Title:
LICHTSENSOR
Kind Code:
A1


Abstract:

Ein Lichtsensor beinhaltet eine primäre Linse und eine Lichtvorrichtung, die von der primären Linse beabstandet ist. Eine Steuerstruktur ist zwischen der primären Linse und der Lichtvorrichtung angeordnet. Ein Stellglied ist mit der Steuervorrichtung verbunden, um die Steuervorrichtung relativ zur primären Linse und der Lichtvorrichtung zu bewegen, um den Durchtritt von Licht zwischen der primären Linse und der Lichtvorrichtung zu steuern. Der Lichtsensor kann einen lichtemittierenden Sensor mit einer Anordnung aus einzelnen Lichtemittern oder einen lichtdetektierenden Sensor mit einem Lichtdetektor beinhalten. Die Steuerstruktur kann eine Anordnung aus sekundären bi-telezentrischen Linsen zur Verwendung mit dem lichtemittierenden Sensor oder eine Platte mit einer Öffnung zur Verwendung mit dem lichtdetektierenden Sensor beinhalten.




Inventors:
Lipson, Ariel (Herzliya Pituach, IL)
Afek, Itai (Herzliya Pituach, IL)
Slutsky, Michael (Herzliya Pituach, IL)
Application Number:
DE102017214574A
Publication Date:
03/01/2018
Filing Date:
08/21/2017
Assignee:
GM Global Technology Operations LLC (Mich., Detroit, US)
International Classes:



Attorney, Agent or Firm:
Manitz Finsterwald Patentanwälte PartmbB, 80336, München, DE
Claims:
1. Lichtsensor umfassend:
eine primäre Linse;
eine Lichtvorrichtung, die von der primären Linse beabstandet ist;
eine Steuerstruktur, die zwischen der primären Linse und der Lichtvorrichtung angeordnet ist; und
ein Stellglied, das mit der Steuervorrichtung verbunden ist und betätigt werden kann, die Steuervorrichtung relativ zur primären Linse und der Lichtvorrichtung zu bewegen, um den Durchtritt von Licht zwischen der primären Linse und der Lichtvorrichtung zu steuern.

2. Lichtsensor nach Anspruch 1, worin die Lichtvorrichtung einer von einem Lichtemitter oder einem Lichtdetektor ist.

3. Lichtsensor nach Anspruch 2, worin die Steuerstruktur eine von einer Anordnung aus sekundären Linsen oder einer Öffnungsplatte ist.

4. Lichtsensor nach Anspruch 1, worin die Lichtvorrichtung ein Lichtemitter ist, der betrieben werden kann, einen Lichtstrahl zu übertragen.

5. Lichtsensor nach Anspruch 4, worin der Lichtemitter eines von einem Laser, einer lichtemittierenden Diode, einer optischen Faser, einem optischen Wellenleiter oder einem Oberflächenemitter ist.

6. Lichtsensor nach Anspruch 4, worin der Lichtemitter eine Vielzahl von einzelnen Lichtemittern beinhaltet, die in einer Anordnung gruppiert sind.

7. Lichtsensor nach Anspruch 6, worin die Steuerstruktur eine Vielzahl von sekundären Linsen beinhaltet, die in einer Anordnung gruppiert sind, worin jede der sekundären Linsen mit mindestens einem einzelnen Lichtemitter aus der Vielzahl von einzelnen Lichtemitter ausgerichtet ist, um Licht von dem mindestens einen einzelnen Lichtemitter durch die damit ausgerichtete Linse zu übertragen.

8. Lichtsensor nach Anspruch 7, worin jede aus der Vielzahl von sekundären Linsen eine bi-telezentrische Linse ist.

9. Lichtsensor nach Anspruch 1, worin die Lichtvorrichtung ein Lichtdetektor ist.

10. Lichtsensor nach Anspruch 9, worin die Steuerstruktur eine Platte mit mindestens einer durch die Platte verlaufenden Öffnung beinhaltet.

Description:
TECHNISCHES GEBIET

Die Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf einen Lichtsensor, wie einen lichtemittierenden Sensor oder einen lichtdetektierenden Sensor.

