DE102015110141A1 - Transmitting unit for an optical sensor device - Google Patents

Abstract

Translated fromGerman

Die Erfindung betrifft eine Sendeeinheit (1) für eine optische Sensorvorrichtung (10), mit einer Vielzahl von Halbleiterlichtquellen (2a–2z) zum Erzeugen eines jeweiligen Lichts (a–z), mit einer Vielzahl von jeweils einer Halbleiterlichtquelle (2a–2z) zugeordneten optischen Mikrolinsen (5a–5z) zum Bündeln des von der jeweils zugeordneten Halbleiterlichtquelle (2a–2z) erzeugten Lichts (a–z), und mit einer Kollimatorlinse (7) zum Kollimieren der gebündelten Lichter (a’–z’), wobei die Mikrolinsen (5a–5z) jeweils in einem optischen Weg des Lichts (a,a’–z,z’) zwischen den jeweiligen zugeordneten Halbleiterlichtquellen (2a–2z) und der Kollimatorlinse (7) angeordnet sind, und die Halbleiterlichtquellen (2a–2z) jeweils in einer Brennebene der zugeordneten Mikrolinse (5a–5z) angeordnet sind, um für die optische Sensorvorrichtung (10) eine verbesserte Bildqualität, insbesondere eine größere nutzbare Auflösung, zu erreichen.The invention relates to a transmitting unit (1) for an optical sensor device (10), comprising a multiplicity of semiconductor light sources (2a-2z) for generating a respective light (a-z), associated with a plurality of respective semiconductor light sources (2a-2z) optical microlenses (5a-5z) for collimating the light (a-z) produced by the respective associated semiconductor light source (2a-2z), and a collimator lens (7) for collimating the collimated lights (a'-z '); Microlenses (5a-5z) are respectively disposed in an optical path of the light (a, a'-z, z ') between the respective associated semiconductor light sources (2a-2z) and the collimator lens (7), and the semiconductor light sources (2a-2z ) are each arranged in a focal plane of the associated microlens (5a-5z) in order to achieve an improved image quality, in particular a greater usable resolution, for the optical sensor device (10).

Description

Translated fromGerman

Die Erfindung betrifft eine Sendeeinheit für eine optische Sensorvorrichtung, mit einer Vielzahl von Halbleiterlichtquellen zum Erzeugen eines jeweiligen Lichts, mit einer Vielzahl von jeweils einer Halbleiterlichtquelle zugeordneten optischen Mikrolinsen zum Bündeln des von der jeweils zugeordneten Halbleiterlichtquelle erzeugen Lichts, und mit einer Kollimatorlinse zum Kollimieren der gebündelten Lichter. Dabei sind die Mikrolinsen jeweils in einem optischen Weg des Lichts zwischen den jeweiligen zugeordneten Halbleiterlichtquellen und der Kollimatorlinse angeordnet. Die Erfindung betrifft auch eine optische Sensorvorrichtung mit mehreren solchen Sendeeinheiten.The invention relates to a transmitting unit for an optical sensor device, comprising a plurality of semiconductor light sources for generating a respective light, with a plurality of optical microlenses each associated with a semiconductor light source for bundling the light generated by the respective associated semiconductor light source, and with a collimating lens for collimating the focused ones lights. The microlenses are each arranged in an optical path of the light between the respective associated semiconductor light sources and the collimator lens. The invention also relates to an optical sensor device with a plurality of such transmission units.

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 oder ein Bild zu erzeugen. Dies kann beispielsweise bei einer Laserabtastvorrichtung durch einen Laserlichtstrahl erfolgen. Derartige Laserabtastvorrichtungen sind auch als „Laserscanner“ oder als „Lidar“ bekannt. Dabei können als Quelle für das Laserlicht sogenannte Oberflächeemitter oder VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) zum Einsatz kommen. Bei diesen tritt das Licht senkrecht zur Ebene des zugeordneten Halbleiterchips ab.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 an environment of the sensor device and thus of the motor vehicle with a light beam line or grid are swept over to measure the respective surfaces or body, to edit or to create an image. This can be done, for example, in a laser scanning device by a laser light beam. Such laser scanning devices are also known as "laser scanners" or as "lidars". In this case, so-called surface emitter or VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) can be used as a source for the laser light. In these, the light emerges perpendicular to the plane of the associated semiconductor chip.

Aus derUS 6,353,502 B1 ist eine Vorrichtung bekannt, bei welcher mehrere Laserstrahlen einer Oberflächenemitter-Anordnung durch eine gemeinsame optische Apertur kollimiert werden.From the US 6,353,502 B1 a device is known in which a plurality of laser beams of a surface emitter array are collimated by a common optical aperture.

Aus derUS 6,888,871 B1 ist ein Oberflächenemitter bekannt, welcher verbesserte Strahleigenschaften aufweist. Auch kommt dort eine Anordnung von Mikrolinsen zum Einsatz.From the US Pat. No. 6,888,871 B1 For example, a surface emitter is known which has improved beam properties. Also, there is an array of microlenses used.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für eine optische Sensorvorrichtung eine verbesserte Bildqualität, insbesondere eine größere nutzbare Auflösung, zu erreichen.It is the object of the present invention to achieve an improved image quality, in particular a greater usable resolution, for an optical sensor device.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.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.

Die Erfindung betrifft eine Sendeeinheit für eine optische Sensorvorrichtung. Diese Sensorvorrichtung kann eine Licht-Abtastvorrichtung, insbesondere eine Laserabtastvorrichtung oder einen Laserscanner umfassen. Die Sendeeinheit weist dabei eine Vielzahl von Halbleiterlichtquellen zum Erzeugen eines jeweiligen Lichts auf. Bei dem erzeugten Licht kann es sich insbesondere um ein jeweiliges Laserlicht handeln. Die Sendeeinheit umfasst auch eine Vielzahl von jeweils einer Halbleiterlichtquelle zugeordneten optischen Mikrolinsen oder Mikrolinseneinrichtungen zum Bündeln des von der jeweils zugeordneten Halbleiterlichtquelle erzeugten Lichts. Eine Mikrolinseneinrichtung kann dabei auch mehrere Linsen umfassen. Die Sendeeinheit umfasst auch eine Kollimatorlinse oder Kollimatorlinseneinrichtung zum Kollimieren der gebündelten Lichter. Dabei kann die Kollimatorlinseneinrichtung auch mehrere Linsen zum Kollimieren der gebündelten Lichter umfassen. Insbesondere dient die Kolimatorlinse dabei dem Kollimieren der gebündelten Lichter auf einen gemeinsamen Brennpunkt in einer Brennebene der Kollimatorlinse. Dabei sind die Mikrolinsen in jeweils einem optischen Weg des Lichts zwischen den jeweiligen zugeordneten Halbleiterlichtquellen und der Kollimatorlinse angeordnet. Die Mikrolinsen können Abmessungen aufweisen, welche in der Größenordnung der Abmessungen der Halbleiterlichtquellen liegen. Insbesondere können die Mikrolinsen Abmessungen im Bereich von mehreren Mikrometern aufweisen. Zudem können die Mikrolinsen oder Mikrolinseneinrichtungen mittels eines mikrotechnischen Herstellungsverfahrens gefertigt sein. Um eine bessere Bildqualität zu erreichen, insbesondere eine größere nutzbare Auflösung zu erreichen, sind die Halbleiterlichtquellen jeweils in einer Brennebene oder in einem Brennpunkt der zugeordneten Mikrolinse angeordnet.The invention relates to a transmission unit for an optical sensor device. This sensor device may comprise a light scanning device, in particular a laser scanning device or a laser scanner. The transmitting unit has a plurality of semiconductor light sources for generating a respective light. The generated light may in particular be a respective laser light. The transmitting unit also comprises a multiplicity of optical microlenses or microlens devices assigned in each case to a semiconductor light source for bundling the light generated by the respective associated semiconductor light source. A microlens device can also comprise a plurality of lenses. The transmitting unit also includes a collimator lens or collimator lens device for collimating the collimated lights. In this case, the collimator lens device can also comprise a plurality of lenses for collimating the collimated lights. In particular, the collimator lens serves to collimate the collimated lights to a common focal point in a focal plane of the collimator lens. The microlenses are each arranged in an optical path of the light between the respective associated semiconductor light sources and the collimator lens. The microlenses may have dimensions which are on the order of the dimensions of the semiconductor light sources. In particular, the microlenses may have dimensions in the range of several micrometers. In addition, the microlenses or microlens devices can be manufactured by means of a microtechnical manufacturing process. In order to achieve a better image quality, in particular to achieve a greater usable resolution, the semiconductor light sources are each arranged in a focal plane or in a focal point of the associated microlens.

