CN108572371A - Tof相机、机动车、制造相机的方法和确定间距的方法 - Google Patents

Tof相机、机动车、制造相机的方法和确定间距的方法 Download PDF

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Abstract

本发明在不同的实施例中提出一种TOF相机，用于确定距对象的间距。TOF相机具有：辐射源，用于朝对象发射电磁辐射；多个辐射敏感的传感器元件，其检测由对象反射和/或散射的电磁辐射；光学元件，其在对象和传感器元件之间设置在反射和/或散射的电磁辐射的光路中，以影响反射和/或散射的电磁辐射；和计算单元，其与辐射源和传感器元件电连接且构成用于确定电磁辐射从辐射源至对象和从对象至传感器元件所需的时长，并依据确定的时长确定TOF相机和对象之间的间距，传感器元件和/或光学元件构成为使得不同的传感器元件检测反射的和/或散射的电磁辐射，所述电磁辐射来自相应不同的在光学元件远侧的立体角，至少一些远侧的立体角大小不同。

Description

TOF相机、机动车、制造相机的方法和确定间距的方法
技术领域
本发明涉及一种TOF相机、一种机动车、一种用于制造TOF相机的方法和一种用于确定距对象的间距的方法。
背景技术
常规的TOF(飞行时间)相机，也称作为PMD(光子混合装置)相机，具有TOF传感器，所述TOF传感器通常也称作为PMD传感器并且在下文中也简称为“传感器装置”。这种传感器装置具有多个传感器元件，所述传感器元件通常矩阵形地，即成行成列地设置并且所述传感器元件分别是光敏的。TOF相机是3D相机系统，所述3D相机系统借助于渡越时间法(英文：time of flight，TOF，也称作ToF)测量距离，即从TOF相机到对象的间距。为此，在相机的视野中借助于辐射脉冲照射区域，也称作画面，并且TOF相机针对每个像素，即针对每个传感器元件，测量相应的电磁辐射到达对象并且再回来所需的时间。所需的时间是直接与距离成比例的。因此，TOF相机针对每个像素提供在其上成像的对象的距离。所述原理对应于具有如下优点的激光扫描：整个区域被一次性拍摄并且不必被扫描。迄今为止TOF相机例如用于测量机动车距其他交通对象的间距或使用在用于识别障碍的机器人中。
所使用的电磁辐射例如能够是在可见范围的光、红外辐射或UV辐射。传感器装置能够具有滤波器，或光学地在传感器装置上游能够连接有滤波器，所述滤波器仅允许在所发射的电磁辐射的波长范围内的电磁辐射通过。由此，能够实现良好的信噪比。
由常规TOF相机的辐射源发射的电磁辐射具有对称的辐射分布，尤其高斯辐射分布或朗伯辐射分布。在所述辐射分布中，沿着辐射的对称轴线的辐射强度最高并且随着距对称轴线的间距增大而降低。辐射的对称轴线通常垂直于辐射源的光学有效的面，电磁辐射穿过所述光学有效的面发射。与此相符地，在常规的TOF相机中传感器元件分别检测来自特定的立体角的电磁辐射，其中这些立体角是同样大小的。
为了得到良好的信噪比，有利的是，将TOF相机定向为，使得对象位于辐射的对称轴线上进而位于最高的辐射强度的区域中，应测量距所述对象的间距。替选地或附加地，能够将TOF相机定向为，使得对象居中地设置在所检测的立体角中。换言之，只要应实现良好的信噪比，那么必须将TOF相机定向为，使得对象设置在TOF相机正前方和/或居中地设置在TOF相机的视野中。对象距对称轴线的距离越远，信噪比越差。因此，必须将TOF相机依据对象相对于TOF相机所位于的区域来定向。TOF相机的定向能够繁琐地手动地或借助于耗费的促动器装置实现。此外，TOF相机的定向不总是可能的，其中必须忍受差的信噪比。差的信噪比会造成从TOF相机至对象的间距的确定不准确。
发明内容
本发明的目的是，提出一种TOF相机，所述TOF相机能够以简单的方式和方法实现特别精确地确定距对象的间距，所述对象的关于TOF相机的相对位置是已知的。
本发明的目的是，提出一种机动车，其中能够以简单的方式和方法实现精确地确定距对象的间距，所述对象的关于机动车的相对位置是已知的。
本发明的目的是，提出一种用于制造TOF相机的方法，所述方法能够简单、快速和/或低成本地执行，和/或有助于能够借助TOF相机以简单的方式和方法能够精确地确定距对象的间距，所述对象的关于TOF相机的相对位置是已知的。
本发明的目的是，提出一种用于运行TOF相机的方法，所述方法能够简单、快速和/或低成本地执行，和/或有助于能够借助TOF相机以简单的方式和方法精确地确定距对象的间距，所述对象的关于TOF相机的相对位置是已知的。
本发明的目的通过一种用于确定距对象的间距的TOF相机实现，所述相机具有：辐射源，其构成为用于朝向对象发射电磁辐射；多个辐射敏感的传感器元件，所述传感器元件构成和设置为，使得其检测由对象反射和/或散射的电磁辐射；光学元件，其为了影响被反射和/或被散射的电磁辐射而在对象和传感器元件之间设置在被反射和/或被散射的电磁辐射的光路中；和计算单元，其与辐射源和传感器元件电连接，并且计算单元构成为，用于确定电磁辐射从辐射源至对象和从对象至传感器元件所需的时长，和用于与所确定的时长相关地确定在TOF相机和对象之间的间距，其中传感器元件和/或光学元件构成为，使得所述传感器元件中不同的传感器元件检测被反射的和/或被散射的电磁辐射，所述电磁辐射来自相应不同的、在光学元件远侧的立体角，并且远侧的立体角中的至少一些是不同大小的。