HINTERGRUND

Lichtsensoren können, ohne darauf beschränkt zu sein, lichtemittierende Sensoren, die Licht übertragen, oder lichtdetektierende Sensoren, die Licht erfassen, beinhalten. Lichtsensoren können einen Lichtstrahl senden und/oder empfangen, um eine Messung vorzunehmen, wie eine Distanzmessung. Light Detection and Ranging, oft als LIDAR bezeichnet, ist nur ein Beispiel für einen Lichtsensor. LIDAR verwendet einen lichtemittierenden Sensor, um einen Laserlichtstrahl durch eine primäre Linse zu übertragen. Die primäre Linse verteilt den Laserlichtstrahl über ein Sichtfeld. Ein lichtdetektierender Sensor erfasst den zurückkehrenden Laserlichtstrahl, der von einem Ziel reflektiert wird. Das LIDAR-System berechnet die Entfernung zum Ziel auf Grundlage der Zeitverzögerung zwischen den übertragenen und empfangenen Laserlichtimpulsen.

Die Genauigkeit der Abtastung hängt teilweise von den gesammelten Bezugspunkten ab. Dementsprechend können LIDAR-Systeme viele Laser beinhalten um eine höhere Bezugspunktdichte oder -auflösung zu erzeugen und so eine erhöhte Genauigkeit zu liefern. Jedoch treibt das Erhöhen der Anzahl von Lasern die Kosten und Komplexität des LIDAR-Systems in die Höhe. Zusätzlich kann Fremdlicht, das auf den lichtdetektierenden Sensor auftrifft, die Genauigkeit der Abtastung verringern. Entsprechend kann der lichtdetektierende Sensor Fremdlicht, wie Sonneneinstrahlung herausfiltern oder blockieren, um die Genauigkeit der Messung zu erhöhen. Um den Einfluss von Fremdlicht der auf den lichtdetektierenden Sensor zu verringern, kann der lichtdetektierende Sensor eine Anordnung aus einzelnen Lichtdetektoren beinhalten, wobei jeder einzelne Lichtdetektor einen kleinen Interessenbereich hat, anstatt dass ein Lichtdetektor einen größeren Interessenbereich hat. Jedoch treibt das Erhöhen der Anzahl von Lichtdetektoren die Kosten und Komplexität des LIDAR-Systems in die Höhe.

ZUSAMMENFASSUNG

Ein Lichtsensor wird bereitgestellt. Der Lichtsensor beinhaltet eine primäre Linse und eine Lichtvorrichtung, die von der primären Linse beabstandet ist. Eine Steuerstruktur ist zwischen der primären Linse und der Lichtvorrichtung angeordnet. Ein Stellglied ist mit der Steuervorrichtung verbunden. Das Stellglied kann betätigt werden, die Steuervorrichtung relativ zur primären Linse und der Lichtvorrichtung zu bewegen, um den Durchtritt von Licht zwischen der primären Linse und der Lichtvorrichtung zu steuern.

Ein lichtemittierender Sensor wird ebenfalls bereitgestellt. Der lichtemittierende Sensor beinhaltet eine primäre Linse und eine Vielzahl von einzelnen Lichtemittern, die in einer Anordnung gruppiert sind. Die Anordnung der einzelnen Lichtemitter ist auf einer ersten Ebene angeordnet. Jeder aus der Vielzahl einzelner Lichtemitter kann betrieben werden, einen Lichtstrahl entlang einer Bahn senkrecht zur ersten Ebene abzugeben. Eine Steuerstruktur beinhaltet eine Vielzahl von sekundären Linsen, die in einer Anordnung gruppiert sind. Die Anordnung sekundärer Linsen ist auf einer zweiten Ebene angeordnet, die zwischen der Reihe einzelner Lichtemitter und der primären Linse platziert ist. Die erste Ebene und die zweite Ebene liegen parallel zueinander. Ein Stellglied ist mit der Steuervorrichtung verbunden. Das Stellglied kann betätigt werden, die Steuervorrichtung relativ zur primären Linse und der Vielzahl einzelner Lichtemitter zu bewegen. Die Bewegung der Steuervorrichtung steuert den Durchtritt von Licht zwischen der Vielzahl von Lichtemittern und der primären Linse.

Ein lichtdetektierender Sensor wird ebenfalls bereitgestellt. Der lichtdetektierende Sensor beinhaltet eine primäre Linse und einen Lichtdetektor, der von der primären Linse beabstandet ist. Eine Platte mit mindestens einer Öffnung, die durch die Platte verläuft, ist zwischen der primären Linse und dem Lichtdetektor angeordnet. Ein Stellglied ist mit der Platte verbunden. Das Stellglied kann betätigt werden, die Platte relativ zur primären Linse und dem Lichtdetektor zu bewegen, um die Position der mindestens einen Öffnung relativ zum Lichtdetektor zu steuern.

