DE102016222092A1

DE102016222092A1 - Tof-kamera, kraftfahrzeug, verfahren zum herstellen einer tof-kamera und verfahren zum ermitteln eines abstands zu einem objekt

Info

Publication number: DE102016222092A1
Application number: DE102016222092.6A
Authority: DE
Inventors: Mathieu Rayer; Ralph Wirth
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2016-11-10
Filing date: 2016-11-10
Publication date: 2018-05-17
Also published as: WO2018086813A1

Abstract

In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird bereitgestellt eine TOF-Kamera (20) zum Ermitteln eines Abstands (D) zu einem Objekt (32). Die TOF-Kamera (20) weist auf: eine Strahlungsquelle (24), die dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung in Richtung hin zu dem Objekt (32) zu emittieren; ein optisches Element (26), das zum Beeinflussen der emittierten elektromagnetischen Strahlung (34) im Strahlungspfad der emittierten elektromagnetischen Strahlung (34) zwischen der Strahlungsquelle und dem Objekt (32) angeordnet ist; eine strahlungsempfindliche Sensoranordnung (28), die so ausgebildet und angeordnet ist, dass sie die elektromagnetische Strahlung (36), die von dem Objekt (32) reflektiert und/oder gestreut wird, erfasst; und eine Recheneinheit (30), die mit der Strahlungsquelle (24) und der Sensoranordnung (28) elektrisch verbunden ist und die dazu ausgebildet ist, eine Zeitdauer, die die elektromagnetische Strahlung (34, 36) von der Strahlungsquelle (24) zu dem Objekt (32) und von dem Objekt (32) zu der Sensoranordnung (28) benötigt, zu ermitteln und den Abstand (D) zwischen der TOF-Kamera (20) und dem Objekt (32) abhängig von der ermittelten Zeitdauer zu ermitteln, wobei die Strahlungsquelle (24) und/oder das optische Element (26) so ausgebildet sind, dass die emittierte elektromagnetische Strahlung (34) nach Passieren des optischen Elements (26) eine erste asymmetrische Strahlungsverteilung (48) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine TOF-Kamera, ein Kraftfahrzeug, ein Verfahren zum Herstellen einer TOF-Kamera und ein Verfahren zum Ermitteln eines Abstands zu einem Objekt.
Eine herkömmliche TOF(Time Of Flight)-Kamera, die auch als PMD(Photonic Mixing Device)-Kamera bezeichnet wird, weist einen TOF-Sensor auf, der allgemein auch als PMD-Sensor und nachfolgend einfach als „Sensoranordnung“ bezeichnet wird. Eine TOF-Kamera ist ein 3D-Kamerasystem, das mit dem Laufzeitverfahren (englisch: time of flight, TOF, auch ToF) Distanzen, also Abstände von der TOF-Kamera zu einem Objekt, misst. Dazu wird ein Bereich, auch Szene genannt, im Sichtfeld der Kamera mittels eines Strahlungspulses bestrahlt und die TOF-Kamera misst für jeden Bildpunkt die Zeit, die die entsprechende elektromagnetische Strahlung bis zu dem Objekt und wieder zurück braucht. Die benötigte Zeit ist direkt proportional zur Distanz. Die TOF-Kamera liefert somit für jeden Bildpunkt die Entfernung des darauf abgebildeten Objektes. Das Prinzip entspricht dem Laserscanning mit dem Vorteil, dass ein ganzer Bereich auf einmal aufgenommen wird und nicht abgetastet werden muss. Verwendung findet eine TOF-Kamera heutzutage beispielsweise in einem Kraftfahrzeug zum Messen eines Abstands des Kraftfahrzeugs zu einem anderen Verkehrsobjekt oder in einem Roboter zum Erkennen eines Hindernisses.
Die verwendete elektromagnetische Strahlung kann beispielsweise Licht im sichtbaren Bereich, InfrarotStrahlung oder UV-Strahlung sein. Die Sensoranordnung kann einen Filter aufweisen oder der Sensoranordnung kann optisch ein Filter vorgeschaltet sein, der lediglich elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich der emittierten elektromagnetischen Strahlung durchlässt. Dadurch kann ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis erzielt werden.
Die von einer Strahlungsquelle der herkömmlichen TOF-Kamera emittierte elektromagnetische Strahlung weist eine symmetrische Strahlungsverteilung, insbesondere eine gauß’ sche oder eine lambert’ sche Strahlungsverteilung, auf. Bei diesen Strahlungsverteilungen ist eine Strahlungsintensität entlang der Symmetrieachse der Strahlung am höchsten und fällt mit zunehmendem Abstand zu der Symmetrieachse ab. Die Symmetrieachse der Strahlung steht in der Regel senkrecht auf einer optisch aktiven Fläche der Strahlungsquelle, durch die die elektromagnetische Strahlung emittiert wird.