如果考虑传感器元件中的一个和借助于所述传感器元件观察的相应的立体角，那么相应的立体角越小，信噪比越好。信噪比越好，那么能够越精确地确定距物体、例如对象或对象的一部分的间距，所述部分设置在立体角之内。这适用于传感器元件中的每个和相应的立体角。如果对象与TOF相机的相对位置是已知的或能够被预料，那么能够将远侧的立体角调节为或调节为，使得对象在间距测量期间设置在远侧立体角中特别小的远侧立体角中。因此，来自不同大小的远侧的立体角的、被反射的或被散射的电磁辐射的检测能够以简单的方式和方法实现，使得尤其由于非常良好的信噪比，能够特别精确地确定距对象的间距。这也适用于如下情况，对象并未设置在TOF相机正前方，对象并未居中地设置在TOF相机的视野中，和/或对象并未沿着垂直于传感器装置的光学有效的面的直线设置，所述传感器装置具有传感器元件。
远侧的立体角是从光学元件的背离传感器元件的侧起延伸到如下半空间中的立体角，所述半空间位于光学元件的背离传感器元件的侧上。换言之，远侧的立体角是从传感器元件起观察位于光学元件远侧的立体角。与其不同地，近侧的立体角是从传感器元件延伸至光学元件并且位于光学元件和传感器元件之间的立体角。换言之，近侧的立体角是从传感器元件起观察位于光学元件近侧的立体角。
传感器元件能够形成TOF传感器和/或PMD传感器。辐射源能够具有一个、两个或更多个发射电磁辐射的器件，例如LED和/或OLED。电磁辐射能够具有在可见范围中的光、IR辐射和/或UV辐射，或者是在可见范围中的光、IR辐射和/或UV辐射。
可选地，在对象和传感器元件之间能够设置有光学滤波器，所述光学滤波器仅允许具有如下波长的电磁辐射通过至传感器元件，所述波长对应于由辐射源发射的电磁辐射的波长。也能够有助于，使得信噪比是特别良好的并且能够特别精确地确定间距。
根据一个改进方案，光学元件和/或传感器元件构成为，使得远侧的立体角的大小匹配于如下区域，在所述区域中从TOF相机起预期对象。尤其是，内部存在所述区域的一个或多个立体角小于内部不存在所述区域的立体角。如果例如已知TOF相机要应用于何种目的，尤其是在何种情况下要识别距哪个对象的间距，以及已知所述区域相对于TOF相机设置在何处，那么能够将远侧的立体角的大小调整为，使得内部存在所述区域的一个或多个立体角是特别小的。如果在常规地使用TOF相机时对象出现在所述区域中，那么在确定距对象的间距时信噪比是特别良好的，因此随后能够特别精确地确定距对象的间距。直观地说，在TOF相机运行期间使立体角的大小与TOF相机的应用和布置相互配合，由此在如下区域中能够特别精确地确定距对象的间距：在TOF相机的所述应用和所述布置中，在该区域中典型地预期对象。
根据一个改进方案，光学元件和/或传感器元件构成为，使得一个或多个内部存在所述区域的远侧的立体角小于内部不存在所述区域的远侧的立体角。换言之，将立体角的大小调整为，使得所述区域位于TOF相机的视野的如下局部中：在所述局部中相对于TOF相机的视野的其他局部，与各个传感器元件相关联的立体角是特别小的。这有助于，使得在所述区域中确定距对象的间距时信噪比是特别良好的，进而使得在所述区域中可特别精确地确定距对象的间距。
根据一个改进方案，光学元件和/或传感器元件构成为，使得在区域动态变化时，远侧的立体角的大小依据区域的动态变化进行调整。例如，当区域相对于TOF相机运动时，例如当所述区域和/或TOF相机运动时，区域相对于TOF相机的位置能够动态地变化。换言之，在第一时间点能够在一个区域中预期对象，并且在经过一定时间之后能够在另一区域中预期对象，例如因为对象和/或TOF相机运动。在此情况下，区域相对于TOF相机的运动等同于，在一个时间点在一个区域中预期对象而在另一时间点在另一区域中预期对象。如果区域相对于TOF相机运动或者说在一个时间点在一个区域中预期对象而在另一时间点在另一区域中预期对象，那么立体角的大小能够动态地匹配于所述运动和/或针对变化进行调整，更确切地说，一如既往能够实现特别良好的信噪比。这例如能够通过如下方式实现，即将立体角的大小调整为，使得TOF相机的视野的位于由相应的传感器元件观察的最小立体角内部的局部跟随运动的区域，或对准在新的位置处的区域。
根据一个改进方案，传感器元件构成为，使得传感器元件中的不同的传感器元件检测穿过光学元件的电磁辐射，所述电磁辐射来自相应不同的、在光学元件近侧的立体角，并且近侧的立体角中的至少一些是不同大小的。例如，近侧的立体角，即位于传感器元件和光学元件之间并且分别与传感器元件中的一个相关联的立体角，已经能够是不同大小的。也就是说，借助于不同的传感器元件中不同的传感器元件观察光学元件的相应不同大小的面。随后将近侧的立体角的所述不同大小借助于光学元件传递到相应的远侧的立体角的不同大小上。在此，光学元件能够对立体角的大小的差进行影响或不进行影响。换言之，光学元件能够是立体角的大小的差的部分根源或者仅传递近侧的立体角的大小的差。再换言之，远侧的立体角的不同的大小能够仅通过近侧的立体角的不同大小产生。对此替选地，远侧的立体角的不同的大小能够通过近侧的立体角的不同大小和光学元件的影响产生。传感器装置能够为了提供近侧的立体角的不同大小而具有例如不同的传感器元件，借助于所述传感器元件能够观察不同大小的立体角。
对此替选地，远侧的立体角的不同大小能够仅通过光学元件的特性产生。也就是说，近侧的立体角都是同样大小的，为此例如仅能够使用构造相同的传感器元件。光学元件于是用于，将电磁辐射从不同的和不同大小的立体角导向到传感器元件中相应的传感器元件上。
根据一个改进方案，传感器元件构成为，使得近侧的立体角的大小依据区域的动态变化进行调整。近侧的立体角的大小依据区域动态变化来调整能够有助于，使远侧的立体角的大小动态地匹配于区域的动态变化，因为由于光学元件，近侧的立体角的大小的变化改变了远侧的立体角的大小。换言之，能够对随着近侧立体角大小的动态变化而发生的区域动态变化做出反应，由此近侧的立体角的大小能够匹配于区域的动态变化。近侧的立体角的大小例如能够通过如下方式进行调整：传感器元件构成为，使得其视野的大小可调整，例如可借助于可调节的光圈进行调整。
