DE102013223586A1

DE102013223586A1 - Lichtlaufzeitkamera mit einem Busanschluss

Info

Publication number: DE102013223586A1
Application number: DE201310223586
Authority: DE
Inventors: Robert Lange
Original assignee: PMDtechnologies AG
Current assignee: PMDtechnologies AG
Priority date: 2012-12-17
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2014-06-18

Abstract

Lichtlaufzeitkamera (1) mit einer Beleuchtungslichtquelle (12) zur Aussendung eines modulierten Lichts und mit einem Lichtlaufzeitsensor (22), zur Erfassung eines von einem Objekt (40) reflektierten modulierten Lichts, wobei ein Gehäuse (100) der Lichtlaufzeitkamera (1) mit einer Anschlussvorrichtung (125) für eine Busschnittstelle eines Computers ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtlaufzeitkamera nach Gattung des unabhängigen Anspruchs.
Die Lichtlaufzeitkamera betrifft insbesondere 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 B1 , US 6 587 186 B2 und auch DE 197 04 496 C2 beschrieben und beispielsweise von der Firma ‚ifm electronic GmbH’ oder 'PMD-Technologies GmbH' als Frame-Grabber O3D bzw. als CamCube zu beziehen sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Bereitstellung von 3D-Informationen für ein Computersystem zu vereinfachen.
Die Aufgabe wird in vorteilhafter Weise durch die erfindungsgemäße Lichtlaufzeitkamera nach Gattung des unabhängigen Anspruchs gelöst.
Vorteilhaft ist eine Lichtlaufzeitkamera vorgesehen, mit einer Beleuchtungslichtquelle zur Aussendung eines modulierten Lichts und mit einem Lichtlaufzeitsensor, zur Erfassung eines von einem Objekt reflektierten modulierten Lichts, wobei ein Gehäuse der Lichtlaufzeitkamera mit einer Anschlussvorrichtung für eine Busschnittstelle eines Computers ausgebildet ist. Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass eine 3D-Funktionalität für einen Computer bereitgestellt werden kann, ohne dass ein zusätzlicher Verkabelungsaufwand notwendig ist.
Besonders vorteilhaft ist das Gehäuse der Lichtlaufzeitkamera in ein Anschlussgehäuse zur Aufnahme der Anschlussvorrichtung und in ein Kameragehäuse zur Aufnahme der Beleuchtungslichtquelle und des Lichtlaufzeitsensors aufgeteilt, wobei beide Gehäuse über ein flexibles Gelenk miteinander verbunden sind. Dieses Vorgehen hat den besonderen Vorteil, dass trotz der kompakten Bauweise ohne Kabelverbindung eine flexible Ausrichtung der Lichtlaufzeitkamera möglich ist.
Vorteilhaft ist die Anschlussvorrichtung für ein serielles Bussystem ausgebildet. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen schematisch:
1 das Grundprinzip einer Lichtlaufzeitkamera nach dem PMD-Prinzip,
2 Stand der Technik üblicher 2D-Kameras,
3 eine erfindungsgemäße Anordnung einer Lichtlaufzeitkamera,
4 eine erfindungsgemäße Lichtlaufzeitkamera mit einem flexiblen Gelenk,
5 eine Anordnung gemäß 3 in einer abgewinkelten Position,
6 eine Anordnung der Lichtlaufzeitkamera an einer Tastatur,
7 eine Anordnung der Lichtlaufzeitkamera an einem Monitor.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
1 zeigt eine Messsituation für eine optische Entfernungsmessung mit einer Lichtlaufzeit-Kamera, wie sie beispielsweise aus der DE 197 04 496 C2 bekannt ist.
Das Lichtlaufzeit-Kamerasystem 1 umfasst eine Sendeeinheit bzw. Beleuchtung 10 mit einer Beleuchtungslichtquelle 12 und einer dazugehörigen Strahlformungsoptik 15 sowie eine Empfangseinheit bzw. TOF-Kamera 20 mit einer Empfangsoptik 25 und einem Lichtlaufzeitsensor 22. Der Lichtlaufzeitsensor 22 weist Array von Lichtlaufzeitpixeln 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 ist vorzugsweise als Reflektor ausgebildet. Es können jedoch auch diffraktive Elemente oder Kombinationen aus reflektierenden und diffraktiven Elementen eingesetzt werden.
Das Messprinzip dieser Anordnung basiert im Wesentlichen darauf, dass ausgehend von der Phasenverschiebung des emittierten und empfangenen Lichts die Laufzeit des emittierten und reflektierten Lichts ermittelt werden kann. Zu diesem Zwecke werden die Lichtquelle 12 und der Lichtlaufzeitsensor 22 über einen Modulator 30 gemeinsam mit einer bestimmten Modulationsfrequenz bzw. Modulationssignal mit einer ersten Phasenlage a beaufschlagt. Entsprechend der Modulationsfrequenz sendet die Lichtquelle 12 ein amplitudenmoduliertes Signal mit der Phase a aus. Dieses Signal bzw. die elektromagnetische Strahlung wird im dargestellten Fall von einem Objekt 40 reflektiert und trifft aufgrund der zurückgelegten Wegstrecke entsprechend phasenverschoben mit einer zweiten Phasenlage b auf den Lichtlaufzeitsensor 22. Im Lichtlaufzeitsensor 22 wird das Signal der ersten Phasenlage a des Modulators 30 mit dem empfangenen Signal, das die laufzeitbedingte zweiten Phasenlage b aufweist, gemischt, wobei aus dem resultierenden Signal die Phasenverschiebung bzw. die Objektentfernung d ermittelt wird.
2 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte 2D-Kamera 200 die an einem oberen Bildschirmrand eines portablen Computers bzw. Notebooks 300 angeordnet ist. Zur Stromversorgung und Datenübermittlung ist die 2D-Kamera 200 über ein Kabel 210 mit einem Bus des Computers 300 verbunden. Vorzugsweise wird hierzu ein universeller serieller Bus (USB) verwendet.
3 zeigt eine Anordnung einer erfindungsgemäßen Lichtlaufzeitkamera 100 an einem portablen Computer 300. Im Gegensatz zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Vorgehen wird die Lichtlaufzeitkamera 100 ohne Kabel direkt mit einem Busanschluss des Computers 300 verbunden.
4 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Lichtlaufzeitkamera 100 bestehend aus einem mehrteiligen Gehäuse. Das Gehäuse 100 der Lichtlaufzeitkamera 1 teilt sich auf in ein Anschlussgehäuse 120 zur Aufnahme einer Anschlussvorrichtung 125 und einem Kameragehäuse 110 zur Aufnahme von Kamerabauelementen, insbesondere der Beleuchtung 10 und der TOF-Kamera 20 bzw. der Beleuchtungslichtquelle 12 und des Lichtlaufzeitsensors 22. Beide Gehäuseteile 110, 120 sind bevorzugt über ein Gelenk 130 flexibel miteinander verbunden. Das Gelenk ist derart ausgestaltet, dass das Kameragehäuse 110 mindestens um eine Achse vorzugsweise um zwei Achsen gegenüber dem Anschlussgehäuse 120 bewegt werden kann.
Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass die Lichtlaufzeitkamera 1 ohne zusätzliche Befestigungskomponenten mit dem Notebook 300 verbindbar ist und über die Freiheitsgrade des Gelenks 130 für die jeweilige Anwendung ausgerichtet werden kann. Vorzugsweise kann die Lichtlaufzeitkamera 1 für die Erkennung von Gesten des Computerbenutzers verwendet werden, so dass eine Anordnung der Lichtlaufzeitkamera in der Nähe der Tastatur günstig ist.
Neben der flexiblen Verbindung der beiden Gehäuseteile ist auch eine einstückige Gehäuseausgestaltung denkbar, bei der das Gehäuse der Lichtlaufzeitkamera 100 der Achse der Anschlussvorrichtung folgt oder um 90° gegenüber der Anschlussrichtung abgewinkelt ist, wobei die Kamera vorzugsweise nach oben ausgerichtet sein sollte.
Auch ist es denkbar, das Gelenk zweiteilig aufzubauen, wobei jedes Gelenk eine Bewegung nur in eine bestimmte Raumrichtung erlaubt.
Vorzugsweise ist die Anschlussvorrichtung 125 als Schnittstelle, insbesondere als Stecker, für einen universellen seriellen Bus (USB) ausgebildet. Selbstverständlich sind Ausgestaltungen für andere Bussysteme denkbar, wie beispielsweise Firewire, GigE etc.
Vorzugsweise ist die Lichtlaufzeitkamera 1 derart ausgebildet, dass die Betriebsspannung dem jeweiligen Bussystem entnommen werden kann.
5 zeigt eine Anordnung der erfindungsgemäßen Lichtlaufzeitkamera in einer abgewinkelten Form. Die Verwendung der Lichtlaufzeitkamera ist jedoch nicht auf ein Notebook beschränkt. Im Beispiel gemäß 6 weist die Tastatur 310 für einen Computer eine eigene Busschnittstelle auf, so dass die Lichtlaufzeitkamera auch mit dieser Schnittstelle verbunden werden kann. Ebenso ist ein Verbindung mit einem Monitor 320 oder einem so genannten Stand-alone Computer wie in 7 dargestellt denkbar.
Bezugszeichenliste