Die vorstehenden Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren, lassen sich leicht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Durchführungsarten der Lehren ableiten, wenn diese in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen betrachtet werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische seitliche Planansicht eines lichtemittierenden Sensors, die eine Anordnung aus sekundären Linsen in einer Mittelstellung zeigt.

2 ist eine schematische seitliche Planansicht des lichtemittierenden Sensors, die die Anordnung aus sekundären Linsen in einer ersten versetzten Position zeigt.

3 ist eine schematische seitliche Planansicht des lichtemittierenden Sensors, die die Anordnung aus sekundären Linsen in einer zweiten versetzten Position zeigt.

4 ist eine schematische frontale Planansicht des lichtemittierenden Sensors, die die Anordnung aus sekundären Linsen in der Mittelstellung zeigt.

5 ist eine schematische Planansicht eines lichtdetektierenden Sensors.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass Begriffe, wie „über“, „unter“, „nach oben“, „nach unten“, „oben“, „unten“ usw., beschreibend für die Figuren verwendet werden und keine Einschränkungen des Umfangs der durch die beigefügten Patentansprüche definierten Offenbarung darstellen. Weiterhin können die Lehren hierin in Bezug auf die funktionalen bzw. logischen Blockkomponenten bzw. verschiedene Verarbeitungsschritte beschrieben sein. Es ist zu beachten, dass derartige Blockkomponenten aus einer beliebigen Anzahl von Hardware, Software- und/oder Firmware-Komponenten aufgebaut sein können, die konfiguriert sind, um die spezifizierten Funktionen auszuführen.

Bezüglich der Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile für die verschiedenen Ansichten kennzeichnen, wird im Allgemeinen bei 20 ein Lichtsensor dargestellt. Der Lichtsensor 20 kann, ohne darauf beschränkt zu sein, einen lichtemittierenden Sensor 22 (in den 14) oder einen lichtdetektierenden Sensor 24 (in 5) beinhalten. Während der Lichtsensor 20 hierin als entweder der lichtemittierende Sensor 22 oder der lichtdetektierende Sensor 24 beschrieben wird, sollte eingesehen werden, dass der Lichtsensor 20 irgendeinen anderen, hierin nicht dargestellten oder beschriebenen Sensor beinhalten kann.

Der Lichtsensor 20 beinhaltet eine primäre Linse 26, eine Lichtvorrichtung 28, die von der primären Linse 26 beabstandet ist, und eine Steuerstruktur 30, die zwischen der primären Linse 26 und der Lichtvorrichtung 28 angeordnet ist. Ist der Lichtsensor 20 ist als der lichtemittierende Sensor 22 konfiguriert, dann verteilt die primäre Linse 26 Spreizungen mehrere Lichtstrahlbündel über ein Sichtfeld. Ist der Lichtsensor 20 ist als der lichtdetektierende Sensor 24 konfiguriert, wie in 5 dargestellt, dann sammelt die primären Linse 26 die reflektierten Lichtstrahlen und leitet sie zu einem Lichtdetektor 32. Die primäre Linse 26 kann jede Linse beinhalten, die für die beabsichtigte Verwendung des Lichtsensors 20 geeignet ist. Die primäre Linse 26 kann eine einzelne Linse oder mehrere Linsen beinhalten. Die primäre Linse 26 kann, ohne darauf beschränkt zu sein, jedes Objekt beinhalten, das betrieben werden kann, um Licht zu bündeln oder anderweitig die Richtung oder Bewegung von Licht zu ändern. Die primäre Linse 26 kann aus einem einzigen Material mit asphärische Krümmungen oder einer Kombination mehrerer Materialien und mit mehr als zwei Flächen hergestellt sein. Die primäre Linse 26 kann den Lichtstrahl 56 auch vergrößern oder verkleinern.

Die Lichtvorrichtung 28 des Lichtsensors 20 kann, ohne darauf beschränkt zu sein, einen von einem Lichtemitter 34 oder dem Lichtdetektor 32 beinhalten. Wenn zum Beispiel der Lichtsensor 20 als er lichtemittierende Sensor 22 konfiguriert ist, wie in den 14 dargestellt, dann beinhaltet die Lichtvorrichtung 28 den Lichtemitter 34, während, wenn der Lichtsensor 20 als der lichtdetektierende Sensor 24 konfiguriert ist, wie in 5 dargestellt, dann beinhaltet die Lichtvorrichtung 28 den Lichtdetektor 32. Der Lichtemitter 34 kann jede Vorrichtung beinhalten, die in der Lage ist, einen oder mehrere Lichtstrahlen zu emittieren, zu übertragen oder zu senden. Der Lichtdetektor 32 kann jede Vorrichtung sein, die in der Lage ist, einen oder mehrere auftreffende Lichtstrahlen zu erfassen.

