DE102013207648A1 - Method of operating light-time camera system such as three dimensional-time of flight camera system, involves determining phase shift for further modulation frequency, and determining distance value from last two measured phase shifts - Google Patents

Method of operating light-time camera system such as three dimensional-time of flight camera system, involves determining phase shift for further modulation frequency, and determining distance value from last two measured phase shifts Download PDF

Info

Publication number
DE102013207648A1
DE102013207648A1 DE201310207648 DE102013207648A DE102013207648A1 DE 102013207648 A1 DE102013207648 A1 DE 102013207648A1 DE 201310207648 DE201310207648 DE 201310207648 DE 102013207648 A DE102013207648 A DE 102013207648A DE 102013207648 A1 DE102013207648 A1 DE 102013207648A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
modulation
distance
modulation frequencies
camera system
frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE201310207648
Other languages
German (de)
Other versions
DE102013207648B4 (en
Inventor
Ralph Wilks
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PMDtechnologies AG
Original Assignee
IFM Electronic GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IFM Electronic GmbH filed Critical IFM Electronic GmbH
Priority to DE102013207648.7A priority Critical patent/DE102013207648B4/en
Publication of DE102013207648A1 publication Critical patent/DE102013207648A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102013207648B4 publication Critical patent/DE102013207648B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/491Details of non-pulse systems
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06Systems determining position data of a target
    • G01S17/08Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/32Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S17/36Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated with phase comparison between the received signal and the contemporaneously transmitted signal
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S17/8943D imaging with simultaneous measurement of time-of-flight at a 2D array of receiver pixels, e.g. time-of-flight cameras or flash lidar

Abstract

The method involves defining two modulation frequencies by which distance determination is carried out and determining a phase shift of an emitted or received signal for each of the two selected modulation frequencies, while determining a distance value (d) using the measured phase shifts. A further modulation frequency is determined based on predetermined selection rules, taking into account the last two modulation frequencies. A further phase shift is determined for further modulation frequency. The distance value is determined from last two measured phase shifts. An independent claim is included for a light-time camera system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lichtlaufzeitkamerasystem und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to a light transit time camera system and a method for operating such according to the preamble of the independent claims.

Mit Lichtlaufzeitkamerasystem sollen nicht nur Systeme umfasst sein, die Entfernungen direkt aus der Lichtlaufzeit ermitteln, sondern insbesondere auch alle Lichtlaufzeit bzw. 3D-TOF-Kamerasysteme, die eine Laufzeitinformation aus der Phasenverschiebung einer emittierten und empfangenen Strahlung gewinnen. Als Lichtlaufzeit bzw. 3D-TOF-Kameras sind insbesondere PMD-Kameras mit Photomischdetektoren (PMD) geeignet, wie sie u. a. in den Anmeldungen EP 1 777 747 , US 6 587 186 und auch DE 197 04 496 beschrieben und beispielsweise von der Firma 'ifm electronic GmbH' oder 'PMD-Technologies GmbH' als Frame-Grabber O3D bzw. als CamCube zu beziehen sind. Die PMD-Kamera erlaubt insbesondere eine flexible Anordnung der Lichtquelle und des Detektors, die sowohl in einem Gehäuse als auch separat angeordnet werden können. Selbstverständlich sollen mit dem Begriff Kamera bzw. Kamerasystem auch Kameras bzw. Geräte mit mindestens einem Empfangspixel mit umfasst sein, wie beispielsweise das Entfernungsmessgerät O1D der Anmelderin.With the time of flight camera system, not only systems should be included which determine distances directly from the light transit time, but in particular also all the time of flight or 3D TOF camera systems which acquire transit time information from the phase shift of an emitted and received radiation. In particular, PMD cameras with photonic mixer detectors (PMD) are suitable as the light transit time or 3D TOF cameras, as described, inter alia, in the applications EP 1 777 747 , US 6,587,186 and also DE 197 04 496 described and, for example, by the company 'ifm electronic GmbH' or 'PMD Technologies GmbH' as a frame grabber O3D or as CamCube relate. In particular, the PMD camera allows a flexible arrangement of the light source and the detector, which can be arranged both in a housing and separately. Of course, the term camera or camera system should also encompass cameras or devices with at least one receiving pixel, such as, for example, the distance measuring device O1D of the Applicant.

Für die Bestimmung einer Entfernung bzw. einer entsprechenden Phasenverschiebung des reflektierten Lichts wird, wie in der DE 197 04 496 ausführlich beschrieben, im PMD-Sensor das reflektierte Licht mit dem modulierenden Signal gemischt. Diese Mischung liefert ein in Phase liegendes Signal (0°) und ein um 180° versetztes Signal, aus dem in bekannter Weise eine Entfernung bestimmt werden kann. Zur Verbesserung der Qualität der Entfernungsmessung kann es vorgesehen sein, die Sendemodulation gezielt beispielsweise um 90°, 180° oder 270° zu verschieben und vorzugsweise mittels einer IQ(Inphase, Quadratur)-Demodulation einen Phasenwinkel des reflektierten in Relation zum gesendeten Signal zu bestimmen. Dieses Vorgehen ist insbesondere nützlich zur Gewinnung von redundanten Informationen, um beispielsweise verschiedene parasitäre Effekte wie fixed pattern noise (FPN), Hintergrundlicht oder Asymmetrien des Sensors zu kompensieren.For determining a distance or a corresponding phase shift of the reflected light is, as in the DE 197 04 496 described in detail, mixed in the PMD sensor, the reflected light with the modulating signal. This mixture provides an in-phase signal (0 °) and a signal offset by 180 °, from which a distance can be determined in a known manner. To improve the quality of the distance measurement, it may be provided to shift the transmission modulation selectively by 90 °, 180 ° or 270 °, for example, and preferably to determine a phase angle of the reflected signal in relation to the transmitted signal by means of IQ (Inphase, Quadrature) demodulation. This approach is particularly useful for obtaining redundant information, for example, to compensate for various parasitic effects such as fixed pattern noise (FPN), backlight, or sensor asymmetries.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Phasenmessung und somit die Entfernungsmessung zu verbessern.The object of the invention is to improve the phase measurement and thus the distance measurement.

Die Aufgabe wird in vorteilhafter Weise durch das Verfahren und das erfindungsgemäße Lichtlaufzeitkamerasystem nach Gattung der unabhängigen Ansprüche gelöst.The object is achieved in an advantageous manner by the method and the inventive time of flight camera system according to the preamble of the independent claims.

Vorteilhaft ist ein Verfahren zum Betreiben eines Lichtlaufzeitkamerasystems vorgesehen, das mit einer Vielzahl von Modulationsfrequenzen betreibbar ist, mit den Schritten:

  • a) Festlegung von zwei Modulationsfrequenzen anhand derer eine Entfernungsbestimmung erfolgen soll,
  • b) Ermittlung einer Phasenverschiebung eines emittierten und empfangenen Signals für jede der beiden ausgewählten Modulationsfrequenzen,
  • c) Ermittlung eines Entfernungswerts anhand der beiden ermittelten Phasenverschiebungen,
  • d) Bestimmung einer weiteren Modulationsfrequenz anhand vorgegebener Auswahlregeln unter Berücksichtigung der beiden letzten Modulationsfrequenzen
  • e) Ermittlung einer weiteren Phasenverschiebung für die weitere Modulationsfrequenz
  • f) Ermittlung eines Entfernungswerts anhand der letzten beiden ermittelten Phasenverschiebungen,
  • g) Durchführung weiterer Entfernungsmessungen anhand der Schritte d) bis g)
Advantageously, a method for operating a light transit time camera system is provided, which is operable with a plurality of modulation frequencies, comprising the steps:
  • a) Definition of two modulation frequencies on the basis of which a distance determination is to take place,
  • b) determining a phase shift of an emitted and received signal for each of the two selected modulation frequencies,
  • c) determination of a distance value on the basis of the two determined phase shifts,
  • d) Determining a further modulation frequency based on predetermined selection rules taking into account the last two modulation frequencies
  • e) determination of a further phase shift for the further modulation frequency
  • f) determination of a distance value based on the last two determined phase shifts,
  • g) Carrying out further distance measurements on the basis of steps d) to g)

Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass die Entfernungsmessungen nicht zwingend nach einem fest vorgegebenen Frequenzmuster erfolgen müssen, sondern die Auswahl der Modulationsfrequenzen im Wesentlichen auch zufällig erfolgen kann. Besonders vorteilhaft ist es, zur Vermeidung ungünstiger Frequenzpaarungen, die Wahl der Modulationsfrequenzen zwar zufällig aber nach bestimmten Auswahlregeln vorzunehmen.This approach has the advantage that the distance measurements do not necessarily have to be made according to a fixed frequency pattern, but the selection of the modulation frequencies can essentially be done at random. To avoid unfavorable frequency pairings, it is particularly advantageous to make the choice of the modulation frequencies randomly but according to specific selection rules.

In einer weiteren Ausgestaltung ist es vorgesehen, eine vorbestimmte Anzahl von Modulationsfrequenzen als begrenzte Auswahlmöglichkeit bereitzustellen, wobei die Bestimmung einer weiteren Modulationsfrequenz gemäß Schritt d) des erfindungsgemäßen Verfahrens innerhalb der bereitgestellten Auswahl von Modulationsfrequenzen erfolgt.In a further refinement, it is provided to provide a predetermined number of modulation frequencies as a limited selection option, wherein the determination of a further modulation frequency according to step d) of the method according to the invention takes place within the provided selection of modulation frequencies.