10: Sendeeinheit
12: Beleuchtungslichtquelle
15: Strahlformungsoptik
20: Empfangseinheit, TOF-Kamera
22: Lichtlaufzeitsensor
24: Lichtlaufzeitpixel,
25: Empfangsoptik,
30: Modulator,
40: Objekt,
100: Lichtlaufzeitkamera,
110: Kameragehäuse,
120: Anschlussgehäuse,
125: Anschlussvorrichtung
130: Gelenk,
200: 2D-Kamera
210: USB-Kabel,
300: Notebook,
310: Tastatur;
320: Monitor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

EP 1777747 B1 [0002]
US 6587186 B2 [0002]
DE 19704496 C2 [0002, 0017]

Claims

Lichtlaufzeitkamera (1) mit einer Beleuchtungslichtquelle (12) zur Aussendung eines modulierten Lichts und mit einem Lichtlaufzeitsensor (22), zur Erfassung eines von einem Objekt (40) reflektierten modulierten Lichts, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (100) der Lichtlaufzeitkamera (1) mit einer Anschlussvorrichtung (125) für eine Busschnittstelle eines Computers ausgebildet ist.
Lichtlaufzeitkamera (1) nach Anspruch 1, bei der das Gehäuse (100) der Lichtlaufzeitkamera (1) ein Anschlussgehäuse (120) zur Aufnahme der Anschlussvorrichtung (125) und ein Kameragehäuse (110) zur Aufnahme der Beleuchtungslichtquelle (12) und des Lichtlaufzeitsensors (22) aufweist, wobei beide Gehäuse (120, 110) über ein flexibles Gelenk (130) miteinander verbunden sind.
Lichtlaufzeitkamera (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Anschlussvorrichtung (125) für ein serielles Bussystem ausgebildet ist.