根据一个改进方案，传感器元件形成相机。换言之，传感器装置是相机。
根据一个改进方案，光学元件具有至少一个不对称的光学面，所述光学面设置为，使得被反射的和/或被散射的电磁辐射穿过不对称的光学面。因此，对于传感器元件替选地或附加地，光学元件，尤其不对称的光学面构成为，使得其有助于立体角的不同的大小。例如，近侧的立体角能够是同样大小的，并且由于光学元件及其不对称的光学面，能够借助于传感器元件观察不同大小的远侧的立体角，所述传感器元件观察光学元件的所有相同大小的面并且都具有相同大小的视野。这能够有助于，使得能够以特别简单的和/或低成本的方式和方法实现检测来自不同大小的立体角的电磁辐射。对此替选地，不仅传感器元件能够借助于观察不同大小的近侧的立体角或光学元件的不同大小的面，而且光学元件借助于附加地改变不同立体角的大小比例而彼此帮助。
不对称的光学面例如能够是光学元件的入射面，被反射的和/或被散射的电磁辐射从对象起始穿过所述入射面射入到光学元件中。对此替选地，不对称的光学面例如能够是光学元件的出射面，电磁辐射穿过所述出射面朝向传感器元件离开光学元件。对此替选地，不对称的光学面例如能够是在光学元件内部的面。此外，光学元件能够具有两个或更多个前述光学面，所述光学面依次设置在电磁辐射的光路中并且所述光学面为了产生不对称的第一辐射分布而共同作用。
如果光学面形成光学元件的入射面或出射面，那么所述光学面例如能够通过光学元件的成形和/或借助于光学元件的表面处理产生，例如借助于研磨或借助于激光产生。如果光学面位于光学元件中并且与入射面和出射面间隔开，那么光学面例如能够借助于内部雕刻，例如借助于激光产生。
根据一个改进方案，光学元件构成为，使得不对称的光学面依据区域的动态变化进行调整。光学面的依据区域的动态变化的调整能够有助于，使立体角的大小动态地匹配于区域的动态变化。换言之，能够对区域的随着光学面的动态变化的动态变化做出反应，由此立体角的大小能够匹配于区域的动态变化。光学面例如能够通过如下方式进行调整：光学元件构成为，使得被发射的电磁辐射的光路可变并且尤其可进行调整，由此局部的辐射强度是可调整的。例如，光学元件能够具有一个、两个或更多个可电操控的液体透镜(Fluidlinsen)，所述液体透镜的入射面和/或出射面能够借助于电压改变。
根据一个改进方案，不对称的光学面构成为用于衍射辐射、用于折射辐射和/或是分段的。这能够以特别简单的方式和方法有助于，借助于传感器元件观察不同大小的立体角。
根据一个改进方案，光学面的尺寸依据区域构成。换言之，光学元件和/或光学面是定制的(英语：taylored lense)。直观地说，首先确定，在常规地使用TOF相机时区域如何构成，以及区域相对于TOF相机设置在何处，换言之从TOF相机起始在何处预期对象，并且随后光学面的尺寸准确地，尤其准确匹配于区域地构成。尤其，光学面构成为，使得在常规地使用TOF相机时特别良好地照射或照亮区域。
根据一个改进方案，TOF相机具有壳体，在所述壳体中设置有辐射源、传感器元件、计算单元和光学元件。
本发明的目的通过一种具有TOF相机的机动车实现，其中对象是交通对象。交通对象例如能够是其他交通参与者，例如其他机动车、骑自行车的人或行人，或是位于机动车附近的任意物体，例如交通指示牌、护栏或交通信号灯。如果TOF相机例如设置在机动车正面或设置在机动车背面，那么由于不同大小的立体角仍能够非常良好地，尤其以非常良好的信噪比检测位于机动车侧前方或侧后方的对象，并且能够特别精确地确定距对象的间距。如果TOF相机例如设置在机动车的一侧上，那么由于不同大小的立体角仍能够非常良好地，尤其以非常良好的信噪比检测位于机动车侧前方或侧后方的对象，并且能够特别精确地确定距对象的间距。如果机动车相对于对象运动，那么不同大小的立体角能够动态地进行调整，使得包围对象当前所位于的区域的立体角是特别小的，由此在每个时间点都能够特别精确地确定距对象的间距。
在上文中结合TOF相机所阐述的改进方案和/或优点能够无问题地传递到机动车上。
本发明的目的通过一种用于制造TOF相机的方法实现，所述TOF相机用于确定距对象的间距，其中：设置辐射源，其用于朝向对象发射电磁辐射；将多个辐射敏感的传感器元件设置为，使得所述传感器元件检测由对象反射和/或散射的电磁辐射；将计算单元构成为，用于确定电磁辐射从辐射源至对象和从对象至接收器所需的时长，和用于依据确定的时长来确定在TOF相机和对象之间的间距，并且所述计算单元与辐射源和传感器元件电连接；以及将光学元件在对象和传感器元件之间设置在被反射和/或被散射的电磁辐射的光路中，以影响被反射和/或被散射的电磁辐射，其中传感器元件和/或光学元件构成为，使得所述传感器元件中的不同的传感器元件检测被反射的和/或被散射的电磁辐射，所述电磁辐射来自相应不同的、在光学元件远侧的立体角，并且远侧的立体角中的至少一些是不同大小的。
在上文中结合TOF相机和机动车所阐述的改进方案和/或优点能够无问题地转化到用于制造TOF相机的方法上。
本发明的目的通过一种用于确定距对象的间距的方法实现，其中：借助于辐射源朝向对象发射电磁辐射；借助于多个传感器元件检测来自不同立体角的电磁辐射，其中被检测的电磁辐射的至少一部分由对象反射和/或散射，并且其中立体角中的至少一些是不同大小的；确定电磁辐射从辐射源至对象和从对象至传感器元件所需的时长，以及依据确定的时长而确定距对象的间距。在上文中结合TOF相机和机动车所阐述的改进方案和/或优点能够无问题地转化到用于确定距对象的间距的方法上。