Um ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis zu erhalten, ist es vorteilhaft, die TOF-Kamera so auszurichten, dass das Objekt, zu dem der Abstand gemessen werden soll, auf der Symmetrieachse der Strahlung und damit im Bereich der höchsten Strahlungsintensität liegt. In anderen Worten muss die TOF-Kamera, sofern ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis erzielt werden soll, so ausgerichtet werden, dass das Objekt frontal vor der TOF-Kamera und/oder in einem Sichtfeld der TOF-Kamera mittig angeordnet ist. Je weiter das Objekt von der Symmetrieachse entfernt ist, desto schlechter wird das Signal-Rausch-Verhältnis. Daher muss die TOF-Kamera abhängig von dem Bereich, in dem sich das Objekt relativ zu der TOF-Kamera befindet, ausgerichtet werden. Das Ausrichten der TOF-Kamera kann umständlich von Hand oder mittels einer aufwändigen Aktuatoranordnung erfolgen. Ferner ist das Ausrichten der TOF-Kamera nicht immer möglich, wobei dann ein schlechtes Signal-Rausch-Verhältnis in Kauf genommen werden muss. Ein schlechtes Signal-Rausch-Verhältnis kann zu einem ungenauen Ermitteln des Abstandes von der TOF-Kamera zu dem Objekt führen.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine TOF-Kamera bereitzustellen, die auf einfache Art und Weise ein präzises Ermitteln eines Abstandes zu einem Objekt, das nicht frontal vor der TOF-Kamera und/oder nicht mittig in einem Sichtfeld der TOF-Kamera angeordnet ist, ermöglicht.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, bei dem auf einfache Art und Weise ein präzises Ermitteln eines Abstandes zu einem Objekt, das nicht frontal vor dem Kraftfahrzeug, nicht direkt neben dem Kraftfahrzeug, oder nicht direkt hinter dem Kraftfahrzeug und/oder nicht mittig in einem Sichtfeld einer TOF-Kamera des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, möglich ist.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer TOF-Kamera bereitzustellen, das einfach, schnell und/oder kostengünstig durchgeführt werden kann und/oder das dazu beiträgt, dass mittels der TOF-Kamera auf einfache Art und Weise ein präzises Ermitteln eines Abstandes zu einem Objekt, das nicht frontal vor der TOF-Kamera und/oder nicht mittig in einem Sichtfeld der TOF-Kamera angeordnet ist, möglich ist.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer TOF-Kamera bereitzustellen, das einfach, schnell und/oder kostengünstig durchgeführt werden kann und/oder das dazu beiträgt, dass mittels der TOF-Kamera auf einfache Art und Weise ein präzises Ermitteln eines Abstandes zu einem Objekt, das nicht frontal vor der TOF-Kamera und/oder nicht mittig in einem Sichtfeld der TOF-Kamera angeordnet ist, möglich ist.
Eine Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine TOF-Kamera zum Ermitteln eines Abstands zu einem Objekt, mit: einer Strahlungsquelle, die dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung in Richtung hin zu dem Objekt zu emittieren; einem optischen Element, das zum Beeinflussen der emittierten elektromagnetischen Strahlung im Strahlungspfad der emittierten elektromagnetischen Strahlung zwischen der Strahlungsquelle und dem Objekt angeordnet ist; einer strahlungsempfindlichen Sensoranordnung, die so ausgebildet und angeordnet ist, dass sie die elektromagnetische Strahlung, die von dem Objekt reflektiert und/oder gestreut wird, erfasst; und einer Recheneinheit, die mit der Strahlungsquelle und der Sensoranordnung elektrisch verbunden ist und die dazu ausgebildet ist, eine Zeitdauer, die die elektromagnetische Strahlung von der Strahlungsquelle zu dem Objekt und von dem Objekt zu dem Empfänger benötigt, zu ermitteln und den Abstand zwischen der TOF-Kamera und dem Objekt abhängig von der ermittelten Zeitdauer zu ermitteln, wobei die Strahlungsquelle und/oder das optische Element so ausgebildet sind, dass die emittierte elektromagnetische Strahlung nach Passieren des optischen Elements eine erste asymmetrische Strahlungsverteilung aufweist.
Die asymmetrische Strahlungsverteilung der emittierten elektromagnetischen Strahlung ermöglicht auf einfache Art und Weise, dass der Abstand zu dem Objekt besonders präzise, insbesondere aufgrund eines sehr guten Signal-Rausch-Verhältnisses, ermittelt werden kann, auch wenn das Objekt nicht frontal vor der TOF-Kamera, nicht mittig in einem Sichtfeld der TOF-Kamera und/oder nicht entlang einer Geraden, die senkrecht auf einer optisch aktiven Fläche der Strahlungsquelle steht, angeordnet ist.
Die Sensoranordnung kann einen, zwei oder mehr TOF-Sensoren und/oder PMD-Sensoren aufweisen oder daraus gebildet sein. Die Strahlungsquelle kann ein, zwei oder mehr elektromagnetische Strahlung emittierende Bauelemente, beispielsweise LEDs und/oder OLEDs, aufweisen. Die elektromagnetische Strahlung kann Licht im sichtbaren Bereich, IR-Strahlung und/oder UV-Strahlung aufweisen oder sein.