Durch die begrenzte Auswahlmöglichkeit ist es vorteilhaft möglich, die Zeit zur Auswahl einer geeigneten Modulationsfrequenz zu verkürzen und erlaubt somit schnellere Messzyklen. Zudem reduziert eine begrenzte Auswahlmöglichkeit auch den Kalibrieraufwand.Due to the limited choice, it is advantageously possible to shorten the time for selecting a suitable modulation frequency and thus allows faster measurement cycles. In addition, a limited choice also reduces the calibration effort.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Bestimmung der weiteren Modulationsfrequenz unter Berücksichtigung der Auswahlregeln zufällig erfolgt.It is particularly advantageous if the determination of the further modulation frequency takes place randomly taking into account the selection rules.

Bevorzugt ist es nützlich, eine Mehrzahl der Modulationsfrequenzen teilerfremd zu wählen, aufgrund der Erkenntnis, dass teilerfremde Frequenzverhältnisse häufig geeignete Frequenzpaarungen bilden. Preferably, it is useful to select a plurality of the modulation frequencies as being prime and alien due to the knowledge that divisive frequency ratios often form suitable frequency pairings.

In einer weiteren Ausgestaltung ist es vorteilhaft, einen Entfernungswert nur dann als gültig zu bewerten, wenn zwei der unmittelbar zuvor ermittelten Entfernungswerte innerhalb tolerierter Abweichungsgrenzen liegen. Durch dieses Vorgehen können in einfacher Art und Weise Sprünge in der Entfernungsmessung durch Entfernungsfehlzuordnungen erkannt und ausgeblendet werden.In a further embodiment, it is advantageous to evaluate a distance value as valid only if two of the distance values determined immediately before lie within tolerated deviation limits. As a result of this procedure, jumps in the distance measurement due to distance mismatches can be detected and hidden in a simple manner.

Die Abweichungsgrenzen können beispielsweise in Abhängigkeit des zuletzt ermittelten Entfernungswertes bestimmt werden.The deviation limits can be determined, for example, as a function of the last determined distance value.

Besonders vorteilhaft ist ein Lichtlaufzeitkamerasystem vorgesehen, mit einem Modulator, der mit einer Beleuchtung und einem Empfänger des Systems verbunden ist, wobei ein Modulationssteuergerät mit dem Modulator verbunden und derart ausgestaltet ist, dass der Modulator mit mindestens drei Modulationsfrequenzen betreibbar ist, und dass eine Auswerteeinheit derart ausgestaltet ist, dass Modulationsfrequenzen für eine Entfernungsmessung anhand vorgegebener Auswahlregeln ausgewählt werdenParticularly advantageously, a light transit time camera system is provided, with a modulator, which is connected to a lighting and a receiver of the system, wherein a modulation control device is connected to the modulator and configured such that the modulator is operable with at least three modulation frequencies, and that an evaluation unit such is configured that modulation frequencies are selected for a distance measurement using predetermined selection rules

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.The invention will be explained in more detail by means of embodiments with reference to the drawings.

Es zeigen:Show it:

1 schematisch das grundlegende Prinzip der Photomischdetektion, 1 schematically the basic principle of photomix detection,

2 eine modulierte Integration der erzeugten Ladungsträger, 2 a modulated integration of the generated charge carriers,

3 zwei zeitliche Verläufe der Ladungsintegration mit unterschiedlichen Phasenlagen, 3 two temporal courses of the charge integration with different phase positions,

4 Relation der Integration in einem IQ-Diagramm, 4 Relation of integration in an IQ-diagram,

5 einen Querschnitt eines PMD-Pixels mit einer räumlichen Potenzialverteilung, 5 a cross-section of a PMD pixel with a spatial potential distribution,

6 eine Distanzmessung mit einer Wellenlänge, 6 a distance measurement with one wavelength,

7 eine Distanzmessung mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen, 7 a distance measurement with two different wavelengths,

8 einen Verlauf der Phasenverschiebungen mit dem Abstand, 8th a course of the phase shifts with the distance,

9 eine erfindungsgemäße Distanzbestimmung, 9 a distance determination according to the invention,

10 schematisch ein Schema einer Auswahlstruktur, 10 schematically a scheme of a selection structure,

11 ein Beispiel eines möglichen erfindungsgemäßen Ablaufschemas, 11 an example of a possible flowchart according to the invention,

12 ein Beispiel mit ungünstigen Frequenzpaarungen, 12 an example with unfavorable frequency pairings,

13 ein Beispiel mit einem rekursiven Schritt 13 an example with a recursive step

14 ein erfindungsgemäßes Ablaufschema, 14 an inventive flowchart,

15 eine Störung der Modulation mit einem Signal gleicher Frequenz, 15 a disturbance of the modulation with a signal of the same frequency,

16 eine Störung der Modulation mit einem Signal ungleicher Frequenz. 16 a disturbance of the modulation with a signal of unequal frequency.

Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.In the following description of the preferred embodiments, like reference characters designate like or similar components.

1 zeigt eine Messsituation für eine optische Entfernungsmessung mit einer Lichtlaufzeitkamera, wie sie beispielsweise aus der DE 197 04 496 bekannt ist. 1 shows a measurement situation for an optical distance measurement with a light time camera, as for example from the DE 197 04 496 is known.

Das Lichtlaufzeitkamerasystem 1 umfasst eine Sendeeinheit bzw. ein Beleuchtungsmodul 10 mit einer Beleuchtung 12 und einer dazugehörigen Strahlformungsoptik 15 sowie eine Empfangseinheit bzw. Lichtlaufzeitkamera 20 mit einer Empfangsoptik 25 und einem Lichtlaufzeitsensor 22. Der Lichtlaufzeitsensor 22 weist mindestens ein Lichtlaufzeitpixel, vorzugsweise ein Pixel-Array, auf und ist insbesondere als PMD-Sensor ausgebildet. Die Empfangsoptik 25 besteht typischerweise zur Verbesserung der Abbildungseigenschaften aus mehreren optischen Elementen. Die Strahlformungsoptik 15 der Sendeeinheit 10 kann beispielsweise als Reflektor oder Linsenoptik ausgebildet sein. In einer sehr einfachen Ausgestaltung kann ggf. auch auf optische Elemente sowohl empfangs- als auch sendeseitig verzichtet werden. The light transit time camera system 1 comprises a transmitting unit or a lighting module 10 with a lighting 12 and associated beam shaping optics 15 as well as a receiving unit or light runtime camera 20 with a receiving optics 25 and a light transit time sensor 22 , The light transit time sensor 22 has at least one light-propagation time pixel, preferably a pixel array, and is designed in particular as a PMD sensor. The receiving optics 25 typically consists of improving the imaging characteristics of multiple optical elements. The beam shaping optics 15 the transmitting unit 10 may be formed for example as a reflector or lens optics. In a very simple embodiment, if necessary, optical elements can also be dispensed with both on the receiving side and on the transmitting side.

Das Messprinzip dieser Anordnung basiert im Wesentlichen darauf, dass ausgehend von der Phasenverschiebung des emittierten und empfangenen Lichts die Laufzeit und somit die zurückgelegte Wegstrecke des empfangenen Lichts ermittelt werden kann. Zu diesem Zwecke werden die Lichtquelle 12 und der Lichtlaufzeitsensor 22 über einen Modulator 30 gemeinsam mit einem bestimmten Modulationssignal Mo mit einer Basisphasenlage φ0 beaufschlagt. Im dargestellten Beispiel ist ferner zwischen dem Modulator 30 und der Lichtquelle 12 ein Phasenschieber 35 vorgesehen, mit dem die Basisphase φ0 des Modulationssignals M0 der Lichtquelle 12 um definierte Phasenlagen φvar verschoben werden kann. Für typische Phasenmessungen werden vorzugsweise Phasenlagen von φvar = 0°, 90°, 180°, 270° verwendet.The measurement principle of this arrangement is essentially based on the fact that, based on the phase shift of the emitted and received light, the transit time and thus the distance covered by the received light can be determined. For this purpose, the light source 12 and the light transit time sensor 22 via a modulator 30 together with a certain modulation signal M o with a base phase position φ 0 applied. In the example shown is also between the modulator 30 and the light source 12 a phase shifter 35 provided with the base phase φ 0 of the modulation signal M 0 of the light source 12 can be moved by defined phase positions φ var . For typical phase measurements, phase positions of φ var = 0 °, 90 °, 180 °, 270 ° are preferably used.

Entsprechend des eingestellten Modulationssignals sendet die Lichtquelle 12 ein intensitätsmoduliertes Signal Sp1 mit der ersten Phaselage p1 bzw. p1 = φ0 + φvar aus. Dieses Signal Sp1 bzw. die elektromagnetische Strahlung wird im dargestellten Fall von einem Objekt 40 reflektiert und trifft aufgrund der zurückgelegten Wegstrecke entsprechend phasenverschoben Δφ(tL) mit einer zweiten Phasenlage p2 = φ0 + φvar + Δφ(tL) als Empfangssignal Sp2 auf den Lichtlaufzeitsensor 22. Im Lichtlaufzeitsensor 22 wird das Modulationssignal Mo mit dem empfangenen Signal Sp2 gemischt, wobei aus dem resultierenden Signal die Phasenverschiebung bzw. die Objektentfernung d ermittelt wird.The light source transmits according to the set modulation signal 12 an intensity-modulated signal S p1 with the first phase position p1 or p1 = φ 0 + φ var . This signal S p1 or the electromagnetic radiation is in the illustrated case of an object 40 reflects and hits due to the distance traveled corresponding phase-shifted Δφ (t L ) with a second phase position p2 = φ 0 + φ var + Δφ (t L ) as a received signal S p2 to the light transit time sensor 22 , In the time of flight sensor 22 the modulation signal M o is mixed with the received signal S p2 , wherein the phase shift or the object distance d is determined from the resulting signal.