Das hat den Vorteil, dass die erzeugten Lichter zu Lichtstrahlen gebündelt werden, welche eine klar definierte Ausbreitungsrichtung haben. Es kann somit besonders leicht eine parallele Ausbreitungsrichtung für die unterschiedlichen Lichter erreicht werden. Dadurch kann erreicht werden, dass sich die gebündelten Lichter unterschiedlicher Halbleiterquellen nicht örtlich überlagern, so dass eine wohl definierte Ausleuchtung vorgegebener Raumbereiche durch die Sendeeinheit verbessert wird. Somit kann eine unbeabsichtigte Lichtstreuung des von der Sendeeinheit abgestrahlten Lichts in Bereiche, beispielsweise Bildpunkte oder Pixel, einer Detektoreinheit oder eines Detektors der zugeordneten optischen Sendeeinheit, in welchen diese Lichtstreuung zu einem Rauschen beiträgt, verhindert werden. Dadurch wird eine bessere Bildqualität erreicht und die tatsächlich nutzbare Auflösung für eine optische Sensorvorrichtung mit einer solchen Sendeeinheit vergrößert.This has the advantage that the generated lights are bundled into light beams, which have a clearly defined propagation direction. It can thus be easily achieved a parallel propagation direction for the different lights. As a result, it can be achieved that the bundled lights of different semiconductor sources do not locally overlap, so that a well-defined illumination of predefined spatial regions by the transmitting unit is improved. Thus, inadvertent light scattering of the light emitted by the transmitting unit into areas, for example pixels or pixels, of a detector unit or of a detector of the associated optical transmitting unit, in which this light scattering contributes to noise, can be prevented. This achieves a better image quality and increases the actually usable resolution for an optical sensor device with such a transmission unit.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Halbleiterlichtquellen in einer ersten Ebene angeordnet sind. Dabei sind die Halbleiterlichtquellen insbesondere in einer Vertikalrichtung sämtlich untereinander angeordnet. Bevorzugt sind dabei wiederum die Halbleiterlichtquellen sämtlich auf einer Geraden in der Vertikalrichtung untereinander angeordnet. Das hat den Vorteil, dass die Auflösung der Sendeeinheit in der Vertikalrichtung vergrößert ist und alle Halbleiterlichtquellen zu der Auflösung in der Vertikalrichtung beitragen. Gerade die Anordnung auf einer Geraden untereinander und/oder in einer Ebene vereinfacht hier den Aufbau, so dass die bessere Bildqualität und größere nutzbare Auflösung auf besonders einfache Weise, beispielsweise mit identischen Mikrolinsen, erreicht werden kann.In an advantageous embodiment it is provided that the semiconductor light sources are arranged in a first plane. Here are the Semiconductor light sources in particular in a vertical direction all arranged one below the other. In this case, in turn, the semiconductor light sources are in each case preferably arranged on a straight line in the vertical direction with one another. This has the advantage that the resolution of the transmitting unit in the vertical direction is increased and all semiconductor light sources contribute to the resolution in the vertical direction. Just the arrangement on a line with each other and / or in a plane here simplifies the structure, so that the better image quality and greater usable resolution in a particularly simple manner, for example with identical microlenses, can be achieved.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Halbleiter jeweils zumindest einen Oberflächenemitter umfassen oder ein solcher sind. Ein Oberflächenemitter kann dabei auch als VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) bezeichnet werden und ist ein Halbleiterlaser, bei dem das Licht senkrecht zu der Ebene des Halbleiterchips abgestrahlt wird. Dadurch unterscheidet sich der Oberflächenemitter von dem herkömmlichen sogenannten Kantenemitter, bei dem das Licht an einer oder zwei Flanken des Halbleiterchips austritt. Das hat den Vorteil, dass die Halbleiterlichtquellen besonders einfach in der ersten Ebene angeordnet werden können. Überdies können die Halbleiterlichtquellen so besonders dicht aneinander angeordnet werden, so dass eine besonders hohe Auflösung der Sendeeinheit und damit für die optische Sensorvorrichtung erreicht werden kann.In a further advantageous embodiment, it is provided that the semiconductors each comprise or are at least one surface emitter. A surface emitter can also be referred to as a VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) and is a semiconductor laser in which the light is emitted perpendicular to the plane of the semiconductor chip. As a result, the surface emitter differs from the conventional so-called edge emitter, in which the light emerges on one or two flanks of the semiconductor chip. This has the advantage that the semiconductor light sources can be arranged particularly easily in the first plane. Moreover, the semiconductor light sources can be arranged so particularly close to each other, so that a particularly high resolution of the transmitting unit and thus for the optical sensor device can be achieved.

