light beam 6b strikes the lens 5 exactly perpendicularly, ie at an angle of .beta. Equal to 0.degree.
  • the light beams 6a, 6b, 6c in the present case comprise the at least one optical received signal.
  • the optical received signal may also be only individual rays of the illustrated light bundles 6a, 6b, 6c.
  • the illustrated light bundles 6a, 6b, 6c can also be a temporally integrated representation of the respective optical signals received at different times. At one time, only one light beam of the respective light beam 6a, 6b, 6c would then be present.
  • the optical signals which are symbolized here by the light bundles 6a to 6c, are imaged by the lens 5 as a collimating element 2 onto a focal plane 7 of the collimation element 2.
  • This focal plane 7 is curved in the example shown. Due to the different orientations of the detector surfaces 4a, 4b, 4c, which are also visualized by the respective associated normal vectors 8a, 8b, 8c, one or more optical received signals can be detected by the detector unit 1 from a large area of an environment 9 of the detector unit 1 , Since the respective detector surfaces 4a, 4b, 4c are arranged in the focal plane 7, and moreover have a multiplicity of pixels in the pixel fields, a particularly high resolution can thus be achieved.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

The invention relates to a detector unit (1) for an optical sensor device for detecting at least one received optical signal, comprising an optical collimation element (2) for collimating the at least one received optical signal and comprising a detection element (3) for detecting the received collimated optical signal. The detection element (3) is arranged on a focal plane (7) of the collimation element (2) in at least some regions, and the detection element (3) has at least two detector surfaces (4a, 4b, 4c) with pixel fields. The detector surfaces (4a, 4b, 4c) are oriented differently at least in some regions in order to achieve a large detection region with a high resolution while simultaneously having a low signal-to-noise ratio for an optical sensor device.