Optional kann zwischen dem Objekt und der Sensoranordnung ein optischer Filter angeordnet sein, der lediglich elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen, die den Wellenlängen der von der Strahlungsquelle emittierten elektromagnetischen Strahlung entspricht, zu der Sensoranordnung durchlässt. Dies kann dazu beitragen, dass das Signal-Rausch-Verhältnis besonders gut ist, und damit, dass der Abstand besonders präzise ermittelt werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung sind die Strahlungsquelle und/oder das optische Element so ausgebildet, dass die erste asymmetrische Strahlungsverteilung an einen Bereich angepasst ist, in dem ausgehend von der TOF-Kamera das Objekt erwartet wird. Falls beispielsweise bekannt ist, für welchen Zweck die TOF-Kamera verwendet werden soll, insbesondere in welchen Situationen Abstände zu welchen Objekten erkannt werden sollen, und wo der Bereich relativ zu der TOF-Kamera angeordnet ist, so kann die erste asymmetrische Strahlungsverteilung so angepasst werden, dass gerade in diesem Bereich eine besonders hohe Strahlungsintensität ist. Falls dann bei bestimmungsgemäßen Einsatz der TOF-Kamera das Objekt in dem Bereich auftaucht, ist beim Ermitteln des Abstandes zu dem Objekt das Signal-Rausch-Verhältnis besonders gut, weshalb dann der Abstand zu dem Objekt besonders präzise ermittelt werden kann. Anschaulich gesprochen wird die asymmetrische Strahlungsverteilung genau auf die Verwendung und Anordnung der TOF-Kamera während des Betriebs der TOF-Kamera abgestimmt, wodurch der Abstand zu einem Objekt in einem Bereich, in dem bei dieser Verwendung und dieser Anordnung der TOF-Kamera das Objekt typischerweise erwartet wird, besonders präzise ermittelt werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung sind die Strahlungsquelle und/oder das optische Element so ausgebildet, dass eine Strahlungsintensität und/oder eine Strahlungsstärke der elektromagnetischen Strahlung in dem Bereich größer als außerhalb des Bereichs sind. In anderen Worten wird die asymmetrische Strahlungsverteilung derart angepasst, dass der Bereich in einem Teilausschnitt des Sichtfelds der TOF-Kamera liegt, in dem relativ zu anderen Teilausschnitten des Sichtfelds der TOF-Kamera die größte Strahlungsintensität bzw. Bestrahlungsstärke der elektromagnetischen Strahlung vorliegt. Dies trägt dazu bei, dass das Signal-Rausch-Verhältnis beim Ermitteln des Abstands zu dem Objekt in dem Bereich besonders gut ist, und damit, dass der Abstand zu dem Objekt in dem Bereich besonders präzise ermittelbar ist.
Gemäß einer Weiterbildung sind die Strahlungsquelle und/oder das optische Element so ausgebildet, dass bei einer dynamischen Veränderung des Bereichs die erste asymmetrische Strahlungsverteilung abhängig von der dynamischen Veränderung des Bereichs angepasst wird. Beispielsweise kann sich eine Position des Bereichs relativ zu der TOF-Kamera dynamisch verändern, wenn sich der Bereich relativ zu der TOF-Kamera bewegt, beispielsweise wenn sich der Bereich und/oder die TOF-Kamera bewegen. In anderen Worten kann das Objekt zu einem ersten Zeitpunkt in einem Bereich erwartet werden und nach Ablauf einer gewissen Zeitdauer kann das Objekt in einem anderen Bereich erwartet werden, beispielsweise weil sich das Objekt und/oder die TOF-Kamera bewegen. In diesem Zusammenhang ist eine Bewegung des Bereichs relativ zu der TOF-Kamera gleichbedeutend damit, dass das Objekt zu einem Zeitpunkt in einem Bereich erwartet wird und zu einem anderen Zeitpunkt in einem anderen Bereich erwartet wird. Falls sich der Bereich relativ zu der TOF-Kamera bewegt bzw. das Objekt zu einem Zeitpunkt in dem einen Bereich erwartet wird und zu einem anderen Zeitpunkt in dem anderen Bereich erwartet wird, so kann die asymmetrische Strahlungsverteilung dynamisch an diese Bewegung und/oder für Änderung angepasst werden, und zwar so, dass nach wie vor ein besonders gutes Signal-Rausch-Verhältnis erzielt werden kann. Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass die asymmetrische Strahlungsverteilung so angepasst wird, dass der Teilausschnitt des Sichtfelds der TOF-Kamera, in dem die höchste Strahlungsintensität vorliegt, dem sich bewegenden Bereich folgt bzw. auf den Bereich an der neuen Position ausgerichtet wird.
Gemäß einer Weiterbildung ist die Strahlungsquelle so ausgebildet, dass die von ihr emittierte elektromagnetische Strahlung eine zweite asymmetrische Strahlungsverteilung aufweist. Beispielsweise kann bereits die von der Strahlungsquelle emittierte elektromagnetische Strahlung vor Beeinflussung durch das optische Element die zweite asymmetrische Strahlungsverteilung aufweisen, die dann nach Beeinflussung durch das optische Element zu der ersten asymmetrischen Strahlungsverteilung wird. Dabei kann das optische Element die Symmetrie der Strahlungsverteilung beeinflussen oder nicht. In anderen Worten kann in diesem Zusammenhang das optische Element asymmetrisch bzw. symmetrisch ausgebildet sein. In wieder anderen Worten kann die Asymmetrie der ersten asymmetrischen Strahlungsverteilung ausschließlich in der Asymmetrie der zweiten asymmetrischen Strahlungsverteilung begründet sein. Alternativ dazu kann die Asymmetrie der ersten asymmetrischen Strahlungsverteilung in der zweiten asymmetrischen Strahlungsverteilung und dem Einfluss des optischen Elements begründet sein. Die Strahlungsquelle kann zum Bereitstellen der zweiten asymmetrischen Strahlungsverteilung beispielsweise mehrere elektromagnetische Strahlung emittierende Bauelemente aufweisen, die die elektromagnetische Strahlung mit voneinander verschiedener Strahlungsintensität emittieren.