In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Mikrolinsen oder Mikrolinseneinrichtungen sämtlich in einer zweiten Ebene angeordnet sind. Insbesondere liegen dann die Brennebenen der Mikrolinsen alle in der ersten Ebene, in welcher die Halbleiterlichtquellen angeordnet sind. Bevorzugt grenzen die Mikrolinsen hier aneinander an. Sie können auch als Mikrolinsen-Array oder Mikrolinsen-Anordnung ausgeführt sein, insbesondere dann auch einstückig. Das hat den Vorteil einer besonders einfachen Geometrie, so dass die Lichter der Halbleiterlichtquellen jeweils mit geringem Aufwand besonders genau und präzise gebündelt werden können. Somit wird auch hierdurch die nutzbare Auflösung der Sendeeinheit und der zugeordneten Sensorvorrichtung erhöht.In another embodiment, it is provided that the microlenses or microlens devices are all arranged in a second plane. In particular, the focal planes of the microlenses are all then in the first plane in which the semiconductor light sources are arranged. The microlenses preferably adjoin one another here. They can also be embodied as a microlens array or microlens arrangement, in particular then in one piece. This has the advantage of a particularly simple geometry, so that the lights of the semiconductor light sources can each be bundled particularly precisely and precisely with little effort. Thus, this also increases the usable resolution of the transmitting unit and the associated sensor device.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Mikrolinsen sämtlich jeweils zumindest eine Sammellinse umfassen oder eine solche sind. Das hat den Vorteil, dass ein besonders einfacher optischer Aufbau erzielt werden kann und somit ein besonders großer Grad an Präzision erreicht werden kann. Auch damit werden die einzelnen durch die Mikrolinsen gebündelten Lichtstrahlen besonders präzise definiert, so dass eine bessere Lichtqualität mit einer größeren nutzbaren Auflösung erreicht ist.In a preferred embodiment, it is provided that the microlenses all in each case comprise or are at least one converging lens. This has the advantage that a particularly simple optical design can be achieved and thus a particularly high degree of precision can be achieved. Even so, the individual beams of light collimated by the microlenses are defined particularly precisely, so that a better quality of light with a greater usable resolution is achieved.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Anzahl der Halbleiterlichtquellen dem Quotienten aus einem Kollimatorwinkel der Kollimatorlinse und einer vorgegebenen Auflösung oder Winkelauflösung der Sendeeinheit entspricht. Die Auflösung oder Winkelauflösung kann dabei insbesondere in Vertikalrichtung vorgegeben sein. Beispielsweise kann hier eine Auflösung von 0,1° vorgegeben sein. Der Kollimatorwinkel ist dabei der Betrag der Größe des Winkelbereiches, aus welchem in einem Brennpunkt der Kollimatorlinse ein aus sämtlichen Lichtern bestehendes Gesamtlicht auf den Brennpunkt trifft. Dabei wird die Größe des Winkelbereichs wiederum insbesondere in Vertikalrichtung gemessen. Beispielsweise kann die Größe des Winkelbereichs und damit der Kollimatorwinkel in Vertikalrichtung 12° betragen. Bei einer vorgegebenen Auflösung der Sendeeinheit in Vertikalrichtung von 0,1° ergibt sich dann in diesem Beispiel für die Anzahl der Halbleiterlichtquellen 120. Entsprechend beträgt die Anzahl der Mikrolinsen dann ebenfalls 120. Entsprechend können dann die gebündelten Lichter jeweils eine identische räumliche Ausdehnung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung aufweisen. Es ergibt sich hier der Vorteil, dass eine gleichmäßige Auflösung erreicht wird, und die Anzahl der Halbleiterlichtquellen optimal auf die zu erzielende Auflösung angepasst ist. Damit kann bei idealer Bauraumausnutzung die vorgegebene Auflösung ohne ein Überstrahlen benachbarter Lichter ineinander erreicht werden. Dadurch wird eine verbesserte Bildqualität und höhere nutzbare Auflösung erreicht.In a particularly advantageous embodiment, it is provided that the number of semiconductor light sources corresponds to the quotient of a collimator angle of the collimator lens and a predetermined resolution or angular resolution of the transmitting unit. The resolution or angular resolution can be predetermined in particular in the vertical direction. For example, a resolution of 0.1 ° can be specified here. The collimator angle is the amount of the size of the angular range, from which at a focal point of the collimator lens an overall light consisting of all the lights hits the focal point. The size of the angular range is again measured, in particular in the vertical direction. For example, the size of the angular range and thus the collimator angle in the vertical direction can be 12 °. Given a predetermined resolution of the transmitting unit in the vertical direction of 0.1 °, the number of semiconductor light sources 120 then results in this example. Accordingly, the number of microlenses is also 120. Correspondingly, the focused lights can then each have an identical spatial extent perpendicular to the propagation direction exhibit. This results in the advantage that a uniform resolution is achieved, and the number of semiconductor light sources is optimally adapted to the resolution to be achieved. Thus, given ideal space utilization, the given resolution can be achieved without overshooting neighboring lights. This achieves improved image quality and higher usable resolution.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Halbleiterlichtquellen durch eine Steuereinrichtung der Sendeeinheit unabhängig voneinander steuerbar, also beispielsweise aktivierbar und/oder deaktivierbar, sind. Das hat den Vorteil, dass zu einem vorgegebenen Zeitpunkt beispielsweise nur eine einzige Halbleiterlichtquelle der Sendeeinheit aktiviert werden kann, so dass entsprechend auch an einer der Sendeeinheit dann in einer optischen Sensorvorrichtung zugeordneten Detektoreinheit zu einem Zeitpunkt beispielsweise in einem Bildpunkt oder Pixel der Detektoreinheit nur das Licht der einen Halbleiterlichtquelle auftrifft. Es trifft also bei dem Detektor dann kein Streulicht von benachbarten Halbleiterlichtquellen ein, so dass ein Rauschen, welches sonst durch die anderen Halbleiterlichtquellen möglicherweise in dem einen Bildpunkt hervorrufen wird, verhindert werden kann. Somit wird wiederum die nutzbare Auflösung vergrößert beziehungsweise die Bildqualität verbessert, in dem hier ein Rauschen in einem Detektor durch die konstruktive Auslegung der Sendeeinheit verhindert oder verringert wird. Es wird somit ein „Übersprechen“ der Lichter der unterschiedlichen Halbleiterlichtquellen verhindert. Solch ein „Übersprechen kann sonst beispielsweise in unterschiedlichen Verarbeitungskanälen der Detektoreinheit auftreten, welche unterschiedlichen Bildpunkten zugeordnet sind.In a further advantageous embodiment, it is provided that the semiconductor light sources can be controlled independently of one another by a control device of the transmitting unit, that is to say they can be activated and / or deactivated, for example. This has the advantage that, for example, only a single semiconductor light source of the transmitting unit can be activated at a given time, so that only one of the transmitting unit in an optical sensor device associated detector unit at a time, for example, in a pixel or pixel of the detector unit, only the light which impinges on a semiconductor light source. Thus, no stray light from adjacent semiconductor light sources is incident on the detector, so that noise which may otherwise be caused by the other semiconductor light sources in the one pixel can be prevented. Thus, in turn, the usable resolution is increased or improved the image quality, in which here a noise in a detector is prevented or reduced by the structural design of the transmitting unit. Thus, a "crosstalk" of the lights of the different semiconductor light sources is prevented. Such crosstalk can otherwise occur, for example, in different processing channels of the detector unit, which are assigned to different pixels.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sendeeinheit auch einen optischen Mikrospiegel zum Ablenken der durch die Kollimatorlinse kollimierten Lichter umfasst. Der optische Mikrospiegel kann dabei eine Spiegelfläche mit Abmessungen im Mikrometerbereich aufweisen. Beispielsweise kann die Spiegelfläche Abmessungen von 2µm × 2µm haben. Es kann sich dabei um einen optischen Mikrospiegel handeln, wie er aus dem Bereich der „Digital Micromirror Devices“ (DMD) bekannt ist. Der Mikrospiegel kann als mikroelektromechanisches Bauelement zum dynamischen Ablenken von Licht genutzt werden. Der optische Mikrospiegel ist dabei von den Halbleiterlichtquellen aus betrachtet in den optischen Weg der Lichter hinter der Kollimatorlinse angeordnet. Dadurch können die Lichter der Sendeeinheit in unterschiedliche Raumrichtungen abgelenkt werden, was eine Auflösung der Sendeeinheit beziehungsweise der optischen Sensorvorrichtung, in welcher die Sendeeinheit zum Einsatz kommt, erhöht.In a further particularly advantageous embodiment, it is provided that the transmitting unit also comprises an optical micromirror for deflecting the lights collimated by the collimator lens. The optical micromirror may have a mirror surface with dimensions in the micrometer range. For example, the mirror surface can have dimensions of 2 μm × 2 μm. It may be an optical micromirror, as it is known from the field of "Digital Micromirror Devices" (DMD). The micromirror can be used as a microelectromechanical component for the dynamic deflection of light. The optical micromirror is arranged from the semiconductor light sources in the optical path of the lights behind the collimator lens. As a result, the lights of the transmitting unit can be deflected in different spatial directions, which increases a resolution of the transmitting unit or of the optical sensor device in which the transmitting unit is used.

Dabei kann vorgesehen sein, dass der optische Mikrospiegel in einer Brennebene der Kollimatorlinse angeordnet ist. Somit lässt sich die Richtung, in welche die Lichter durch den Mikrospiegel abgelenkt werden, besonders genau und gleichmäßig für die unterschiedlichen Lichter einstellen. Des Weiteren kann ein besonders kleiner Mikrospiegel verwendet werden, so dass die für das Ablenken zu bewegenden Teile besonders klein und leicht ausgeführt sind. Auch kann das Ablenken besonders schnell erfolgen. Entsprechend sorgt die Anordnung des Mikrospiegels in der Brennebene der Kollimatorlinse dafür, dass eine bessere Bildqualität mit einer größeren nutzbaren Auflösung erreicht wird.It can be provided that the optical micromirror is arranged in a focal plane of the collimator lens. Thus, the direction in which the lights are deflected by the micromirror can be adjusted particularly accurately and evenly for the different lights. Furthermore, a particularly small micromirror can be used, so that the parts to be moved for the deflection are particularly small and lightweight. Also, the distraction can be done very quickly. Accordingly, the arrangement of the micromirror in the focal plane of the collimator lens ensures that better image quality is achieved with greater usable resolution.

Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Mikrospiegel in einer Horizontalrichtung verschwenkbar ist. Er kann hier beispielsweise um einen Winkel von +/–15°, insbesondere +/–10° verschwenkbar sein. Der Mikrospiegel kann also eine Rotationsachse aufweisen, welche parallel zur Vertikalrichtung verläuft. Dabei ist zu beachten, dass die Vertikalrichtung senkrecht zur Horizontalebene, in welcher die Horizontalrichtung verläuft, angeordnet ist. Der Mikrospiegel kann dabei auch als sogenannter 1D-Mikrospiegel ausgeführt sein, das heißt nur eine einzige Rotationsachse aufweisen. Entsprechend ist der Mikrospiegel dann nur in der Horizontalrichtung verschwenkbar. Dies ist gerade dann vorteilhaft, wenn die Halbleiterlichtquellen in Vertikalrichtung untereinander angeordnet sind. Dann ist nämlich durch die Anordnung der Halbleiterlichtquellen eine vertikale und durch die Bewegung des Mikrospiegels eine horizontale Auflösung bestimmt. Eine Verschwenkbarkeit von +/–15°, inbesondere +/–10°, hat sich hier als vorteilhaft in Bezug auf mechanische Randbedingungen des Mikrospiegels erwiesen. Dadurch dass der Mikrospiegel ausschließlich in der Horizontalrichtung und damit in der Horizontalebene verschwenkbar ist, kann das entsprechende Verschwenken besonders schnell erfolgen. Überdies sind derartige 1D-Mikrospiegel besonders kostengünstig und robust.In this case, provision can be made, in particular, for the micromirror to be pivotable in a horizontal direction. He can here, for example, by an angle of +/- 15 °, in particular +/- 10 ° pivot. The micromirror can therefore have an axis of rotation which runs parallel to the vertical direction. It should be noted that the vertical direction is perpendicular to the horizontal plane in which the horizontal direction extends, is arranged. The micromirror can also be embodied as a so-called 1D micromirror, that is, having only a single axis of rotation. Accordingly, the micromirror is then pivotable only in the horizontal direction. This is advantageous in particular when the semiconductor light sources are arranged vertically one below the other. Then, namely by the arrangement of the semiconductor light sources, a vertical and determined by the movement of the micromirror horizontal resolution. A pivotability of +/- 15 °, in particular +/- 10 °, has proved to be advantageous in terms of mechanical boundary conditions of the micromirror here. The fact that the micromirror is pivotable exclusively in the horizontal direction and thus in the horizontal plane, the corresponding pivoting can be done very quickly. Moreover, such 1D micromirrors are particularly inexpensive and robust.

Die Erfindung betrifft auch eine optische Sensorvorrichtung mit mehreren, insbesondere drei, Sendeeinheiten entsprechend den obigen Ausführungen sowie mit einem optischen Mikrospiegel. Insbesondere kann die optische Sensorvorrichtung dabei nur einen einzigen optischen Mikrospiegel umfassen. Der optische Mikrospiegel ist dabei von den Halbleiterlichtquellen aus betrachtet in den optischen Wegen der Lichter hinter den Kollimatorlinsen der Sendeeinheiten angeordnet. Insbesondere ist so der Mikrospiegel in einem Schnittpunkt der Brennebenen der Kollimatorlinsen angeordnet. Das hat den Vorteil, dass mit den verschiedenen Sendeeinheiten und dem optischen Mikrospiegel durch das Verschwenken des optischen Mikrospiegels gleichzeitig mehrere unterschiedliche Raumbereiche in einer Umgebung der optischen Sensorvorrichtung abgetastet werden können. Die vergrößerte nutzbare Auflösung kann somit auf einen besonders großen Bildbereich, welcher durch die optische Sensorvorrichtung erfassbar ist, angewendet werden. Dadurch wird eine bessere Bildqualität erreicht.The invention also relates to an optical sensor device with a plurality, in particular three, transmitting units according to the above statements and with an optical micromirror. In particular, the optical sensor device may comprise only a single optical micromirror. The optical micromirror is in this case arranged, viewed from the semiconductor light sources, in the optical paths of the lights behind the collimator lenses of the transmitting units. In particular, the micromirror is thus arranged in an intersection of the focal planes of the collimator lenses. This has the advantage that, with the various transmitting units and the optical micromirror, the pivoting of the optical micromirror simultaneously enables several different spatial regions to be scanned in an environment of the optical sensor device. The increased usable resolution can thus be applied to a particularly large image area, which can be detected by the optical sensor device. This achieves better picture quality.

In einer vorteilhaften Ausführungsform kann dabei vorgesehen sein, dass der Mikrospiegel in der Horizontalrichtung verschwenkbar ist und die Sendeeinheiten in der Horizontalrichtung in einer Ebene versetzt um den Mikrospiegel angeordnet sind. Der Mikrospiegel kann dabei wiederum insbesondere um einen Betrag von +/–15°, insbesondere +/–10°, verschwenkbar sein. Er kann so mit eine insbesondere eine einzige Rotationsachse in der zu der zur Horizontalebene senkrecht verlaufenden Vertikalrichtung aufweisen. Zusätzlich zu den analog zu den entsprechend den obigen Ausführungen im entsprechenden, die Sendeeinheit betreffenden Ausführungsbeispiel zu erreichenden Vorteilen wird so erreicht, dass ein größtmöglicher Umgebungsbereich der optischen Sensorvorrichtung durch diese erfassbar ist. Für diesen vergrößerten Sensorbereich wird entsprechend eine bessere Bildqualität in Form einer besseren Winkelauflösung in Horizontalrichtung erreicht.In an advantageous embodiment, it may be provided that the micromirror is pivotable in the horizontal direction and the transmitting units are arranged offset in the horizontal direction in a plane around the micromirror. The micromirror can in turn be pivotable in particular by an amount of +/- 15 °, in particular +/- 10 °. It can thus have, in particular, a single axis of rotation in the vertical direction perpendicular to the horizontal plane. In addition to the advantages to be achieved in accordance with the above statements in the corresponding exemplary embodiment relating to the transmitting unit, it is thus achieved that the greatest possible surrounding area of the optical sensor device can be detected by the latter. Correspondingly, a better image quality in the form of a better angular resolution in the horizontal direction is achieved for this enlarged sensor area.

Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die optischen Wege der Lichter der Sendeeinheiten, welche jeweils nächste Nachbarn sind, sich für alle Lichter in der Horizontalrichtung unter einem gleichen Winkel in dem Schnittpunkt der Kollimatorlinsen oder Kollimatorlinseneinrichtungen treffen. Dieser Winkel kann insbesondere 40° sein. Für den gleichen Winkel kann hier beispielsweise eine Messungenauigkeit von +/–1° vorgesehen sein. Das hat den Vorteil, dass durch das Verschwenken des Mikrospiegels die Umgebung der optischen Sensorvorrichtung besonders effizient abgetastet werden kann. Gerade bei einer Verschwenkbarkeit um +/–10° ist ein Betrag von 40° für den gleichen Winkel besonders vorteilhaft. Bei einer Verschwenkbarkeit des Mikrospiegels um +/–10° kann nämlich durch eine Sendeeinheit ein horizontaler Winkelbereich von 40° überstrichen werden. Somit kann durch drei Sendeeinheiten die Umgebung der optischen Sensorvorrichtung in einem Erfassungswinkel von insgesamt 120° mit der vergrößerten nutzbaren Auflösung auf effiziente Weise erfasst werden. Insbesondere ergeben sich dabei so zwischen den einzelnen Unterbereichen, welche durch die Lichter der jeweiligen Sendeeinheiten bestrahlt oder abgetastet werden, keine Lücken. Dabei ist zugleich nur ein einziges sich bewegendes Teil erforderlich, nämlich der besagte optische Mikrospiegel. Somit kann wiederum eine besondere Genauigkeit im optischen System erreicht werden, was die nutzbare Auflösung und die erreichte Bildqualität wiederum vergrößert.In this case, it can be provided, in particular, that the optical paths of the lights of the transmitting units, which are each next neighbor, meet for all lights in the horizontal direction at an equal angle in the intersection of the collimator lenses or collimator lens devices. This angle can be in particular 40 °. For the the same angle can be provided here, for example, a measurement inaccuracy of +/- 1 °. This has the advantage that the environment of the optical sensor device can be scanned particularly efficiently by pivoting the micromirror. Especially with a pivoting about +/- 10 °, an amount of 40 ° for the same angle is particularly advantageous. With a pivoting of the micromirror by +/- 10 °, namely, a horizontal angle range of 40 ° can be swept by a transmitting unit. Thus, by three transmitting units, the environment of the optical sensor device can be efficiently detected at a detection angle of 120 ° in total with the increased usable resolution. In particular, there are no gaps between the individual subregions, which are irradiated or scanned by the lights of the respective transmitting units. At the same time only a single moving part is required, namely the said optical micromirror. Thus, in turn, a particular accuracy can be achieved in the optical system, which in turn increases the usable resolution and the image quality achieved.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Lichter der unterschiedlichen Sendeeinheiten jeweils für die unterschiedlichen Sendeeinheiten disjunkte Wellenlängeverteilungen aufweisen oder, gerade im Falle von Laserlichtern, jeweils eine voneinander verschiedene Wellenlänge haben. das hat den Vorteil, dass die unterschiedlichen Lichter sich nicht gegenseitig beeinflussen beziehungsweise eine Detektoreinheit der optischen Sensorvorrichtung die unterschiedlichen Lichter leicht getrennt detektieren kann. Damit wird ein „Übersprechen“ der Lichter mit einer damit einhergehenden Verschlechterung einer Auflösung vermieden.In a preferred embodiment, it is provided that the lights of the different transmission units each have disjoint wavelength distributions for the different transmission units or, in the case of laser lights in each case, have a mutually different wavelength. this has the advantage that the different lights do not influence each other or a detector unit of the optical sensor device can easily detect the different lights separately. This avoids a "crosstalk" of the lights with a concomitant deterioration of a resolution.

In einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Halbleiterlichtquellen der Sendeeinheiten für jede Sendeeinheit in einer jeweiligen Ebene sämtlich in der gleichen Vertikalrichtung jeweils für eine Sendeeinheit untereinander angeordnet sind. Dabei können die Halbleiterlichtquellen, welche jeweils zu einer Sendeeinheit gehören, insbesondere auf einer Geraden angeordnet sein. In diesem Fall sind dann also die Geraden, auf denen die Halbleiterlichtquellen angeordnet sind, jeweils parallel zueinander. Das hat den Vorteil, dass, gerade bei einem um die Rotationsachse in Vertikalrichtung verschwenkbaren (also in der Horizontalebene verschwenkbaren) Mikrospiegel eine Umgebung der Sensorvorrichtung besonders effizient mit der maximal möglichen Auflösung abgetastet oder erfasst werden kann. Gerade dadurch, dass die Halbleiterlichtquellen jeweils sämtlich auf einer Gerade senkrecht zur Horizontalrichtung angeordnet sind, ergibt sich ein besonders großer Erfassungsbereich für die Sensorvorrichtung mit einer gleichmäßigen Auflösung.In a further, particularly advantageous embodiment it is provided that the semiconductor light sources of the transmitting units for each transmitting unit are arranged in a respective plane all in the same vertical direction in each case for a transmitting unit with each other. In this case, the semiconductor light sources, which in each case belong to a transmitting unit, can be arranged in particular on a straight line. In this case, the straight lines on which the semiconductor light sources are arranged are in each case parallel to one another. This has the advantage that an environment of the sensor device can be scanned or detected particularly efficiently with the maximum possible resolution, particularly in the case of a micromirror which can be swiveled around the rotation axis in the vertical direction (that is, can be pivoted in the horizontal plane). Precisely because the semiconductor light sources are all arranged in each case on a straight line perpendicular to the horizontal direction, a particularly large detection range for the sensor device results with a uniform resolution.

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 auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit 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. Embodiments and combinations of features are also to be regarded as disclosed, which thus do not have all the features of an originally formulated dependent or independent claim.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to schematic drawings. Showing:

1 eine schematische Schnittdarstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer Sendeeinheit in einer Vertikalrichtung; und 1 a schematic sectional view of an exemplary embodiment of a transmitting unit in a vertical direction; and

2 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer optischen Sensorvorrichtung mit vorliegend drei Sendeeinheiten und einem optischen Mikrospiegel in einer perspektivischen Ansicht. 2 a schematic representation of an exemplary embodiment of an optical sensor device with presently three transmitting units and an optical micromirror in a perspective view.

Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The same and functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

In1 ist schematisch eine beispielhafte Ausführungsform einer Sendeeinheit in einer Schnittansicht parallel zu einer Vertikalrichtung dargestellt. Die Sendeeinheit1 umfasst dabei zunächst eine Vielzahl von Halbleiterlichtquellen2a,2b, ...,2y,2z. Diese sind vorliegend auf einer Trägerplatine3 angeordnet. Entsprechend sind die Halbleiterlichtquellen2a–2z in diesem Beispiel in einer ersten Ebene4 angeordnet, welche sich hier in einer y-z-Richtung senkrecht zur Zeichenebene erstreckt. Die Halbleiterlichtquellen2a–2z sind dabei in y-Richtung, welche hier der Vertikalrichtung entspricht, untereinander auf einer Geraden angeordnet. Vorliegend sind die Halbleiterlichtquellen2a–2z auch äquidistant angeordnet. Durch die Äquidistanz ergibt sich eine vereinfachte Geometrie, welche sich auch vorteilhaft auf die erzielbare Bildqualität beziehungsweise nutzbare Auflösung der Sendeeinheit auswirkt. Die Halbleiterlichtquellen2a–2z sind im gezeigten Beispiel als Oberflächenemitter, sogenannte VCSEL (Vertical Cavity Surface Emmitting Laser), ausgeführt, in Form eines sogenannten VCSEL-Arrays. Dieses umfasst im gezeigten Beispiel eine Reihe von 120 Halbleiterlichtquellen2a–2z, welche aus Übersichtlichkeitsgründen nicht vollständig dargestellt sind.In 1 schematically an exemplary embodiment of a transmitting unit is shown in a sectional view parallel to a vertical direction. The transmitting unit 1 In this case, it first comprises a multiplicity ofsemiconductor light sources 2a . 2 B , ..., 2y . 2z , These are present on acarrier board 3 arranged. Accordingly, thesemiconductor light sources 2a - 2z in this example in a first level 4 arranged, which extends here in a yz-direction perpendicular to the plane of the drawing. Thesemiconductor light sources 2a - 2z are arranged in y-direction, which here corresponds to the vertical direction, with each other on a straight line. In the present case, thesemiconductor light sources 2a - 2z also arranged equidistantly. The equidistance results in a simplified geometry, which also has an advantageous effect on the achievable image quality or usable resolution of the transmitting unit. Thesemiconductor light sources 2a - 2z are in the example shown as a surface emitter, so-called VCSEL (Vertical Cavity Surface Emissive Laser), executed in the form of a so-called VCSEL arrays. In the example shown, this comprises a series of 120semiconductor light sources 2a - 2z , which are not fully shown for clarity.