Description

Detektoreinheit für eine optische Sensorvorrichtung  Detector unit for an optical sensor device
Die Erfindung betrifft eine Detektoreinheit für eine optische Sensorvorrichtung, zum Detektieren zumindest eines optischen Empfangssignals, mit einem optischen The invention relates to a detector unit for an optical sensor device, for detecting at least one optical received signal, with an optical
Kollimationselement zum Kollimieren des zumindest einen optischen Empfangssignals und mit einem Detektionselement zum Detektieren des kollimierten optischen A collimation element for collimating the at least one received optical signal and a detection element for detecting the collimated optical
Empfangssignals, wobei das Detektionselement zumindest bereichsweise in einer Brennebene des Kollimationselementes angeordnet ist. Die Erfindung betrifft auch eine optische Sensorvorrichtung mit einer solchen Detektoreinheit sowie einen Kraftwagen mit einer solchen Detektoreinheit oder solch einer optischen Sensorvorrichtung. Receiving signal, wherein the detection element is disposed at least partially in a focal plane of the Kollimationselementes. The invention also relates to an optical sensor device with such a detector unit and to a motor vehicle with such a detector unit or such an optical sensor device.
In modernen Kraftwagen finden eine Vielzahl von unterschiedlichen Sensorvorrichtungen Verwendung. Gerade optische Sensorvorrichtungen sind hier weit verbreitet. Dabei sind optische Sensorvorrichtungen bekannt, bei welchen Oberflächen oder Körper in einer Umgebung der Sensorvorrichtung und damit des Kraftwagens mit einem Lichtstrahl zeilen- oder rasterartig überstrichen werden, um die jeweiligen Oberflächen oder Körper zu vermessen, zu bearbeiten und/oder ein Bild zu erzeugen. Dies kann beispielsweise bei einer Laserabtastvorrichtung durch einen Laserlichtstrahl erfolgen. Derartige In modern motor vehicles, a variety of different sensor devices are used. Straight optical sensor devices are widely used here. In this case, optical sensor devices are known in which surfaces or bodies in a vicinity of the sensor device and thus of the motor vehicle are swept line or raster-like with a light beam in order to measure the respective surfaces or bodies, to process and / or to produce an image. This can be done, for example, in a laser scanning device by a laser light beam. such
Laserabtastvorrichtungen sind auch als„Laserscanner" oder als„Lidar" bekannt. In diesen Sensorvorrichtungen kommen entsprechend sowohl Sendeeinheiten als auch Laser scanning devices are also known as "laser scanners" or as "lidars". In these sensor devices come accordingly both transmitting units and
Detektoreinheiten zum Einsatz. In üblichen Detektoreinheiten werden zumeist von der Umgebung reflektierte Lichter auf Detektionselemente mit einzelnen Bildpunkten, beispielsweise sogenannten Avalanche- oder Lawinen-Photodioden gelenkt. Diese einzelnen Bildpunkte oder Pixel nehmen dabei meist auch Licht, beispielsweise ein Sonnenlicht, aus anderen Richtungen auf. Detector units are used. In conventional detector units, lights which are mostly reflected by the surroundings are directed to detection elements with individual pixels, for example so-called avalanche or avalanche photodiodes. These individual pixels or pixels usually also absorb light, for example sunlight, from other directions.
So offenbart die DE 10 2012 101 460 A1 einen Lidar-Sensor für ein Thus, DE 10 2012 101 460 A1 discloses a lidar sensor for a
Fahrerassistenzsystem eines Kraftwagens. Dabei weist der Sensor mehrere Driver assistance system of a motor vehicle. The sensor has several
Empfangsbereiche auf, denen jeweils ein Detektor zugeordnet ist. Reception areas, each associated with a detector.
Es ergibt sich die Aufgabe, für eine optische Sensorvorrichtung einen großen This results in the task of a large optical sensor device
Erfassungsbereich mit einer hohen Auflösung bei gleichzeitig niedrigem Signal-zu- Rauschverhältnis zu erreichen. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Figuren. Reach detection range with a high resolution and low signal-to-noise ratio. This object is solved by the subject matter of the independent claim. Advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims, the description and the figures.
Eine erfindungsgemäße Detektoreinheit für eine optische Sensorvorrichtung ist zum Detektieren zumindest eines optischen Empfangssignals ausgelegt. Bei der optischen Sensorvorrichtung kann es sich um eine aktive optische Sensorvorrichtung handeln, bei welcher ein Sendesignal in eine Umgebung der Sensorvorrichtung abgestrahlt wird und eine Reflexion dieses Sendesignals als Empfangssignal durch die Detektoreinheit der optischen Sensorvorrichtung detektiert und schließlich, beispielsweise durch die A detector unit according to the invention for an optical sensor device is designed to detect at least one optical received signal. The optical sensor device may be an active optical sensor device in which a transmission signal is emitted into an environment of the sensor device and a reflection of this transmission signal as a received signal by the detector unit of the optical sensor device detected and finally, for example by the
Detektoreinheit oder eine Recheneinheit, ausgewertet wird. Bei solch einer optischen Sensorvorrichtung kann es sich um eine Lichtabtastvorrichtung, insbesondere eine Laser- Abtastvorrichtung oder einen Laserscanner handeln. Die Detektoreinheit umfasst dabei ein optisches Kollimationselement zum Kollimieren des zumindest einen optischen Empfangssignals und ein Detektionselement zum Detektieren des kollimierten optischen Empfangssignals. Dabei ist das Detektionselement zumindest bereichsweise, also bereichsweise oder ganz, in einer Brennebene des Kollimationselementes angeordnet. Das Kollimieren kann hier auch als Bündeln oder Fokussieren des optischen Detector unit or a computing unit is evaluated. Such an optical sensor device may be a light scanning device, in particular a laser scanning device or a laser scanner. The detector unit in this case comprises an optical collimation element for collimating the at least one optical received signal and a detection element for detecting the collimated optical received signal. In this case, the detection element is at least partially, so partially or completely, arranged in a focal plane of the Kollimationselementes. Collimating can also be used here as bundling or focusing the optical
Empfangssignals verstanden werden. Receive signal to be understood.
Um einen großen Erfassungsbereich für die Detektoreinheit bei hoher Auflösung und gleichzeitig niedrigem Signal-zu-Rauschverhältnis zu realisieren, weist das In order to realize a large detection range for the detector unit with high resolution and at the same time low signal-to-noise ratio, this has
Detektionselement zumindest zwei Detektorflächen mit Bildpunktfeldern, welche auch als „Pixel-Arrays" bekannt sind, auf. In jedem Bildpunkt der Bildpunktfelder ist ein Signal hier einzeln detektierbar. Dabei sind die Detektorflächen zumindest bereichsweise Detection element at least two detector surfaces with pixel fields, which are also known as "pixel arrays." In each pixel of the pixel fields, a signal is individually detectable here
unterschiedlich orientiert. Somit sind Normalenvektoren der Detektorflächen zumindest teilweise, also teilweise oder sämtlich, nicht parallel zueinander. Die Detektorflächen können also beispielsweise gegeneinander verkippt sein. Die Bildpunktfelder weisen dabei jeweils eine Vielzahl von Bildpunkten oder Pixeln auf, in welchen jeweils ein optisches Signal, beispielsweise das optische Empfangssignal, in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. oriented differently. Thus, normal vectors of the detector surfaces are at least partially, ie partially or completely, not parallel to one another. The detector surfaces can thus be tilted against each other, for example. The pixel fields each have a plurality of pixels or pixels, in each of which an optical signal, for example the optical received signal, is converted into an electrical signal.