Die Steuerstruktur 30 kann jede zwischen der Lichtvorrichtung 28 und der primären Linse 26 angeordnete Vorrichtung beinhalten, die verwendet wird, um die Übertragung von Lichtstrahlen zwischen der Lichtvorrichtung 28 und der primäre Linse 26 zu steuern. Wenn zum Beispiel der Lichtsensor 20 als der lichtemittierende Sensor 22 konfiguriert ist, wie in den 14 dargestellt, dann kann die Steuerstruktur 30 eine oder mehrere sekundäre Linsen 36 beinhalten, während, wenn der Lichtsensor 20 als der lichtdetektierende Sensor 24 konfiguriert ist, wie in 5 dargestellt, dann kann die Steuerstruktur 30 eine Platte 38 mit mindestens einer Öffnung 40, die durch die Platte 38 verläuft, beinhalten.

Der Lichtsensor 20 beinhaltet des Weiteren ein Stellglied 42, das mit der Steuervorrichtung verbunden ist. Das Stellglied 42 kann betätigt werden, die Steuervorrichtung relativ zur primären Linse 26 und der Lichtvorrichtung 28 zu bewegen, um den Durchtritt von Licht zwischen der primären Linse 26 und der Lichtvorrichtung 28 zu steuern. Es sollte eingesehen werden, dass sich die primäre Linse 26 und die Lichtvorrichtung 28 nicht relativ zueinander bewegen, und dass es die Steuerstruktur 30 ist, die sich relativ sowohl zur primären Linse 26 als auch zur Lichtvorrichtung 28 bewegt. Je nach den Erfordernissen des Lichtsensors 20, kann das Stellglied 42 die Steuerstruktur 30 in einer Dimension, z. B. nach links und rechts entlang einer x-Achse eines kartesischen Koordinatensystems, in zwei Dimensionen, z. B. nach links und rechts entlang einer x-Achse sowie nach oben und unten entlang einer y-Achse eines kartesischen Koordinatensystems oder in drei Dimensionen, z. B. nach links und rechts entlang einer X-Achse, nach oben und unten entlang einer y-Achse sowie vorwärts und rückwärts entlang einer z-Achse eines kartesischen Koordinatensystems bewegen. Das Stellglied 42 kann, ohne darauf beschränkt zu sein, ein piezoelektrisches Stellglied 42, ein Formgedächtnislegierungs-Stellglied 42, ein Formgedächtnispolymer-Stellglied 42, ein magnetisches Stellglied 42, ein elektronisches Stellglied 42 oder ein hydraulisches Stellglied 42 beinhalten.

Aufgrund der Größe vieler Lichtsensoren 20, ist vorgesehen, dass das Stellglied 42 eine mikro-elektromechanische System-Vorrichtung (MEMS-Vorrichtung) 44 beinhalten kann. Wie in der Technik bekannt ist, kann die MEMS-Vorrichtung 44 dahingehend betrachtet werden, dass sie eine Klasse von Systemen beinhaltet, die physikalisch klein sind, die Merkmale mit Größen im Mikrometerbereich aufweisen. Die MEMS-Vorrichtung 44 kann elektrische und mechanische Komponenten aufweisen. MEMS-Vorrichtungen 44 können durch Mikrobearbeitungsprozesse hergestellt werden. Der Begriff „Mikrobearbeitung“ betrifft im Allgemeinen die Produktion von dreidimensionalen Strukturen und beweglichen Teilen durch Prozesse, die Fertigungstechniken (beispielsweise chemisches Ätzen) für eine modifizierte integrierte Schaltung (Computer-Chip) und Materialien (beispielsweise Silizium-Halbleitermaterial) beinhaltet. MEMS-Vorrichtungen 44 können in Verbindung mit anderen MEMS (mikrobearbeiteten) Komponenten oder mit (größeren) Komponenten von Standardmaßen betrieben werden, wie sie durch mechanische Bearbeitungsverfahren hergestellt werden.

