WO2019219970A1

WO2019219970A1 - Objektiv, dessen verwendung zur laufzeitdetektion und messsystem

Info

Publication number: WO2019219970A1
Application number: PCT/EP2019/062964
Authority: WO
Inventors: Hagen SCHWEITZER; Jan Buchwald; Denis ROSENHEINRICH; Joachim Leuschner
Original assignee: Jenoptik Optical Systems Gmbh
Priority date: 2018-05-18
Filing date: 2019-05-20
Publication date: 2019-11-21
Also published as: DE102018112071A1

Abstract

Die Erfindung beinhaltet ein Hybrid-Objektiv mit fester Brennweite, welches insgesamt drei oder vier Linsen aufweist. Wenigstens eine Linse ist eine sphärische Linse aus Glas.Wenigstens eine andere Linse ist aus einem Kunststoff hergestellt. Das Objektiv ist zur Verwendung in einem LIDAR-Messsystem geeignet.

Description

Objektiv, dessen Verwendung zur Laufzeitdetektion und Messsystem

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Objektiv mit einer festen Brennweite insbesondere zur Verwendung in einem Messsystem zu einer Laufzeitdetektion eines Lichtstrahls (LIDAR). LIDAR ist die Abkür- zung für englisch light detection and ranging. LIDAR Objektive arbeiten meist in einem sehr klei- nen Wellenlängenbereich im nahen Infrarot, typischerweise 800-2000 nm Wellenlänge. Zur Be- leuchtung werden oft Laser verwendet. Die Objektive müssen in diesem Fall die geringe Band- breite der Laserquelle sowie einen eventuell auftretenden Drift der Wellenlänge mit der Tempe- ratur 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 zeilen- weise eine Vorspannung (Bias) zu aktivieren.

Aus CN205829628U ist ein LIDAR- System mit einem VCSEL Array und einem SPAD Array be- kannt.

Aus WO2017164989 ist ein integriertes Beleuchtungs-und Detektionssystem für eine LIDAR ba- sierte dreidimensionale Bildaufnahme bekannt. Es wird ein Objektiv mit vier Linsen vorgeschla- gen. Zur Beleuchtung wird eine gepulste Laser- Lichtquelle vorgeschlagen. In einer Ausfüh- rungsform 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 Be- leuchtung 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 ei- nem 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 Be- leuchtung.

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, beispiels- weise 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 Anspruch29 ein Objektiv nach Anspruch 1 und ein Messsystem nach Anspruch 30.

Vorteile der Erfindung

Das Objektiv ist kostengünstig herzustellen und besonders geeignet für LIDAR- Anwendungen. Es kann als Abbildungsobjektiv oder als Projektionsobjektiv auch für andere Anwendungen ge- eignet sein.

Beschreibung

Ein erfindungsgemäßes Objektiv mit einer festen Brennweite F umfasst wenigstens eine erste Linse (5) eine zweite Linse (6) und eine dritte Linse (13). Die erste Linse ist aus einem Glas her- gestellt. Dafür können optische Gläser wie BK7 oder Borsilikatglas verwendet werden. Beson- ders geeignet können hochbrechende Gläser, beispielsweise dichte Flintgläser (SF-Gläser), Lathanum-haltige Flint- oder Krongläser (beispielsweise LaF, LaSF oder LaK Gläser) oder Ba- rium-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 Po- lymer 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 be- zeichnet werden.