Zur Verbesserung der Messgenauigkeit und/oder zur Erweiterung des Eindeutigkeitsbereichs kann es ferner vorgesehen sein, Lichtlaufzeitmessungen mit unterschiedlichen Modulationsfrequenzen durchzuführen. Zu diesem Zweck ist der Modulator 30 mit einem Modulationssteuergerät 38 verbunden, das vorzugsweise innerhalb eines vorgegebenen Frequenzspektrums Modulationsfrequenzen vorgeben kann.To improve the measurement accuracy and / or to expand the uniqueness range, it may also be provided to carry out light transit time measurements with different modulation frequencies. For this purpose, the modulator 30 with a modulation control unit 38 connected, which can preferably specify within a predetermined frequency spectrum modulation frequencies.

Der Modulator 30 könnte beispielsweise als Frequenzsynthesizer ausgebildet sein, der über das Modulationssteuergerät 38 für die jeweilige Messaufgabe angesteuert wird.The modulator 30 could for example be designed as a frequency synthesizer, via the modulation control unit 38 is controlled for the respective measuring task.

Ferner ist die Empfangseinheit 20 mit einer Auswerteeinheit 27 verbunden. Die Auswerteeinheit 27 kann gegebenenfalls auch Bestandteil der Empfangseinheit 20 und insbesondere auch Teil des Lichtlaufzeitsensors 22 sein. Aufgabe der Auswerteeinheit 27 ist es, anhand der empfangenen Signale in Relation zur Modulationsfrequenz Phasenverschiebungen zu ermitteln und/oder auszuwerten. Die Mischung der empfangen Lichtstrahlen mit der Modulationsfrequenz erfolgt vorzugsweise im Lichtlaufzeitsensor 22 bzw. PMD-Sensor. Ferner kann das Modulationssteuergerät 38 auch Bestandteil der Auswerteeinheit 27 sein. Insbesondere kann es auch vorgesehen sein, dass die Auswerteeinheit 27 die Funktion des Modulationssteuergeräts 38 vollständig oder teilweise übernimmt.Furthermore, the receiving unit 20 with an evaluation unit 27 connected. The evaluation unit 27 may also be part of the receiving unit 20 and in particular also part of the light transit time sensor 22 be. Task of the evaluation unit 27 It is to determine based on the received signals in relation to the modulation frequency phase shifts and / or evaluate. The mixture of the received light beams with the modulation frequency is preferably carried out in the light transit time sensor 22 or PMD sensor. Furthermore, the modulation control unit 38 also part of the evaluation unit 27 be. In particular, it may also be provided that the evaluation unit 27 the function of the modulation control unit 38 completely or partially takes over.

Als Beleuchtungsquelle bzw. Lichtquelle 12 eignen sich vorzugsweise Infrarot-Leuchtdioden. Selbstverständlich sind auch andere Strahlungsquellen in anderen Frequenzbreichen denkbar, insbesondere kommen auch Lichtquellen im sichtbaren Frequenzbereich in Betracht.As illumination source or light source 12 are preferably infrared light emitting diodes. Of course, other sources of radiation in other frequency ranges are also conceivable; in particular, light sources in the visible frequency range are also possible.

Das Grundprinzip der Phasenmessung ist schematisch in 2 dargestellt. Die obere Kurve zeigt den zeitlichen Verlauf des Modulationssignals M0 mit der die Beleuchtung 12 und der Lichtlaufzeitsensor 22 angesteuert werden. Das vom Objekt 40 reflektierte Licht trifft als Empfangssignal Sp2 entsprechend seiner Lichtlaufzeit tL phasenverschoben Δφ(tL) auf den Lichtlaufzeitsensor 22. Der Lichtlaufzeitsensor 22 sammelt die photonisch erzeugten Ladungen q über mehrere Modulationsperioden in der Phasenlage des Modulationssignals M0 in einem ersten Akkumulationsgate Ga und in einer um 180° verschobenen Phasenlage M0 + 180° in einem zweiten Akkumulationsgate Gb. Aus dem Verhältnis der im ersten und zweiten Gate Ga, Gb gesammelten Ladungen qa, qb lässt sich die Phasenverschiebung Δφ(tL) und somit eine Entfernung d des Objekts bestimmen.The basic principle of phase measurement is schematically in 2 shown. The upper curve shows the time profile of the modulation signal M 0 with the illumination 12 and the light transit time sensor 22 be controlled. The object 40 Reflected light impinges on the light transit time sensor as received signal S p2 in accordance with its light transit time t L phase-shifted Δφ (t L ) 22 , The light transit time sensor 22 collects the photonically generated charges q over several modulation periods in the phase position of the modulation signal M 0 in a first accumulation gate Ga and in a 180 ° shifted phase position M 0 + 180 ° in a second accumulation Gb. From the ratio of the charges qa, qb collected in the first and second gate Ga, Gb, the phase shift Δφ (t L ) and thus a distance d of the object can be determined.

3a und 3b zeigen Verläufe der Ladungsdifferenz Δq = qa – qb/(qa + qb) in Abhängigkeit der Phasenverschiebung Δφ(tL) des empfangenen Lichtsignals Sp2 mit unterschiedlichen Phasenlagen. Die 3a zeigt einen Verlauf für eine unverschobene Modulationsphase M0 mit einer Phasenlage φvar = 0° 3a and 3b show curves of the charge difference Δq = q a - q b / (q a + q b ) as a function of the phase shift Δφ (t L ) of the received light signal S p2 with different phase angles. The 3a shows a curve for an unshifted modulation phase M 0 with a phase angle φ var = 0 °

Bei einem Auftreffen des Signals Sp2 ohne Phasenverschiebung also Δφ(tL) = 0°, beispielsweise, wenn das Sendesignal Sp1 direkt auf den Sensor gelenkt wird, sind die Phasen der Modulation M0 und vom empfangenen Signal Sp2 identisch, so dass alle erzeugten Ladungsträger phasensynchron am ersten Gate Ga erfasst werden und somit ein maximales Differenzsignal mit Δq = 1 anliegt. When the signal S p2 strikes without a phase shift, ie Δφ (t L ) = 0 °, for example when the transmission signal S p1 is directed directly to the sensor, the phases of the modulation M 0 and of the received signal S p2 are identical, so that all generated charge carriers are detected synchronously at the first gate Ga and thus a maximum difference signal with Δq = 1 is applied.

Mit zunehmender Phasenverschiebung nimmt die Ladung am ersten Akkumulationsgate Ga ab und am zweiten Akkumulationsgate Gb zu. Bei einer Phasenverschiebung von Δφ(tL) = 90° sind die Ladungsträger qa, qb an beiden Gates Ga, Gb gleich verteilt und die Differenz somit Null und nach 180° Phasenverschiebung ”–1”. Mit weiter zunehmender Phasenverschiebung nimmt die Ladung am ersten Gate Ga wieder zu, so dass im Ergebnis die Ladungsdifferenz wieder ansteigt, um dann bei 360° bzw. 0° wieder ein Maximum zu erreichen.As the phase shift increases, the charge on the first accumulation gate Ga decreases and on the second accumulation gate Gb. With a phase shift of Δφ (t L ) = 90 °, the charge carriers qa, qb are equally distributed at both gates Ga, Gb and the difference is thus zero and after 180 ° phase shift "-1". With further increasing phase shift, the charge at the first gate Ga increases again, so that as a result the charge difference increases again in order then to reach a maximum again at 360 ° or 0 °.

Mathematisch handelt es sich hierbei um eine Korrelationsfunktion des empfangenen Signals Sp2 mit dem modulierenden Signal M0.Mathematically, this is a correlation function of the received signal S p2 with the modulating signal M 0 .

Figure 00060001
Figure 00060001

Bei einer Modulation mit einem Rechtecksignal ergibt sich wie bereits dargestellt als Korrelationsfunktion eine Dreiecksfunktion. Bei einer Modulation mit beispielsweise einem Sinussignal wäre das Ergebnis eine Kosinusfunktion.In the case of a modulation with a square-wave signal, as already described, a triangular function results as the correlation function. For a modulation with, for example, a sine signal, the result would be a cosine function.

Wie 3a zeigt, ist eine Messung der Phase mit einer Phasenlage nur bis zu einer Phasenverschiebung Δφ(tL) ≤ 180° eindeutig.As 3a shows, a phase phase measurement is unique only up to a phase shift Δφ (t L ) ≤ 180 °.

Zur maximalen Erfassung der Phasenverschiebung ist beispielsweise das IQ(Inphase-Quadratur)Verfahren bekannt, bei dem zwei Messungen mit um 90° verschobenen Phasenlagen durchgeführt werden, also beispielsweise mit der Phasenlage φvar = 0° und φvar = 90°. Das Ergebnis einer Messung mit der Phasenlage φvar = 90° ist in 3b dargestellt.For maximum detection of the phase shift, for example, the IQ (in-phase quadrature) method is known in which two measurements are performed with shifted by 90 ° phase angles, so for example with the phase φ var = 0 ° and φ var = 90 °. The result of a measurement with the phase angle φ var = 90 ° is in 3b shown.

Die Beziehung dieser beiden Kurven lässt sich in bekannter Art und Weise beispielsweise für sinusförmige Kurvenverläufe in einem IQ-Diagramm gem. 4 darstellen. In erster Näherung ist diese Darstellung ohne weiteres auch für die dargestellten Dreiecksfunktionen anwendbar.The relationship of these two curves can be in a known manner, for example, for sinusoidal waveforms in an IQ diagram gem. 4 represent. In a first approximation, this representation is readily applicable to the triangular functions shown.