本发明的实施例在附图中示出并且在下文中详细阐述。
附图说明
附图示出：
图1示出常规的TOF相机和对象的示意图；
图2示出常规的光学元件和常规的传感器装置；
图3示出常规的光学元件和常规的传感器装置；
图4示出根据图1的常规的TOF相机和对象的示意图；
图5示出TOF相机和对象的一个实施例的示意图；
图6示出光学元件和传感器装置的一个实施例；
图7示出光学元件和传感器装置的一个实施例的示意侧视图；
图8示出光学元件的一个实施例；
图9示出光学元件的一个实施例；
图10示出机动车的一个实施例。
在下面的详细描述中，参照附图，这些附图构成这些描述的一部分并且在这些描述中为了说明而示出特殊的实施例，本发明能够在所述实施例中实施。因为实施例的部件能够以大量不同的取向定位，所以方向术语用于说明并且不以任何形式进行限制。不言而喻，能够利用其他实施例和结构上或逻辑上的变化，而不脱离本发明的保护范围。不言而喻，在此所描述的不同实施例的特征能够彼此进行组合，只要不特别地另作说明。因此，下面的详细描述不可理解为限制性的，并且本发明的保护范围不通过所附的权利要求限定。在附图中，相同的或类似的元件设有相同的附图标记，只要是适宜的。
具体实施方式
图1示出常规的TOF相机2和对象32的示意图。常规的TOF相机2用于确定在常规的TOF相机2和对象32之间的间距D。对象32设置在第一区域42中。
常规的TOF相机2具有：用于发射电磁辐射14的常规的辐射源4；用于将被发射的电磁辐射14聚焦或准直的常规的发射器侧的透镜6；常规的光学元件7；辐射敏感的常规的传感器装置8和常规的计算单元10，所述计算单元设置在常规的壳体12中。
在常规的TOF相机2的运行中，常规的辐射源4发射电磁辐射14，将所述电磁辐射借助于常规的发射器侧的透镜6影响，例如聚焦或准直。常规的TOF相机2定向为，使得被发射的电磁辐射14射到对象32上。对象32反射和/或散射电磁辐射14的至少一部分，使得被反射的或被散射的电磁辐射16穿过常规的光学元件7，射到常规的传感器装置8上并且由所述传感器装置检测。
常规的计算单元10确定电磁辐射14、16从常规的辐射源4到达常规的传感器装置8所需的时长。常规的计算单元10依据所确定的时长和光速来确定间距D。
图2示出常规的光学元件7和常规的传感器装置8。常规的光学元件7和常规的传感器装置8所基于的原理与在多孔径相机(英语：Multi Aperture Camera)中的原理相同，并且其在英语中也称作为“optical stitching of segments(光学多段拼接)”。常规的光学元件7具有多个常规的透镜L1、L2、L3、L4、L5。传感器装置8具有多个常规的传感器元件S1、S2、S3、S4、S5，所述传感器元件设置在常规的载体18上。常规的透镜L1、L2、L3、L4、L5分别与传感器元件S1、S2、S3、S4、S5中的一个相关联。常规的透镜L1、L2、L3、L4、L5将来自对象32的被反射的和/或被散射的电磁辐射16聚焦到相应的传感器元件S1、S2、S3、S4、S5上，其中电磁辐射16分别来自特定的常规的立体角17。所述常规的立体角17从常规的传感器装置8起观察位于常规的光学元件7的远侧进而称作为常规的远侧的立体角17。因此，具有常规的透镜L1、L2、L3、L4、L5中的一个和与所述常规的透镜L1、L2、L3、L4、L5相关联的传感器元件S1、S2、S3、S4、S5的每个对能够与常规的远侧的立体角17中的刚好一个相关联。
穿过常规的透镜L1、L2、L3、L4、L5的电磁辐射16聚焦到相应的传感器元件S1、S2、S3、S4、S5上。每个常规的透镜L1、L2、L3、L4、L5从相应的传感器元件S1、S2、S3、S4、S5起观察以相应的常规的立体角19设置在光学元件7近侧。因此，所述常规的立体角19也称作为常规的近侧的立体角19。
常规的远侧的立体角17是同样大小的。此外，常规的近侧的立体角19是同样大小的。
常规的立体角17、19越小，表示间距D的信号的信噪比越好。直观地说，借助于传感器元件S1、S2、S3、S4、S5中的一个所观察的区域越小，信号的信噪比越好。
图3示出替选的常规的光学元件7和常规的传感器装置8。常规的光学元件7和常规的传感器装置8所基于的原理是与在单孔径相机(英语：Single Aperture Camera)中相同的。常规的光学元件7具有两个常规的透镜L5、L6，所述透镜依次设置在被反射的和/或被散射的电磁辐射16的光路中。传感器装置8具有多个常规的传感器元件S1、S2、S3、S4、S5。两个常规的透镜L6、L7与所有传感器元件S1、S2、S3、S4、S5相关联。常规的透镜L6、L7将来自对象32的被反射的和/或被散射的电磁辐射16转向到传感器元件S1、S2、S3、S4、S5上。每个传感器元件S1、S2、S3、S4、S5从相应特定的常规的立体角17检测被反射的和/或被散射的电磁辐射16。所述常规的立体角17从常规的传感器装置8起观察位于常规的光学元件7远侧进而称作为常规的远侧的立体角17。因此，与每个传感器元件S1、S2、S3、S4、S5能够关联有常规的远侧的立体角中的刚好一个。这些常规的远侧的立体角17是同样大小的。
常规的立体角17越小，表示间距D的信号的信噪比越好。直观地说，借助于传感器元件S1、S2、S3、S4、S5所观察的区域越小，信号的信噪比越好。