Das hat den Vorteil, dass die Detektoreinheit oder die optische Sensorvorrichtung mit der Detektoreinheit, welche dann beispielsweise eine entsprechende Sendeeinheit mit umfasst, derart ausgelegt werden kann, dass jeder Bildpunkt nur Signale aus einem sehr kleinen Raumwinkelbereich empfangen und damit in ein elektrisches Signal umwandeln kann. Dadurch wird ein Rauschen, welches beispielsweise über ein Streulicht eines weiteren optischen Empfangssignals oder durch andere Lichter wie Sonnenlicht hervorgerufen wird, vermieden. Entsprechend wird ein niedriges Signal-zu- Rauschverhältnis erreicht. Zugleich sinken durch die bereichsweise unterschiedlich orientierten Detektorflächen die Anforderungen an das optische Kollimationselement. So können die Detektorflächen besonders viele Bildpunkte umfassen, damit eine große Auflösung realisieren und dennoch jeweils in der Brennebene des Kollimationselementes angeordnet sein. Dabei kann die Brennebene des Kollimationselementes auch gewölbt sein. Eine derartige Wölbung ist ein Effekt, welcher bekanntermaßen beispielsweise bei Sammellinsen sichtbar wird, wenn unter einem sehr großen Einfallswinkel in Bezug auf Lot auf eine Hauptebene der jeweiligen Linse ein Licht auf die Linse trifft. Somit kann durch ein einfaches und kostengünstiges optisches Kollimationselement ein optisches Empfangssignal scharf und entsprechend hoch aufgelöst auf die jeweiligen Bildpunkte der Detektorflächen abgebildet werden. Durch die unterschiedliche Orientierung der This has the advantage that the detector unit or the optical sensor device with the detector unit, which then includes, for example, a corresponding transmitter unit, can be designed such that each pixel can only receive signals from a very small solid angle range and thus convert it into an electrical signal. As a result, a noise, which, for example, a scattered light of a further optical reception signal or caused by other lights such as sunlight avoided. Accordingly, a low signal-to-noise ratio is achieved. At the same time, the demands on the optical collimation element decrease due to the differently oriented detector surfaces. Thus, the detector surfaces may comprise a particularly large number of pixels in order to realize a high resolution and yet be arranged in each case in the focal plane of the collimation element. In this case, the focal plane of the Kollimationselementes also be curved. Such a curvature is an effect which, as is known, becomes visible, for example in the case of converging lenses, when a light strikes the lens at a very large angle of incidence with respect to solder on a principal plane of the respective lens. Thus, by means of a simple and cost-effective optical collimation element, an optical received signal can be imaged sharply and correspondingly high-resolution onto the respective pixels of the detector surfaces. Due to the different orientation of the
Detektorflächen können also Kollimationsfehler zumindest teilweise, also ganz oder teilweise, ausgeglichen werden. Es kann so in einer Richtung, beispielsweise in einer Horizontalrichtung, eine besonders hohe Auflösung erreicht werden, indem mehrere Detektorflächen aneinander gereiht werden können. Detector surfaces can thus collimation errors at least partially, so be compensated in whole or in part. It can be achieved in one direction, for example in a horizontal direction, a particularly high resolution by multiple detector surfaces can be strung together.
In der erfindungsgemäßen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Detektorflächen jeweils nicht gewölbte ebene Flächen aufweisen (oder nicht gewölbte ebenen Flächen sind), welche gegeneinander verkippt sind. Eine nicht gewölbte ebene Fläche liegt vollständig in einer Ebene, welche von zwei Vektoren aufgespannt wird, welche im mathematischen Sinne unabhängig voneinander, also nicht-parallel, sind. Dabei schließen die dem optischen Kollimatorelement zugewandten Detektionsseiten der Detektorflächen in einer vorgegebenen Ebene einen Winkel ein, welcher kleiner als 180°ist. Die ebenen Flächen sind also nicht-parallele Flächen. Die vorgegebene Ebene kann dabei insbesondere senkrecht auf den beiden Flächen stehen. Das hat den Vorteil, dass sich so auf besonders einfache und kostengünstige Weise die unterschiedliche Orientierung der Detektorflächen realisieren lässt. Insbesondere können die Detektorflächen dabei aneinander angrenzen. Das hat den Vorteil, dass die Detektorflächen eine In the embodiment according to the invention it is provided that the detector surfaces each have non-curved flat surfaces (or are not curved flat surfaces), which are tilted against each other. A non-curved flat surface lies completely in a plane which is spanned by two vectors, which are mathematically independent of each other, ie non-parallel. In this case, the detection sides of the detector surfaces facing the optical collimator element enclose an angle in a predetermined plane which is smaller than 180 °. The flat surfaces are thus non-parallel surfaces. The predetermined plane can stand in particular perpendicular to the two surfaces. This has the advantage that the different orientation of the detector surfaces can be realized in a particularly simple and cost-effective manner. In particular, the detector surfaces can adjoin one another in this case. This has the advantage that the detector surfaces a
Gesamtdetektorfläche bildet, welche keine Lücken aufweist. Entsprechend kann so das zumindest eine optische Empfangssignal aus der Umgebung der Detektoreinheit ohne Lücken detektiert werden, ohne dass dabei aufwändige optische Konstruktionen erforderlich sind. Total detector area forms, which has no gaps. Accordingly, the at least one optical received signal from the surroundings of the detector unit can thus be detected without gaps, without requiring complex optical constructions.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die In a particularly advantageous embodiment, it is provided that the
Detektorflächen Normalvektoren haben, welche in der Horizontalebene alle parallel zueinander verlaufen. Entsprechend sind dann die Detektorflächen nur in einer Ebene, hier der Horizontalebene, zueinander geneigt. Das hat den Vorteil, dass das zumindest eine optische Empfangssignal aus einem besonders großen Winkelbereich in der Horizontalebene detektiert werden kann. Detector surfaces have normal vectors, which in the horizontal plane all parallel to each other. Accordingly, then the detector surfaces only in one plane, here the horizontal plane, inclined to each other. This has the advantage that the at least one optical received signal can be detected from a particularly large angular range in the horizontal plane.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Kollimationselement zumindest zwei optische Linsen umfasst, deren optische Hauptebenen in zueinander nicht-parallelen Ebenen liegen, wobei jeweils eine Detektorfläche in einer Brennebene der jeweils zugeordneten optischen Linse angeordnet ist. Es entsprechen also die Neigung (oder der Winkel) der Hauptebenen zueinander der Neigung (oder dem Winkel) der Detektorflächen zueinander. Das hat den Vorteil, dass die Detektorflächen jeweils in einem Bereich der Brennebenen angeordnet werden können, welcher besonders eben oder flach, also nicht gewölbt ist. Damit kann eine besonders große optische Qualität und damit eine besonders hohe Auflösung erreicht werden. Es bleiben trotz geringer In another embodiment, it is provided that the collimating element comprises at least two optical lenses, whose main optical planes lie in planes not parallel to one another, wherein in each case one detector surface is arranged in a focal plane of the respective associated optical lens. Thus, the inclination (or angle) of the principal planes to each other corresponds to the inclination (or angle) of the detector surfaces to each other. This has the advantage that the detector surfaces can each be arranged in a region of the focal planes, which is particularly flat or flat, that is not curved. This allows a particularly high optical quality and thus a particularly high resolution can be achieved. It remains despite less
Anforderungen an die optischen Linsen die oben beschriebenen Vorteile des großen Erfassungsbereiches und niedrigen Signal-zu-Rauschverhältnisses bei hoher Auflösung erhalten. Requirements for the optical lenses obtained the above-described advantages of the large detection range and low signal-to-noise ratio at high resolution.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Kollimationselement nur eine optische Hauptebene oder nur zueinander parallele verlaufende optische Hauptebenen aufweist. Insbesondere kann das Kollimationselement hier nur eine optische Linse oder eine Mehrzahl von optischen Linsen mit parallel zueinander stehenden Hauptebenen aufweisen. Gerade hier ist das Detektionselement mit den unterschiedlich orientierten Detektorflächen besonders vorteilhaft, da so die zwangsläufig bei einem großen In a further embodiment, it is provided that the collimation element has only one main optical plane or only mutually parallel extending main optical planes. In particular, the collimation element here can have only one optical lens or a plurality of optical lenses with main planes parallel to one another. Just here, the detection element with the differently oriented detector surfaces is particularly advantageous because so inevitably in a large
