DE102015205840A1 - Distance measuring system with light time pixel line - Google Patents

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Abstract

Entfernungsmesssystem mit einem Lichtlaufzeitsensor umfassend mindestens eine Pixelzeile bestehend aus mehreren Lichtlaufzeitpixeln, mit einer Beleuchtung zur Aussendung eines modulierten Lichts, bei der die Lichtlaufzeitpixel in Abhängigkeit der ihnen zugeordneten Entfernungsmessung in ihren Messeigenschaften optimiert sind.Distance measuring system with a light transit time sensor comprising at least one pixel row consisting of a plurality of light transit time pixels, with a lighting for emitting a modulated light, in which the light transit time pixels are optimized depending on their associated distance measurement in their measurement properties.

Description

Die Erfindung betrifft ein Entfernungsmesssystem nach Gattung des unabhängigen Anspruchs.The invention relates to a distance measuring system according to the preamble of the independent claim.

Das Entfernungsmesssystem betrifft Lichtlaufzeitkamerasysteme, die Laufzeitinformationen bzw. Entfernungen 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 B2 , US 6 587 186 B2 und auch DE 197 04 496 A1 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.The distance measuring system relates to time of flight camera systems which obtain transit time information or distances 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 B2 . US Pat. No. 6,587,186 B2 and also DE 197 04 496 A1 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.

Aus der DE 10 2004 037 137 A1 ist bereits eine Vorrichtung zur Entfernungsmessung mit Hilfe von Lichtlaufzeitpixeln bekannt, bei der unter anderem eine Anordnung nach dem Triangulationsprinzip vorgeschlagen wird. Die Lichtlaufzeitpixel sind nebeneinander in wenigstens einer Zeile angeordnet. In Abhängigkeit davon, welches Lichtlaufzeitpixel die vom Objekt reflektierte Strahlung erfasst, lässt sich mit Hilfe einer Triangulationsberechnung der Abstand des Objekts bestimmen. Darüber hinaus lässt sich die Entfernung zusätzlich über die Lichtlaufzeit bzw. Phasenverschiebung des gesendeten und empfangenen Lichts bestimmen.From the DE 10 2004 037 137 A1 already a device for measuring distances using time-of-flight pixels is known, in which, inter alia, an arrangement according to the triangulation principle is proposed. The light transit time pixels are arranged side by side in at least one row. Depending on which light transit time pixel detects the radiation reflected by the object, the distance of the object can be determined by means of a triangulation calculation. In addition, the distance can be additionally determined by the light transit time or phase shift of the transmitted and received light.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Entfernungsmessung eines Triangulationssystems bestehend aus Lichtlaufzeitpixeln zu verbessern. The object of the invention is to improve the distance measurement of a triangulation system consisting of light transit time pixels.

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

Vorteilhaft ist ein Entfernungsmesssystem mit einem Lichtlaufzeitsensor umfassend mindestens eine Pixelzeile bestehend aus mehreren Lichtlaufzeitpixeln vorgesehen, mit einer Beleuchtung zur Aussendung eines modulierten Lichts, wobei die Beleuchtung derart angeordnet ist, dass ein von der Beleuchtung ausgesendeter modulierter Lichtstrahl bei einer Reflektion an einem Objekt in Abhängigkeit der Entfernung des Objekts unterschiedliche Lichtlaufzeitpixel in der Pixelzeile beleuchtet, und dass eine Auswerteeinheit, ausgehend vom Ort des beleuchteten Lichtlaufzeitpixels und von der durch das Lichtlaufzeitpixel erfassten Phasenverschiebung eine Objektentfernung ermittelt, und dass die Lichtlaufzeitpixel in einer Pixelzeile unterschiedlichen Objektentfernungen zugeordnet sind und unterschiedliche Messeigenschaften aufweisen, wobei die Messeigenschaft eines jeweiligen Lichtlaufzeitpixels im Hinblick auf die zugeordneten Objektentfernung optimiert ist.Advantageously, a distance measuring system with a light transit time sensor comprising at least one pixel row is provided consisting of a plurality of light transit time pixels, with illumination for emitting a modulated light, wherein the illumination is arranged such that a modulated light beam emitted by the illumination in a reflection on an object in dependence Distance of the object illuminated different light transit time pixels in the pixel line, and that an evaluation, based on the location of the illuminated light time pixel and detected by the light transit time pixel phase shift determines an object distance, and that the light transit time pixels in a row of pixels are assigned to different object distances and have different measuring characteristics, wherein the measurement property of a respective light-time pixel is optimized with respect to the associated object distance.