Der Phasenwinkel lässt sich dann in bekannter Weise über eine arctan- bzw. arctan2-Funktion bestimmen: φ = arctan Δq(90°) / Δq(0°) The phase angle can then be determined in a known manner via an arctan or arctan2 function: φ = arctan Δq (90 °) / Δq (0 °)

Um beispielsweise Asymmetrie des Sensors zu kompensieren, können zusätzliche um 180° verschobene Phasenmessungen durchgeführt werden, so dass sich im Ergebnis der Phasenwinkel wie folgt bestimmen lässt. φ = arctan Δq(90°) – Δq(270°) / Δ(0°) – Δq(180°) In order to compensate, for example, for asymmetry of the sensor, additional phase measurements shifted by 180 ° can be performed so that, as a result, the phase angle can be determined as follows. φ = arctan Δq (90 °) - Δq (270 °) / Δ (0 °) - Δq (180 °)

5 zeigt einen Querschnitt durch einen Pixel eines Photomischdetektors wie er beispielsweise aus der DE 197 04 496 C2 bekannt ist. Die Modulationsphotogates Garn, G0, Gbm sind im Wesentlichen transparent ausgebildet und in einem lichtsensitiven Bereich eines Lichtlaufzeit bzw. PMD-Pixels angeordnet. Entsprechend der an den Modulationsgates bzw. Modulationsphotogates Gam, G0, Gbm angelegten Spannung werden die photonisch erzeugten Ladungen q entweder zum einen oder zum anderen Akkumulationsgate Ga, Gb gelenkt. Hierbei bezeichnet „Akkumulationsgate” allgemein eine Struktur, in der die Ladungssammlung stattfindet, nicht notwendigerweise ein Gate einer MOS (Metal-Oxide-Semiconductor)-Struktur. Als konkrete Ausführungsform wird bevorzugt eine Diodenstruktur verwendet. 5 shows a cross section through a pixel of a photonic mixer as it is for example from the DE 197 04 496 C2 is known. The modulation photographs yarn, G0, Gbm are substantially transparent and arranged in a light-sensitive area of a light transit time or PMD pixel. According to the voltage applied to the modulation gates Gam, G0, Gbm, the photonically generated charges q are directed either to one or the other accumulation gate Ga, Gb. Here, "accumulation gate" generally means a structure in which the charge accumulation takes place, not necessarily a gate of a MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) structure. As a specific embodiment, a diode structure is preferably used.

5b zeigt einen Potenzialverlauf bei dem die Ladungen q in Richtung des ersten Akkumulationsgates Ga abfließen, und 5c einen komplementären Potenzialverlauf, der die Ladungen q in Richtung des zweiten Akkumulationsgates Gb fließen lässt. Die Potenziale können beispielsweise entsprechend des anliegenden Modulationssignals vorgegeben werden. Je nach Anwendungsfall liegt die Frequenz des Modulationssignals vorzugsweise in einem Bereich von 1 bis 1000 MHz. Bei einer Modulationsfrequenz von beispielsweise 1 MHz ergibt sich eine Periodendauer von einer Mikrosekunde, so dass das Modulationspotenzial dementsprechend alle 500 Nanosekunden wechselt. 5b shows a potential curve in which the charges q flow in the direction of the first accumulation gate Ga, and 5c a complementary potential profile, which allows the charges q to flow in the direction of the second accumulation gate Gb. The potentials can be specified, for example, according to the applied modulation signal. Depending on the application, the frequency of the modulation signal is preferably in a range of 1 to 1000 MHz. At a modulation frequency of For example, 1 MHz results in a period of one microsecond, so that the modulation potential changes accordingly every 500 nanoseconds.

In 5a ist ferner eine Auslesevorrichtung 400 dargestellt, die gegebenenfalls bereits Bestandteil eines als CMOS ausgebildeten Lichtlaufzeitsensors 22 bzw. PMD-Sensors sein kann. Die als Kapazitäten ausgebildeten Akkumulationsgates Ga, Gb integrieren die photonisch erzeugten Ladungen über eine Vielzahl von Modulationsperioden. In bekannter Weise kann die dann an den Akkumulationsgates Ga, Gb anliegende Spannung Ua, Ub beispielsweise über die Auslesevorrichtung 400 hochohmig abgegriffen werden. Die Integrationszeiten sind vorzugsweise so zu wählen, dass für die zu erwartende Lichtmenge der Lichtlaufzeitsensor bzw. die Akkumulationsgates und/oder die lichtsensitiven Bereiche nicht in Sättigung geraten.In 5a is also a readout device 400 shown, which may already be part of a designed as a CMOS light transit time sensor 22 or PMD sensor can be. The accumulation gates Ga, Gb designed as capacitances integrate the photonically generated charges over a large number of modulation periods. In a known manner, the voltage Ua, Ub which is then applied to the accumulation gates Ga, Gb can be determined, for example, via the read-out device 400 be tapped high impedance. The integration times are preferably to be selected so that the light transit time sensor or the accumulation gates and / or the light-sensitive areas do not saturate for the expected amount of light.

Aus der in 2 dargestellten laufzeitbedingten Phasenverschiebung Δφ(tL) lassen sich für Objektabstände d ≤ λ/2 in bekannter Weise ein Abstand bestimmen. d = Δφ(tL) λ / 2π· 1 / 2 From the in 2 shown runtime-dependent phase shift Δφ (t L ) can be for object distances d ≤ λ / 2 in a known manner to determine a distance. d = Δφ (t L ) λ / 2π × 1/2

Für Entfernungen d > λ/2 besteht in der Regel keine Möglichkeit die Phasenverschiebung absolut zu messen, so dass die ermittelte Phasenverschiebung nicht mehr eindeutig einem Entfernungswert zugeordnet werden kann.For distances d> λ / 2, there is generally no possibility of absolutely measuring the phase shift, so that the determined phase shift can no longer be unambiguously assigned to a distance value.

6 zeigt ein Beispiel, bei dem das Objekt 40 einen Abstand d vom Sender 10 von d = 2λ + R / 2 aufweist, wobei selbstverständlich die bis zum Empfänger 20 zurückgelegt Wegstrecke doppelt so groß ist, nämlich D = 2d = 4λ + R 6 shows an example where the object 40 a distance d from the transmitter 10 from d = 2λ + R / 2 which, of course, to the receiver 20 traveled distance is twice as large, namely D = 2d = 4λ + R

Zur Erhöhung des Eindeutigkeitsbereichs ist es, wie in 7 schematisch dargestellt, vorgesehen, mit mindestens zwei Modulationsfrequenzen respektive Modulationswellenlängen eine Objektabstand d zu bestimmen. Der Einfachheit halber ist in 7 die Gesamtstrecke D zwischen Sender 10 und Empfänger 20 dargestellt. Innerhalb des Eindeutigkeitsbereichs der beiden Wellenlängen λ1, λ2, der typischerweise durch das kleinste gemeinsame Vielfache der Wellenlängen λ1, λ2 aufgespannt wird, gilt folgende Distanzgleichung: D = 2d = n1λ1 + R1 = n2λ2 + R2 mit

Figure 00080001
wobei für die von der Modulationsfrequenz und dem Objektabstand abhängige relative Phasenverschiebung φi(fi, D) gilt:
Figure 00080002
To increase the uniqueness range, it is as in 7 shown schematically, provided to determine an object distance d with at least two modulation frequencies respectively modulation wavelengths. For the sake of simplicity, is in 7 the total distance D between transmitters 10 and receiver 20 shown. Within the uniqueness range of the two wavelengths λ 1 , λ 2 , which is typically spanned by the smallest common multiple of the wavelengths λ 1 , λ 2 , the following equation applies: D = 2d = n 1 λ 1 + R 1 = n 2 λ 2 + R 2 With
Figure 00080001
wherein for the relative to the modulation frequency and the object distance dependent relative phase shift φ i (f i , D) applies:
Figure 00080002

Die relative Phasenverschiebung φi(fi, D) ist somit ein Maß für das in der Entfernungsmessung verbleibende Reststück Ri. Für die Entfernungsbestimmung kann nun mit zwei für unterschiedliche Modulationsfrequenzen f1, f2 erfassten Phasenverschiebungen φ1/2(f1/2, D) eine Lösung für die oben dargestellte Distanzgleichung gefunden werden.The relative phase shift φ i (f i , D) is thus a measure of the remainder piece R i remaining in the distance measurement. For the distance determination, a solution for the above-described distance equation can now be found with two phase shifts φ 1/2 (f 1/2 , D) detected for different modulation frequencies f 1 , f 2 .

Ein möglicher Lösungsweg ist in 8 schematisch dargestellt. Die 8 zeigt zwei relative Phasenverschiebung φ1/2(f1/2, D) in Abhängigkeit des doppelten Objektabstandes 2d = D für zwei unterschiedliche Frequenzen f1, f2. Mit durchgezogener Linie ist die Phasenverschiebung φ1 für f1 = 7,5 MHz entsprechend einer Wellenlänge λ1 = 40 m und mit gestrichelter Line für f2 = 5 MHz entsprechend einer Wellenlänge λ2 = 60 m dargestellt. Der Eindeutigkeitsbereich EB für die beiden Frequenzen ergibt sich in bekannter Weise aus dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen der beiden Wellenlänge λ1, λ2, also hier 120 m.One possible solution is in 8th shown schematically. The 8th shows two relative phase shift φ 1/2 (f 1/2 , D) as a function of the double object distance 2d = D for two different frequencies f 1 , f 2 . With a solid line is the phase shift φ 1 for f 1 = 7.5 MHz corresponding to a wavelength λ 1 = 40 m and shown with a dashed line for f 2 = 5 MHz corresponding to a wavelength λ 2 = 60 m. The uniqueness range EB for the two frequencies results in a known manner from the smallest common multiple of the two wavelength λ 1 , λ 2 , so here 120 m.

Für jeden Entfernungswert D innerhalb des gemeinsamen Eindeutigkeitsbereich EB gibt es genau ein Phasendifferenzpaar (φ1, φ2). Für den beispielhaften Entfernungswert von 23 m ergibt sich ein Phasendifferenzpaar von ca. (1,2/0,8).For each distance value D within the common unambiguous range EB, there is exactly one phase difference pair (φ 1 , φ 2 ). For the exemplary distance value of 23 m, a phase difference pair of approximately (1.2 / 0.8) results.