Einfallswinkel des optischen Empfangssignals auf das Kollimationselement auftretenden Effekte, welche sich in einer Wölbung der Brennebene äußern, besonders wirksam kompensiert werden, somit kann auch bei einem großen Einfallswinkel, welcher mit einem großen Erfassungsbereich einhergeht, durch das Kollimationselement eine genaue Kollimierung des optischen Empfangssignals auf das jeweilige Detektionselement erfolgen. Somit wird eine hohe Auflösung erreicht. Aus der hohen Auflösung leitet sich, wie eingangs beschrieben, ein günstiges Signal-zu-Rauschverhältnis ab, da bei einer Mehrzahl von Pixeln mit einem kleinen Empfangsbereich (auch Field of View, FOV) durch jeden Bildpunkt weniger Rauschen detektiert wird. Incident angle of the optical signal received on the Kollimationselement occurring effects, which manifest themselves in a curvature of the focal plane are compensated particularly effective, thus, even at a large angle of incidence, which is associated with a large detection range, by the Kollimationselement an accurate collimation of the optical received signal to the respective detection element take place. Thus, a high resolution is achieved. From the high resolution, as described above, a favorable signal-to-noise ratio is derived, since with a plurality of pixels with a small receiving range (also known as field of view, FOV) less noise is detected by each pixel.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Detektorflächen zumindest bereichsweise oder teilweise in der Brennebene des Kollimationselementes angeordnet sind. Die Brennebene kann hier gerade in einem Randbereich, in welchem bei einem großen Einfallswinkel des optischen Empfangssignals das optische Empfangssignal kollimiert wird, gewölbt sein. Die Detektorflächen können also zumindest teilweise in einem gewölbten Bereich der Brennebene des Kollimationselementes angeordnet sein. Unter einem gewölbten Bereich der Brennebene ist hier insbesondere der Bereich der Brennebene zu verstehen, in welchem die Wölbung nicht mehr vernachlässigbar ist, ohne dass ein optischer Fehler größer ist als ein vorgegebener Grenzwert. Das hat den Vorteil, dass durch die It can be provided that the detector surfaces are arranged at least partially or partially in the focal plane of the Kollimationselementes. The focal plane can here just in an edge region, in which at a large angle of incidence of the optical reception signal, the optical received signal is collimated, be curved. The detector surfaces can therefore be arranged at least partially in a curved region of the focal plane of the collimation element. A curved region of the focal plane is to be understood here in particular as the region of the focal plane in which the curvature is no longer negligible without an optical error being greater than a predefined limit value. This has the advantage that through the
Anordnung der Detektorflächen zumindest teilweise in der gewölbten Brennebene kann ein großer Erfassungsbereich für die Detektoreinheit erreicht wird. Gerade bei den für einen großen Erfassungsbereich typischen großen Einfallswinkeln sind nämlich die optischen Fehler, beispielsweise eine Unschärfe oder eine Wölbung der Brennebene besonders ausgeprägt, so dass hier die unterschiedliche Orientierung der Detektorflächen besonders vorteilhaft ist. Arrangement of the detector surfaces at least partially in the curved focal plane, a large detection range for the detector unit is achieved. Especially in the case of the large angles of incidence typical for a large detection range, the optical errors, for example a blur or a curvature of the focal plane, are particularly pronounced, so that the different orientation of the detector surfaces is particularly advantageous here.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die In a particularly preferred embodiment it is provided that the
Detektoreinheit drei oder mehr Detektorflächen umfasst und benachbarte Detektorflächen jeweils in einem vorgegebenen Winkel zueinander orientiert sind. Zwei Detektorflächen sind hier als benachbart anzusehen, wenn sie nächste Nachbarn sind. Dabei können sie auch aneinander angrenzen oder anstoßen. Sie schließen dann insbesondere jeweils einen Winkel ein, den vorgegebenen Winkel. Der vorgegebene Winkel beträgt dabei insbesondere zwischen 130° und 150° bevorzugt 140° . Werden die Detektorflächen als orientierte Flächen verstanden, so sind zu den genannten Winkelbeträgen je nach Definition der zugehörigen Winkel Winkelbeträge von zwischen 210°und 230° Detector unit comprises three or more detector surfaces and adjacent detector surfaces are each oriented at a predetermined angle to each other. Two detector surfaces are considered adjacent here if they are nearest neighbors. They can also be adjacent or abut. They then in particular each include an angle, the predetermined angle. The predetermined angle is in particular between 130 ° and 150 °, preferably 140 °. If the detector surfaces are understood as oriented surfaces, angular amounts of between 210 ° and 230 ° are, in addition to the stated angular amounts, depending on the definition of the associated angles
insbesondere 220° äquivalent. Das hat den Vorteil, dass bereits mit drei Detektorflächen ein Erfassungsbereich erreicht werden kann, welcher 120°in einer Ebene, beispielsweise der Horizontalebene, umschließt. Somit werden die hohe Auflösung und das niedrige Signal-zu-Rauschverhältnis für ein Drittel einer Gesamtumgebung gleichzeitig realisiert. In einer zur horizontalen Ebene senkrechten Vertikalebene kann dabei beispielsweise der Erfassungsbereich einen vertikalen Winkel von 12°ü berdecken. in particular 220 ° equivalent. This has the advantage that even with three detector surfaces a detection range can be achieved, which encloses 120 ° in a plane, for example, the horizontal plane. Thus, the high resolution and the low signal-to-noise ratio are realized simultaneously for one-third of an overall environment. For example, in a vertical plane perpendicular to the horizontal plane, the detection area may cover a vertical angle of 12 °.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Bildpunktfelder der In a further embodiment it is provided that the pixel fields of the
Detektorflächen zweidimensionale Bildpunktfelder sind. Insbesondere können sie nichtquadratische Bildpunktfelder sein, welche in einer Vertikalrichtung, welche senkrecht zur Horizontalebene verläuft, mehr als einen Bildpunkt aufweisen und in einer senkrecht zur Vertikalrichtung verlaufenden Horizontalrichtung in der Horizontalebene ein Vielfaches der Bildpunkte der Vertikalrichtung. Das Vielfache muss hier kein ganzzahliges Vielfaches sein. Beispielsweise können die Detektorflächen so jeweils 400 Bildpunkte oder Pixel in der Horizontalrichtung und 120 Bildpunkte oder Pixel in der Vertikalrichtung aufweisen. Damit lässt sich beispielsweise in dem zuletzt genannten Beispiel mit einem horizontalen Erfassungswinkel von 120° und einen vertikalen Erfa ssungswinkel von 12°eine räumliche Auflösung von 0,1 °x 0,1 °erreichen. Das hat den Vo rteil, dass eine besonders hohe Auflösung erreicht wird. Dadurch dass die Detektorflächen unterschiedlich orientiert sind, können die jeweiligen Bildpunktfelder jedoch zumindest bereichsweise in einer Detector surfaces are two-dimensional pixel fields. In particular, they may be non-square pixel fields which have more than one pixel in a vertical direction which is perpendicular to the horizontal plane and a multiple of the pixels of the vertical direction in a horizontal direction perpendicular to the vertical direction in the horizontal plane. The multiple does not have to be an integer multiple here. For example, the detector surfaces may each have 400 pixels or pixels in the horizontal direction and 120 pixels or pixels in the vertical direction. Thus, for example, in the last-mentioned example with a horizontal detection angle of 120 ° and a vertical detection angle of 12 °, a spatial resolution of 0.1 ° x 0.1 ° can be achieved. This has the advantage that a particularly high resolution is achieved. Due to the fact that the detector surfaces are oriented differently, the respective pixel fields can, however, at least partially in one
Brennebene des Kollimationselementes angeordnet sein, so dass eine genaue Burning plane of the Kollimationselementes be arranged so that an accurate
Kollimierung erfolgt und diese hohe Auflösung auch tatsächlich realisiert ist. Collimation takes place and this high resolution is actually realized.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass durch das In a further advantageous embodiment it is provided that by the