图4示出根据图1的常规的TOF相机2和常规的对象32的示意图，其中对象32设置在第二区域44中，所述第二区域位于第一区域42旁边。此外，在图4中示出第三区域46，所述第三区域设置在第二区域44的背离第一区域42的侧上。
在图4中，为了简化地示出，第一、第二和第三区域42、44、46绘制为不同的并排设置的区域。在实际中，第一、第二和第三区域42、44、46能够事实上绘制为不同的区域。然而，对此替选地，第一、第二和第三区域42、44、46仅表示运动的区域的不同位置。例如，给定的区域能够在第一时间点对应于第一区域42，在第二时间点对应于第二区域44而在第三时间点对应于第三区域46。换言之，第一、第二和第三区域42、44、46表示给定的区域的运动。
与对象32位于何处无关，尤其与所述对象是否位于第一区域42中、第二区域44中或位于第三区域46中无关，由于常规的远侧的立体角17大小相同进而由此产生的信噪比保持不变，总是以相同的精确度检测距对象32的间距D。然而如果现在已知对象32优选停留在区域42、44、46之一中或对象32以大概率从区域42、44、46中的一个朝向区域42、44、46中的另一个运动，那么常规的TOF相机2不提供能够根据已知的边界条件以提高的精确性确定间距D的可能性。
图5示出TOF相机20的和对象32的一个实施例的示意图。TOF相机20用于确定在TOF相机20和对象32之间的间距D。对象32在示出的情况下设置在第二区域44中。
TOF相机20具有辐射源24、透镜元件26、光学元件27、辐射敏感的传感器装置28和计算单元30，它们设置在壳体22中。辐射源24能够具有一个、两个或更多个发射光的器件，例如LED、OLED和/或激光二极管。可选地，辐射源24能够具有一个、两个或更多个影响辐射的元件，例如透镜和/或滤波器和/或用于折射辐射、散射辐射或衍射辐射的元件。透镜元件27例如能够具有一个、两个或更多个透镜和/或光学面。光学元件27例如能够具有一个、两个或更多个透镜和/或光学面。传感器装置28能够具有两个或更多个传感器元件T1、T2、T3、T4、T5(参见图6)，例如光电传感器。计算单元30能够具有一个、两个或更多个微芯片、电子电路、处理器和/或存储单元。
在TOF相机20的运行中，辐射源24发射电磁辐射34，所述电磁辐射借助于透镜元件27影响，例如被聚焦和/或被准直。TOF相机20例如能够借助于计算单元30操控。TOF相机20例如能够调制电磁辐射34，例如以正弦信号或矩形信号的方式调制。TOF相机20定向为，使得被发射的电磁辐射24射到对象32上。对象32反射和/或散射电磁辐射24的至少一部分，使得被反射的或被散射的电磁辐射36穿过光学元件27，射到传感器装置28上并且由所述传感器装置检测。
计算单元30确定电磁辐射34、36从辐射源24到达传感器元件T1，T2，T3，T4，T5所需的时长。为此，计算单元30例如能够确定在发射的电磁辐射34和接收的电磁辐射36之间的相移。计算单元30依据所确定的时长和光速确定间距D。
图6示出光学元件7的和传感器装置28的一个实施例。光学元件27和传感器装置28所基于的原理类似于参照图2所阐述的多孔径相机。光学元件27具有多个透镜M1、M2、M3、M4、M5。传感器装置28具有多个传感器元件T1、T2、T3、T4、T5，所述传感器元件设置在载体28上。透镜M1、M2、M3、M4、M5分别与传感器元件T1、T2、T3、T4、T5中的一个相关联。尤其，第一透镜M1与第一传感器元件T1相关联，第二透镜M2与第二传感器元件T2相关联，第三透镜M3与第三传感器元件T3相关联，第四透镜M4与第四传感器元件T4相关联，第五透镜M5与第五传感器元件T5相关联。透镜M1、M2、M3、M4、M5将来自对象32的被反射的和/或被散射的电磁辐射36聚焦到相应的传感器元件T1、T2、T3、T4、T5上，其中电磁辐射36分别来自特定的立体角PHI1、PHI2、PHI3、PHI4、PHI5。所述立体角PHI1、PHI2、PHI3、PHI4、PHI5从传感器装置28起观察位于光学元件27远侧进而称作为远侧的立体角PHI1、PHI2、PHI3、PHI4、PHI5。因此，具有透镜M1、M2、M3、M4、M5中的一个和与所述透镜M1、M2、M3、M4、M5相关联的传感器元件T1、T2、T3、T4、T5的每个对能够与远侧的立体角PHI1、PHI2、PHI3、PHI4、PHI5中的刚好一个相关联。
尤其，与第一传感器元件T1和第一透镜M1可关联有第一远侧的立体角PHI1。与第二传感器元件T2和第二透镜M2可关联有第二远侧的立体角PHI2。与第三传感器元件T3和第三透镜M3可关联有第三远侧的立体角PHI3。与第四传感器元件T4和第四透镜M4可关联有第四远侧的立体角PHI4。与第五传感器元件T5和第五透镜M5可关联有第五远侧的立体角PHI5。
因此，来自第一立体角PHI1的电磁辐射36穿过第一透镜M1并且由第一传感器元件T1检测。来自第二立体角PHI2的电磁辐射36穿过第二透镜M2并且由第二传感器元件T2检测。来自第三立体角PHI3的电磁辐射36穿过第三透镜M3并且由第三传感器元件T3检测。来自第四立体角PHI4的电磁辐射36穿过第四透镜M4并且由第四传感器元件T4检测。来自第五立体角PHI5的电磁辐射36穿过第五透镜M5并且由第五传感器元件T5检测。
穿过透镜M1、M2、M3、M4、M5的电磁辐射36聚焦到相应的传感器元件T1、T2、T3、T4、T5上。每个透镜M1、M2、M3、M4、M5从传感器元件T1、T2、T3、T4、T5起观察以相应的、在光学元件27近侧的立体角29设置。因此，所述立体角29也称作为近侧的立体角29。