Das erfindungsgemäße Objektiv umfasst genau vier Linsen oder genau drei Linsen. Außerdem kann es weitere Elemente, beispielweise Ringblende, Filter, Polarisator etc. umfassen. Gegen- über Objektiven mit mehr als vier Linsen ist das erfindungsgemäße Objektiv billiger herzustel- len. Die erste Linse (5) ist im Strahlengang zwischen der zweiten Linse (6) und der dritten Linse (13) angeordnet. Die erste Linse (5) ist als eine sphärische Linse ausgebildet. Vorteilhaft kann das Objektiv in einer ersten Ausführung derart ausgebildet sein, dass im Strah- lengang nacheinander eine vierte Linse (18), die dritte Linse (13), die erste Linse (5) und die zweite Linse (6) angeordnet sind und zwischen der vierten Linse (18) und der dritten Linse (13) eine Blende (21 ) angeordnet ist. Das Objektiv kann eine optische Abbildung einer Gegen- standsebene in eine Bildebene bewirken. Die Abbildung kann in der ersten Ausführung durch vier Linsen bewirkt werden. Unter einer Blende kann man eine Ebene verstehen, die bezüglich der Bildebene eine Fourierebene darstellt. In dieser Ebene oder in deren Nähe kann vorteilhaft eine körperlich ausgeprägte Öffnung vorgesehen sein, die den Strahlengang begrenzt, bei- spielsweise eine Ringblende oder die objektseitige Eintrittsapertur der dritten Linse. Die ange- gebene Reihenfolge der Linsen kann man so verstehen, dass die vierte Linse objektseitig ange- ordnet ist, gefolgt von der dritten, der ersten und der zweiten Linse, wobei die zweite Linse die bildseitig angeordnete Linse sein kann. In der Bildebene kann beispielsweise ein Bildsensor vorgesehen sein. Alternativ kann in der Bildebene eine Lichtquelle vorgesehen sein, und das Objektiv dazu vorgesehen sein, Licht von der Lichtquelle auf das Objekt zu projizieren. Die dritte Linse kann eine gegenstandsseitige optische Fläche und eine bildseitige optische Fläche aufweisen. Vorteilhaft kann die dritte Linse derart ausgebildet sein, dass beide optische Flächen der dritten Linse wenigstens in einem zentralen Bereich konvex ausgebildet sind. Unter dem zentralen Bereich kann man einen Bereich in der Nähe der optischen Achse verstehen. Dieser kann dadurch bestimmt sein, dass er alle Punkte innerhalb eines bestimmten Radius um die op- tische Achse enthält. Die gegenstandsseitige Fläche kann außerdem einen konkav ausgebilde- ten Bereich aufweisen. Dieser konkave Bereich kann peripher bezüglich der optischen Achse angeordnet sein. Unter einem peripheren Bereich kann man einen Bereich verstehen, der die Punkte außerhalb eines bestimmten Radius um die optische Achse enthält. Dieser Bereich kann ringförmig ausgebildet sein. Die bildseitige optische Fläche der dritten Linse kann überall konvex ausgebildet sein.

In einer Abwandlung der ersten Ausführung kann das Objektiv ebenfalls vorteilhaft derart aus- gebildet sein, dass die dritte Linse (13) auf der bildseitigen optischen Fläche sowohl wenigstens einen zentralen konkaven Bereich als auch wenigstens einen peripheren konvexen Bereich auf- weist.

In einer zweiten Abwandlung der ersten Ausführung kann das Objektiv ebenfalls vorteilhaft der- art ausgebildet sein, dass die dritte Linse (13) auf der gegenstandsseitigen optischen Fläche sowohl wenigstens einen zentralen konkaven Bereich als auch wenigstens einen peripheren konvexen Bereich aufweist. Vorteilhaft kann das Objektiv derart ausgebildet sein, dass die zweite Linse eine negative Brechkraft und/oder wenigstens eine asphärische Fläche aufweist.

Vorteilhaft kann das Objektiv in einer zweiten Ausführung derart ausgebildet sein, dass im Strahlengang nacheinander die dritte Linse (13), die erste Linse (5) und die zweite Linse (6) an- geordnet sind und zwischen der dritten Linse (13) und der ersten Linse (5) eine Blende (21 ) an- geordnet ist. Ein solches Objektiv kann genau drei Linsen umfassen. Die optische Abbildung kann in der zweiten Ausführung also durch drei Linsen bewirkt werden. Ebenfalls vorteilhaft kann in einer ersten Abwandlung der zweiten Ausführung eine vierte Linse vorgesehen sein, welche objektseitig, d.h. in der in diesem Absatz angegebenen Reihenfolge vor der dritten Linse angeordnet sein kann. Die optische Abbildung kann in dieser ersten Abwandlung der zweiten Ausführung durch vier Linsen bewirkt werden.

Die dritte Linse kann eine gegenstandsseitige optische Fläche und eine bildseitige optische Flä- che aufweisen. Vorteilhaft, insbesondere bei der zweiten Ausführungsform mit vier Linsen, kann die dritte Linse derart ausgebildet sein, dass beide optische Flächen der dritten Linse wenigs- tens in der Nähe der optischen Achse, d.h. in einem zentralen Bereich, konvex ausgebildet sind. Die gegenstandsseitige Fläche kann zudem einen peripher angeordneten konkaven Be- reich aufweisen, während die bildseitige Fläche überall konvex ausgebildet sein kann.