Kollimationselement Empfangssignale aus einem horizontalen Winkelbereich von 90° oder mehr, insbesondere dabei von weniger als 150° auf die Brennebene des Kollimationselement received signals from a horizontal angle range of 90 ° or more, in particular of less than 150 ° to the focal plane of the
Kollimationselementes kollimierbar sind. Bevorzugt sind dabei optische Empfangssignale aus einem Winkelbereich von 120° auf die Brennebene des Kollimationselementes kollimierbar. Überdies können zusätzlich auch optische Empfangssignale aus einem vorgegebenen vertikalen Winkelbereich, beispielsweise einem Winkelbereich zwischen 10° und 20° bevorzugt 12° durch das Kollimationse lement auf die Brennebene des Kollimationselementes kollimierbar sein. Das hat den Vorteil, dass ein großer Kollimationselementes are collimated. Optical reception signals from an angular range of 120 ° may be collimated onto the focal plane of the collimation element. In addition, optical reception signals from a predetermined vertical angle range, for example an angle range between 10 ° and 20 °, preferably 12 °, can also be collimated by the collimation element onto the focal plane of the collimation element. This has the advantage of being a great one
Erfassungsbereich realisiert ist. Detection area is realized.
Die Erfindung betrifft auch eine optische Sensorvorrichtung mit einer Detektoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Die Vorteile ergeben sich entsprechend. The invention also relates to an optical sensor device with a detector unit according to one of the preceding claims. The advantages arise accordingly.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der optischen Sensorvorrichtung ist dabei vorgesehen, dass die optische Sensorvorrichtung auch eine Sendeeinheit aufweist. Die Sendeeinheit umfasst dabei zum Ausstrahlen zumindest eines Sendesignals zumindest zwei unabhängig voneinander aktivierbare Sendeelemente, welche jeweils den Detektorelementen zugeordnet sind. Die von einer Umgebung der optischen In a particularly advantageous embodiment of the optical sensor device, it is provided that the optical sensor device also has a transmitting unit. The transmitting unit comprises for emitting at least one transmission signal at least two independently activatable transmitting elements, which are each associated with the detector elements. The from an environment of the optical
Sensorvorrichtung zur Detektoreinheit hin reflektierten Anteile des Sendesignals sind dabei Teil des Empfangssignals oder bilden das Empfangssignal. Das hat den Vorteil, dass ein besonders niedriges Signal-zu-Rauschverhältnis erreicht wird, da die Sensor device to the detector unit towards reflected portions of the transmission signal are part of the received signal or form the received signal. This has the advantage that a particularly low signal-to-noise ratio is achieved because the
Sendeelemente seriell jeweils ausschließlich aktivierbar sind, so dass in unterschiedlichen Detektoreinheiten oder unterschiedlichen Bildpunkten der Detektoreinheiten gleichzeitig immer nur das dem jeweiligen Sendesignal entsprechende Empfangssignal oder entsprechende Teil des Empfangssignals eintrifft. Damit wird ein„Übersprechen", welches durch ein Überstrahlen der unterschiedlichen Sendesignale in unterschiedliche Sending elements are serially exclusively activated, so that arrives in different detector units or different pixels of the detector units at the same time always only the respective transmission signal corresponding received signal or corresponding part of the received signal. This is a "crosstalk", which by overshooting the different transmission signals in different
Detektoreinheiten beziehungsweise unterschiedliche Bildpunkte der Detektoreinheiten hinein verursacht wird, unterbunden. Entsprechend ist das Signal-zu-Rauschverhältnis (signal-to-noise-ratio, SNR) verbessert. Detector units or different pixels of the detector units caused in, prevented. Accordingly, the signal-to-noise ratio (SNR) is improved.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der optischen Sensorvorrichtung ist vorgesehen, dass die Sendeeinheiten jeweils ausgelegt sind, ein jeweiliges zugeordnetes Sendesignal in einen horizontalen Winkelbereich von 40° oder weniger abzustrahlen. Die optische Sensorvorrichtung kann hier um insbesondere drei oder mehr Sendeeinheiten umfassen. Es kann also mit jedem der zugeordneten Sendesignale die Umgebung der optischen Sensorvorrichtung in einem horizontalen Winkelbereich von 40°oder weniger abgetastet werden. Die Anzahl der Sendeeinheiten entspricht dabei bevorzugt der Anzahl der Detektoreinheiten. Gerade durch drei Sendeeinheiten kann aufwandsarm ein großer Erfassungsbereich mit einem Erfassungswinkel von beispielsweise 3x40 =120° abgetastet oder erfasst werden. Bei mehr Sendeeinheiten kann ein geringerer In a further advantageous embodiment of the optical sensor device is provided that the transmitting units are each designed to emit a respective associated transmission signal in a horizontal angle range of 40 ° or less. The optical sensor device can here in particular comprise three or more transmission units. Thus, with each of the associated transmit signals, the surroundings of the optical sensor device can be scanned in a horizontal angle range of 40 ° or less. The number of transmitting units preferably corresponds to the number of detector units. Just by three transmission units, a large detection range with a detection angle of, for example, 3x40 = 120 ° can be scanned or detected with little effort. With more transmitting units, a lesser
horizontaler Winkelbereich an pro Sendeeinheit vorgesehen sein. Damit ergibt sich der Vorteil, dass auch mehr den Sendesignalen zugeordnete Detektoreinheiten zur horizontal angle range to be provided per pro unit. This results in the advantage that more detector units associated with the transmission signals for
Verwendung kommen können, welche dann beispielsweise nochmals genauer in der gewölbten Brennebene des Kollimationselementes angeordnet werden können. Use can come, which can then be arranged, for example, again in more detail in the curved focal plane of the Kollimationselementes.
Die Erfindung betrifft auch einen Kraftwagen mit einer Detektoreinheit nach einem der beschriebenen Ausführungsformen oder mit einer optischen Sensorvorrichtung wie sie in den letzten Absätzen beschrieben wurde. The invention also relates to a motor vehicle with a detector unit according to one of the described embodiments or with an optical sensor device as described in the last paragraphs.
Mit den Angaben Horizontalrichtung und Vertikalrichtung sind die bei With the information horizontal direction and vertical direction are the at
bestimmungsgemäßem Gebrauch und bestimmungsgemäßem Anordnen der intended use and intended arrangement of the
Detektoreinheit beziehungsweise der optischen Sensorvorrichtung und bei einem dann vor der Detektoreinheit beziehungsweise der optischen Sensorvorrichtung stehenden und in Richtung von Detektoreinheit beziehungsweise optischer Sensorvorrichtung blickenden Beobachter gegebenen Positionen und Orientierungen angegeben. Specified in the detector unit or the optical sensor device and at a given before the detector unit or the optical sensor device and in the direction of the detector unit or optical sensor device views given observer positions and orientations.
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 oder in Alleinstellung 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 somit auch Aus- führungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten abhängigen oder unabhängigen Anspruchs aufweisen. The features and feature combinations mentioned above in the description, as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures, can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the frame to leave the invention. 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. There are thus also It should be understood, however, that it is intended that these terms and combinations of features and features be considered to be disclosed that do not share all features of an original formulated dependent or independent claim.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt: An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a schematic drawing. Showing:
Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht einer ersten beispielhaften Fig. 1 is a schematic perspective view of a first exemplary
Ausführungsform einer Detektoreinheit.  Embodiment of a detector unit.
In der Figur werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen In the figure, the same or functionally identical elements with the same
Bezugszeichen versehen. Provided with reference numerals.