In einem möglichen Anwendungsfall könnte es beispielsweise vorgesehen sein, eine geeignete Anzahl von Phasendifferenzpaaren mit dem ihnen zugeordneten Entfernungswert d in einer Wertetabelle abzulegen. Bei einer Entfernungsmessung kann dann beispielsweise ermittelt werden, welches tabellierte Phasendifferenzpaar dem ermittelten Phasendifferenzpaar am nächsten kommt. Der zugehörige Entfernungswert kann dann einfach der Wertetabelle entnommen werden. In one possible application, it could be provided, for example, to store a suitable number of phase difference pairs with their associated distance value d in a value table. In the case of a distance measurement, it is then possible to determine, for example, which tabulated phase difference pair comes closest to the determined phase difference pair. The associated distance value can then simply be taken from the value table.

9 zeigt beispielhaft eine zeitliche Abfolge einer erfindungsgemäßen Entfernungsmessung für unterschiedliche Frequenzpaarungen, bei der die relative Phasenverschiebung φi(fi, D) für jede Modulationsfrequenz fi mit vier Phasenlagen φvar = 0°, 90°, 180°, 270° durchgeführt wird. Selbstverständlich sind auch Entfernungsmessungen mit weniger und ggf. auch mehr Phasenlagen denkbar. 9 shows by way of example a temporal sequence of a distance measurement according to the invention for different frequency pairings, in which the relative phase shift φ i (f i , D) for each modulation frequency f i with four phase positions φ var = 0 °, 90 °, 180 °, 270 ° is performed. Of course, distance measurements with less and possibly more phase angles are conceivable.

In einem ersten Phasenmesszyklus PM1 wird für eine erste Modulationsfrequenz f1 eine erste Phasenverschiebung φ1 und für die nachfolgende Phasenmesszyklen PM2/3 für eine zweite und dritte Modulationsfrequenz f2, f3 eine zweite und dritte Phasenverschiebung φ2, φ3 ermittelt. Nach dem dritten Phasenmesszyklus PM3 beginnen die Phasenmessungen wieder mit der ersten Modulationsfrequenz f1 und so fort. Bei mehr als drei Modulationsfrequenzen können auch andere Frequenz-Reihenfolgen, insbesondere auch zufällige Reihenfolgen gewählt werden.In a first phase measuring cycle PM 1, a first phase shift for a first modulation frequency f 1 φ 1 and for the subsequent phase measuring cycles PM 2/3 for a second and third modulation frequency f 2, f 3 a second and third phase shift φ 2, φ 3 determined. After the third phase measurement cycle PM 3 , the phase measurements start again at the first modulation frequency f 1 and so forth. With more than three modulation frequencies, other frequency orders, in particular also random sequences, can be selected.

Jeweils zwei aufeinander folgende Phasenmesszyklen PMn,n+1 bilden einen Distanzmesszyklus Mn aus dem ein Phasenwertepaar (φn, φn+1) und ein diesem Paar zugeordneter Entfernungswert dn,n+1 ermittelt wird.Two consecutive phase measurement cycles PM n, n + 1 form a distance measurement cycle M n from which a phase value pair (φ n , φ n + 1 ) and a distance value d n, n + 1 assigned to this pair is determined.

Erfindungsgemäß ist es hierbei vorgesehen, dass nur dann ein Entfernungswert d als gültig gewertet wird, wenn in drei aufeinander folgenden Distanzmesszyklen innerhalb tolerierter Grenzen im Wesentlichen derselbe Entfernungswert ermittelt wird.According to the invention, it is provided here that a distance value d is only considered valid if essentially the same distance value is determined within three consecutive distance measuring cycles within tolerated limits.

Ein mögliches erfindungsgemäßes Vorgehen ist beispielhaft in folgender Tabelle veranschaulicht: Distanzmesszyklus 1 2 3 4 5 6 7 8 9 EB 120 200 300 120 200 300 120 200 300 Distanz d12 d23 d31 d12 d23 d31 d12 d23 d31 D = 23 m 23,4 22,5 23,0 23,7 178 23,1 23,2 24 267 Differenz 23,4 0,9 0,5 0,7 155,3 145,9 0,1 0,8 243 Toleranz 20 m < < < > > < < > Gültiger Wert (–) (–) (+) (+) (–) (–) (–) (+) (–) Ausgabe 23,0 23,7 24 A possible procedure according to the invention is illustrated by way of example in the following table: Distance measurement cycle 1 2 3 4 5 6 7 8th 9 EB 120 200 300 120 200 300 120 200 300 distance d 12 d 23 d 31 d 12 d 23 d 31 d 12 d 23 d 31 D = 23 m 23.4 22.5 23.0 23.7 178 23.1 23.2 24 267 difference 23.4 0.9 0.5 0.7 155.3 145.9 0.1 0.8 243 Tolerance 20 m < < < > > < < > Valid value (-) (-) (+) (+) (-) (-) (-) (+) (-) output 23.0 23.7 24

Zur Erfassung von Fehlzuordnungen kann die Toleranzgrenze deutlich oberhalb eines üblichen Signalrauschens gelegt werden und selbstverständlich unterhalb eines minimal möglichen Entfernungssprungs durch Fehlzuordnung. Im dargestellten Beispiel könnte beispielsweise eine Toleranzgrenze Δdtol auf ± 20 m festgelegt werden. Ausgangspunkt für die Anwendung der Toleranzgrenze sind im dargestellten Beispiel die Differenzen der letzten drei Messungen.To detect misalignments, the tolerance limit can be set clearly above a normal signal noise and, of course, below a minimum possible distance jump due to misallocation. In the illustrated example, for example, a tolerance limit Δd tol could be set to ± 20 m. The starting point for the application of the tolerance limit in the example shown are the differences of the last three measurements.

Mit Beginn der Messung liegen im ersten und zweiten Distanzmesszyklus noch keine drei Distanzmessungen vor, so dass die an sich zutreffenden Entfernungswerte nicht ausgegeben werden. Ab dem dritten Messzyklus liegt dann eine ausreichende Anzahl von Entfernungswerten vor.At the beginning of the measurement, there are still no three distance measurements in the first and second distance measuring cycle, so that the actual distance values are not output. From the third measuring cycle there is then a sufficient number of distance values.

Die im dritten und vierten Messzyklus ermittelten Entfernungswerte liegen innerhalb der Toleranzgrenze, sind somit gültig und werden ausgegeben. Für bestimmte Auswerteverfahren könnte es ggf. auch vorgesehen sein, die beiden vorlaufenden Entfernungswerte rekursiv auszuwerten und auszugeben, wenn sie innerhalb der Toleranz liegen, wie dies im dargestellten ersten und zweiten Messzyklus der Fall ist.The distance values determined in the third and fourth measuring cycle lie within the tolerance limit, are thus valid and are output. It may also be provided for certain evaluation methods to recursively evaluate and output the two preceding distance values if they lie within the tolerance, as is the case in the illustrated first and second measurement cycle.

Im fünften Messzyklus erfolgte eine Fehlzuordnung mit einem Distanzsprung auf 178 m, der die Toleranzgrenze überschreitet. Dieser Entfernungswert ist ungültig und wird nicht ausgegeben. Ein gültiger Entfernungswert liegt erst wieder im achten Distanzmesszyklus vor, nachdem die Entfernungswerte in Folge in der achten Messung innerhalb der Toleranzgrenze lagen. Ggf. könnten auch hier die vorlaufenden innerhalb der Toleranz liegenden Entfernungswerte rekursiv als gültig ausgegeben werden. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen die Toleranzgrenze vornehmlich so festzulegen, dass sicher Fehlzuordnungen erkannt werden. Selbstverständlich kann die Toleranzgrenze je nach Genauigkeitsanforderung der Entfernungsmessungen enger gefasst werden.In the fifth measurement cycle, a mismatch occurred with a distance jump to 178 m, which exceeds the tolerance limit. This distance value is invalid and will not be output. A valid distance value is only present again in the eighth distance measuring cycle after the distance values in a row in the eighth measurement were within the tolerance limit. Possibly. Here, too, the leading distance values lying within the tolerance could be recursively output as valid. It is according to the invention intended to set the tolerance limit primarily so that misalignments are reliably detected. Of course, the tolerance limit can be narrowed depending on the accuracy requirement of the range measurements.

Eine weitere Ausgestaltung betrifft ein Lichtlaufzeitkamerasystem, das mit einer Vielzahl von Modulationsfrequenzen betreibbar ist. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass aufeinander folgende Modulationsfrequenzen fj, fk anhand vorgegebener Auswahlregeln miteinander kombiniert werden.A further embodiment relates to a light transit time camera system that can be operated with a multiplicity of modulation frequencies. According to the invention, it is provided that successive modulation frequencies f j , f k are combined with one another on the basis of predetermined selection rules.