Gemäß einer Weiterbildung ist die Strahlungsquelle so ausgebildet, dass die zweite asymmetrische Strahlungsverteilung abhängig von der dynamischen Veränderung des Bereichs angepasst wird. Das Anpassen der zweiten asymmetrischen Strahlungsverteilung abhängig von der dynamischen Veränderung des Bereichs kann dazu beitragen, die erste asymmetrische Strahlungsverteilung an die dynamische Veränderung des Bereichs dynamisch anzupassen. In anderen Worten kann auf die dynamische Veränderung des Bereichs mit einer dynamischen Veränderung der zweiten asymmetrischen Strahlungsverteilung reagiert werden, wodurch die erste asymmetrische Strahlungsverteilung auf die dynamische Veränderung des Bereichs angepasst werden kann. Die zweite asymmetrische Strahlungsverteilung kann beispielsweise angepasst werden, indem die elektromagnetische Strahlung emittierenden Bauelemente so ausgebildet sind, dass die Strahlungsintensitäten der emittierten elektromagnetischen Strahlung veränderbar und insbesondere anpassbar sind.
Gemäß einer Weiterbildung ist die Strahlungsquelle ein Projektor. Die Verwendung des Projektors als Strahlungsquelle trägt dazu bei, dass die erste asymmetrische Strahlungsverteilung besonders effektiv und/oder auf besonders einfache Weise erzeugt werden kann. Insbesondere ist ein Projektor zum Erzeugen der asymmetrischen Strahlungsverteilung besonders geeignet.
Gemäß einer Weiterbildung weist das optische Element mindestens eine asymmetrische optische Fläche auf, die so angeordnet ist, dass die emittierte elektromagnetische Strahlung durch die asymmetrische optische Fläche tritt. Alternativ oder zusätzlich zu der Strahlungsquelle ist somit das optische Element, insbesondere die asymmetrische optische Fläche, so ausgebildet, dass es zu der Asymmetrie der ersten asymmetrischen Strahlungsverteilung beiträgt. Beispielsweise kann die von der Strahlungsquelle emittierte elektromagnetische Strahlung eine symmetrische Strahlungsverteilung aufweisen, welche mittels des optischen Elements und dessen asymmetrischer optischer Fläche derart beeinflusst wird, dass die aus dem optischen Element austretende elektromagnetische Strahlung die erste asymmetrische Strahlungsverteilung hat. Dies kann dazu beitragen, dass die erste asymmetrische Strahlungsverteilung auf besonders einfache und/oder kostengünstige Art und Weise erzeugbar ist. Alternativ dazu können sowohl die Strahlungsquelle mittels Erzeugens der zweiten asymmetrischen Strahlungsverteilung als auch das optische Element mittels der asymmetrischen optischen Fläche zu der Asymmetrie der ersten asymmetrischen Strahlungsverteilung beitragen.
Die asymmetrische optische Fläche kann beispielsweise eine Austrittsfläche des optischen Elements sein, durch die die elektromagnetische Strahlung das optische Element in Richtung hin zu dem Objekt verlässt. Alternativ dazu kann die asymmetrische optische Fläche beispielsweise eine Eintrittsfläche des optischen Elements sein, durch die die elektromagnetische Strahlung ausgehend von der Strahlungsquelle in das optische Element eintritt. Alternativ dazu kann die asymmetrische optische Fläche beispielsweise eine Fläche innerhalb des optischen Elements sein.
Falls die optische Fläche die Eintrittsfläche oder die Austrittsfläche des optischen Elements bildet, so kann diese beispielsweise durch Formgebung des optischen Elements und/oder mittels Oberflächenbehandlung des optischen Elements erzeugt werden, Schleifens oder mittels Lasers. Falls die optische Fläche in dem optischen Element liegt und von der Eintrittsfläche und der Austrittsfläche beabstandet ist, so kann die optische Fläche beispielsweise mittels einer Innengravur erzeugt werden, beispielsweise mittels Lasers.
Ferner kann das optische Element zwei oder mehr der vorgenannten optischen Flächen aufweisen, die im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung hintereinander angeordnet sind und die zum Erzeugen der ersten asymmetrischen Strahlungsverteilung zusammenwirken.
Gemäß einer Weiterbildung ist das optische Element so ausgebildet, dass die asymmetrische optische Fläche abhängig von der dynamischen Veränderung des Bereichs angepasst wird. Das Anpassen der optischen Fläche abhängig von der dynamischen Veränderung des Bereichs kann dazu beitragen, die erste asymmetrische Strahlungsverteilung an die dynamische Veränderung des Bereichs dynamisch anzupassen. In anderen Worten kann auf die dynamische Veränderung des Bereichs mit einer dynamischen Veränderung der optischen Fläche reagiert werden, wodurch die erste asymmetrische Strahlungsverteilung auf die dynamische Veränderung des Bereichs angepasst werden kann. Die optische Fläche kann beispielsweise dynamisch angepasst werden, indem das optische Element so ausgebildet ist, dass die Strahlengänge der emittierten elektromagnetischen Strahlung veränderbar und insbesondere anpassbar sind, wodurch die lokale Strahlungsintensität anpassbar ist. Beispielsweise kann das optische Element ein, zwei oder mehr elektrisch ansteuerbare Fluidlinsen aufweisen, deren Eintrittsflächen und/oder Austrittsflächen mithilfe elektrischer Spannungen verändert werden können.