远侧的立体角PHI1、PHI2、PHI3、PHI4、PHI5是不同大小的。尤其，第三远侧的立体角PHI3大于第二和第四远侧的立体角PHI2、PHI4而第二和第三远侧的立体角PHI2、PHI4大于第一和第五远侧的立体角PHI1、PHI5。立体角PHI1、PHI2、PHI3、PHI4、PHI5、29越小，表示间距D的信号的信噪比越好。直观地说，借助于传感器元件T1、T2、T3、T4、T5中的一个所观察的区域越小，信号的信噪比越好。因此在图6中示出的实施例中，当对象位于第三远侧的立体角PHI3内部时，能够最精确地确定距对象32的间距D。在图6中示出的实施例中，当对象32居中地设置在光学元件27和/或传感器装置28前方，尤其设置在第一区域42中时是这种情况。
然而如果已知的是，在特定的应使用TOF相机的应用中，对象32规则地设置在另一区域42、44、46中或者被预期在那，那么能够为此使用匹配于所述应用的光学元件27。在所述光学元件27中于是能够保证，远侧的立体角PHI1、PHI2、PHI3、PHI4、PHI5是特别小的，在该应用中对象32通常设置在所述远侧的立体角中或者通常被预期在所述远侧的立体角中。以这种方式，光学元件27也能够针对如下应用进行优化，在所述应用中对象32通常没有居中地设置在TOF相机20前方或没有被预期在TOF相机20前方中间。
图7示出光学元件27的和传感器装置28的一个实施例的示意侧视图，所述光学元件和传感器装置很大程度上能够对应于参照图6所阐述的光学元件27或传感器装置28。然而，与图6中所示出的实施例不同，在图7中示出的实施例优化为，使得对象32不居中地位于TOF相机20前方，而是参照附图在其左侧，例如位于第二区域44中或位于第三区域46中。因为假定，对象32位于第二区域44中或至少对象32被预期在第二区域44中，所以调节远侧的立体角PHI1、PHI2、PHI3、PHI4、PHI5，使得第二区域44位于远侧的立体角PHI1、PHI2、PHI3、PHI4、PHI5中特别小的立体角中。尤其，第一和第二远侧的立体角PHI1、PHI2是相对小的，而第三远侧的立体角PHI3与参照图6所阐述的实施例相比是相对大的。由此，能够借助于TOF相机20实现特别良好的信噪比，尽管对象32没有居中地位于TOF相机20前方，因此能够非常精确地确定距对象32的间距D。
可选地，在图6和7中示出的光学元件27的透镜M1、M2、M3、M4、M5能够分别被操控为，使得相应的远侧的立体角PHI1、PHI2、PHI3、PHI4、PHI5的大小是可变的。在改变透镜M1、M2、M3、M4、M5的光学面时，与相应的透镜M1、M2、M3、M4、M5相关联的远侧的立体角PHI1、PHI2、PHI3、PHI4、PHI5也改变。例如，随后在光学元件27的第一操控状态中，远侧的立体角PHI1、PHI2、PHI3、PHI4、PHI5中的一个能够具有给定的大小；而在第二操控状态中，相同的立体角PHI1、PHI2、PHI3、PHI4、PHI5能够具有与在第一操控状态中不同的大小。为此，透镜M1、M2、M3、M4、M5例如能够分别具有至少一个光学面，所述光学面可动态地变化。例如，透镜M1、M2、M3、M4、M5和尤其光学面可借助于电流和/或借助于电压改变。例如，透镜M1、M2、M3、M4、M5是可电操控的流体透镜。
在此情况下，图6和7能够示出光学元件27的和传感器装置28的相同的实施例，其中在图6中示出操控状态，所述操控状态例如优化为，使得对象32位于TOF相机20正前方，尤其位于光学元件27和传感器装置28的正前方，例如位于第一区域42中。与此不同，在图7中示出如下操控状态，其优化为，使得对象32在图5中向左运动并且现在位于TOF相机20侧前方，尤其位于光学元件27和传感器装置28侧前方，例如位于第二区域44中或位于第三区域46中。
因此，如果对象32运动，那么远侧的立体角PHI1、PHI2、PHI3、PHI4、PHI5的大小能够调整为，使得对象32由于其运动随后所位于的区域42、44、46由尽可能小的远侧的立体角PHI1、PHI2、PHI3、PHI4、PHI5覆盖。在此情况下，即使对象32运动也能够借助于TOF相机20实现非常良好的信噪比，因此在任何时间都能够非常精确地确定距对象32的间距D。
在图6和7中示出的实施例中，近侧的立体角29是同样大小的。然而近侧的立体角29也能够以与远侧的立体角PHI1、PHI2、PHI3、PHI4、PHI5相符的方式和方法匹配于区域42、44、46，在相应的应用中对象32设置在所述区域中或被预期在所述区域中，或者匹配于对象32的运动或被匹配于对象32的运动。尤其，与可能检测对象32的传感器元件T1、T2、T3、T4、T5相关联的近侧的立体角29能够是特别小的。这尤其能够通过传感器元件T1、T2、T3、T4、T5的相应的构成实现。因此，通过有针对性地调整近侧的和/或远侧的立体角29、PHI1、PHI2、PHI3、PHI4、PHI5，能够将相应的TOF相机20匹配于期望的应用。
图8示出光学元件27的，例如在上文中所阐述的光学元件27的一个实施例。光学元件27具有透镜，所述透镜具有不对称的光学面70。替选于在参照图5所阐述的TOF相机20中的、在图6和7中所示出的光学元件27，能够使用具有不对称的光学面70的光学元件27。不对称的光学面70引起，被反射的和/或被散射的、穿过光学元件27的电磁辐射36随后具有不对称的辐射分布，并且与传感器元件T1、T2、T3、T4、T5相关联的远侧的立体角PHI1、PHI2、PHI3、PHI4、PHI5是不同大小的。