Als mögliche Auswahlregel kann beispielsweise die Größe des aufgespannten Eindeutigkeitsbereichs herangezogen werden. Ist es beispielsweise von Interesse einen Bereich bis zu 20 m zu erfassen, bieten sich vorzugsweise die Wellenlängen 3 m und 7 m an, die einen Bereich von 21 m aufspannen oder ggf. auch 5 m und 7 m mit einem Eindeutigkeitsbereich von 35 m, während eine Kombination von 3 m und 4 m einen zu kleinen Eindeutigkeitsbereich aufspannt. In der folgenden Tabelle sind einige Beispiele aufgeführt: Frequenz/MHz 100, 42,9 60, 42,9 100, 75 60, 23 75, 68 75, 71 Wellenlänge/m 3; 7 5; 7 3; 4 5; 13 4; 4,4 4; 4,2 Eindeutigkeitsbereich 21 35 12 65 44 84 geeignet + + + As a possible selection rule, for example, the size of the spanned uniqueness range can be used. If, for example, it is of interest to detect an area of up to 20 m, the wavelengths 3 m and 7 m, which span a range of 21 m or, if necessary, also 5 m and 7 m with a uniqueness range of 35 m, are particularly suitable a combination of 3 m and 4 m spans too small a uniqueness range. The following table shows some examples: Frequency / MHz 100, 42.9 60, 42,9 100, 75 60, 23 75, 68 75, 71 Wavelength / m 3; 7 5; 7 3; 4 5; 13 4; 4.4 4; 4.2 unambiguous range 21 35 12 65 44 84 suitable + + - - + -

Grundsätzlich ist zu erkennen, dass nah beieinander liegende Modulationsfrequenzen respektive Wellenlängen einen zunehmend größer werdenden Eindeutigkeitsbereich aufspannen, so dass die Bestimmung der Entfernung im bevorzugten Entfernungsbereich immer ungenauer wird. Ebenso sind Kombinationen ungünstig die trotz großem Frequenzabstand einen zu großen oder zu kleinen Eindeutigkeitsbereich aufspannen. Im dargestellten Fall wurden Frequenzkombinationen als günstig erachtet, deren Eindeutigkeitsbereich zwischen 20 und 50 m liegt.In principle, it can be seen that modulation frequencies or wavelengths lying close to one another span an increasingly larger uniqueness range, so that the determination of the distance in the preferred range of distances becomes increasingly inaccurate. Likewise, combinations are unfavorable which span a large or too small uniqueness range despite the large frequency spacing. In the case shown frequency combinations were considered favorable, the uniqueness range is between 20 and 50 m.

Auch ist es denkbar, nur Frequenzkombinationen zuzulassen, die in der Entfernungsbestimmung besonders robust im Hinblick auf verrauschte oder gestörte Signal sind.It is also conceivable to allow only frequency combinations that are particularly robust in terms of distance determination with regard to noisy or disturbed signal.

Insbesondere ist es günstig im Hinblick auf die vorgeschlagene Plausibilisierung der Entfernungswerte, eine neue Modulationsfrequenz unter Berücksichtigung der zuvor verwendeten Frequenzkombination auszuwählen. So kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass immer einen Satz von drei Modulationsfrequenzen in gewissen Grenzen ähnliche Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise könnten die Kombinationen von drei aufeinander folgenden Modulationsfrequenzen im Hinblick auf eine Distanzauflösung des aufgespannten Eindeutigkeitsbereichs in gewissen Grenzen ähnlich sein.In particular, it is favorable with regard to the proposed plausibility of the distance values to select a new modulation frequency taking into account the previously used frequency combination. Thus, it can advantageously be ensured that always a set of three modulation frequencies have similar properties within certain limits. For example, the combinations of three successive modulation frequencies with regard to a distance resolution of the defined unambiguous range could be similar within certain limits.

Grundsätzlich ist es denkbar, die nachfolgende Modulationsfrequenz innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereiches solange zufällig auszuwählen, bis die zufällig ausgewählte Frequenz den Auswahlbedingungen entspricht.In principle, it is conceivable to randomly select the subsequent modulation frequency within a predetermined frequency range until the randomly selected frequency corresponds to the selection conditions.

Bevorzugt wird jedoch vorgeschlagen, im Vorfeld einer Messung ggf. bereits auch werksseitig eine Auswahltabelle bzw. Kennfeld mit geeigneten Modulationsfrequenzen bzw. Modulationsfrequenzpaaren bereitzustellen, aus denen im Laufe einer Messung zurückgegriffen werden kann.However, it is preferably proposed to provide a selection table or characteristic diagram with suitable modulation frequencies or modulation frequency pairs in advance of a measurement, if necessary, from which it is possible to fall back in the course of a measurement.

Idealerweise und in bestimmten Anwendungsfällen können die Modulationsfrequenzen derart ausgewählt werden, dass alle Kombinationen der Modulationsfrequenzen zueinander passen. In der der folgenden Tabelle ist eine mögliche Auswahl gezeigt. f1 f2 f3 f4 Frequenz/MHz 5,6 6,4 7,5 9,0 Wellenlänge/m 26,6 23,3 20,0 16,6 Ideally, and in certain applications, the modulation frequencies may be selected such that all combinations of the modulation frequencies match each other. The following table shows a possible selection. f1 f2 f3 f4 Frequency / MHz 5.6 6.4 7.5 9.0 Wavelength / m 26.6 23.3 20.0 16.6

Hieraus ergeben sich folgenden sechs Frequenzkombinationen mit den entsprechenden Eindeutigkeitsbereichen: Freq.paar f1 + f2 f1 + f3 f1 + f4 f2 + f3 f2 + f4 f3 + f4 EB/m 186 80 133 140 116 99 This results in the following six frequency combinations with the corresponding uniqueness ranges: Freq.paar f1 + f2 f1 + f3 f1 + f4 f2 + f3 f2 + f4 f3 + f4 EB / m 186 80 133 140 116 99

Vorzugsweise werden die Frequenzpaare so gewählt, dass beide Frequenzen teilerfremd sind. Dies ist im dargestellten Beispiel der Fall.Preferably, the frequency pairs are chosen so that both frequencies are prime alien. This is the case in the example shown.

In 10 sind alle Verzweigungspfade mit den möglichen Frequenzpaarungen dargestellt, wobei auch eine direkte Umkehrung der vorherigen Frequenzpaarung erlaubt wurde. Die Wahrscheinlichkeit für jede Verzweigung liegt bei 33%, bereits bei der dritten Verzweigung beträgt die Wahrscheinlichkeit für den gewählten Pfad bei nur 4%.In 10 all branch paths with the possible frequency pairings are shown, whereby a direct reversal of the previous frequency pairing was allowed. The probability for each branch is 33%, already at the third branch the probability for the chosen path is only 4%.

Aus verschiedenen Gründen kann es ungünstig sein, die direkte Umkehrung der vorherigen Frequenzpaarung zuzulassen. 11 zeigt ein entsprechendes Verzweigungsdiagramm. Die Wahrscheinlichkeit für eine Auswahl liegt bei 50%. Nach fünf Verzweigungen wird eine Wahrscheinlichkeit von 3% für den gewählten Pfad erreicht.For various reasons, it may be inconvenient to allow direct reversal of the previous frequency pairing. 11 shows a corresponding branch diagram. The probability of a selection is 50%. After five branches, a 3% probability is achieved for the chosen path.

Gemäß der obigen Frequenztabelle weist die Kombination der beiden Frequenz f1 und f3 den kleinsten Eindeutigkeitsbereich auf. Je nach Anwendungsfall kann diese Kombination evtl. ungünstig sein.According to the above frequency table, the combination of the two frequencies f1 and f3 has the smallest uniqueness range. Depending on the application, this combination may be unfavorable.

12 zeigt ein Verzweigungsdiagramm, bei dem die Auswahl f1 + f3 sowie die Umkehrung f3 + f1 unterdrückt wurde. Im Ergebnis ist somit die Wahrscheinlichkeit für bestimmte Frequenzabfolgen ungleich verteilt. Um dies Effekt abzumildern, können beispielsweise mehr als vier Modulationsfrequenzen eingesetzt werden. 12 shows a branch diagram in which the selection f1 + f3 and the inversion f3 + f1 has been suppressed. As a result, the probability for certain frequency sequences is thus unevenly distributed. To mitigate this effect, for example, more than four modulation frequencies can be used.

In 13 ist schematisch eine mögliche Auswahlstruktur mit mehr als vier Modulationsfrequenzen dargestellt. Die Messung beginnt gezielt oder zufällig mit einer ersten und zweiten Modulationsfrequenz f1, f2. Die Distanz d wird, wie bereits in 9 dargestellt, durch Kombination der zu den beiden Modulationsfrequenzpaaren f1, f2 ermittelten Phasenverschiebungen φ1, φ2 bestimmt. Für die nächste Distanzbestimmung werden in der dargestellten Auswahlstruktur für eine Kombination mit der zweiten Modulationsfrequenz f2 eine dritte, vierte und siebte Modulationsfrequenz f3, f4, f7 als besonders günstig vorgeschlagen. Innerhalb dieser Auswahlmöglichkeiten kann nun beliebig ausgewählt werden.In 13 schematically a possible selection structure is shown with more than four modulation frequencies. The measurement begins deliberately or randomly with a first and second modulation frequency f 1 , f 2 . The distance d will, as already in 9 represented by combination of the determined to the two modulation frequency pairs f 1 , f 2 phase shifts φ 1 , φ 2 determined. For the next distance determination, a third, fourth and seventh modulation frequency f 3 , f 4 , f 7 are proposed to be particularly favorable in the illustrated selection structure for a combination with the second modulation frequency f 2 . Within these choices, you can now choose anything.

Wurde beispielsweise eine Kombination mit der vierten Modulationsfrequenz f4 gewählt, ergibt sich hiernach nur eine einzige günstige Kombination mit der fünften Modulationsfrequenz f5, wobei hiernach wiederum mehrere Kombinationen zur Verfügung stehen.If, for example, a combination with the fourth modulation frequency f 4 has been selected, then only a single favorable combination results with the fifth modulation frequency f 5 , with several combinations again being available thereafter.

Wurde nach ursprünglichen Kombination der ersten und zweiten Modulationsfrequenz f1, f2 die dritte Modulationsfrequenz f3 ausgewählt, ergeben sich hiernach zwei Kombinationsmöglichkeiten, nämlich mit der ersten und vierten Modulationsfrequenz. Wenn hiernach zufälligerweise die erste und dann wiederum die zweite Modulationsfrequenz ausgewählt f1, f2 wurde, wird wieder ein bereits verwendetes Modulationsfrequenzpaar erreicht. Da jedoch jeder Auswahlschritt eine zufällige Komponente aufweist, besteht nur eine geringe Wahrscheinlichkeit, dass die gleiche Frequenzabfolge mehrmals hintereinander durchlaufen wird.If, according to the original combination of the first and second modulation frequencies f 1 , f 2, the third modulation frequency f 3 has been selected, there are two possible combinations, namely with the first and fourth modulation frequencies. If, coincidentally, then the first and then the second modulation frequency has been selected f 1 , f 2 , an already used modulation frequency pair is again achieved. However, since each selection step has a random component, there is little chance that the same frequency sequence will be traversed several times in succession.