Die Sendeeinheit1 umfasst auch eine Vielzahl von optischen Mikrolinsen5a–5z, welche den jeweiligen Halbleiterlichtquellen2a–2z zugeordnet sind. Entsprechend wird ein von den jeweiligen Halbleiterlichtquellen2a–2z erzeugtes Licht a, b, ..., z durch die zugeordneten Mikrolinsen5a–z gebündelt. Die Mikrolinsen5a–z sind vorliegend in einem Abstand D von den Halbleiterlichtquellen2a–2z entfernt angeordnet, welcher der Brennweite der Mikrolinsen5a–5z entspricht. Die Mikrolinsen5a–5z sind vorliegend sämtlich identisch als Sammellinsen ausgeführt und benachbart zueinander in Form eines sogenannten Arrays in einer zweiten Ebene6 angeordnet. Dieses Mikrolinsen-Array kann dabei beispielsweise einstückig ausgeführt sein.The transmitting unit 1 also includes a variety ofoptical microlenses 5a - 5z , which the respectivesemiconductor light sources 2a - 2z assigned. Accordingly, one of the respectivesemiconductor light sources 2a - 2z generated light a, b, ..., z by the associatedmicrolenses 5a -Z bundled. Themicrolenses 5a -Z are present at a distance D from thesemiconductor light sources 2a - 2z remote, which is the focal length of themicrolenses 5a - 5z equivalent. Themicrolenses 5a - 5z In the present case, all of them are identically designed as converging lenses and adjacent to each other in the form of a so-called array in asecond plane 6 arranged. This microlens array can be designed, for example, in one piece.

Da die Mikrolinsen5a–5z aneinander angrenzen, bilden auch die durch die Halbleiterlichtquellen2a–2z zunächst als die Lichter a–z erzeugten und durch die Mikrolinsen5a–5z gebündelten Lichter a’–z’ parallel verlaufende Lichtstrahlen, welche aneinander angrenzen. Die gebündelten Lichter a’–z’ bilden somit bei gleichzeitig aktivierten Halbleiterlichtquellen2a–2z eine Art Lichtband, was sich quasi eindimensional (also fast ausschließlich) in der y-Richtung, also der Vertikalrichtung, erstreckt.Because themicrolenses 5a - 5z adjacent to each other, also form by thesemiconductor light sources 2a - 2z first as the lights a-z generated and through themicrolenses 5a - 5z bundled lights a'-z 'parallel light beams which adjoin one another. The collimated lights a'-z 'thus form simultaneously activatedsemiconductor light sources 2a - 2z a kind of light band, which extends quasi one-dimensional (ie almost exclusively) in the y-direction, ie the vertical direction.

Die Sendeeinheit1 umfasst des Weiteren eine Kollimatorlinse7, welche die gebündelten Lichter a’–z’ auf einen Brennpunkt F kollimiert. Dieser Brennpunkt F ist in einem Abstand E, welcher der Brennweite der Kollimatorlinse7 entspricht, von den Halbleiterlichtquellen2a–2z aus betrachtet, in dem Strahlgang der Lichter a, a’ bis z, z’ hinter der Kollimatorlinse7 angeordnet. Die von der Kollimatorlinse7 kollimierten Lichter a’’, b’’, ..., z’’, welche den jeweiligen erzeugten Lichtern a–z und den gebündelten Lichtern a’–z’ entsprechen, treffen bei gleichzeitem Aktiveren der Halbleiterlichtquellen2a–2z gemeinsam unter einem Kollimatorwinkel ⊝ auf den Brennpunkt F ein. Die Summe der kollimierten Lichter a’’–z’’ beziehungsweise das von den kollimierten Lichtern a’’–z’’ gebildete Gesamtlicht trifft also aus einem Winkelbereich, dessen Größe dem Kollimatorwinkel ⊝ entspricht, auf den Brennpunkt F. Der Kollimatorwinkel ⊝ beträgt im gezeigten Beipiel 12°. Da vorliegend 120 Halbleiter lichtquellen2a–2z die entsprechenden Lichter a, a’, a’’ bis z, z’, z’’ erzeugen und die gebeugten beziehungsweise kollimierten Lichter a’, a’’ bis z’, z’’ aneinander angrenzen, entspricht jeder Halbleiterlichtquelle2a–2z vorliegend 1 / 120 in dem Gesamtlicht9. Die einzelnen kollimierten Lichter a’’–z’’ nehmen somit von dem Brennpunkt F aus betrachtet, jeweils einen gleichen (hier vertikalen) Raumwinkel Φ ein. Dieser Raumwinkel Φ beträgt im gezeigten Beispiel 12° / 120 = 0,1°. Der Raumwinkel Φ bestimmt damit die Auflösung, vorliegend die Auflösung in Vertikalrichtung der Sendeeinheit1.The transmitting unit 1 further comprises acollimator lens 7 which collimates the collimated lights a'-z 'to a focal point F. This focal point F is at a distance E, which is the focal length of thecollimator lens 7 corresponds to, from thesemiconductor light sources 2a - 2z from the radiance of the lights a, a 'to z, z' behind thecollimator lens 7 arranged. The of thecollimator lens 7 collimated lights a '', b '', ..., z '' corresponding to the respective generated lights a-z and the collimated lights a'-z 'meet with simultaneous activation of thesemiconductor light sources 2a - 2z together under a collimator angle ⊝ on the focal point F a. The sum of the collimated lights a '' - z '' or the total light formed by the collimated lights a '' - z '' thus hits from an angular range whose size corresponds to the collimator angle auf, to the focal point F. The collimator angle ⊝ is in example shown 12 °. In the present case 120semiconductor light sources 2a - 2z The corresponding lights a, a ', a''to z, z', z '' generate and the diffracted or collimated lights a ', a''toz', z '' adjacent to each other, corresponds to eachsemiconductor light source 2a - 2z present 1/120 in thetotal light 9 , The individual collimated lights a "- z" thus assume, viewed from the focal point F, in each case a same (here vertical) solid angle Φ. This solid angle Φ is in the example shown 12 ° / 120 = 0.1 °. The solid angle Φ thus determines the resolution, in the present case the resolution in the vertical direction of the transmitting unit 1 ,

In dem Brennpunkt F ist vorliegend ein Mikrospiegel8 angeordnet. Die gebündelten Lichter a’’–z’’ treffen in dem Brennpunkt F auf den Mikrospiegel8. Der Mikrospiegel8 ist vorliegend um eine Rotationsachse A, welche hier in der Zeichenebene parallel zu der Vertikalrichtung verläuft, schwenkbar. Dadurch kann bei zeitgleicher Aktivierung der Halbleiterlichtquellen2a–2z ein Lichtband9, welches sich praktisch nur in der Vertikalrichtung erstreckt, in der Horizontalrichtung abgelenkt werden und mit diesem eine Umgebung der Sendeeinheit1 bestrahlt werden. In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist dabei jedoch vorgesehen, dass jeweils zeitgleich nur eine der Halbleiterlichtquellen2a–2z aktiv ist. Damit wird durch die Sendeeinheit1 eine vertikale Auflösung von vorliegend 0,1° erreicht. Entsprechend wird jedoch an einem Detektor, welcher nicht dargestellt ist, jeweils nur ein Signal, welches einem einzigen Pixel, welches der jeweils aktivierten Halbleiterlichtquelle2a–2z oder einem durch diese Halbleiterlichtquelle2a–2z bestrahlten Bereich der Umgebung entspricht, detektiert. Dadurch wird dieses eine Pixel in der Detektoreinheit kein Signal durch die anderen Halbleiterlichtquellen2a–2z erhalten. Dieses Signal und damit die anderen Halbleiterlichtquellen2a–2z würden ansonsten zu einem Rauschen beitragen. Entsprechend gibt es kein Übersprechen zwischen Signalen, welche benachbarten Pixeln oder Bildpunkten in der Detektoreinheit entsprechen. Damit wird die nutzbare Auflösung verbessert und eine bessere Bildqualität erreicht.In the focal point F is present a micromirror 8th arranged. The focused lights a '' - z '' meet at the focal point F on the micromirror 8th , The micromirror 8th In the present case, it can be pivoted about an axis of rotation A, which runs parallel to the vertical direction in the plane of the drawing. As a result, with simultaneous activation of thesemiconductor light sources 2a - 2z alight band 9 , which extends practically only in the vertical direction, are deflected in the horizontal direction and with this an environment of the transmitting unit 1 be irradiated. In a preferred embodiment, however, it is provided that in each case only one of the semiconductor light sources at thesame time 2a - 2z is active. This is done by the transmitting unit 1 achieved a vertical resolution of presently 0.1 °. Accordingly, however, at a detector, which is not shown, only one signal, which is a single pixel, which of the respectively activatedsemiconductor light source 2a - 2z or one through thissemiconductor light source 2a - 2z irradiated area corresponds to the environment detected. As a result, this one pixel in the detector unit does not become a signal through the othersemiconductor light sources 2a - 2z receive. This signal and thus the othersemiconductor light sources 2a - 2z would otherwise contribute to a noise. Accordingly, there is no crosstalk between signals corresponding to adjacent pixels or pixels in the detector unit. This improves the usable resolution and achieves better image quality.