Durch diese entfernungsabhängige Optimierung der Lichtlaufzeitpixel ist es möglich, dass die Messsicherheit über die gesamte Pixelzeile unabhängig von der Entfernung des Objekts im Wesentlichen stabil und konstant gehalten werden kann.Due to this distance-dependent optimization of the light-propagation time pixels, it is possible that the measurement reliability over the entire pixel line can be kept substantially stable and constant independently of the distance of the object.

Besonders nützlich ist es, die Messeigenschaften der Lichtlaufzeitpixel im Hinblick auf die zu erwartende entfernungsabhängige Intensität eines von einem Objekt reflektierten Lichts zu optimieren. Hierdurch kann insbesondere ein Signal-Rausch-Verhältnis über die Pixelzeile konstant gehalten werden.It is particularly useful to optimize the measurement properties of the light transit time pixels with regard to the expected distance-dependent intensity of a light reflected from an object. As a result, in particular a signal-to-noise ratio can be kept constant over the pixel line.

Insbesondere ist es von Vorteil, die photoempfindliche Fläche der Lichtlaufzeitpixel in Abhängigkeit der zugeordneten Objektentfernung festzulegen. Die Lichtlaufzeitpixel für nahe Objektentfernungen weisen insbesondere eine kleinere photoempfindliche Fläche auf als Lichtlaufzeitpixel für größere Objektentfernungen. Die photoempfindliche Fläche der Lichtlaufzeitpixel nimmt somit vom Nahbereich in Richtung Fernbereich zu. Hierdurch kann die entfernungsabhängige Abnahme der Lichtintensität vorteilhaft kompensiert werden.In particular, it is advantageous to set the photosensitive area of the light transit time pixels as a function of the associated object distance. In particular, near-object distance light-time pixels have a smaller photosensitive area than photoperiod pixels for larger object distances. The photosensitive area of the light transit time pixels thus increases from the near area towards the far area. As a result, the distance-dependent decrease in the light intensity can be advantageously compensated.

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 Zeile von Lichtlaufzeitpixeln in Triangulationsanordnung, 2 a row of light-time pixels in triangulation,

3 eine Abhängig der Distanzstandardabweichung von der Lichtmenge, 3 a dependence of the distance standard deviation on the amount of light,

4 eine einzelne Lichtlaufzeitpixelzeile, 4 a single time of flight pixel line,

5 eine Zeilenordnung mit zusätzlicher Photodiode, 5 a row order with additional photodiode,

6 eine Anordnung mit vier Pixelzeilen, 6 an arrangement with four pixel rows,

7 eine Triangulationsanordnung mit einer Empfangsoptik. 7 a triangulation arrangement with a receiving optics.

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. 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 ,

Der Lichtlaufzeitsensor 22 weist mindestens ein Laufzeitpixel 21, vorzugsweise auch 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 sensor 22 has at least one runtime pixel 21 , Preferably, a pixel array and is in particular designed 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 M0 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 specific modulation signal M 0 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 M0 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 0 is mixed with the received signal S p2 , wherein the phase shift or the object distance d is determined from the resulting signal.

Als Beleuchtungsquelle bzw. Lichtquelle 12 eignen sich vorzugsweise Infrarot-Leuchtdioden. Selbstverständlich sind auch andere Strahlungsquellen in anderen Wellenlängenbereichen denkbar.As illumination source or light source 12 are preferably infrared light emitting diodes. Of course, other sources of radiation in other wavelength ranges are conceivable.