Das Stellglied 42 kann in jeder geeigneten Weise mit der Steuerstruktur 30 verknüpft, daran befestigt oder damit verbunden sein, welche es dem Stellglied 42 ermöglicht, die Steuerstruktur 30 zu bewegen, wie für jede gegebene Anwendung erforderlich. Die Einzelheiten, wie das Stellglied 42 mit der Steuerstruktur 30 verbunden ist und diese bewegt, sind konstruktionsspezifisch und abhängig von dem konkreten verwendeten Typ des Stellglieds 42 sowie dem Grad der Bewegung, die für eine bestimmte Anwendung erforderlich ist.

Die exemplarische Ausführungsform des Lichtsensors 20, die als lichtemittierender Sensor 22 konfiguriert ist, wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 14 näher beschrieben. Wie oben erwähnt, beinhaltet die Lichtvorrichtung 28 des lichtemittierenden Sensors 22 den Lichtemitter 34. Der Lichtemitter 34 beinhaltet eine Vielzahl von einzelnen Lichtemittern 46, die in einer Anordnung 48 gruppiert sind. Das Lichtanordnung 48 aus einzelnen Lichtemittern 46 ist auf einer ersten Ebene 50 angeordnet. Jeder einzelne Lichtemitter 46 kann betrieben werden, einen Lichtstrahl entlang einer ursprünglichen Bahn 52 senkrecht zur ersten Ebene 50 zu übertragen. Wie in 4 dargestellt beinhaltet die exemplarische Ausführungsform des lichtemittierenden Sensors 22 neun einzelne Lichtemitter 46, die in einer Lichtanordnung 48 von drei auf drei angeordnet sind. Es versteht sich jedoch, dass der lichtemittierende Sensor 22 eine beliebige Anzahl von einzelnen Lichtemittern 46 beinhalten kann, die in jeder wünschenswerten Konfiguration angeordnet sein können, abhängig von der gewünschten Anwendung. Wie oben erwähnt, können die einzelnen Lichtemitter 46, ohne darauf beschränkt zu sein, einen Laser, eine optische Faser, einen optischen Wellenleiter oder eine lichtemittierende Diode beinhalten. Vorzugsweise beinhalten die einzelnen Lichtemitter 46 einen Oberflächenemitter, oftmals als VCSEL (vertical-cavity surface-emitting laser) bezeichnet. Wie in der Technik bekannt ist, ist der VCSEL eine Art Halbleiterlaserdiode, deren Laserstrahlemission senkrecht zur Oberfläche ist.

Die Steuerstruktur 30 beinhaltet eine Vielzahl von sekundären Linsen 36, die in einer Linsenanordnung 54 gruppiert sind. Die Linsenanordnung 54 aus sekundären Linsen 36 ist zwischen der Lichtanordnung 48 einzelner Lichtemitter 46 und der primären Linse 26 angeordnet. Jede der sekundären Linsen 36 ist mit mindestens einem einzelnen Lichtemitter 46 in der Lichtanordnung 48 ausgerichtet, um einen jeweiligen Lichtstrahl 56 aus dem jeweiligen einzelnen Lichtemitter 46 durch damit ausgerichtete die Linse 36 zu Übertragen. Während jede sekundäre Linse 36 als nur mit einem einzelnen Lichtemitter 46 ausgerichtet dargestellt ist, sollte klar sein, dass jede der sekundären Linsen 36 mit mehr als einem einzelnen Lichtemitter 46 ausgerichtet werden kann. Jede sekundäre Linse 36 kann beispielsweise Licht aus zwei oder drei unterschiedlichen einzelnen Lichtemittern 46 übertragen. Die Linsenanordnung 54 aus sekundären Linsen 36 ist auf einer zweiten Ebene 58 angeordnet, wobei die erste Ebene 50 und die zweite Ebene 58 parallel zueinander liegen.

Jeder der sekundären Linsen 36 ist eine bi-telezentrische Linse. Wie in der Technik bekannt ist, ist eine bi-telezentrische Linse eine Linse, die sowohl im Objektraum als auch im Bildraum telezentrisch ist. Von daher verlaufen die Lichtstrahlen 56, die von den einzelnen Lichtemittern 46 abgegeben werden, parallel sowohl, wenn sie in die sekundären Linsen 36 eintreten, als auch, wenn sie die sekundären Linsen 36 verlassen. Eine bi-telezentrische Linse hält den primären Lichtstrahl 56 sowohl in der Eingabe als auch der Ausgabe der primären Linse 26 senkrecht. Den primären Lichtstrahl 56 senkrecht zu halten, ermöglicht es der Konstruktion, in einem Anordungsformat zu arbeiten, da der Ausgabewinkel unabhängig von der Position ist.