In Fig. 1 ist eine schematische Perspektivansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Detektoreinheit 1 dargestellt. Die Detektoreinheit 1 umfasst dabei ein optisches Kollimationselement 2 und ein Detektionselement 3. Das Detektionselement 3 umfasst mehrere, vorliegend drei, Detektorflächen 4a, 4b, 4c. Diese Detektorflächen 4a, 4b, 4c sind vorliegend eben und rechteckig ausgeführt und umfassen eine Vielzahl von FIG. 1 shows a schematic perspective view of an exemplary embodiment of a detector unit 1. In this case, the detector unit 1 comprises an optical collimation element 2 and a detection element 3. The detection element 3 comprises several, in the present case three, detector surfaces 4a, 4b, 4c. These detector surfaces 4a, 4b, 4c are embodied here as flat and rectangular and comprise a multiplicity of
Bildpunkten oder Pixeln die in Form von Bildpunktfeldern angeordnet sind. Diese Pixel oder Bildpunkte sind vorliegend aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet. Pixels or pixels arranged in the form of pixel fields. These pixels or pixels are not shown here for reasons of clarity.
Die vorliegend drei Detektorflächen 4a, 4b, 4c stehen sämtlich senkrecht auf einer Horizontalebene, welche in der Zeichnung der x-z-Ebene entspricht. Die Ebenen sind dabei vorliegend jeweils um einen vorgegebenen Winkel a, welcher im gezeigten Beispiel 120°beträgt, verkippt. Die jeweiligen benachbarten Detektorflächen 4a, 4b; 4b, 4c schließen somit jeweils den vorgegebenen Winkel α ein. Dabei können die The present three detector surfaces 4a, 4b, 4c are all perpendicular to a horizontal plane, which corresponds to the x-z plane in the drawing. In this case, the planes are in each case tilted by a predetermined angle a, which in the example shown is 120 °. The respective adjacent detector surfaces 4a, 4b; 4b, 4c thus each include the predetermined angle α. The can
Detektorflächen 4a, 4b, 4c auch in einer anderen Ausführungsform, welche nicht dargestellt ist, voneinander beabstandet sein. In diesem Fall liegen die Detektorflächen 4a, 4b, 4c dann in einer jeweiligen Ebene, welche sich mit der Ebene der jeweils benachbarten Detektorfläche 4a, 4b, 4c unter dem vorgegebenen Winkel α schneidet. Detector surfaces 4a, 4b, 4c in another embodiment, which is not shown to be spaced apart. In this case, the detector surfaces 4a, 4b, 4c are then in a respective plane, which intersects with the plane of the respectively adjacent detector surface 4a, 4b, 4c at the predetermined angle α.
Das Kollimationselement 2 umfasst vorliegend eine einzige Linse 5, welche mit ihrer Hauptebene ebenfalls senkrecht zur Horizontalebene angeordnet ist. Eingezeichnet sind vorliegend auch mehrere Lichtbündel 6a, 6b und 6c. Diese haben in der gewählten Darstellung die Form von vertikalen Lichtbändern, welche sich jeweils parallel zur The collimating element 2 in the present case comprises a single lens 5, which is also arranged with its main plane perpendicular to the horizontal plane. In the present case, several light bundles 6a, 6b and 6c are also drawn. These have the form of vertical light bands in the selected representation, which are each parallel to the
Horizontalebene in der Vertikalen, also senkrecht zur Horizontalebene, nebeneinander angeordnet, erstrecken. Jedes der drei vertikalen Lichtbündel 6a, 6b, 6c, ist vorliegend mit Licht einer unterschiedlichen Wellenlänge, insbesondere Laserlicht einer jeweiligen vorgegebenen, von den anderen Lichtbündeln 6a, 6b, 6c unterschiedlichen Wellenlänge umfassend dargestellt und ausgeführt. Die vertikalen Lichtbündel 6a, 6b, 6c, treffen dabei auf das Kollimationselement 2 unter einem jeweiligen Einfallwinkel ß ein. Der Einfallwinkel ß ist dabei als der Winkel zwischen einem Lot L auf die Hauptebene der Kollimationslinse 5 und dem jeweiligen Lichtstrahl des Lichtbündels 6a, 6b, 6c definiert. Vorliegend ist der Einfallwinkel ß für die beiden Lichtbündel 6a und 6c identisch und beträgt 40°. Der mittlere Lichtstrahl 6b trifft im gezeigten Beispiel genau senkrecht, also unter einem Winkel von ß gleich 0°auf die Linse 5 auf. Die Lichtstrahlen 6a , 6b, 6c, umfassen vorliegend das zumindest eine optische Empfangssignal. Bei dem optischen Empfangssignal kann es sich jedoch auch nur um einzelne Strahlen der dargestellten Lichtbündel 6a, 6b, 6c handeln. Die dargestellten Lichtbündel 6a, 6b, 6c können auch eine zeitlich aufintegrierte Darstellung der jeweiligen, zu unterschiedlichen Zeitpunkten empfangenen optischen Signale sein. Zu einem Zeitpunkt wäre dann nur jeweils ein Lichtstrahl des jeweiligen Lichtbündels 6a, 6b, 6c vorhanden. Horizontal plane in the vertical, ie perpendicular to the horizontal plane, arranged side by side, extend. Each of the three vertical light bundles 6a, 6b, 6c is in the present case with light of a different wavelength, in particular laser light of a respective one predetermined, of the other light beams 6a, 6b, 6c different wavelength shown and executed. The vertical light bundles 6a, 6b, 6c, thereby encounter the collimating element 2 at a respective angle of incidence β. The angle of incidence β is defined as the angle between a perpendicular L on the main plane of the collimating lens 5 and the respective light beam of the light beam 6a, 6b, 6c. In the present case, the angle of incidence β for the two light bundles 6a and 6c is identical and is 40 °. In the example shown, the middle light beam 6b strikes the lens 5 exactly perpendicularly, ie at an angle of .beta. Equal to 0.degree. The light beams 6a, 6b, 6c, in the present case comprise the at least one optical received signal. However, the optical received signal may also be only individual rays of the illustrated light bundles 6a, 6b, 6c. The illustrated light bundles 6a, 6b, 6c can also be a temporally integrated representation of the respective optical signals received at different times. At one time, only one light beam of the respective light beam 6a, 6b, 6c would then be present.
Die optischen Signale, welche hier durch die Lichtbündel 6a bis 6c symbolisiert dargestellt sind, werden durch die Linse 5 als Kollimationselement 2 auf eine Brennebene 7 des Kollimationselementes 2 abgebildet. Diese Brennebene 7 ist im gezeigten Beispiel gewölbt. Durch die unterschiedlichen Orientierungen der Detektorflächen 4a, 4b, 4c, welche auch durch die jeweiligen zugehörigen Normalenvektoren 8a, 8b, 8c visualisiert sind, kann so durch die Detektoreinheit 1 eines oder mehrere optische Empfangssignale aus einem großen Bereich einer Umgebung 9 der Detektoreinheit 1 detektiert werden. Da die jeweiligen Detektorflächen 4a, 4b, 4c in der Brennebene 7 angeordnet sind, und überdies noch eine Vielzahl von Bildpunkten in den Bildpunktfeldern aufweisen, kann so eine besonders hohe Auflösung erreicht werden. Gerade durch das Anordnen der Detektorflächen 4a, 4b, 4c in der Brennebene 7 des Kollimationselementes 2 wird auch die maximale Auflösung durch eine scharfe Abbildung und genaue Kollimation tatsächlich realisiert und Streueffekte, welche das Detektieren des optischen Empfangssignals beeinflussen, werden vermieden. Dies kann noch verstärkt werden, indem beispielsweise eine Sendeeinheit eingesetzt wird, welche zeitgleich beispielsweise nur einzelne The optical signals, which are symbolized here by the light bundles 6a to 6c, are imaged by the lens 5 as a collimating element 2 onto a focal plane 7 of the collimation element 2. This focal plane 7 is curved in the example shown. Due to the different orientations of the detector surfaces 4a, 4b, 4c, which are also visualized by the respective associated normal vectors 8a, 8b, 8c, one or more optical received signals can be detected by the detector unit 1 from a large area of an environment 9 of the detector unit 1 , Since the respective detector surfaces 4a, 4b, 4c are arranged in the focal plane 7, and moreover have a multiplicity of pixels in the pixel fields, a particularly high resolution can thus be achieved. Even by arranging the detector surfaces 4a, 4b, 4c in the focal plane 7 of the collimating element 2, the maximum resolution is actually realized by a sharp image and accurate collimation and scattering effects which affect the detection of the optical received signal are avoided. This can be further enhanced by using, for example, a transmitting unit which, for example, only individual ones at the same time
Lichtstrahlen der jeweiligen in Vertikalrichtung senkrecht zur Horizontalebene Light rays of the respective vertical direction perpendicular to the horizontal plane
übereinander angeordneten Lichtstrahlen, welche die Lichtbündel 6a, 6b, 6c, bilden abstrahlt. Damit wird vermieden, dass durch ein optisches Empfangssignal mehrere Bildpunkte der Detektorflächen 4a, 4b, 4c zeitgleich aktiviert werden. superimposed light beams, which form the light beams 6a, 6b, 6c, emit. This avoids that several pixels of the detector surfaces 4a, 4b, 4c are activated at the same time by an optical received signal.