In2 ist schematisch eine beispielhafte Ausführungsform einer optischen Sensorvorrichtung mit vorliegend drei Sendeeinheiten in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Jede der drei Sendeeinheiten1,1’,1’’ entspricht hier beispielhaft jeweils dem in1 gezeigten Ausführungsbeispiel. Dabei sind die Vertikalrichtungen der jeweiligen Sendeeinheiten,1,1’,1’’ vorliegend parallel zueinander angeordnet und die Sendeeinheiten1,1’,1’’ in einer Horizontalrichtung senkrecht zur Vertikalrichtung in der Horizontalebene vorliegend radial um einen einzigen Mikrospiegel8 herum verteilt. Der Mikrospiegel8 kann beispielsweise eine Spiegelfläche von 2 × 2 mm aufweisen. Die Sendeeinheiten1,1’,1’’ können dabei vorliegend jeweils ein vertikales, quasieindimensionales Lichtband9,9’,9’’ aussenden. Die jeweiligen Lichtbänder9,9’,9’’ haben dabei einen gemeinsamen Brennpunkt F, in welchem der Mikrospiegel8 angeordnet ist, ihren Schnittpunkt. Der Mikrospiegel8 ist dabei in einer Dimension, nämlich in der Horizontalebene, um eine Rotationsachse A verschwenkbar. Vorliegend kann der optische Mirkospiegel8 um +/–10° verschwenkt werden. Entsprechend werden die Lichtbänder9,9’,9’’ je nach Stellung des optischen Mikrospiegels8 in einen Bereich gelenkt, welcher jeweils +/–20°, also 40°, einer Umgebung11 abdeckt.In 2 schematically an exemplary embodiment of an optical sensor device with present three transmitting units is shown in a perspective view. Each of the three transmission units 1 . 1' . 1'' corresponds here exemplarily in each case in 1 shown embodiment. In this case, the vertical directions of the respective transmitting units, 1 . 1' . 1'' in this case arranged parallel to each other and the transmitting units 1 . 1' . 1'' in a horizontal direction perpendicular to the vertical direction in the horizontal plane present radially around a single micromirror 8th distributed around. The micromirror 8th may for example have a mirror surface of 2 × 2 mm. The transmitting units 1 . 1' . 1'' Here, in each case a vertical, quasi-one-dimensional light band 9 . 9 ' . 9 '' send out. The respectivelight bands 9 . 9 ' . 9 '' have a common focus F, in which the micromirror 8th is arranged, their point of intersection. The micromirror 8th is in one dimension, namely in the horizontal plane, about a rotation axis A pivotable. In the present case, the optical micro-mirror 8th be pivoted by +/- 10 °. Accordingly, thelight bands 9 . 9 ' . 9 '' depending on the position of the optical micromirror 8th directed into an area which in each case +/- 20 °, ie 40 °, anenvironment 11 covers.

Dadurch, dass in der gezeigten Anordnung zwischen den jeweiligen Lichtbändern9,9’ und9’’ in der Horizontalebene ein gleichmäßiger Winkel Ω von vorliegend 40° eingestellt ist, kann somit durch die optische Sensorvorrichtung10 in der Horizontalebene ein Gesamtbereich von 120° abgetastet werden. Dadurch, dass zeitgleich jeweils nur eine der Halbleiterlichtquellen2a–2z (1) der jeweiligen Sendeeinheiten1,1’,1’’ aktiviert wird, wird entsprechend den Ausführungen zu1 ein Rauschen verringert und ein Übersprechen von benachbarten Kanälen in einer zugeordneten, nicht dargestellten Empfangseinheit vermieden. Dies wird vorliegend noch dadurch unterstützt, dass die Sendeeinheiten1,1’,1’’ Licht in unterschiedlicher Wellenlänge nutzen.Characterized in that in the arrangement shown between the respectivelight bands 9 . 9 ' and 9 '' in the horizontal plane a uniform angle Ω of 40 ° is set here, can thus by the optical sensor device 10 in the horizontal plane a total range of 120 ° are scanned. Characterized in that at the same time each time only one of thesemiconductor light sources 2a - 2z ( 1 ) of the respective transmitting units 1 . 1' . 1'' is activated, according to the comments too 1 reduces noise and avoids crosstalk from adjacent channels in an associated receiving unit, not shown. In the present case, this is further supported by the fact that the transmitting units 1 . 1' . 1'' Use light in different wavelengths.

Dadurch, dass der Winkelabstand zwischen den Sendeeinheiten1,1’,1’’ relativ zu dem Mikrospiegel8, welcher durch den Winkel Ω bestimmt ist, identisch zu dem Winkelbereich ist, über welchen die Lichtbänder9,9’,9’’ beziehungsweise die Lichter a’’–z’’ (1) der jeweiligen Sendeeinheiten1,1’,1’’ abgelenkt werden können, kann der gesamte Umgebungsbereich11, vorliegend die 120° in der Horizontalrichtung und beispielsweise 12° in der Vertikalrichtung, lückenlos durch die optischen Sensorvorrichtung10 mit ihren Sendeeinheiten1,1’,1’’ abgetastet werden.Characterized in that the angular distance between the transmitting units 1 . 1' . 1'' relative to the micromirror 8th , which is determined by the angle Ω, is identical to the angular range over which thelight bands 9 . 9 ' . 9 '' or the lights a '' - z '' ( 1 ) of the respective transmitting units 1 . 1' . 1'' can be distracted, the entire surroundingarea 11 in the present case, the 120 ° in the horizontal direction and, for example, 12 ° in the vertical direction, seamlessly through the optical sensor device 10 with their transmitting units 1 . 1' . 1'' be scanned.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• US 6353502 B1[0003]US 6353502 B1[0003]
• US 6888871 B1[0004]US 6888871 B1[0004]

Claims (15)