2 zeigt eine Triangulations-Anordnung, bei der der Lichtlaufzeitsensor 22 aus einer Zeile von Lichtlaufzeitpixeln 21 aufgebaut ist. Die Beleuchtung 10 sendet einen einzelnen, vorzugsweise wenige µm durchmessenden, modulierten Lichtstrahl aus. Bei einer Reflektion an einem Objekt 40a, 40b trifft der Lichtstrahl abhängig von der Objektentfernung d auf ein entsprechendes Lichtlaufzeitpixel 21a, 21b. Über den Ort bzw. dem Lichtlaufzeitpixel an dem der Lichtstrahl detektiert wird, lässt sich, wie aus der Triangulation bekannt, eine Entfernung des Objekts 40a, 40b bestimmen. Zusätzlich zu der geometrischen Berechnung des Ortes steht über das jeweilige Lichtlaufzeitpixel 21 auch die Lichtlaufzeit und somit ein zweiter Entfernungswert zur Verfügung. 2 shows a triangulation arrangement in which the light transit time sensor 22 from a row of light-time pixels 21 is constructed. The lighting 10 emits a single, preferably a few microns in diameter, modulated light beam. In a reflection on an object 40a . 40b Depending on the object distance d, the light beam strikes a corresponding light-propagation time pixel 21a . 21b , As is known from triangulation, a distance of the object can be determined via the location or the light transit time pixel at which the light beam is detected 40a . 40b determine. In addition to the geometric calculation of the location is about the respective light transit time pixel 21 also the light running time and thus a second distance value available.

Insbesondere in Sicherheitsanwendungen können diese diversitär und redundant gewonnenen Entfernungswerte separat verarbeitet werden, wobei ein Entfernungswert nur dann als gültig ausgegeben wird, wenn die Abweichung der Entfernungswerte innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen liegt. Insbesondere können die Entfernungswerte auch über separate Auswerteeinheiten unabhängig voneinander ausgewertet werden, so dass eine zusätzliche Redundanz in der Auswertungsstrecke vorhanden ist.In safety applications in particular, these diversitively and redundantly obtained distance values can be processed separately, with a distance value only being output as valid if the deviation of the distance values lies within predefined tolerance limits. In particular, the distance values can also be evaluated independently of one another via separate evaluation units, so that additional redundancy is present in the evaluation distance.

In einer weiteren Ausgestaltung ist es vorgesehen, die für unterschiedliche Objektabstände zurückgelegten Lichtwegstrecken und damit verbundene Abnahme der Lichtintensität I des modulierten Lichtstrahls zu berücksichtigen.In a further refinement, it is provided that the light paths covered for different object distances and the associated decrease in the light intensity I of the modulated light beam are taken into account.

In 7 ist ergänzend eine Triangulationsanordnung gemäß 2 mit einer abbildenden Empfangsoptik 25 gezeigt.In 7 is complementary to a triangulation according to 2 with an imaging receiver optics 25 shown.

3 zeigt schematisch die Abhängigkeit einer elektrischen Größe, insbesondere Ladungsmenge oder Spannung, des Lichtlaufzeitpixels bzw. eines Integrationsknoten von der Lichtmenge. Die Lichtmenge bestimmt sich in bekannter Weise aus dem Lichtstrom und der Bestrahlungsdauer. Proportional zur Lichtmenge werden Ladungsträger im photosensitiven Bereich der Modulationsgates Gam, Gbm des Lichtlaufzeitsensors erzeugt und entsprechend des Modulationssignals phasenkorreliert auf die Integrationsknoten Ga, Gb verteilt. Diese Ladungen können entweder als Spannungssignal bzw. -Amplitude hochohmig an den Integrationsknoten Ga, Gb abgegriffen oder ggf. bei einer Entladung der Integrationsknoten als Strom gemessen werden. Diese elektrischen Größen entsprechen somit dem phasenkorrelierten Lichtstrom bzw. der entsprechenden Lichtmenge. 3 schematically shows the dependence of an electrical quantity, in particular charge quantity or voltage, of the light transit time pixel or an integration node of the amount of light. The amount of light is determined in a known manner from the luminous flux and the irradiation time. Charge carriers in the photosensitive region of the modulation gates Gam, Gbm of the light transit time sensor are generated proportional to the amount of light and are distributed in phase correlation to the integration nodes Ga, Gb in accordance with the modulation signal. These charges can either be tapped at high impedance from the integration node Ga, Gb as a voltage signal or amplitude or, if appropriate, measured as a current when the integration nodes are discharged. These electrical quantities thus correspond to the phase-correlated luminous flux or the corresponding amount of light.

Der mögliche Dynamikbereich eines Laufzeitpixels erstreckt sich typischerweise über mehrere Größenordnungen. Die Größe des Dynamikbereichs hängt im Wesentlichen von der Fläche der photosensitiven Schicht eines Pixels sowie der Kapazität der Integrationsknoten ab. Die Integrationszeit für den Lichtlaufzeitsensor bzw. einem einzelnen Pixel wird vorzugsweise so festgelegt, dass für den Anwendungsfall der Sensor nicht in die Sättigung gerät. The possible dynamic range of a runtime pixel typically extends over several orders of magnitude. The size of the dynamic range depends essentially on the area of the photosensitive layer of a pixel as well as the capacity of the integration nodes. The integration time for the light transit time sensor or a single pixel is preferably determined so that the sensor does not saturate for the application.