Wie oben erwähnt, ist das Stellglied 42 mit der Steuervorrichtung, d. h der Linsenanordnung 54 aus sekundären Linsen 36, verbunden. Das Stellglied 42 kann betätigt werden, die Linsenanordnung 54 aus sekundären Linsen 36 als Einheit relativ zur primären Linse 26 und der Vielzahl einzelner Lichtemitter 46 zu bewegen. Das Bewegen der Linsenanordnung 54 aus sekundären Linsen 36 relativ zu den einzelnen Lichtemittern 46 und der primären Linse 26 steuert den Durchtritt von Licht zwischen der Vielzahl von Lichtemittern 34 und der primären Linse 26.

Unter Bezugnahme auf 1 wird dort die Linsenanordnung 54 aus sekundären Linsen 36 in einer Mittelstellung gezeigt. Jeder der einzelnen Lichtemitter 46 ist beim Emittieren eines Lichtstrahls 56 entlang einer jeweiligen ursprünglichen Bahn 52 senkrecht zur ersten Ebene 50 und zur zweiten Ebene 58 dargestellt. Die jeweiligen ursprünglichen Bahnen 52 jeden einzelnen Lichtstrahls 56 verlaufen parallel zueinander. Da die bi-telezentrischen sekundären Linsen 36 mit ihren jeweiligen einzelnen Lichtemittern 46 zentriert sind, übertragen die bi-telezentrischen sekundären Linsen 36 die einzelnen Lichtstrahlen entlang derselben ursprünglichen Bahn 52, ohne die ursprüngliche Bahn 52 abzuändern oder die einzelnen Lichtstrahlen 56 zu versetzen. Von daher treten die einzelnen Lichtstrahlen 56, die in die sekundäre Linsen 36 entlang ihrer jeweiligen ursprünglichen Bahnen 52 eintreten, welche senkrecht zur ersten Ebene 50 und zur zweiten Ebene 58 und parallel zueinander verlaufen, aus den sekundären Linsen 36 entlang ihren selben jeweiligen ursprünglichen Bahnen 52 aus, welche senkrecht zur ersten Ebene 50 und zur zweiten Ebene 58 und parallel zueinander verlaufen.

Unter Bezugnahme auf 2 wird dort die Linsenanordnung 54 aus sekundären Linsen 36 in einer ersten versetzten Position gezeigt. Jeder der einzelnen Lichtemitter 46 ist beim Emittieren eines Lichtstrahls 56 entlang seiner jeweiligen ursprünglichen Bahn 52 senkrecht zur ersten Ebene 50 und zur zweiten Ebene 58 dargestellt. Die jeweiligen ursprünglichen Bahnen 52 jeden einzelnen Lichtstrahls 56 verlaufen parallel zueinander. Wie in 2 dargestellt ist die Linsenanordnung 54 aus sekundären Linsen 36 relativ zur Lichtanordnung 48 aus einzelnen Lichtemittern 46 in einer ersten Richtung 60 versetzt, sodass jede der sekundären Linsen 36 nicht mehr mit ihrem jeweiligen einzelnen Lichtemitter 46 zentriert ist. Stattdessen ist eine Mittellinie einer jeden der sekundären Linsen 36 in der ersten Richtung 60 um eine vordefinierte Distanz relativ zu einer Mittellinie ihres jeweiligen einzelnen Lichtemitters 46 versetzt. Da die bi-telezentrischen sekundären Linsen 36 in der ersten Richtung 60 relativ zu ihren jeweiligen einzelnen Lichtemitter 46 versetzt sind, ist die ursprüngliche Bahn 52 jedes jeweiligen Lichtstrahls 56 aus jedem der einzelnen Lichtemitter 46 ebenfalls in der ersten Richtung 60 versetzt. Von daher treten die einzelnen Lichtstrahlen 56 in die sekundäre Linsen 36 entlang ihrer jeweiligen ursprünglichen Bahnen 52 ein, welche senkrecht zur ersten Ebene 50 und zur zweiten Ebene 58 und parallel zueinander verlaufen.