Die Auswahlstruktur ist selbstverständlich so strukturiert, dass jedem Modulationsfrequenzpaar mindestens eine Auswahlmöglichkeit folgt, und somit alle Verzweigungsschritte in sich geschlossen sind.Of course, the selection structure is structured such that each modulation frequency pair is followed by at least one selection option, and thus all branching steps are self-contained.

14 zeigt schematisch ein mögliches Ablaufschema des erfindungsgemäßen Vorgehens. In einem ersten Schritt a) wird beispielsweise durch ein Initialisierungsprogramm oder ggf. auch werkseitig eine bestimmte Anzahl von Modulationsfrequenzen in einer geeigneten Auswahlstruktur vorgegeben. Die weitere Auswahl der Modulationsfrequenzen erfolgt dann anhand der vorgegebenen Auswahlstruktur. 14 schematically shows a possible flow chart of the procedure according to the invention. In a first step a), a specific number of modulation frequencies in a suitable selection structure is predetermined, for example, by an initialization program or possibly also at the factory. The further selection of the modulation frequencies then takes place on the basis of the predetermined selection structure.

In einem zweiten Schritt b) werden zwei Modulationsfrequenzen fi, fk innerhalb der Auswahlstruktur entweder zufällig oder auch vorbestimmt ausgewählt, mit denen im nachfolgenden Schritt c) zwei Phasenverschiebungen φi, φj und hiernach im Schritt d) aus dieser Kombination eine Distanz ermittelt wird. Die ermittelte Distanz kann beispielsweise an eine nachfolgende Auswerteeinheit ausgegeben und/oder beispielsweise auch zwischengespeichert werden.In a second step b) two modulation frequencies f, f k in the selection structure randomly or predetermined selected i either with which in the subsequent step c) two phase shifts φ i, φ j and thereafter determines a distance in step d) from this combination becomes. The determined distance can be output, for example, to a subsequent evaluation unit and / or, for example, also temporarily stored.

Für die nachfolgende Entfernungsbestimmung wird eine nachfolgende Modulationsfrequenz fk in einem fünften Schritt e) in Abhängigkeit der zuvor verwendeten Modulationsfrequenzen fi, fj entsprechend der Auswahlstruktur ausgewählt, insbesondere zufällig ausgewählt. For the subsequent distance determination, a subsequent modulation frequency f k is selected in a fifth step e) as a function of the previously used modulation frequencies f i , f j in accordance with the selection structure, in particular randomly selected.

In einem sechsten Schritt f) wird mit der neuen Frequenz fk eine weitere Phasenverschiebung φk ermittelt, aus der in Kombination mit der letzten ermittelten Phasenverschiebung φj ein weiterer Entfernungswert dj,k im siebten Schritt g) gewonnen wird. Auch diese Entfernung kann beispielsweise an eine nachfolgende Auswerteeinheit übermittelt werden.In a sixth step f), a further phase shift φ k is determined with the new frequency f k , from which a further distance value d j, k is obtained in the seventh step g) in combination with the last determined phase shift φ j . This distance can also be transmitted, for example, to a subsequent evaluation unit.

In einem achten Schritt h) wird wieder auf den fünften Schritt e) zurückverwiesen, wobei nun die letzten beiden verwendeten Modulationsfrequenzen fj, fk für die Auswahl der nächsten nachfolgenden Modulationsfrequenz zu berücksichtigen sind.In an eighth step h), reference is again made to the fifth step e), in which case the last two modulation frequencies f j , f k used are to be taken into account for the selection of the next following modulation frequency.

Die dargestellte Schleife kann nun für die Dauer der Messung mehrfach durchlaufen werden.The illustrated loop can now be run through several times for the duration of the measurement.

In einer weiteren möglichen Ausführung kann es auch vorgesehen sein, das zuletzt verwendete Modulationsfrequenzpaar abzuspeichern und einer nachfolgenden Messung mit diesem Frequenzpaar zu beginnen.In a further possible embodiment, it can also be provided to store the last modulation frequency pair used and to begin a subsequent measurement with this frequency pair.

Vorteilhaft kann das beschrieben Auswahlverfahren mit der zu 9 beschriebenen Entfernungswerte-Plausibilisierung kombiniert werden.Advantageously, the described selection method with the 9 described distance value plausibility be combined.

Der Wechsel der Modulationsfrequenz hat insbesondere den Vorteil, das Störungen, die durch weitere Lichtlaufzeitkamerasysteme, die ein moduliertes Licht in den eigenen Erfassungsbereich einstrahlen reduziert oder sogar vermieden werden können.The change in the modulation frequency has the particular advantage that the interference that can be reduced or even avoided by further light transit time camera systems that radiate a modulated light into their own detection range.

Eine derartige Störung ist beispielhaft in 15 gezeigt. Parallel zu einem ersten Lichtlaufzeitkamerasystem L1 strahlt ein zweites Lichtlaufzeitkamerasystem L2 mit der gleichen Modulationsfrequenz f1 in den Erfassungsbereich der ersten Lichtlaufzeitkamera. Aufgrund der gleichen Periodizität der beiden gleichen Frequenzen wird auch die Ladungsakkumulation an beiden Akkumulationsgates Ga, Gb im Gleichtakt beeinflusst, so dass auch das Ladungsverhältnis verschoben wird, und somit eine nicht zutreffende Phasenverschiebung und im Ergebnis ein fehlerhafter Entfernungswert ermittelt wird.Such a disorder is exemplified in 15 shown. Parallel to a first time of flight camera system L1, a second time of flight camera system L2 with the same modulation frequency f 1 radiates into the detection range of the first time of flight camera. Due to the same periodicity of the two same frequencies, the charge accumulation at both accumulation gates Ga, Gb is influenced in common mode, so that the charge ratio is shifted, and thus an incorrect phase shift and, as a result, a faulty distance value is determined.

In 16 ist ein Zusammentreffen zweier Modulationsfrequenzen f1, f2 mit unterschiedlicher Frequenz und somit unterschiedlicher Periodizität dargestellt. Die Störung erfolgt somit nicht im Gleichtakt, sondern verteilt sich im Mittel gleichmäßig auf beide Akkumulationsgates Ga, Gb, so dass im Ergebnis nur die Gesamtlichtmenge aber nicht die Ladungsverteilung beeinflusst wird.In 16 is a coincidence of two modulation frequencies f 1 , f 2 shown with different frequency and thus different periodicity. The disturbance thus does not occur in common mode, but is evenly distributed on average in both accumulation gates Ga, Gb, so that as a result only the total amount of light but not the charge distribution is influenced.

Durch die erfindungsgemäße zufällige strukturierte Auswahl der Modulationsfrequenzen wird mit einer hohen Wahrscheinlichkeit vermieden, dass bei einem Zusammentreffen mehrerer Lichtlaufzeitsysteme in einem gemeinsamen Erfassungsbereich moduliertes Licht mit der gleichen Modulationsfrequenz aufscheint.The randomly structured selection of the modulation frequencies according to the invention avoids with a high probability that, when a plurality of light transit time systems meet in a common detection area, modulated light having the same modulation frequency appears.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Beleuchtungsmodul lighting module
1212
Beleuchtung lighting
2222
Lichtlaufzeitsensor Transit Time Sensor
2727
Auswerteeinheit evaluation
3030
Modulator modulator
3535
Phasenschieber, Beleuchtungsphasenschieber Phase shifter, lighting phase shifter
3838
Modulationssteuergerät Modulation controller
Δφ(tL)Δφ (t L )
laufzeitbedingte Phasenverschiebung term-related phase shift
φvar φ var
Phasenlagephasing
φ0 φ 0
Basisphase base phase
φ1, φ2 φ 1 , φ 2
Phasenverschiebungphase shift
M0 M 0
Modulationssignal modulation signal
p1p1
erste Phase first phase
p2p2
zweite Phase second phase
Sp1Sp1
Sendesignal mit erster Phase Transmission signal with first phase
Sp2sp2
Empfangssignal mit zweiter Phase Received signal with second phase
Ga, GbGa, Gb
Akkumulationsgatesaccumulation gates
Ua, Ub Ua, Ub
Spannungen am ModulationsgateVoltages at the modulation gate
F1, f2F1, f2
Modulationsfrequenzen modulation frequencies
PMPM
Phasenmesszyklus Phase measurement cycle
dd
Objektabstand object distance
DD
Entfernungswert = 2d Distance value = 2d
EBEB
Eindeutigkeitsbereich unambiguous range

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

  • EP 1777747 [0002] EP 1777747 [0002]
  • DE 19704496 [0002, 0003, 0034] DE 19704496 [0002, 0003, 0034]
  • DE 19704496 C2 [0053] DE 19704496 C2 [0053]

Claims (9)