In einer zweiten Abwandlung der zweiten Ausführung kann das Objektiv ebenfalls vorteilhaft derart ausgebildet sein, dass die dritte Linse (13) auf wenigstens der bildseitigen optischen Flä- che sowohl wenigstens einen zentralen konkaven Bereich als auch wenigstens einen periphe- ren konvexen Bereich aufweist.

In einer dritten Abwandlung der zweiten Ausführung kann das Objektiv ebenfalls vorteilhaft der- art ausgebildet sein, dass die dritte Linse (13) auf wenigstens der gegenstandsseitigen opti- schen Fläche sowohl wenigstens einen zentralen konkaven Bereich als auch wenigstens einen peripheren konvexen Bereich aufweist.

In einer vierten Abwandlung der zweiten Ausführung kann das Objektiv mit drei Linsen ausge- führt sein und die dritte Linse (13) als Meniskuslinse mit negativer Brechkraft ausgeführt sein.

Vorteilhaft kann das Objektiv der zweiten Ausführung derart ausgebildet sein, dass die zweite Linse eine positive Brechkraft und/oder wenigstens eine asphärische Fläche aufweist. Vorteilhaft kann das Objektiv in beiden oben beschriebenen Ausführungen derart ausgebildet sein, dass die vierte Linse (18) eine negative Brechkraft und/oder wenigstens eine asphärische Fläche aufweist

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 horizon- tale Ebene kann eine xz Ebene sein. Die horizontale Ebene kann die optische Achse z enthal- ten und eine weitere, dazu senkrechte Achse y. Die Richtung x kann die Richtung der Erdanzie- hungskraft 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 angeord- net 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 vertika- len 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 hori zontalen 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.

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 Kunst- stoff kann ein anderer Kunststoff sein als der erste Kunststoff. Der erste und der zweite Kunst- stoff 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 ande- rer 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 Bre- chungsindex 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 sol- chen 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 weiteren vorteilhaften Ausführung können die erste und die vierte Linse aus je einem Glas und die zweite und dritte Linse aus je einem Kunst- stoff hergestellt sein.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des Objektivs kann die erste Linse im Strahlengang zwi- schen 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 Flä chen kann eine Planfläche sein. Eine Planfläche kann man als sphärische Fläche mit einem un- endlichen Krümmungsradius auffassen. Die zweite Linse kann eine asphärische Linse sein. Un- ter 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 asphä- rische optische Flächen ausweist. Die zweite Linse kann vorteilhaft wenigstens eine Freiformflä- che aufweisen. Die zweite Linse kann eine rotationssymmetrische Linse sein. Alternativ kann die zweite Linse eine axial astigmatische Linse, beispielsweise eine torische Linse, sein. Eine axial astigmati- sche Linse kann man auch als anamorphotische Linse bezeichnen. Eine axial astigmatische Linse kann eine Ausrichtung hinsichtlich einer Rotation um die optische Achse erfordern. Das kann bedeuten, dass die Hauptschnitte der axial astigmatischen Linse durch eine Drehung um die optische Achse bezüglich der Hauptschnitte einer zweiten axial astigmatischen Linse und/o- der 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 axial astigmatische Linse mittels eines Loches und eines Stiftes ausge- richtet 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 axial astigmati- schen 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

oder als bikonischen Zernike Fläche

mit

oder als 2D Polynom

wobei E(x,y) ein Polynom in x und y ist, beschrieben werden können. Das Objektiv kann einen zwischen zwei Linsen angeordneten Abstandshalter (20) 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 (22) und einseitig eine Einstülpung (23) aufweisen. Diese kann sich einstückig an den Hohlzylinderabschnitt anschlie- ßen. Die Einstülpung kann innen eine Blendenöffnung (24) 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 Stan- zen 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 we- nigstens 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 Tempera- tur sein. Das kann als passive Athermalisierung bezeichnet werden.

Die passive Athermalisierung kann durch den Einsatz unterschiedlicher Linsenmaterialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und/oder unterschiedlichen tempera- turabhängigen 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 opti- schen Eigenschaften Bildpunktgröße, Modulations-Transfer- Funktion, Bildgröße, Verzeichnung in der Bildebene kann über einen Temperaturbereich durch den Einsatz von Abstandshaltern (19, 20) aus unterschiedlicher Materialen mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoef- fizienten realisiert werden.