Die einzelnen Lichtstrahlen 56 treten aus den sekundären Linsen 36 entlang einer jeweiligen versetzten Bahn 66 aus, die relativ zu ihren entsprechenden ursprünglichen Bahnen 52 in der ersten Richtung 60 versetzt ist. Die jeweiligen versetzten Pfade 66 der einzelnen Lichtemitter 46 verlaufen senkrecht zur ersten Ebene 50 und zur zweite Ebene 58 sowie parallel zueinander und sind lediglich relativ zu ihren ursprünglichen Pfaden 52 in der ersten Richtung 60 versetzt.

Unter Bezugnahme auf 3 wird dort die Linsenanordnung 54 aus sekundären Linsen 36 in einer zweiten versetzten Position gezeigt. Jeder der einzelnen Lichtemitter 46 ist beim Emittieren eines Lichtstrahls 56 entlang ihren jeweiligen ursprünglichen Bahnen 52 senkrecht zur ersten Ebene 50 und zur zweiten Ebene 58 dargestellt. Die jeweiligen ursprünglichen Bahnen 52 jeden einzelnen Lichtstrahls 56 verlaufen parallel zueinander. Wie in 3 dargestellt ist die Linsenanordnung 54 aus sekundären Linsen 36 relativ zur Lichtanordnung 48 aus einzelnen Lichtemittern 46 in einer zweiten Richtung 68 versetzt, sodass jede der sekundären Linsen 36 nicht mehr mit ihrem jeweiligen einzelnen Lichtemitter 46 zentriert ist. Stattdessen ist eine Mittellinie einer jeden der sekundären Linsen 36 in der zweiten Richtung 68 um eine vordefinierte Distanz relativ zur Mittellinie ihres jeweiligen einzelnen Lichtemitters 46 versetzt. Da die bi-telezentrischen sekundären Linsen 36 in der zweiten Richtung 68 relativ zu ihren jeweiligen einzelnen Lichtemitter 46 versetzt sind, ist die ursprüngliche Bahn 52 jedes jeweiligen Lichtstrahls 56 aus jedem der einzelnen Lichtemitter 46 ebenfalls in der zweiten Richtung 68 versetzt. Von daher treten die einzelnen Lichtstrahlen 56 in die sekundäre Linsen 36 entlang ihrer jeweiligen ursprünglichen Bahnen 52 ein, welche senkrecht zur ersten Ebene 50 und zur zweiten Ebene 58 und parallel zueinander verlaufen. Die einzelnen Lichtstrahlen 56 treten aus den sekundären Linsen 36 entlang einer jeweiligen versetzten Bahn 66 aus, die relativ zu ihren entsprechenden ursprünglichen Bahnen 52 in der zweiten Richtung 68 versetzt ist. Die jeweiligen versetzten Pfade 66 der einzelnen Lichtemitter 46 verlaufen senkrecht zur ersten Ebene 50 und zur zweite Ebene 58 sowie parallel zueinander und sind lediglich relativ zu ihrem ursprünglichen Pfad 52 in der zweiten Richtung 68 versetzt.

Es sollte unter Bezugnahme auf die 13 eingesehen werden, dass das Bewegen der Steuerstruktur 30, z. B. der Linsenanordnung 54 aus sekundären Linsen 36, die Position der Lichtstrahlen 56 einstellt oder bewegt, welche in die primäre Linse 26 eintreten und daraus austreten. Ein Abtasten mit der Linsenanordnung 54 aus sekundären Linsen 36 in der ersten versetzten Position, der Mittelstellung und der zweiten versetzten Position erhöht die Auflösung des lichtemittierenden Sensors 22, indem für jeden einzelnen Lichtstrahl 56 effektiv drei verschiedene Bahnen zur primären Linse 26 bereitgestellt werden, ohne dass die relativen Position zwischen den einzelnen Lichtstrahlen 56 geändert würde. Während die exemplarische Ausführungsform des lichtemittierenden Sensors 22 mit insgesamt neun einzelnen Lichtemittern 46 dargestellt wird, die in einer Anordnung von drei auf drei gruppiert (gezeigt in 4) und in einer Dimension beweglich sind, z. B. der ersten Richtung 60 und der zweiten Richtung 68, versteht es sich, dass der lichtemittierende Sensor 22 eine beliebige Anzahl von einzelnen Lichtemittern 46 aufweisen kann und dass die Linsenanordnung 54 aus sekundären Linsen 36 sich in zwei Dimensionen oder auch drei Dimensionen bewegen kann.