Mit abnehmender Lichtmenge bzw. analog mit abnehmender Integrationszeit nimmt jedoch der Spannungshub an den Integrationsknoten Ga, Gb immer mehr ab und bewirkt unter anderem aufgrund des abnehmenden Signal/Rausch-Verhältnisses eine zunehmende Unsicherheit bei der Entfernungsbestimmung, so wie es mit der gestrichelten Kurve der Standardabweichung in 3 dargestellt ist. Um die Standardabweichung der Distanzmessung für ein einzelnes Pixel möglichst gering zu halten, sollte ein Lichtlaufzeitpixel 21 bevorzugt im dargestellten Arbeitsbereich arbeiten.However, as the amount of light decreases or as the integration time decreases, the voltage swing at the integration nodes Ga, Gb decreases more and more, among other things due to the decreasing signal-to-noise ratio, an increasing uncertainty in the distance determination, as with the dashed curve of the standard deviation in 3 is shown. In order to keep the standard deviation of the distance measurement for a single pixel as low as possible, a light time-of-flight pixel should be used 21 preferably work in the illustrated workspace.

Erfindungsgemäß ist es daher, wie in 3 skizziert, vorgesehen, die Eigenschaften bzw. Messeigenschaften bzw. Pixelparameter PPar der Lichtlaufzeitpixel 21 entsprechend der ihnen zugeordneten Objektdistanz d im Hinblick auf einen möglichst geringen Messfehler bzw. geringer Distanz-Standardabweichung zu optimieren.According to the invention, it is therefore, as in 3 sketched, provided, the properties or measurement properties or pixel parameter P Par the light transit time pixels 21 in accordance with the object distance d assigned to them in order to optimize the smallest possible measuring error or a small distance standard deviation.

Als mögliche Eigenschaften PPar für die Optimierung kommen insbesondere die photosensitive Schicht eines Pixels sowie die Kapazität der Integrationsknoten in Betracht. Darüber hinaus sind auch Maßnahmen zur Beeinflussung der Empfindlichkeit eines Pixels denkbar, wie beispielsweise eine Maskierung der photosensitiven Schicht oder ggf. auch geeignete Änderungen der Dotierung dieser Schichten. Auch ist es denkbar, die verschiedenen Lichtlaufzeitpixel durch Anlegen unterschiedlicher Potentiale in ihren wirksamen Eigenschaften PPar zu verändern.Possible properties P Par for the optimization are, in particular, the photosensitive layer of a pixel and the capacity of the integration nodes. In addition, measures for influencing the sensitivity of a pixel are also conceivable, such as, for example, masking of the photosensitive layer or possibly also suitable changes in the doping of these layers. It is also conceivable to change the different light transit time pixels by applying different potentials in their effective properties P Par .

Vom Grundsatz wären die Lichtlaufzeitpixel 21 so zu optimieren, dass die Pixel 21a die entfernungsnahe Objekte 40a detektieren durch die hohe Lichtmenge nicht in Sättigung geraten, während Lichtlaufzeitpixel 21b die entfernte Objekte 40b detektieren sollen, in ihren Eigenschaften so eingestellt werden, dass das Nutzsignal nicht im Signalrauschen untergeht.The principle would be the time of flight pixels 21 so optimize that the pixels 21a the distance-related objects 40a detected by the high amount of light is not saturated, while light transit time pixels 21b the distant objects 40b should be set in their properties so that the useful signal is not lost in the signal noise.

Insbesondere können die wirksamen Pixeleigenschaften PPar auch eine so genannte Hintergrundlichtunterdrückungs-Schaltungen SBI (suppression of background illumination) betreffen.In particular, the effective pixel characteristics P Par may also relate to a so-called background light suppression circuits SBI (suppression of background illumination).