Ein erster Abstandshalter (19) aus einem ersten Abstandshaltermaterial kann zwischen der ers- ten Linse (5) und der zweiten Linse (6) oder zwischen der ersten Linse und der dritten Linse (13) angeordnet sein. Ein zweiter Abstandshalter (20) aus einem zweiten Abstandshaltermate- rial kann zwischen der dritten Linse (13) und der vierten Linse (18) angeordnet sein. Der zweite Abstandshalter kann eine Öffnung aufweisen, die als Blende (21 ) wirkt. Der zweite Abstands- halter kann als einseitig nach innen eingestülpter Zylinderring ausgebildet sein. Er kann eine in- nenliegende 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 Ob- jektivs 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 unter- schiedlichen Materialien, beispielsweise unterschiedliche Kunststoffe oder Gläser, verwendet werden, um eine Athermalisierung zu erreichen. Die Materialien können typischerweise unter- schiedliche 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 lichtein- trittsseitig angeordnete Linse sein. Im Falle eines Projektionsobjektivs kann das die lichtaus- trittsseitig angeordnete Linse sein.

Das Objektiv kann als Projektionsobjektiv betrieben werden. Beispielsweise kann damit ein La- serstrahl linienförmig oder flächig in einen Raumausschnitt projiziert werden.

Das Objektiv kann als Abbildungsobjektiv betrieben werden. Ein von einem Objekt zurückge- worfener 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 aufwei- sen 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, As- tigmatismus 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 Anlageflä- che kann vorteilhaft als Planfläche ausgebildet sein. Die Anlagefläche kann senkrecht zur opti- schen Achse sein. Die Anlagefläche kann an der ersten Linse anliegen. Dazu kann sie, eben- falls 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 (25), 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 Um- gebungslicht, 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 Brech- kraft jeder weiteren Linse. Somit kann die Brechkraft des Objektivs von der Brechkraft der ers- ten Linse, die aus einem Glas besteht, dominiert werden. Vorteilhaft kann jede Kunststofflinse eine Brennweite aufweisen und der Betrag der Brennweite jeder Kunststofflinse wenigstens 2.5 mal so groß ist, wie die Brennweite F des Objektivs. Vorteilhaft kann die Brennweite der ersten Linse weniger als das Vierfache der Brennweite F des Objektivs betragen, besonders vorteilhaft weniger als das Dreifache. Vorteilhaft kann die Verwendung eines Objektivs (1 ) mit einer festen Brennweite F für ein Mess- system zu wenigstens einer Laufzeitdetektion wenigstens eines Lichtstrahls (4) sein. Der Licht strahl kann ein Laserstrahl sein. Der Lichtstrahl kann von einer Lichtquelle ausgesendet wer- den. 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, bei- spielsweise als Einzelphoton-Avalanche-Diode (abgekürzt SPAD; englisch single-photon avalanche diode) ausgeführt sein. Der Detektor kann mehrere Avalanche Photodioden umfas- sen. Diese können als SPAD-Array ausgeführt sein.

Ein erfindungsgemäßes Messsystem umfasst wenigstens ein erfindungsgemäßes Objektiv, we nigstens eine Lichtquelle und wenigstens einen Matrixsensor. Die Lichtquelle kann wenigstens ein Signallicht emittieren. Dieses kann sich in der Wellenlänge vom Umgebungslicht unterschei- den. Die Lichtquelle kann vorteilhaft eine Laserlichtquelle sein. Es kann sich um einen Infrarot- laser handeln. Alternativ kann die Lichtquelle eine LED sein.

Die Lichtquelle kann gepulst betrieben werden. Die Pulslänge kann zwischen 1 ns und 1 ms be- tragen.

Die Lichtquelle kann in einer weiteren Ausführungsform mehrere lichtemittierende Elemente umfassen, die unabhängig voneinander betreibbar sind. Die Lichtquelle kann als ein VCSEL Ar- ray 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 Verzeich- nung in der Bildebene aufweisen. Das Licht der Lichtquelle kann eine erste monotone Abhän- gigkeit l(T) der Wellenlänge von der Temperatur aufweisen. Beispielsweise kann sich die Wel- lenlänge 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-Trans- fer-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 be- zeichnet werden als f2(T,A=const.) und f2(T=const,A). Diese beiden zweiten Abhängigkeiten können als eine Funktion f2 in zwei Variablen T, A dargestellt werden. Vorteilhaft können sich die ersten und wenigstens eine der zweiten monotonen Abhängigkeiten bei einer Tempera- turänderung jeweils gegenseitig passiv kompensieren, so dass f2(T, A(T))= const. ist.