Verfahren zum Betreiben eines Lichtlaufzeitkamerasystems, das mit einer Vielzahl von Modulationsfrequenzen betreibbar ist, a) Festlegung von zwei Modulationsfrequenzen (fn, fn+1) anhand derer eine Entfernungsbestimmung erfolgen soll, b) Ermittlung einer Phasenverschiebung (φn, φn+1) eines emittierten und empfangenen Signals (Sp1, Sp2) für jede der beiden ausgewählten Modulationsfrequenzen (fn, fn+1) c) Ermittlung eines Entfernungswerts (dn,n+1) anhand der beiden ermittelten Phasenverschiebungen (φn, φn+1), d) Bestimmung einer weiteren Modulationsfrequenz (fn+2) anhand vorgegebener Auswahlregeln unter Berücksichtigung der beiden letzten Modulationsfrequenzen (fn, fn+1) e) Ermittlung einer weiteren Phasenverschiebung (φn+2) für die weitere Modulationsfrequenz (fn+2) f) Ermittlung eines Entfernungswerts (dn+1,n+2) anhand der letzten beiden ermittelten Phasenverschiebungen (φn+1, φn+2), g) Durchführung weiterer Entfernungsmessungen anhand der Schritte d) bis g)A method for operating a light transit time camera system which is operable with a plurality of modulation frequencies, a) fixing two modulation frequencies (f n , f n + 1 ) on the basis of which a distance determination is to be carried out, b) determining a phase shift (φ n , φ n + 1 ) of an emitted and received signal (Sp1, Sp2) for each of the two selected modulation frequencies (f n , f n + 1 ) c) determination of a distance value (d n, n + 1 ) on the basis of the two determined phase shifts (φ n , φ n +1 ), d) determination of a further modulation frequency (f n + 2 ) based on predetermined selection rules taking into account the two last modulation frequencies (f n , f n + 1 ) e) determination of a further phase shift (φ n + 2 ) for the further modulation frequency (f n + 2 ) f) determination of a distance value (d n + 1, n + 2 ) on the basis of the last two determined phase shifts (φ n + 1 , φ n + 2 ), g) performing further distance measurements on the basis of S steps d) to g) Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine vorbestimmte Anzahl von Modulationsfrequenzen (fm) zur Auswahl bereitgestellt wird und die Bestimmung einer weiteren Modulationsfrequenz (fn+2) gemäß Schritt d) des Anspruchs 1 innerhalb der bereitgestellten Auswahl von Modulationsfrequenzen (fm) erfolgt.Method according to claim 1, wherein a predetermined number of modulation frequencies (fm) are provided for selection and the determination of a further modulation frequency (f n + 2 ) according to step d) of claim 1 occurs within the provided selection of modulation frequencies (fm). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Bestimmung der weiteren Modulationsfrequenz (fn+2) unter Berücksichtigung der Auswahlregeln zufällig erfolgt.Method according to Claim 1 or 2, in which the determination of the further modulation frequency (f n + 2 ) occurs at random taking into account the selection rules. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, bei dem die Mehrzahl der bereitgestellten Modulationsfrequenzen teilerfremd sind.Method according to one of Claims 2 to 3, in which the majority of the provided modulation frequencies are relatively prime. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, beim dem bei der Bestimmung der weiteren Modulationsfrequenz (fn+2) Modulationsfrequenzen bevorzugt werden, die zu den vorangegangen Modulationsfrequenzen (fn, fn+1) teilerfremd sind.Method according to one of the preceding claims, wherein in determining the further modulation frequency (fn + 2) modulation frequencies are preferred, which are least common to the preceding modulation frequencies (f n , f n + 1 ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Entfernungswert (dn,n+1) nur dann als gültig bewertet wird, wenn zwei der unmittelbar zuvor ermittelten Entfernungswerte (dn-2,n-1, dn-1,n) innerhalb tolerierter Abweichungsgrenzen liegen.Method according to one of the preceding claims, in which a distance value (d n, n + 1 ) is evaluated as valid only if two of the distance values (d n-2, n-1 , d n-1, n ) determined immediately before within tolerated deviation limits. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die tolerierten Abweichungsgrenzen anhand des zuletzt ermittelten Entfernungswerts (dn,n+1) festgelegt werden.Method according to Claim 4, in which the tolerated deviation limits are determined on the basis of the last determined distance value (d n, n + 1 ). Lichtlaufzeitkamerasystem (1) mit einem Modulator (30), der mit einer Beleuchtung (10) und einem Empfänger (20) des Lichtlaufzeitkamerasystems (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Modulationssteuergerät (38) mit dem Modulator (30) verbunden ist und derart ausgestaltet ist, dass der Modulator (30) mit mindestens drei Modulationsfrequenzen (f1, f2, f3) betreibbar ist, und dass eine Auswerteeinheit derart ausgestaltet ist, dass Modulationsfrequenzen für eine Entfernungsmessung anhand vorgegebener Auswahlregeln ausgewählt werden.Time of Flight Camera System ( 1 ) with a modulator ( 30 ), which with a lighting ( 10 ) and a receiver ( 20 ) of the time of flight camera system ( 1 ), characterized in that a modulation control unit ( 38 ) with the modulator ( 30 ) and is configured such that the modulator ( 30 ) is operable with at least three modulation frequencies (f 1 , f 2 , f 3 ), and that an evaluation unit is designed such that modulation frequencies for a distance measurement are selected based on predetermined selection rules. Lichtlaufzeitkamerasystem nach Anspruch 8, das zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.A light transit time camera system according to claim 8, adapted for carrying out a method according to one of claims 1 to 7.
DE102013207648.7A 2012-05-21 2013-04-26 Time-of-flight camera system Active DE102013207648B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013207648.7A DE102013207648B4 (en) 2012-05-21 2013-04-26 Time-of-flight camera system

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012208412.6 2012-05-21
DE102012208412 2012-05-21
DE102013207648.7A DE102013207648B4 (en) 2012-05-21 2013-04-26 Time-of-flight camera system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102013207648A1 true DE102013207648A1 (en) 2013-11-21
DE102013207648B4 DE102013207648B4 (en) 2021-12-02

Family

ID=49511106

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102013207648.7A Active DE102013207648B4 (en) 2012-05-21 2013-04-26 Time-of-flight camera system

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102013207648B4 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110133671A (en) * 2018-02-09 2019-08-16 英飞凌科技股份有限公司 The method of double frequency flight time 3-dimensional image sensor and measurement object depth
DE102020127332A1 (en) 2020-10-16 2022-04-21 Ifm Electronic Gmbh Time-of-flight camera system
EP4119983A1 (en) * 2021-07-16 2023-01-18 Topcon Corporation Light wave distance meter

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19704496A1 (en) 1996-09-05 1998-03-12 Rudolf Prof Dr Ing Schwarte Method and device for determining the phase and / or amplitude information of an electromagnetic wave
EP1777747A1 (en) 2005-10-19 2007-04-25 CSEM Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA Device and method for the demodulation of modulated electromagnetic wave fields

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6587186B2 (en) 2000-06-06 2003-07-01 Canesta, Inc. CMOS-compatible three-dimensional image sensing using reduced peak energy
DE102010003409B4 (en) 2010-03-29 2022-06-09 pmdtechnologies ag Time of flight camera

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19704496A1 (en) 1996-09-05 1998-03-12 Rudolf Prof Dr Ing Schwarte Method and device for determining the phase and / or amplitude information of an electromagnetic wave
DE19704496C2 (en) 1996-09-05 2001-02-15 Rudolf Schwarte Method and device for determining the phase and / or amplitude information of an electromagnetic wave
EP1777747A1 (en) 2005-10-19 2007-04-25 CSEM Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA Device and method for the demodulation of modulated electromagnetic wave fields

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110133671A (en) * 2018-02-09 2019-08-16 英飞凌科技股份有限公司 The method of double frequency flight time 3-dimensional image sensor and measurement object depth
DE102020127332A1 (en) 2020-10-16 2022-04-21 Ifm Electronic Gmbh Time-of-flight camera system
EP4119983A1 (en) * 2021-07-16 2023-01-18 Topcon Corporation Light wave distance meter

Also Published As

Publication number Publication date
DE102013207648B4 (en) 2021-12-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102013207651A1 (en) Time of flight camera system
DE102013207653B4 (en) Time of flight camera system
DE102013207649A1 (en) Time of flight camera system
DE102014210750B3 (en) Time of flight camera system
DE102010003409A1 (en) Time-of-flight camera e.g. three-dimensional time-of-flight camera, operating method for car, involves detecting phase shift of electromagnetic radiation for frequencies that are formed adjacent to difference of phase shifts
DE102013207654B4 (en) Time-of-flight camera system
DE102013207648B4 (en) Time-of-flight camera system
DE102013207647A1 (en) Method for operating light-time camera system, involves detecting phase shift of emitted or received signal for modulation frequency in phase measuring cycle, and performing multiple phase measurement cycles
DE102014207163A1 (en) Time of flight camera system
DE102016213217A1 (en) Time of flight camera system
DE102015225192A1 (en) Light transit time measuring system with overreach detection
DE102013207652B4 (en) Time of flight camera system
DE102013207650B4 (en) Time-of-flight camera system
DE102013203088A1 (en) Light running time camera system has lighting elements which are operated with different phases, and integration time varies in length for various phase positions, while integration time lasts longer than modulation time of illumination
DE102017203091A1 (en) Time of flight camera system
DE102020123537B4 (en) Time of flight camera system
DE102014205585B4 (en) Method for operating a time of flight camera and time of flight camera system
DE102016219170A1 (en) Time of flight camera system
DE102016222334B4 (en) Method for determining system parameters of a time-of-flight camera system
DE102013214677B3 (en) Time of flight camera system
DE102010003411A1 (en) Time-of-flight camera e.g. photo mixture detector camera, operating method, involves detecting phase shift of electromagnetic radiation for two various modulation frequencies, where difference of detected phase shifts is formed
DE102016214167B4 (en) Time of flight camera system
DE102014205586A1 (en) Time of flight camera system
DE102013216434B3 (en) Time of flight camera system
DE102019124142A1 (en) Time-of-flight camera system

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: PMDTECHNOLOGIES AG, DE

Free format text: FORMER OWNER: IFM ELECTRONIC GMBH, 45128 ESSEN, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: SCHUHMANN, JOERG, DIPL.-PHYS. DR. RER. NAT., DE

R016 Response to examination communication
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: PMDTECHNOLOGIES AG, DE

Free format text: FORMER OWNER: PMDTECHNOLOGIES AG, 57076 SIEGEN, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: SCHUHMANN, JOERG, DIPL.-PHYS. DR. RER. NAT., DE

R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final