Insbesondere bei einer Verwendung einer SBI-Schaltung bietet sich eine Anordnung gemäß 5 mit zwei Pixelzeilen Z1, 2 an. Über einen Photosensor bzw. Photodiode 90 wird das Gesamtlicht der Umgebung erfasst, wobei in Abhängigkeit des erfassten Lichts eine der beiden Pixelzeilen Z1, 2 für die Entfernungsmessung herangezogen wird. Beispielsweise könnten die zweite Pixelzeile Z2 und die SBI-Schaltungen der Pixel 21 in dieser Zeile Z2 für eine Taglichtsituation und dementsprechend großem Hintergrundlichtanteil optimiert sein. Während die erste Pixelzeile Z1 aktiv geschaltet wird, wenn das Gesamtlicht einen Grenzwert, also beispielsweise in der Nacht, unterschreitet.In particular, when using an SBI circuit, an arrangement according provides 5 with two pixel lines Z1, 2 on. Via a photosensor or photodiode 90 the total light of the environment is detected, wherein one of the two pixel lines Z1, 2 is used for the distance measurement as a function of the detected light. For example, the second pixel row Z2 and the SBI circuits could be the pixels 21 be optimized in this line Z2 for a daylight situation and accordingly large amount of background light. While the first pixel line Z1 is activated, when the total light falls below a threshold, for example, at night.

In einer weiteren Ausgestaltung kann es auch vorgesehen sein, dass alternativ oder zusätzlich zur Photodiode 90 das Gesamtlicht über die Lichtlaufzeitpixel 21 selbst erfasst wird, indem beispielsweise, die an den Integrationsknoten anliegenden Ladungen bzw. Spannung zu einem Gesamtwert addiert werden.In a further embodiment it can also be provided that, alternatively or in addition to the photodiode 90 the total light over the light transit time pixels 21 itself is detected, for example, by adding the charges or voltage applied to the integration node to a total value.

6 zeigt eine weitere Ausgestaltung, bei der mehrere Pixelzeilen Z1 .. 4 vorgesehen sind, wobei jede Pixelzeile Z1 .. 4 und Pixel in dieser Zeile für bestimmte Lichtmengen optimiert sind, die beispielsweise über die Gesamtladungsmenge A + B am einzelnen Pixel 21 erfasst werden können. Abhängig von der Gesamtladungsmenge wird entschieden, welches Pixel 21 für die Entfernungsmessung herangezogen wird. 6 shows a further embodiment in which a plurality of pixel rows Z1 .. 4 are provided, each pixel row Z1 .. 4 and pixels in this row are optimized for certain amounts of light, for example, the total amount of charge A + B at each pixel 21 can be detected. Depending on the total amount of charge, it is decided which pixel 21 is used for the distance measurement.

Bei all den genannten Ausgestaltungen ist es selbstverständlich, dass der Lichtstrahl derart ausgestaltet wird, dass die zeilenparallelen Z1 .. 4 Pixel 21, beleuchtet werden. Die Ausgestaltungen können selbstverständlich miteinander kombiniert werden. So ist es insbesondere möglich die Lichtintensität sowohl über eine Photosensor als auch über die Gesamtladungsmenge mindestens eines Lichtlaufzeitpixel zu erfassen und ausgehend von den beiden unabhängig voneinander erfassten Intensitäten geeignete Pixelzeilen Z1 .. 4 auszuwählen.In all the embodiments mentioned, it goes without saying that the light beam is designed such that the line-parallel Z1 .. 4 pixels 21 to be illuminated. The embodiments can of course be combined. Thus, it is possible, in particular, to detect the light intensity both via a photosensor and via the total charge quantity of at least one light transit time pixel and to select suitable pixel lines Z1..4 based on the two independently detected intensities.

Bei mehr als zwei Pixelzeilen Z1 .. 4 können beispielsweise auch mehrere Pixelzeilen Z1 .. 4 für ein bestimmtes Umgebungslicht ausgewählt werden. Auch ist es möglich Pixelzeilen für mehr als zwei unterschiedliche Lichtintensitäten vorzusehen.If there are more than two pixel lines Z1... 4, it is also possible, for example, to select a plurality of pixel lines Z1... 4 for a specific ambient light. It is also possible to provide pixel lines for more than two different light intensities.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Lichtlaufzeitkamerasystem Time of flight camera system
1010
Beleuchtungsmodul lighting module
1212
Beleuchtung lighting
1515
Sendeoptik transmission optics
2020
Sendemodul transmitter module
2121
Lichtlaufzeitpixel Transit Time pixels
21a21a
Lichtlaufzeitpixel Nahbereich Light transit time pixels near range
21b21b
Lichtlaufzeitpixel Fernbereich Light-time-pixel remote area
2222
Lichtlaufzeitsensor Transit Time Sensor
2525
Empfangsoptik receiving optics
30 30
Modulator modulator
3535
Phasenschieber, Beleuchtungsphasenschieber Phase shifter, lighting phase shifter
4040
Objekt object
40a40a
Objekt im Nahbereich Object at close range
40b40b
Objekt im Fernbereich Object in the far range
9090
Photosensor photosensor
Z1, 2Z1, 2
Lichtlaufzeitpixelzeile Time of flight pixel row