Diese passive Kompensation der ersten und zweiten monotonen Abhängigkeiten kann durch den Einsatz unterschiedlicher Linsenmaterialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdeh- nungskoeffizienten, unterschiedlichen temperaturabhängigen Brechzahlen und unterschiedli- chen wellenlängenabhängigen Brechzahlen erreicht werden. Die passive Kompensation der ersten und zweiten monotonen Abhängigkeiten kann durch den Einsatz unterschiedlicher Mate- rialen von Abstandshaltern mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten reali siert 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:

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel.

Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel.

Fig. 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel.

Fig. 5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel.

Fig. 6 zeigt ein erfindungsgemäßes Messsystem.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen erläutert.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel. Dargestellt ist ein Objektiv 1 mit einer festen Brenn- weite F mit dem zugehörigen Strahlengang eines Lichtstrahls 4. In allen Figuren ist die Bild- ebene rechts, d.h. in z-Richtung angeordnet, während sich die Gegenstandsebene links vom Objektiv befindet. Das Objektiv umfasst eine erste Linse 5 eine zweite Linse 6 und eine dritte Linse 13 und eine vierte Linse 18. Die Linsen sind in z-Richtung aufeinanderfolgend in folgen- der Reihenfolge angeordnet: vierte Linse 18, dritte Linse 13, erste Linse 5 zweite Linse 6. 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 Lin sen nebst der nachfolgend beschriebenen Abstandshalte sind in einer zylindrischen Ausneh- mung eines Trägers 25 angeordnet, der als Rohr ausgebildet ist. Die Linsen und Abstandshalter werden von einem Einschraubring 26 festgehalten.

Außerdem ist noch ein Filter 28 vorgesehen, der das Signallicht vom Umgebungslicht trennt.

Ein erster Abstandshalter 19 aus einem ersten Abstandshaltermaterial ist zwischen der ersten Linse 5 und der zweiten Linse 6 angeordnet. Ein zweiter Abstandshalter 20 aus einem zweiten Abstandshaltermaterial ist zwischen der dritten Linse 13 und der vierten Linse 18 angeordnet. Der zweite Abstandshalter weist eine Öffnung auf, die als Blende 21 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, beispiels- weise Aberrationen, 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 aus- gebildet, 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.

Die dritte Linse 13 ist in diesem Ausführungsbeispiel derart ausgebildet, dass die gegenstands- seitige Fläche 14(in der Darstellung links) ist in einem zentralen Bereich 16 (mit einer Klammer in der Figur angezeigt) konvex und in einem peripheren Bereich 17 konkav ausgebildet, wäh- rend die bildseitige Fläche 15 (in der Darstellung rechts) in einem zentralen Bereich konkav und in einem peripheren Bereich konvex ausgebildet ist. Die Blendenebene 21 befindet sich zwi- schen der dritten Linse 13 und der vierten Linse 18. Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel. Die dritte Linse 13 ist in diesem Ausführungsbei- spiel derart ausgebildet, dass beide optische Flächen derselben in einem zentralen Bereich konvex ausgebildet sind. Die gegenstandsseitige Fläche 14(in der Darstellung links) ist in einem zentralen Bereich 16 (mit einer Klammer in der Figur angezeigt) konvex und in einem periphe- ren Bereich 17 konkav ausgebildet, während die bildseitige Fläche 15 (in der Darstellung rechts) überall konvex ausgebildet ist. Die Blendenebene 21 befindet sich zwischen der dritten Linse 13 und der vierten Linse 18. Das Objektiv umfasst einen zwischen zwei Linsen angeord- neten Abstandshalter 20. Der Abstandshalter weist einen Hohlzylinderabschnitt 22 und einseitig eine Einstülpung 23 auf. Diese schließt sich einstückig an den Hohlzylinderabschnitt an. Der Abstandshalter ist also aus einem Stück gefertigt. Die Einstülpung weist innen eine Blendenöff- nung 24 auf, die als Schneide ausgebildet ist und sich in der Blendenebene befindet.

Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel. Dargestellt ist die Linsenanordnung 2 eines erfin- dungsgemäßen Objektivs mit dem Strahlengang. Das Objektiv umfasst eine erste Linse 5 eine zweite Linse 6 und eine dritte Linse 13 und eine vierte Linse 18. Die erste Linse ist aus einem Glas hergestellt. Die erste Linse ist eine bikonvexe sphärische Linse, d.h. sie weist zwei gegen- überliegende sphärische optische Flächen auf. Die zweite Linse 6 ist aus einem Kunststoff her- gestellt. Das Objektiv weist eine optische Achse 3 auf. Die optische Achse liegt in z-Richtung. Außerdem ist noch ein Filter 28 vorgesehen, der das Signallicht vom Umgebungslicht trennt. Vorgesehen ist eine Blende 21 , 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 1 1 können vorteilhaft als asphärische Flächen ausgebildet sein.

Die zweite Linse 6 ist einstückig mit einer Anlagefläche 9 ausgeführt und weist eine erste kon- vexe optische Fläche 10 und eine Übergangsfläche 12 und die Anlagefläche 9 auf. Die Über- gangsfläche ist radial zwischen der optischen Fläche und der Anlagefläche angeordnet. Die Übergangsfläche stückweise konkav ausgebildet. Die Anlagefläche ist als Planfläche ausgebil- det, 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 18 ist als Zerstreuungslinse mit zwei gegenüberliegenden asphärischen optischen Flächen ausgebildet. Sie ist also eine biasphäri- sche Linse. Sie ist aus einem Kunststoff hergestellt. In einer Abwandlung dieses Ausführungs- beispiels ist die vierte Linse aus Glas hergestellt. In weiteren Abwandlungen dieses Ausfüh- rungsbeispiels ist die vierte Linse mit einer asphärischen und einer spärischen Fläche bzw. mit zwei sphärischen Flächen ausgebildet.

Fig. 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel. Dargestellt ist die Linsenanordnung 2 eines erfin- dungsgemäßen Objektivs mit dem Strahlengang. Das Objektiv umfasst eine erste Linse 5 eine zweite Linse 6 und eine dritte Linse 13 und eine vierte Linse 18. Die erste Linse ist aus einem Glas hergestellt. Die erste Linse ist eine bikonvexe sphärische Linse, d.h. sie weist zwei gegen- überliegende sphärische optische Flächen auf. Die zweite Linse 6 ist aus einem Kunststoff her- gestellt. Das Objektiv weist eine optische Achse 3 auf. Die optische Achse liegt in z-Richtung. Außerdem ist noch ein Filter 28 vorgesehen, der das Signallicht vom Umgebungslicht trennt. Vorgesehen ist eine Blende 21 , 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 18 ist als Zerstreuungs- linse 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 Flä- che 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 opti- sche Fläche der vierten Linse als Planfläche ausgebildet.

Fig. 5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel. Dargestellt ist die Linsenanordnung 2 eines erfin- dungsgemäßen 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 opti- schen 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 ers- ten Seite angeordnete optische Fläche, d.h. die der ersten Linse zugewandte Fläche, als sphä- rische 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 28 vorgesehen, der das Signallicht vom Umgebungslicht trennt. Vorgesehen ist eine Blende 21 , die zwischen der ersten und der dritten Linse angeordnet ist.

Die dritte Linse 13 ist aus einem Kunststoff hergestellt. Sie ist als Zerstreuungslinse ausgebil- det. 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 Flä- che 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 opti- sche Fläche der vierten Linse als Planfläche ausgebildet.

Fig. 6 zeigt ein erfindungsgemäßes Messsystem. Das Messsystem 29 umfasst ein Senderob- jektiv 32, ein Empfängerobjektiv 33, eine Lichtquelle 30 und einen Matrixsensor 31. Die Licht quelle beleuchtet ein oder mehrere Objekte 34 mit einem Senderlicht 35. Der Matrixsensor de- tektiert die Laufzeit des zurückgeworfenen Lichts 36. Bezugszeichen