Gemäß einer Weiterbildung ist die asymmetrische optische Fläche strahlungsbeugend, strahlungsbrechend, und/oder segmentiert ausgebildet. Dies kann auf besonders einfache Art und Weise dazu beitragen, die erste asymmetrische Strahlungsverteilung zu erzeugen.
Gemäß einer Weiterbildung ist die optische Fläche abhängig von dem Bereich nach Maß ausgebildet. In anderen Worten sind das optische Element und/oder die optische Fläche getaylored (engl.: taylored lense). Anschaulich gesprochen wird zunächst ermittelt, wie bei bestimmungsgemäßen Einsatz der TOF-Kamera der Bereich ausgebildet ist und wo der Bereich relativ zu der TOF-Kamera angeordnet ist, in anderen Worten wo das Objekt ausgehend von der TOF-Kamera erwartet wird, und nachfolgend wird die optische Fläche Maß genau, insbesondere passgenau zu dem Bereich ausgebildet. Insbesondere wird die optische Fläche so ausgebildet, dass der Bereich bei bestimmungsgemäßen Einsatz der TOF-Kamera besonders gut ausgeleuchtet bzw. ausgestrahlt ist.
Gemäß einer Weiterbildung weist die TOF-Kamera ein Gehäuse auf, in dem die Strahlungsquelle, die Sensoranordnung, die Recheneinheit und das optische Element angeordnet sind.
Eine Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit der TOF-Kamera, wobei das Objekt ein Verkehrsobjekt ist. Das Verkehrsobjekt kann beispielsweise ein anderer Verkehrsteilnehmer, beispielsweise ein anderes Kraftfahrzeug, ein Fahrradfahrer oder ein Fußgänger, oder irgendein Gegenstand sein, der sich in der Nähe des Kraftfahrzeugs befindet, beispielsweise ein Verkehrsschild, eine Leitplanke oder eine Ampel. Falls die TOF-Kamera beispielsweise an einer Front oder an einer Rückseite des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, so kann aufgrund der ersten asymmetrischen Strahlungsverteilung dennoch ein sich seitlich vor oder seitlich hinter dem Kraftfahrzeug befindliches Objekt sehr gut erfasst werden, insbesondere mit einem sehr guten Signal-Rausch-Verhältnis, und der Abstand zu diesem Objekt kann besonders präzise ermittelt werden. Falls die TOF-Kamera beispielsweise an einer Seite des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, so kann aufgrund der ersten asymmetrischen Strahlungsverteilung dennoch ein sich seitlich vor oder seitlich hinter dem Kraftfahrzeug befindliches Objekt sehr gut erfasst werden, insbesondere mit einem sehr guten Signal-Rausch-Verhältnis, und der Abstand zu diesem Objekt kann besonders präzise ermittelt werden. Falls sich das Kraftfahrzeug relativ zu dem Objekt bewegt, so kann die erste asymmetrische Strahlungsverteilung derart dynamisch angepasst werden, dass die Strahlungsintensität der elektromagnetischen Strahlung in dem Bereich, in dem sich das Objekt aktuell befindet, besonders hoch ist, wodurch zu jedem Zeitpunkt eine besonders präzise Bestimmung des Abstands zu dem Objekt möglich ist.
Die im Vorhergehenden im Zusammenhang mit der TOF-Kamera erläuterten Weiterbildungen und/oder Vorteile können ohne weiteres auf das Kraftfahrzeug übertragen werden.
Eine Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer TOF-Kamera zum Ermitteln eines Abstands zu einem Objekt, bei dem: eine Strahlungsquelle zum Emittieren elektromagnetischer Strahlung in Richtung hin zu dem Objekt angeordnet wird; eine strahlungsempfindliche Sensoranordnung so angeordnet wird, dass sie die elektromagnetische Strahlung, die von dem Objekt reflektiert und/oder gestreut wird, erfasst; eine Recheneinheit dazu ausgebildet wird, eine Zeitdauer zu ermitteln, die die elektromagnetische Strahlung von der Strahlungsquelle zu dem Objekt und von dem Objekt zu dem Empfänger benötigt, und den Abstand zwischen der TOF-Kamera und dem Objekt abhängig von der ermittelten Zeitdauer zu ermitteln, und mit der Strahlungsquelle und der Sensoranordnung elektrisch verbunden wird; und ein optisches Element zum Beeinflussen der emittierten elektromagnetischen Strahlung im Strahlungspfad der emittierten elektromagnetischen Strahlung zwischen der Strahlungsquelle und dem Objekt angeordnet wird, wobei die Strahlungsquelle und/oder das optische Element so ausgebildet und angeordnet werden, dass die emittierte elektromagnetische Strahlung nach Passieren des optischen Elements eine erste asymmetrische Strahlungsverteilung aufweist.
Die im Vorhergehenden im Zusammenhang mit der TOF-Kamera und dem Kraftfahrzeug erläuterten Weiterbildungen und/oder Vorteile können ohne weiteres auf das Verfahren zum Herstellen der TOF-Kamera übertragen werden.