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1777747 B2 [0002] EP 1777747 B2 [0002]
  • US 6587186 B2 [0002] US 6587186 B2 [0002]
  • DE 19704496 A1 [0002] DE 19704496 A1 [0002]
  • DE 102004037137 A1 [0003] DE 102004037137 A1 [0003]
  • DE 19704496 [0020] DE 19704496 [0020]

Claims (3)

Entfernungsmesssystem mit einem Lichtlaufzeitsensor (22) umfassend mindestens eine Pixelzeile (Z1, .. 4) bestehend aus mehreren Lichtlaufzeitpixeln (21), mit einer Beleuchtung (10) zur Aussendung eines modulierten Lichts, wobei die Beleuchtung (10) derart angeordnet ist, dass ein von der Beleuchtung (10) ausgesendeter modulierter Lichtstrahl bei einer Reflektion an einem Objekt (40) in Abhängigkeit der Entfernung (d) des Objekts (40) unterschiedliche Pixel (21) in der Pixelzeile (Z1 .. 4) beleuchtet, und eine Auswerteeinheit, ausgehend vom Ort des beleuchteten Lichtlaufzeitpixels (21a, 21b) und von der durch das Lichtlaufzeitpixel (21a, 21b) erfassten Phasenverschiebung eine Objektentfernung (d) ermittelt, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtlaufzeitpixel (21) in einer Pixelzeile (Z1 .. 4) unterschiedlichen Objektentfernungen (d) zugeordnet und unterschiedliche Messeigenschaften (PPar) aufweisen, wobei die Messeigenschaft (PPAR) eines jeweiligen Lichtlaufzeitpixels (21) im Hinblick auf die zugeordneten Objektentfernung (d) optimiert ist.Distance measuring system with a light transit time sensor ( 22 ) comprising at least one pixel row (Z1, .. 4) consisting of a plurality of light transit time pixels ( 21 ), with a lighting ( 10 ) for emitting a modulated light, the illumination ( 10 ) is arranged such that one of the lighting ( 10 ) emitted modulated light beam in a reflection on an object ( 40 ) as a function of the distance (d) of the object ( 40 ) different pixels ( 21 ) in the pixel line (Z1 .. 4), and an evaluation unit, starting from the location of the illuminated light-time pixel (FIG. 21a . 21b ) and by the light transit time pixel ( 21a . 21b ) detects an object distance (d), characterized in that the light transit time pixels ( 21 ) in a pixel row (Z1 .. 4) assigned to different object distances (d) and have different measurement properties (P par ), wherein the measurement property (P PAR ) of a respective light-time pixel ( 21 ) is optimized with respect to the associated object distance (d). Entfernungsmesssystem nach Anspruch 1, bei dem die Messeigenschaften (PPar) der Lichtlaufzeitpixel (21) im Hinblick auf die zu erwartende entfernungsabhängige Intensität eines von einem Objekt (40) reflektierten Lichts optimiert sind.Distance measuring system according to Claim 1, in which the measuring properties (P par ) of the light-propagation time pixels ( 21 ) with regard to the expected distance-dependent intensity of one of an object ( 40 ) reflected light are optimized. Entfernungsmesssystem nach Anspruch 2, bei dem die photoempfindliche Fläche der Lichtlaufzeitpixel (21) in Abhängigkeit der zugeordneter Objektentfernung (d) festgelegt wird, wobei Lichtlaufzeitpixel (21) für nahe Objektentfernungen (d) einen kleinere photoempfindliche Fläche aufweisen als Lichtlaufzeitpixel (21) für größere Objektentfernungen (d).Distance measuring system according to Claim 2, in which the photosensitive area of the light transit time pixels ( 21 ) is determined as a function of the assigned object distance (d), wherein light transit time pixels ( 21 ) for near object distances (d) have a smaller photosensitive area than light transit time pixels ( 21 ) for larger object distances (d).
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