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

1 1. Konkave optische Fläche

12. Übergangsfläche

13. Dritte Linse

14. Gegenstandsseitige Fläche der dritten Linse

15. Bildseitige Fläche der dritten Linse

16. zentraler Bereich

17. peripherer Bereich

18. Vierte Linse

19. Erster Abstandshalter (spacer)

20. Zweiter Abstandshalter (spacer)

21. Blende

22. Hohlzylinderabschnitt

23. Einstülpung

24. Schneide, Blende

25. Träger, Fassung

26. Einschraubring

27. Vorschraubring

28. Filter

29. Messsystem

30. Lichtquelle

31. Matrixsensor

32. Senderobjektiv

33. Empfängerobjektiv

34. Objekt 35. Senderlicht

36. Zurückgeworfenes Licht

Claims

Patentansprüche

1. 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, wobei das Ob- jektiv genau vier Linsen oder genau drei Linsen umfasst und die erste Linse (5) in einem Strahlengang zwischen der zweiten Linse (6) und der dritten Linse (13) angeordnet ist und die erste Linse (5) eine sphärische Linse ist.

2. Objektiv nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang nacheinan- der eine vierte Linse (18), die dritte Linse (13), die erste Linse (5) und die zweite Linse (6) angeordnet sind und zwischen der vierten Linse (18) und der dritten Linse (13) eine Blende (21 ) angeordnet ist.

3. Objektiv nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang nacheinan- der die dritte Linse (13), die erste Linse (5) und die zweite Linse (6) angeordnet sind und zwischen der dritten Linse (13) und der ersten Linse (5) eine Blende (21 ) angeordnet ist.

4. Objektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Linse aus einem zweiten Kunststoff hergestellt ist.

5. Objektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Linsen außer der ersten Linse aus je einem Kunststoff hergestellt sind.

6. Objektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kunststofflinse eine Brennweite aufweist und der Betrag der Brennweite jeder Kunst- stofflinse wenigstens 2.5 Mal so groß ist, wie die Brennweite des Objektivs und/oder die Brennweite der ersten Linse weniger als das Vierfache der Brennweite des Objektivs be- trägt.

7. Objektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Linse (13) eine gegenstandsseitige optische Fläche und eine bildseitige optische Fläche aufweist und dass sowohl die bildseitige als auch die gegenstandsseitige opti- sche Flächen der dritten Linse in einem zentralen Bereich konvex ausgebildet sind und dass die gegenstandsseitige optische Fläche der dritten Linse außerdem einen konkav ausgebildeten peripheren Bereich aufweist.

8. Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Linse (13) eine gegenstandsseitige optische Fläche und eine bildseitige optische Fläche aufweist und die bildseitige optische Fläche sowohl wenigstens einen zentralen konka- ven Bereich als auch wenigstens einen peripheren konvexen Bereich aufweist.

9. Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Linse (13) eine gegenstandsseitige optische Fläche und eine bildseitige optische Fläche aufweist die gegenstandsseitige optischen Fläche sowohl wenigstens einen zentralen konkaven Bereich als auch wenigstens einen peripheren konvexen Bereich aufweist.

10. Objektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Linse (18) eine negative Brechkraft und/oder wenigstens eine asphärische Fläche aufweist.

1 1. Objektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Linse (6) eine negative Brechkraft und/oder wenigstens eine asphärische Fläche aufweist.

12. Objektiv 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.

13. Objektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linse eine Sammellinse ist und die dritte Linse und/oder die vierte Linse eine Zer- streuungslinse ist.

14. Objektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv eine fotografische Lichtstärke von wenigstens 1 :1 ,3 aufweist.

15. Objektiv 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.

16. Objektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv ein asymmetrisches Sichtfeld aufweist.

17. 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 hori zontalen und vertikalen Achse aufweist, wobei die vierte Linse und/oder die dritte Linse als anamorphotische Linse ausgebildet ist.

18. Objektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Linse eine asphärische Linse ist.

19. Objektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Linse eine axial astigmatische Linse, beispielsweise eine torische Linse, ist.

20. Objektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv einen zwischen zwei Linsen angeordneten Abstandshalter (20) umfasst und dass der Abstandshalter einen Hohlzylinderabschnitt (22) und einseitig eine Einstülpung (23) aufweist und dass die Einstülpung innen eine Blendenöffnung (24) aufweist.

21. Objektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv eine Bildpunktgröße, eine Modulations-Transfer-Funktion und eine Verzeich- nung 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 Temperaturbe- reich ohne den Einsatz von aktiven Komponenten unabhängig von der Temperatur sind.

22. Objektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine passive Athermalisierung der Brennweite des Objektivs und/oder einer der optischen Ei- genschaften Bildpunktgröße, Modulations-Transfer- Funktion, Bildgröße, Verzeichnung in der Bildebene über einen Temperaturbereich durch

a. den Einsatz unterschiedlicher Linsenmaterialien mit unterschiedlichen thermi- schen Ausdehnungskoeffizienten und temperaturabhängigen Brechzahlen er- reicht wird und/oder

b. den Einsatz von Abstandshaltern (19, 20) aus unterschiedlicher Materialen mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten

realisiert wird.

23. Objektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Abstandshalter (19) 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 (20) aus einem zweiten Abstandshaltermaterial zwi- schen der dritten Linse (13) und der vierten Linse (18) angeordnet ist und dass die ther- mische 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 Eigen- schaften Bildpunktgröße, Modulations-Transfer- Funktion, Bildgröße, Verzeichnung in der Bildebene erreicht wird.

24. Objektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv als Projektionsobjektiv betreibbar ist und/oder dass das Objektiv als Abbil- dungsobjektiv betreibbar ist.

25. Objektiv 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 Brenn- weite der zweite Linse größer als 1 m ist.

26. Objektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass we nigstens die zweite Linse einstückig mit einer Anlagefläche (9) ausgeführt ist und die zweite Linse wenigstens eine erste konvexe optische Fläche (10) und eine Übergangs- fläche (12) und die Anlagefläche aufweist, wobei die Übergangsfläche zwischen der op- tischen Fläche und der Anlagefläche angeordnet ist und die Übergangsfläche wenigs- tens 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.

27. Objektiv 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 (25), beispielsweise in einem Rohr, angeordnet sind und/oder dass alle Linsen des Objektivs einen gleichen Außendurch- messer aufweisen und gemeinsam in einer zylindrischen Ausnehmung eines Trägers, beispielsweise in einem Rohr, angeordnet sind.

28. Objektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv ein Bandpassfilter zur Trennung des Signallichtes der Lichtquelle vom Umge- bungslicht, insbesondere vom Tageslicht, umfasst.

29. Verwendung eines Objektivs (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche für ein Mess- system zu wenigstens einer Laufzeitdetektion wenigstens eines Lichtstrahls (4).

30. Messsystem (29), umfassend wenigstens ein Objektiv (32, 33) nach einem der vorge- nannten Ansprüche, wenigstens eine Lichtquelle (30) und wenigstens einen Mat- rixsensor (31 ).

31. 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 1 ns und 1 ms beträgt.

32. Messsystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Matrixsensor ein SPAD Array ist und/oder dass die Lichtquelle ein VCSEL Array o- der ein LED Array ist.

33. Messsystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle mehrere lichtemittierende Elemente umfasst, die unabhängig voneinan- der betreibbar sind und dass wenigstens zwei der lichtemittierenden Elemente zu ver- schiedenen Zeitpunkten Lichtpulse aussenden.

34. Messsystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv eine Bildpunktgröße, eine Modulations-Transfer-Funktion und eine Ver- zeichnung in der Bildebene aufweist und dass das Licht der Lichtquelle eine erste mono- tone Abhängigkeit l(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,A) von der Temperatur bei gleichbleibender Wellenlänge sowie von der Wellenlänge bei gleichbleibender Temperatur aufweisen, und dass sich die ersten und zweiten mono- tonen Abhängigkeiten bei einer Temperaturänderung jeweils gegenseitig passiv kom- pensieren, so dass f2(T, l(T))= const. ist.

35. Messsystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, wenigstens nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die passive Kompensation der ersten und zweiten mono- tonen Abhängigkeiten durch den Einsatz

a. unterschiedlicher Linsenmaterialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdeh- nungskoeffizienten, unterschiedlichen temperaturabhängigen Brechzahlen und unterschiedlichen wellenlängenabhängigen Brechzahlen und/oder

b. unterschiedlicher Materialen von Abstandshaltern mit unterschiedlichen thermi- schen Ausdehnungskoeffizienten realisiert wird.

36. Messsystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, wenigstens nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die passive Kompensation der ersten und zweiten mono- tonen Abhängigkeiten in einem Temperaturbereich von -40°C bis + 125°C erfolgt.