Claims

Patentansprüche claims
1 . Detektoreinheit (1 ) für eine optische Sensorvorrichtung, zum Detektieren zumindest eines optischen Empfangssignals, mit 1 . Detector unit (1) for an optical sensor device, for detecting at least one optical received signal, with
- einem optischen Kollimationselement (2) zum Kollimieren des zumindest einen optischen Empfangssignals und mit  - An optical collimating element (2) for collimating the at least one optical received signal and with
- einem Detektionselement (3) zum Detektieren des kollimierten optischen  - A detection element (3) for detecting the collimated optical
Empfangssignals, wobei das Detektionselement (3) zumindest bereichsweise in einer Brennebene (7) des Kollimationselementes (2) angeordnet ist  Receiving signal, wherein the detection element (3) at least partially in a focal plane (7) of the Kollimationselementes (2) is arranged
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Detektionselement (3) zumindest zwei Detektorflächen (4a, 4b, 4c) mit  the detection element (3) at least two detector surfaces (4a, 4b, 4c) with
Bildpunkt-Feldern aufweist, wobei die Detektorflächen (4a, 4b, 4c) zumindest bereichsweise unterschiedlich orientiert sindund jeweils ebene Flächen aufweisen, welche gegeneinander verkippt sind, wobei die dem optischen Kollimatorelement (2) zugewandten Detektionsseiten der Detektorflächen (4a, 4b, 4c) in einem Winkel (a) zueinander angeordnet sind und wobei der Winkel (a) kleiner als 180° ist.  Having pixel areas, wherein the detector surfaces (4a, 4b, 4c) are at least partially oriented differently and each having flat surfaces which are tilted against each other, wherein the optical collimator element (2) facing detection sides of the detector surfaces (4a, 4b, 4c) in an angle (a) are arranged to each other and wherein the angle (a) is smaller than 180 °.
2. Detektoreinheit (1 ) nach Anspruch 1 , 2. detector unit (1) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Kollimationselement (2) zumindest zwei optische Linsen (5a, 5b, 5c) umfasst, deren optische Hauptebenen in zueinander nicht-parallelen Ebenen liegen, wobei jeweils eine Detektorfläche (4a, 4b, 4c) in einer Brennebene der jeweils  the collimating element (2) comprises at least two optical lenses (5a, 5b, 5c) whose principal optical planes lie in planes which are not parallel to one another, wherein in each case one detector surface (4a, 4b, 4c) in a focal plane of the respective
zugeordneten optischen Linse (5a, 5b, 5c) angeordnet ist.  associated optical lens (5a, 5b, 5c) is arranged.
3. Detektoreinheit (1 ) nach Anspruch 1 , 3. detector unit (1) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Kollimationselement (2) nur eine oder nur zueinander parallele optische  the collimating element (2) only one or only mutually parallel optical
Hauptebenen aufweist, insbesondere nur eine optische Linse (5) oder eine  Main planes, in particular only an optical lens (5) or a
Mehrzahl von optischen Linsen mit parallel zueinander stehenden Hauptebenen.  Plurality of optical lenses with parallel principal planes.
4. Detektoreinheit (1 ) nach Anspruch 3, 4. detector unit (1) according to claim 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Detektorflächen (4a, 4b, 4c) jeweils zumindest bereichsweise in der Brennebene des Kollimationselementes (2) angeordnet sind. characterized in that the detector surfaces (4a, 4b, 4c) are each arranged at least in regions in the focal plane of the collimation element (2).
5. Detektoreinheit (1 ) nach Anspruch 3 oder 4, 5. detector unit (1) according to claim 3 or 4,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Detektoreinheit (1 ) drei oder mehr Detektorflächen (4a, 4b, 4c) umfasst und benachbarte Detektorflächen (4a, 4b, 4c) jeweils in einem vorgegeben Winkel (a) zueinander orientiert sind, wobei der Winkel (a) insbesondere zwischen 130° und 150° bevorzugt 140° beträgt.  the detector unit (1) comprises three or more detector surfaces (4a, 4b, 4c) and adjacent detector surfaces (4a, 4b, 4c) each oriented at a predetermined angle (a) to each other, the angle (a) in particular between 130 ° and 150 ° is preferably 140 °.
6. Detektoreinheit (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 6. detector unit (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Bildpunkt-Felder der Detektorflächen (4a, 4b, 4c) zweidimensionale Bildpunkt- Felder sind, insbesondere nicht-quadratische Bildpunkt-Felder, welche in einer Vertikalrichtung mehr als einen Bildpunkt aufweisen und in einer senkrecht zur Vertikalrichtung verlaufenden Horizontalrichtung ein Vielfaches der Bildpunkte der Vertikalrichtung.  the pixel fields of the detector surfaces (4a, 4b, 4c) are two-dimensional pixel fields, in particular non-square pixel fields which have more than one pixel in a vertical direction and a multiple of the pixels of the vertical direction in a horizontal direction perpendicular to the vertical direction ,
7. Detektoreinheit (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 7. Detector unit (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
durch das Kollimationselement (2) Empfangssignale aus einem horizontalen Winkelbereich von 90°oder mehr, insbesondere dabei von weniger als 150° bevorzugt aus einem Winkelbereich von 120° auf die Brennebene (7) des  by the collimation element (2) receiving signals from a horizontal angle range of 90 ° or more, in particular of less than 150 °, preferably from an angular range of 120 ° to the focal plane (7) of the
Kollimationselementes (2) kollimierbar sind.  Kollimationselementes (2) are collimated.
8. Optische Sensorvorrichtung mit einer Detektoreinheit (1 ) nach einem der 8. Optical sensor device with a detector unit (1) according to one of
vorhergehenden Ansprüche.  previous claims.
9. Optische Sensorvorrichtung nach Anspruch 8, 9. An optical sensor device according to claim 8,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die optische Sensorvorrichtung auch eine Sendeeinheit aufweist, und die  the optical sensor device also has a transmitting unit, and the
Sendeeinheit zum Ausstrahlen zumindest eines Sendesignals zumindest zwei unabhängig voneinander aktivierbare Sendeelemente umfasst, wobei die von einer Umgebung (9) der optischen Sensorvorrichtung zur Detektoreinheit (1 ) hin reflektierten Anteile des Sendesignals Teil des Empfangssignals sind oder das Empfangssignal bilden. Transmitting unit for emitting at least one transmission signal comprises at least two independently activatable transmitting elements, wherein from an environment (9) of the optical sensor device to the detector unit (1) out reflected portions of the transmission signal are part of the received signal or form the received signal.
10. Optische Sensorvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, 10. An optical sensor device according to claim 8 or 9,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Sendeeinheiten jeweils ausgelegt sind, ein jeweiliges zugeordnetes Sendesignal in einen horizontalen Winkelbereich von 40° oder we niger abzustrahlen.  the transmitting units are each designed to radiate a respective associated transmission signal in a horizontal angle range of 40 ° or we niger.
1 1 . Kraftwagen mit einer Detektoreinheit (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder mit einer optischen Sensorvorrichtung nach Anspruch 8 bis 10. 1 1. Motor vehicle with a detector unit (1) according to one of claims 1 to 7 or with an optical sensor device according to claims 8 to 10.
PCT/EP2016/065581 2015-07-03 2016-07-01 Detector unit for an optical sensor device WO2017005653A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015110767.8A DE102015110767A1 (en) 2015-07-03 2015-07-03 Detector unit for an optical sensor device
DE102015110767.8 2015-07-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017005653A1 true WO2017005653A1 (en) 2017-01-12