Die exemplarische Ausführungsform des Lichtsensors 20, die als lichtdetektierender Sensor 24 konfiguriert ist, wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 5 näher beschrieben. Wie oben erwähnt, beinhaltet die Lichtvorrichtung 28 des lichtdetektierenden Sensors 24 den Lichtdetektor 32. Die Lichtdetektor 32 ist von der primären Linse 26 beabstandet und entlang der ersten Ebene 50 ausgerichtet. Die Lichtdetektor 32 kann jeden geeigneten Lichtdetektor 32 beinhalten. Die Besonderheiten des Lichtdetektors 32 hängen von der beabsichtigten Verwendung und Anwendung des lichtdetektierenden Sensors 24 ab.

Wie oben erwähnt, beinhaltet die Steuerstruktur 30, wenn der Lichtsensor 20 als der lichtdetektierende Sensor 24 konfiguriert ist, eine Platte 38 mit mindestens einer Öffnung 40, die durch die Platte 38 verläuft. Die Platte 38 kann hierin als Öffnungsplatte 38 bezeichnet werden. Die Öffnungsplatte 38 ist zwischen der primären Linse 26 und dem Lichtdetektor 32 angeordnet. Die Öffnungsplatte 38 ist entlang der zweiten Ebene 58 ausgerichtet. Vorzugsweise sind die erste Ebene 50 und die zweite Ebene 58 parallel zueinander positioniert.

Wie oben erwähnt, ist das Stellglied 42 mit der Steuervorrichtung, d. h. der Öffnungsplatte 38, verbunden. Das Stellglied 42 kann betrieben werden, die Öffnungsplatte 38 relativ zur primären Linse 26 und zum Lichtdetektor 32 zu bewegen. Das Stellglied 42 kann der Öffnungsplatte 38 in einer Dimension, z. B. einer x-Dimension, zwei Dimensionen, z.B. einer x-Dimension und einer y-Dimension oder in drei Dimensionen, z.B. einer x-Dimension, einer y-Dimension und einer z-Dimension auf einem kartesischen Koordinatensystem bewegen. Das Bewegen der Öffnungsplatte 38 relativ zum Lichtdetektor 32 und zur primären Linse 26 steuert den Durchtritt von Licht zwischen der primären Linse 26 und dem Lichtdetektor 32.

Die Genauigkeit des lichtdetektierenden Sensors 24 wird verbessert, wenn Fremdlicht vom Lichtdetektor 32 blockiert ist und nur ein intendierter Lichtstrahl 56 zum Lichtdetektor 32 durchgelassen wird. Das Stellglied 42 kann in Verbindung mit einem Lichtemitter 34 stehen, wie dem oben beschriebenen lichtemittierenden Sensor 22. Das Stellglied 42 wird auf Grundlage einer Position des Lichtemitters 34 gesteuert, die Öffnung 40 in der Platte 38 relativ zum Lichtdetektor 32 zu positionieren. Wenn die Öffnung 40 ordnungsgemäß positioniert ist, tritt der Lichtstrahl 56 aus dem Lichtemitter 34 durch die Öffnung 40, während die Platte 38 das Fremdlicht 70 vom Lichtdetektor 32 abblockt. Insofern kann Licht, das aus einer anderen Quelle stammt als dem Lichtemitter 34, gegenüber dem Lichtdetektor 32 abgeblockt werden. Durch Kenntnis der Position des Lichtemitters 34 und der Richtung, aus der der Lichtstrahl 56 vom Lichtemitter 34 übertragen wurde, kann der lichtdetektierende Sensor 24 bestimmen, wo die Öffnung 40 zu positionieren ist, um dem Lichtstrahl 56 aus dem Lichtemitter 34 zu ermöglichen, durch die Öffnung 40 zu treten. In einigen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Öffnungsplatte 38 des lichtdetektierenden Sensors 24 mit der Linsenanordnung 54 aus sekundären Linsen 36 im oben beschriebenen lichtemittierenden Sensor 22 verknüpft oder anderweitig verbunden ist und sich in einer koordinierten Weise gleichzeitig bewegt, um eine hochauflösende Abtastung zu liefern.

Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Offenbarung, während der Umfang der Offenbarung jedoch einzig und allein durch die Patentansprüche definiert wird. Während einige der besten Modi und andere Ausführungsformen zur Umsetzung der beanspruchten Lehren im Detail beschrieben werden, existieren verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen zur Umsetzung der Offenbarung, die in den hinzugefügten Ansprüchen definiert sind.