图9示出光学元件27的，例如在上文中所阐述的光学元件27的一个实施例。替选于在参照图5所阐述的TOF相机20中的、图6、7和8中所示出的光学元件27，能够使用该光学元件27。光学元件27具有第一区段72、第二区段74、第三区段76和第四区段78。光学元件27具有不对称的光学面70。光学面70具有在第一区段72上构成的第一子面82、在第二区段74上构成的第二子面84、在第三区段76上构成的第三子面86和在第四区段78上构成的第四子面88。子面82、84、86、88分别能够对称地或不对称地构成。如果子面82、84、86、88分别是对称的，那么所述子面彼此不同地构成并且设置为，使得整体上关系面70是不对称的。不对称的光学面70引起，被反射的和/或被散射的、穿过光学元件27的电磁辐射36随后具有不对称的辐射分布，并且与传感器元件T1、T2、T3、T4、T5相关联的远侧的立体角PHI1、PHI2、PHI3、PHI4、PHI5是不同大小的。
在参照图8和9所阐述的光学元件27中，不对称的光学面70分别在相应的光学元件27的出射面上构成。对此替选地，不对称的光学面70也能够在相应的光学元件27的入射面上或在相应的光学元件27的与入射面和出射面间隔开的位于内部的面上构成。
图10示出机动车90的一个实施例，机动车具有TOF相机20，例如在上文中参照图5至9所阐述的TOF相机。TOF相机20例如在机动车90的正面设置。对此替选地，TOF相机20也能够在机动车90的尾部或在机动车90的一侧上设置。此外，附加于该一个TOF相机20地，一个、两个或更多个另外的TOF相机20能够设置在机动车90中。TOF相机20在机动车90中用于确定距对象32的间距D，所述对象在此情况下是交通对象，例如行人、骑自行车的人、另一机动车或护栏。
TOF相机20基于机动车90的构造方式并且基于其结构设置为，使得TOF相机20的和尤其TOF相机20的辐射源24的前侧垂直于行驶方向定向。然而，TOF相机20应当用于确定距对象32的间距D，所述对象不直接设置在机动车90正前方，而是所述对象相对于行驶方向错开地设置在机动车90侧前方。因此，TOF相机20构成为，使得其产生不同大小的远侧的立体角PHI1、PHI2、PHI3、PHI4、PHI5，更确切地说，借助于最小的远侧的立体角PHI1、PHI2、PHI3、PHI4、PHI5覆盖最可能出现对象32的和/或应当以最高的准确性监控的区域42、44、46。如果TOF相机20，如在上文中所阐述，构成为，使得远侧的立体角PHI1、PHI2、PHI3、PHI4、PHI5的大小是可变的，那么能以最大精确度确定间距D的区域42、44、46能够相应地变化或运动。
本发明不局限于给出的实施例。例如，能够将实施例彼此组合。例如，光学元件27能够是传感器装置28的一部分。此外，能够设有或多或少的区域42、44、46。此外，能够设有或多或少的传感器元件T1、T2、T3、T4、T5；或多或少的透镜M1、M2、M3、M4、M5；光学元件27和/或者或多或少的区段72、74、76、78。
附图标记列表
常规的TOF相机 2
常规的辐射源 4
常规的光学元件 6
常规的光学元件 7
常规的传感器装置 8
常规的计算单元 10
常规的壳体 12
常规的被发射的电磁辐射 14
常规的远侧的立体角 17
常规的载体 18
常规的近侧的立体角 19
TOF相机 20
壳体 22
辐射源 24
透镜元件 26
光学元件 27
传感器装置 28
近侧的立体角 29
计算单元 30
对象 32
被发射的电磁辐射 34
被反射的电磁辐射 36
第一区域 42
第二区域 44
第三区域 46
光学面 70
第一区段 72
第二区段 74
第三区段 76
第四区段 78
第一子面 82
第二子面 84
第三子面 86
第四子面 88
机动车 90
间距 D
远侧的立体角 PHI1、PHI2、PHI3、PHI4、PHI5
常规的透镜 L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7
透镜 M1、M2、M3、M4、M5
常规的传感器元件 S1、S2、S3、S4、S5
传感器元件 T1、T2、T3、T4、T5

Claims (15)

1.一种TOF相机(20)，其用于确定距对象(32)的间距(D)，所述TOF相机具有：
辐射源(24)，其构成为用于朝向所述对象(32)发射电磁辐射(34)；
多个辐射敏感的传感器元件(T1，T2，T3，T4，T5)，所述传感器元件构成和设置为，使得所述传感器元件检测由所述对象(32)反射和/或散射的电磁辐射(36)；
光学元件(27)，其在所述对象(32)和所述传感器元件(T1，T2，T3，T4，T5)之间设置在被反射和/或被散射的所述电磁辐射(36)的光路中，以影响被反射和/或被散射的所述电磁辐射(34)；和
计算单元(30)，其与所述辐射源(24)和所述传感器元件(T1，T2，T3，T4，T5)电连接，并且所述计算单元构成为，用于确定所述电磁辐射(34，36)从所述辐射源(24)至所述对象(32)和从所述对象(32)至所述传感器元件(T1，T2，T3，T4，T5)所需的时长，并且用于依据所确定的所述时长确定在所述TOF相机(20)和所述对象(32)之间的间距(D)，
其中所述传感器元件(T1，T2，T3，T4，T5)和/或所述光学元件(27)构成为，使得所述传感器元件(T1，T2，T3，T4，T5)中的不同的传感器元件检测被反射的和/或被散射的所述电磁辐射(36)，所述电磁辐射来自相应不同的、在所述光学元件(27)远侧的立体角(PHI1，PHI2，PHI3，PHI4，PHI5)，并且远侧的所述立体角(PHI1，PHI2，PHI3，PHI4，PHI5)中的至少一些是不同大小的。