Family

ID=56464177

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2016/065581 WO2017005653A1 (en) 2015-07-03 2016-07-01 Detector unit for an optical sensor device

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102015110767A1 (en)
WO (1) WO2017005653A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018133302A1 (en) 2018-12-21 2020-06-25 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Optical device and optical sensor device with such a device and motor vehicle with such an optical sensor device

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107153199A (en) * 2017-03-23 2017-09-12 深圳市速腾聚创科技有限公司 Laser radar and laser radar control method

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5510273A (en) * 1995-04-03 1996-04-23 Xerox Corporation Process of mounting semiconductor chips in a full-width-array image
US6791072B1 (en) * 2002-05-22 2004-09-14 National Semiconductor Corporation Method and apparatus for forming curved image sensor module
DE102005006922A1 (en) * 2005-02-16 2006-08-24 Conti Temic Microelectronic Gmbh Wide angle object detection sensor for vehicle use has photodiode detectors in a grid of separated stripes on non planar support including processing components
US20100103300A1 (en) * 2008-10-24 2010-04-29 Tenebraex Corporation Systems and methods for high resolution imaging
US20130075849A1 (en) * 2011-09-27 2013-03-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Solid state imaging device, solid state imaging element, portable information terminal device and method for manufacturing the solid state imaging element
DE102012101460A1 (en) 2012-02-23 2013-08-29 Conti Temic Microelectronic Gmbh Detecting device i.e. lidar sensor, for detecting environment object for vehicle, has transmission areas non-overlapped with each other and overlapped with receiving area, and transmitter transmitting radiation to transmission areas
US8836922B1 (en) * 2013-08-20 2014-09-16 Google Inc. Devices and methods for a rotating LIDAR platform with a shared transmit/receive path

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5510273A (en) * 1995-04-03 1996-04-23 Xerox Corporation Process of mounting semiconductor chips in a full-width-array image
US6791072B1 (en) * 2002-05-22 2004-09-14 National Semiconductor Corporation Method and apparatus for forming curved image sensor module
DE102005006922A1 (en) * 2005-02-16 2006-08-24 Conti Temic Microelectronic Gmbh Wide angle object detection sensor for vehicle use has photodiode detectors in a grid of separated stripes on non planar support including processing components
US20100103300A1 (en) * 2008-10-24 2010-04-29 Tenebraex Corporation Systems and methods for high resolution imaging
US20130075849A1 (en) * 2011-09-27 2013-03-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Solid state imaging device, solid state imaging element, portable information terminal device and method for manufacturing the solid state imaging element
DE102012101460A1 (en) 2012-02-23 2013-08-29 Conti Temic Microelectronic Gmbh Detecting device i.e. lidar sensor, for detecting environment object for vehicle, has transmission areas non-overlapped with each other and overlapped with receiving area, and transmitter transmitting radiation to transmission areas
US8836922B1 (en) * 2013-08-20 2014-09-16 Google Inc. Devices and methods for a rotating LIDAR platform with a shared transmit/receive path

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018133302A1 (en) 2018-12-21 2020-06-25 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Optical device and optical sensor device with such a device and motor vehicle with such an optical sensor device

Also Published As

Publication number Publication date
DE102015110767A1 (en) 2017-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3729137B1 (en) Multi-pulse lidar system for multi-dimensional detection of objects
EP3347732B1 (en) Laser scanner for motor vehicles
DE102017107666A1 (en) Optoelectronic sensor and method for detecting an object
DE10217294A1 (en) sensor orientation
DE102015217910A1 (en) Lidar sensor with optical filter
EP1931133A1 (en) Method and device for optical acquisition of a structure
WO2017005653A1 (en) Detector unit for an optical sensor device
DE102019133096A1 (en) Optoelectronic sensor and method for detecting an object
DE102017101791B4 (en) Optoelectronic sensor device for a motor vehicle and motor vehicle
WO2019110206A1 (en) Lidar system for surroundings detection and method for operating a lidar system
EP3349042B1 (en) Surveillance sensor and floor-bound vehicle
DE102018216201A1 (en) Optical arrangement and LIDAR device with such an arrangement
DE102009045553B4 (en) Time of flight measurement system
DE102016118481A1 (en) Scanning unit of an optical transmitting and receiving device of an optical detection device of a vehicle
EP3953735A1 (en) Lidar sensor for optically detecting a field of view and method for driving a lidar sensor
DE102015106595A1 (en) Laser sensor for a motor vehicle with parabolic mirror, driver assistance system and motor vehicle
DE102018212516B4 (en) LIDAR sensor and method for optically capturing a field of view
WO2019001882A1 (en) Optical assembly of a receiver optical system and/or of a transmitter optical system of a scanning lidar system, lidar system, and working device
DE102019106411B4 (en) Laser scanning device and method for three-dimensional measurement of a scene at a great distance
WO2017017126A1 (en) Optical sensor device for a motor vehicle for two-dimensional scanning of an area surrounding the motor vehicle, motor vehicle, and method
DE102022213941A1 (en) LIDAR sensor for optically detecting a field of view and method for optically detecting a field of view
EP4141497A1 (en) Optoelectronic sensor and method for detecting objects in a surveillance area
WO2020187537A1 (en) Lidar system with holographic imaging optics
EP2479534B1 (en) Optoelectronic sensor
EP4045931A1 (en) Multi-pulse lidar system and method for capturing an object in an observed region

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16740978

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16740978

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1