Eine Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zum Ermitteln eines Abstands zu einem Objekt, bei dem: elektromagnetische Strahlung, die eine erste asymmetrische Strahlungsverteilung hat, in Richtung hin zu dem Objekt emittiert wird; die elektromagnetische Strahlung, die von dem Objekt reflektiert und/oder gestreut wird, erfasst wird; eine Zeitdauer ermittelt wird, die die elektromagnetische Strahlung von der Strahlungsquelle zu dem Objekt und von dem Objekt zu dem Empfänger benötigt; und der Abstand zu dem Objekt abhängig von der ermittelten Zeitdauer ermittelt wird. Die im Vorhergehenden im Zusammenhang mit der TOF-Kamera und dem Kraftfahrzeug erläuterten Weiterbildungen und/oder Vorteile können ohne weiteres auf das Verfahren zum Ermitteln des Abstandes zu dem Objekt übertragen werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen TOF-Kamera und eines Objekts;
2 eine herkömmliche Strahlungsverteilung;
3 eine schematische Darstellung der herkömmlichen TOF-Kamera und des Objekts gemäß 1;
4 die herkömmliche Strahlungsverteilung gemäß 2;
5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer TOF-Kamera und eines Objekts;
6 ein Ausführungsbeispiel einer ersten asymmetrischen Strahlungsverteilung;
7 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Strahlungsquelle;
8 ein Ausführungsbeispiel einer zweiten asymmetrischen Strahlungsverteilung;
9 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Strahlungsquelle;
10 ein Ausführungsbeispiel eines optischen Elements;
11 ein Ausführungsbeispiel eines optischen Elements;
12 ein Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeugs.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser Beschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Da Komponenten von Ausführungsbeispielen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsbeispiele benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert. In den Figuren sind identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
Ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Bauelement kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen ein elektromagnetische Strahlung emittierendes HalbleiterBauelement sein und/oder als eine elektromagnetische Strahlung emittierende Diode, als eine organische elektromagnetische Strahlung emittierende Diode, als ein elektromagnetische Strahlung emittierender Transistor, als ein organischer elektromagnetische Strahlung emittierender Transistor oder als Laserdiode ausgebildet sein. Die Strahlung kann beispielsweise Licht im sichtbaren Bereich, UV-Licht und/oder Infrarot-Licht sein. In diesem Zusammenhang kann das elektromagnetische Strahlung emittierende Bauelement beispielsweise als Licht emittierende Diode (light emitting diode, LED) als organische Licht emittierende Diode (organic light emitting diode, OLED), als Licht emittierender Transistor oder als organischer Licht emittierender Transistor ausgebildet sein. Das Licht emittierende Bauelement kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen Teil einer integrierten Schaltung sein. Weiterhin kann eine Mehrzahl von Licht emittierenden Bauelementen vorgesehen sein, beispielsweise untergebracht in einem gemeinsamen Gehäuse.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer herkömmlichen TOF-Kamera 2 und eines Objekts 32. Die herkömmliche TOF-Kamera 2 dient zum Ermitteln eines Abstands D zwischen der herkömmlichen TOF-Kamera 2 und dem Objekt 32. Das Objekt 32 ist in einem ersten Bereich 42 angeordnet.
Die herkömmliche TOF-Kamera 2 weist eine herkömmliche Strahlungsquelle 4, ein herkömmliches optisches Element 6, eine herkömmliche strahlungsempfindliche Sensoranordnung 8 und eine herkömmliche Recheneinheit 10 auf, die in einem herkömmlichen Gehäuse 12 angeordnet sind.
Im Betrieb der herkömmlichen TOF-Kamera 2 emittiert die herkömmliche Strahlungsquelle 4 herkömmliche elektromagnetische Strahlung 14, die mittels des herkömmlichen optischen Elements 6 beeinflusst, beispielsweise fokussiert, gestreut, gebrochen und/oder gebeugt wird. Die herkömmliche TOF-Kamera 2 wird so ausgerichtet, dass die emittierte herkömmliche elektromagnetische Strahlung 14 auf das Objekt 32 trifft. Das Objekt 32 reflektiert und/oder streut zumindest einen Teil der herkömmlichen elektromagnetischen Strahlung 14, so dass reflektierte bzw. gestreute herkömmliche elektromagnetische Strahlung 16 auf die herkömmliche Sensoranordnung 8 trifft und von dieser erfasst wird.
Die herkömmliche Recheneinheit 10 ermittelt eine Zeitdauer, die die herkömmliche elektromagnetische Strahlung 14, 16 benötigt, um von der herkömmlichen Strahlungsquelle 4 bis zu der herkömmlichen Sensoranordnung 8 zu gelangen. Die herkömmliche Recheneinheit 10 ermittelt abhängig von der ermittelten Zeitdauer und der Lichtgeschwindigkeit den Abstand D.
2 zeigt eine herkömmliche Strahlungsverteilung 40. Die herkömmliche Strahlungsverteilung 40 ist in einem ersten Weg-Strahlungsintensität-Diagramm 38, bei dem eine Strahlungsintensität I, die an der Y-Achse des ersten Weg-Strahlungsintensität-Diagramms 38 angetragen ist, der emittierten Strahlung 14 abhängig von einem Weg X, der an einer X-Achse des ersten Weg-Strahlungsintensität-Diagramms 38 angetragen ist, gezeigt ist. Der Weg X ist repräsentativ für einen Abstand zu einer Geraden, die senkrecht auf einer optisch aktiven Fläche, insbesondere einer Lichtemissionsfläche, der herkömmlichen Strahlungsquelle 4 steht. Somit kann die Y-Achse des ersten Weg-Strahlungsintensität-Diagramms 38 als repräsentativ für die Gerade, die senkrecht auf der optisch aktiven Fläche steht, betrachtet werden.