2.根据权利要求1所述的TOF相机(20)，其中所述光学元件(27)和/或所述传感器元件(T1，T2，T3，T4，T5)构成为，使得远侧的立体角(PHI1，PHI2，PHI3，PHI4，PHI5)匹配于区域(42，44，46)，从所述TOF相机(20)起预期所述对象(32)在所述区域中。
3.根据权利要求2所述的TOF相机(20)，其中所述光学元件(27)和/或所述传感器元件(T1，T2，T3，T4，T5)构成为，使得内部存在所述区域(42，44，46)的一个或多个远侧的立体角(PHI1，PHI2，PHI3，PHI4，PHI5)小于内部不存在所述区域(42，44，46)的远侧的立体角(PHI1，PHI2，PHI3，PHI4，PHI5)。
4.根据权利要求2或3所述的TOF相机(20)，其中所述光学元件(27)和/或所述传感器元件(T1，T2，T3，T4，T5)构成为，使得在所述区域(42，44，46)动态变化时所述远侧的立体角(PHI1，PHI2，PHI3，PHI4，PHI5)的大小依据所述区域(42，44，46)的动态变化进行调整。
5.根据上述权利要求中任一项所述的TOF相机(20)，其中所述传感器元件(T1，T2，T3，T4，T5)构成为，使得所述传感器元件(T1，T2，T3，T4，T5)中的不同的传感器元件检测穿过所述光学元件(27)的所述电磁辐射(36)，所述电磁辐射来自相应不同的、在所述光学元件(27)近侧的立体角(29)，并且近侧的所述立体角(29)中的至少一些是不同大小的。
6.根据权利要求4和5所述的TOF相机(20)，其中所述传感器元件(T1，T2，T3，T4，T5)构成为，使得近侧的立体角(29)的大小依据所述区域(42，44，46)的动态变化进行调整。
7.根据权利要求6所述的TOF相机(20)，其中所述传感器元件(T1，T2，T3，T4，T5)形成相机。
8.根据上述权利要求中任一项所述的TOF相机(20)，其中所述光学元件(27)具有至少一个不对称的光学面(70)，所述光学面设置为，使得被反射的和/或被散射的所述电磁辐射(36)穿过所述不对称的光学面(70)。
9.根据权利要求8所述的TOF相机(20)，其中所述光学元件(27)构成为，使得不对称的所述光学面(70)依据所述区域(42，44，46)的动态变化进行调整。
10.根据权利要求8或9所述的TOF相机(20)，其中不对称的所述光学面(70)构成为衍射辐射的、折射辐射的和/或分段的。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的TOF相机(20)，其中所述光学面(70)以定制方式依据所述区域构成。
12.根据上述权利要求中任一项所述的TOF相机(20)，其具有壳体(22)，在所述壳体中设置有所述辐射源(24)、所述传感器元件(T1，T2，T3，T4，T5)、所述计算单元(30)和所述光学元件(27)。
13.一种具有根据上述权利要求中任一项所述的TOF相机(20)的机动车(90)，其中所述对象(32)是交通对象。
14.一种用于制造TOF相机(20)的方法，所述TOF相机用于确定距所述对象(32)的间距(D)，其中
设置辐射源(24)，其用于朝向所述对象(32)发射电磁辐射(34)；
将多个辐射敏感的传感器元件(T1，T2，T3，T4，T5)设置为，使得所述传感器元件检测由所述对象(32)反射和/或散射的电磁辐射(36)；
将计算单元(30)构成为，用于确定所述电磁辐射(34，36)从所述辐射源(24)至所述对象(32)和从所述对象(32)至所述传感器元件(T1，T2，T3，T4，T5)所需的时长，并且用于依据确定的所述时长而确定在所述TOF相机(20)和所述对象(32)之间的间距(D)，并且所述计算单元与所述辐射源(24)和所述传感器元件(T1，T2，T3，T4，T5)电连接；以及
将光学元件(27)在所述对象(32)和所述传感器元件(T1，T2，T3，T4，T5)之间设置在被反射和/或被散射的所述电磁辐射(36)的光路中，以影响被反射和/或被散射的所述电磁辐射(34)，
其中所述传感器元件(T1，T2，T3，T4，T5)和/或所述光学元件(27)构成为，使得所述传感器元件(T1，T2，T3，T4，T5)中的不同的传感器元件检测被反射的和/或被散射的电磁辐射(36)，所述电磁辐射来自相应不同的、在所述光学元件(27)远侧的立体角(PHI1，PHI2，PHI3，PHI4，PHI5)，并且远侧的所述立体角(PHI1，PHI2，PHI3，PHI4，PHI5)中的至少一些是不同大小的。
15.一种用于确定距对象(32)的间距(D)的方法，其中
借助于辐射源(24)朝向所述对象(32)发射电磁辐射(34)；
借助于多个传感器元件(T1，T2，T3，T4，T5)检测来自不同的立体角(PHI1，PHI2，PHI3，PHI4，PHI5)的、被反射的和/或被散射的电磁辐射(36)，其中所检测的被反射的和/或被散射的电磁辐射(36)中的至少一部分由所述对象(32)反射和/或散射，并且其中所述立体角(PHI1，PHI2，PHI3，PHI4，PHI5)中的至少一些是不同大小的；
确定所述电磁辐射(34，36)从所述辐射源(24)至所述对象(32)和从所述对象(32)至所述传感器元件(T1，T2，T3，T4，T5)所需的时长；以及
依据确定的所述时长，确定距所述对象(32)的间距(D)。
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