Translated fromGerman

Sendeeinheit (1) für eine optische Sensorvorrichtung (10), mit – einer Vielzahl von Halbleiterlichtquellen (2a–2z) zum Erzeugen eines jeweiligen Lichts (a–z); – einer Vielzahl von jeweils einer Halbleiterlichtquelle (2a–2z) zugeordneten optischen Mikrolinsen (5a–5z) zum Bündeln des von der jeweils zugeordneten Halbleiterlichtquelle (2a–2z) erzeugten Lichts (a–z); und – einer Kollimatorlinse (7) zum Kollimieren der gebündelten Lichter (a’–z’), wobei die Mikrolinsen (5a–5z) jeweils in einem optischen Weg des Lichts (a,a’–z,z’) zwischen den jeweiligen zugeordneten Halbleiterlichtquellen (2a–2z) und der Kollimatorlinse (7) angeordnet sind,dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterlichtquellen (2a–2z) jeweils in einer Brennebene der zugeordneten Mikrolinse (5a–5z) angeordnet sind.Transmitting unit ( 1 ) for an optical sensor device ( 10 ), with - a plurality of semiconductor light sources ( 2a - 2z ) for generating a respective light (a-z); A plurality of each of a semiconductor light source ( 2a - 2z ) associated optical microlenses ( 5a - 5z ) for bundling the from the respective associated semiconductor light source ( 2a - 2z ) generated light (a-z); and a collimator lens ( 7 ) for collimating the collimated lights (a'-z '), the microlenses ( 5a - 5z ) in each case in an optical path of the light (a, a'-z, z ') between the respective associated semiconductor light sources ( 2a - 2z ) and the collimator lens ( 7 ) are arranged,characterized in that the semiconductor light sources ( 2a - 2z ) each in a focal plane of the associated microlens ( 5a - 5z ) are arranged. Sendeeinheit (1) nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterlichtquellen (2a–2z) in einer ersten Ebene (4) angeordnet sind, insbesondere in einer Vertikalrichtung sämtlich untereinander, bevorzugt sämtlich auf einer Geraden in der Vertikalrichtung untereinander.Transmitting unit ( 1 ) according to claim 1,characterized in that the semiconductor light sources ( 2a - 2z ) in a first level ( 4 ) are arranged, in particular in a vertical direction all together, preferably all on a straight line in the vertical direction with each other. Sendeeinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterlichtquellen (2a–2z) jeweils zumindest einen Oberflächenemitter umfassen.Transmitting unit ( 1 ) according to one of the preceding claims,characterized in that the semiconductor light sources ( 2a - 2z ) each comprise at least one surface emitter. Sendeeinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolinsen (5a–5z) sämtlich in einer zweiten Ebene (6) angeordnet sind und insbesondere aneinander angrenzen.Transmitting unit ( 1 ) according to one of the preceding claims,characterized in that the microlenses ( 5a - 5z ) all in a second level ( 6 ) are arranged and in particular adjoin one another. Sendeeinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolinsen (5a–5z) sämtlich jeweils zumindest eine Sammellinse umfassen.Transmitting unit ( 1 ) according to one of the preceding claims,characterized in that the microlenses ( 5a - 5z ) each comprise at least one converging lens. Sendeeinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Halbleiterlichtquellen (2a–2z) dem Quotienten aus einem Kollimatorwinkel (⊝) der Kollimatorlinse (7) und einer vorgegebenen Auflösung der Sendeeinheit (1) entspricht, wobei der Kollimatorwinkel (⊝) der Betrag der Größe des Winkelbereichs ist, aus welchem in einem Brennpunkt (F) der Kollimatorlinse (7) ein aus sämtlichen Lichtern (a’’–z’’) bestehendes Gesamtlicht (9) auf den Brennpunkt (F) trifft.Transmitting unit ( 1 ) according to one of the preceding claims,characterized in that the number of semiconductor light sources ( 2a - 2z ) the quotient of a collimator angle (⊝) of the collimator lens ( 7 ) and a predetermined resolution of the transmitting unit ( 1 ), where the collimator angle (⊝) is the amount of the size of the angular range from which at a focal point (F) of the collimator lens ( 7 ) consisting of all the lights (a '' - z '') existing total light ( 9 ) hits the focal point (F). Sendeeinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterlichtquellen (2a–2z) durch eine Steuereinrichtung der Sendeeinheit (1) unabhängig voneinander steuerbar sind.Transmitting unit ( 1 ) according to one of the preceding claims,characterized in that the semiconductor light sources ( 2a - 2z ) by a control device of the transmitting unit ( 1 ) are independently controllable. Sendeeinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (1) auch einen optischen Mikrospiegel (8) zum Ablenken der durch die Kollimatorlinse (7) kollimierten Lichter (a’’–z’’) umfasst, welcher von den Halbleiterlichtquellen (2a–2z) aus betrachtet in dem optischen Weg der Lichter (a,a’–z,z’) hinter der Kollimatorlinse (7) angeordnet ist.Transmitting unit ( 1 ) according to one of the preceding claims,characterized in that the transmitting unit ( 1 ) also an optical micromirror ( 8th ) for deflecting through the collimator lens ( 7 ) comprises collimated lights (a '' - z ''), which of the semiconductor light sources ( 2a - 2z ) seen in the optical path of the lights (a, a'-z, z ') behind the collimator lens ( 7 ) is arranged. Sendeeinheit (1) nach Anspruch 8,dadurch gekennzeichnet, dass der optische Mikrospiegel (8) in einer Brennebene der Kollimatorlinse (7) angeordnet ist.Transmitting unit ( 1 ) according to claim 8,characterized in that the optical micromirror ( 8th ) in a focal plane of the collimator lens ( 7 ) is arranged. Sendeeinheit (1) nach Anspruch 8 oder 9,dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrospiegel (8) in einer Horizontalrichtung verschwenkbar ist, insbesondere um einen Winkel von +/–10°.Transmitting unit ( 1 ) according to claim 8 or 9,characterized in that the micromirror ( 8th ) is pivotable in a horizontal direction, in particular by an angle of +/- 10 °. Optische Sensorvorrichtung (10) mit mehreren, insbesondere drei, Sendeeinheiten (1,1’,1’’) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einem optischen Mikrospiegel (8), welcher von den Halbleiterlichtquellen (2a–2z) aus betrachtet in den optischen Wegen der Lichter (a,a’–z,z’) hinter den Kollimatorlinsen (7,7’,7’’) der Sendeeinheiten (1,1’,1’’) angeordnet ist, insbesondere in einem Schnittpunkt der Brennebenen der Kollimatorlinsen (7,7’,7’’).Optical sensor device ( 10 ) with several, in particular three, transmission units ( 1 . 1' . 1'' ) according to one of claims 1 to 7 with an optical micromirror ( 8th ), which of the semiconductor light sources ( 2a - 2z ) seen in the optical paths of the lights (a, a'-z, z ') behind the collimator lenses ( 7 . 7 ' . 7 '' ) of the transmitting units ( 1 . 1' . 1'' ) is arranged, in particular in an intersection of the focal planes of the collimator lenses ( 7 . 7 ' . 7 '' ). Optische Sensorvorrichtung (10) nach Anspruch 11,dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrospiegel (8) in der Horizontalrichtung verschwenkbar ist und die Sendeeinheiten (1,1’,1’’) in der Horizontalrichtung versetzt um den Mikrospiegel (8) angeordnet sind.Optical sensor device ( 10 ) according to claim 11,characterized in that the micromirror ( 8th ) is pivotable in the horizontal direction and the transmitting units ( 1 . 1' . 1'' ) offset in the horizontal direction about the micromirror ( 8th ) are arranged. Optische Sensorvorrichtung (10) nach Anspruch 12,dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Wege der Lichter der Sendeeinheiten (1,1’,1’’), welche jeweils nächste Nachbarn sind, sich für alle Lichter in der Horizontalrichtung unter einem gleichen Winkel (Ω) in dem Schnittpunkt treffen, insbesondere unter 40°.Optical sensor device ( 10 ) according to claim 12,characterized in that the optical paths of the lights of the transmitting units ( 1 . 1' . 1'' ), which are next nearest each other, meet for all lights in the horizontal direction at an equal angle (Ω) at the intersection, in particular below 40 °. Optische Sensorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 13,dadurch gekennzeichnet, dass die Lichter der Sendeeinheiten (1,1’,1’’) jeweils disjunkte Wellenlängenverteilungen aufweisen und/oder eine voneinander verschiedene Wellenlänge haben.Optical sensor device ( 10 ) according to one of claims 11 to 13,characterized in that the lights of the transmitting units ( 1 . 1' . 1'' ) each have disjoint wavelength distributions and / or have a mutually different wavelength. Optische Sensorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 14,dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterlichtquellen (2a–2z) der Sendeeinheiten (1,1’,1’’) für jede Sendeeinheit (1,1’,1’’) in einer jeweiligen Ebene sämtlich in der gleichen Vertikalrichtung untereinander angeordnet sind.Optical sensor device ( 10 ) according to one of claims 11 to 14,characterized in that the semiconductor light sources ( 2a - 2z ) of the transmitting units ( 1 . 1' . 1'' ) for each transmitting unit ( 1 . 1' . 1'' ) are arranged in a respective plane all in the same vertical direction with each other.

Images