Die herkömmliche Strahlungsverteilung 40 ist symmetrisch zur Y-Achse und damit symmetrisch zu der Geraden, die senkrecht auf der optisch aktiven Fläche der herkömmlichen Strahlungsquelle 4 steht. Falls das Objekt 32, wie in 1 gezeigt, genau mittig auf dieser Geraden liegt, so kann mittels der herkömmlichen TOF-Kamera 2 ein sehr gutes Signal-Rausch-Verhältnis erzielt werden, weshalb der Abstand D zu dem Objekt 32 sehr präzise ermittelt werden kann.
3 zeigt eine schematische Darstellung der herkömmlichen TOF-Kamera 2 gemäß 1 und des herkömmlichen Objekts 32, wobei das Objekt 32 in einem zweiten Bereich 44 angeordnet ist, der sich neben dem ersten Bereich 42 befindet. Außerdem ist in 3 ein dritter Bereich 46 eingezeichnet, der auf einer von dem ersten Bereich 42 abgewandten Seite des zweiten Bereichs 44 angeordnet ist.
In 3 sind zur Vereinfachung der Darstellung der erste, der zweite und der dritte Bereich 42, 44, 46 als verschiedene Bereiche, die nebeneinander angeordnet sind, eingezeichnet. In der Realität können der erste, der zweite und der dritte Bereich 42, 44, 46 tatsächlich als verschiedene Bereiche angesehen werden. Alternativ dazu können jedoch der erste, der zweite und der dritte Bereich 42, 44, 46 lediglich verschiedene Positionen eines vorgegebenen Bereichs repräsentieren, der sich mit fortlaufender Zeitdauer bewegt. Beispielsweise kann der vorgegebene Bereich zu einem ersten Zeitpunkt dem ersten Bereich 42 entsprechen, zu einem zweiten Zeitpunkt dem zweiten Bereich 44 entsprechen und zu einem dritten Zeitpunkt dem dritten Bereich 46 entsprechen. In anderen Worten können der erste, zweite und dritte Bereich 42, 44, 46 repräsentativ für eine Bewegung des vorgegebenen Bereichs sein.
4 zeigt die herkömmliche Strahlungsverteilung 40 gemäß 2, die in einem zweiten Weg-Strahlungsintensität-Diagramm 41 eingezeichnet ist. In dem zweiten Weg-Strahlungsintensität-Diagramm 41 sind außerdem mittels gestrichelter Linien die in 3 gezeigten Bereiche 42, 44, 46 repräsentiert.
Aus den 3 und 4 geht hervor, dass von den drei Bereichen 42, 44, 46 der erste Bereich 42 mit der größten Strahlungsintensität bestrahlt wird, der zweite Bereich 44 mit mittlerer Strahlungsintensität bestrahlt wird und der dritte Bereich 46 mit der geringsten Strahlungsintensität bestrahlt wird. Insbesondere wird der zweite Bereich 44 nicht mit der maximal möglichen Strahlungsintensität bestrahlt. Da sich das Objekt 32 in dem zweiten Bereich 44 befindet, gelangt weniger emittierte herkömmliche elektromagnetische Strahlung 14 als bei der in 1 gezeigten Situation zu dem Objekt 32, welches dementsprechend weniger herkömmliche elektromagnetische Strahlung 16 zu der herkömmlichen Sensoranordnung 8 reflektieren bzw. streuen kann. Dadurch verschlechtert sich das Signal-Rausch-Verhältnis, weswegen sich eine Präzision bei der Ermittlung des Abstands D verschlechtert. Dementsprechend noch schlechter werden das Signal-Rausch-Verhältnis und damit die Präzision bei der Ermittlung des Abstands D, falls sich das Objekt 32 in dem dritten Bereich 46 befindet.
Die einzigen Möglichkeiten bei der herkömmlichen TOF-Kamera 2, das Signal-Rausch-Verhältnis wieder zu verbessern, bestehen darin, die TOF-Kamera 2 so zu drehen, dass das Maximum der herkömmlichen Strahlungsverteilung 40 in dem zweiten Bereich 44 liegt, oder zu warten, bis sich das Objekt 32 wieder in dem ersten Bereich 42 befindet. Bei manchen Anwendungen ist jedoch ein Drehen der herkömmlichen TOF-Kamera 2 nicht möglich, beispielsweise, wenn die herkömmliche TOF-Kamera 2 fest in einer übergeordneten Vorrichtung verbaut ist. Bei anderen Anwendungen wird ein Drehen der herkömmlichen TOF-Kamera 2 mittels einer aufwändigen und/oder teuren Aktuatoranordnung ermöglicht. Ferner ist bei manchen Anwendungen ein Warten darauf, dass sich das Objekt 32 wieder in dem ersten Bereich 42 befindet, nicht akzeptabel und bei manchen Anwendungen wird das Objekt 32 grundsätzlich in dem zweiten Bereich 44 erwartet.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer TOF-Kamera 20 und eines Objekts 32. Die TOF-Kamera 20 dient zum Ermitteln des Abstands D zwischen der TOF-Kamera 20 und dem Objekt 32. Das Objekt 32 ist in dem zweiten Bereich 44 angeordnet.
Die TOF-Kamera 20 weist eine Strahlungsquelle 24, ein optisches Element 26, eine strahlungsempfindliche Sensoranordnung 28 und eine Recheneinheit 30 auf, die in einem Gehäuse 22 angeordnet sind. Die Strahlungsquelle 24 kann ein, zwei oder mehr lichtemittierende Bauelemente, beispielsweise LEDs, OLEDs und/oder Laserdioden aufweisen. Optional kann die Strahlungsquelle 24 ein, zwei oder mehr Strahlung beeinflussende Elemente, wie beispielsweise Linsen und/oder Filter und/oder Strahlung brechende, Strahlung streuende oder Strahlung beugende Elemente, aufweisen. Das optische Element 26 kann beispielsweise ein, zwei oder mehr Linsen und/oder optische Flächen aufweisen. Die Sensoranordnung 28 kann ein, zwei oder mehr Sensoren aufweisen, beispielsweise Fotosensoren. Die Recheneinheit 30 kann einen, zwei oder mehr Mikrochips, elektronische Schaltkreise, Prozessoren und/oder Speichereinheiten aufweisen.
Im Betrieb der TOF-Kamera 20 emittiert die Strahlungsquelle 24 elektromagnetische Strahlung 34, die mittels des optischen Elements 26 beeinflusst, beispielsweise fokussiert, gestreut, gebrochen und/oder gebeugt wird. Die TOF-Kamera 20 kann beispielsweise mittels der Recheneinheit 30 angesteuert werden. Die TOF-Kamera 20 kann beispielsweise die elektromagnetische Strahlung 34 modulieren, beispielsweise in Form eines Sinussignals oder eines Rechtecksignals. Die TOF-Kamera 20 ist so ausgerichtet, dass die emittierte elektromagnetische Strahlung 24 auf das Objekt 32 trifft. Das Objekt 32 reflektiert und/oder streut zumindest einen Teil der elektromagnetischen Strahlung 24, so dass reflektierte bzw. gestreute elektromagnetische Strahlung 36 auf die Sensoranordnung 28 trifft und von dieser erfasst wird.
Die Recheneinheit 30 ermittelt eine Zeitdauer, die die elektromagnetische Strahlung 34, 36 benötigt, um von der Strahlungsquelle 24 bis zu der Sensoranordnung 28 zu gelangen. Dazu kann die Recheneinheit 30 beispielsweise eine Phasenverschiebung zwischen der emittierten elektromagnetischen Strahlung 34 und der empfangenen elektromagnetischen Strahlung 36 ermitteln. Die Recheneinheit 30 ermittelt abhängig von der ermittelten Zeitdauer und der Lichtgeschwindigkeit den Abstand D.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer ersten asymmetrischen Strahlungsverteilung 48. Die erste asymmetrische Strahlungsverteilung 48 ist in einem dritten Weg-Strahlungsintensität-Diagramm 47, bei dem die Strahlungsintensität I der emittierten Strahlung 34 abhängig von dem Weg X angetragen ist, gezeigt. Der Weg X ist repräsentativ für einen Abstand zu einer Geraden, die senkrecht auf einer optisch aktiven Fläche, insbesondere einer Lichtemissionsfläche, der Strahlungsquelle 24 steht.
Die Y-Achse des dritten Weg-Strahlungsintensität-Diagramms 47 kann als repräsentativ für die Gerade, die senkrecht auf der optisch aktiven Fläche steht, betrachtet werden.
Die erste asymmetrische Strahlungsverteilung 48 ist nicht symmetrisch zur Y-Achse und damit auch nicht symmetrisch zu der Geraden, die senkrecht auf der optisch aktiven Fläche der Strahlungsquelle 24 steht. Vielmehr hat die erste asymmetrische Strahlungsverteilung 48 ihr Maximum in dem zweiten Bereich 44 neben dem ersten Bereich 42, durch den mittig die Gerade, die senkrecht auf der optisch aktiven Fläche der Strahlungsquelle 24 steht, verläuft. Falls sich das Objekt 32, wie in 5 gezeigt, in dem zweiten Bereich 44 befindet, so kann mittels der TOF-Kamera 20 ein sehr gutes Signal-Rausch-Verhältnis erzielt werden, weshalb der Abstand D zu dem Objekt 32 sehr präzise ermittelt werden kann.
7 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Strahlungsquelle 24. die Strahlungsquelle 24 kann beispielsweise die im Vorhergehenden erläuterte Strahlungsquelle 24 sein. Die Strahlungsquelle 24 weist einen Träger 50 auf, auf dem ein erstes lichtemittierendes Bauelement 52, ein zweites lichtemittierendes Bauelement 54, ein drittes lichtemittierendes Bauelement 56 und ein viertes lichtemittierendes Bauelement 58 angeordnet sind. Die lichtemittierenden Bauelemente 52, 54, 56, 58 können über dem Träger 50 elektrisch kontaktiert sein. Ferner kann eine in 7 nicht gezeigter Treiber zum Betreiben der lichtemittierenden Bauelemente 52, 54, 56, 58 angeordnet sein. Die Strahlungsquelle 24 kann einen Projektor bilden oder Teil eines Projektors sein.
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer zweiten asymmetrischen Strahlungsverteilung 64. Die zweite asymmetrische Strahlungsverteilung 64 bezieht sich auf die von der Strahlungsquelle 24 emittierte elektromagnetische Strahlung noch bevor diese durch das optische Element 26 tritt und von diesem beeinflusst wird. In anderen Worten weist die elektromagnetische Strahlung nach Emission von der Strahlungsquelle 24 und vor Beeinflussung durch das optische Element 26 die zweite asymmetrische Strahlungsverteilung 64 auf. Die Strahlungsquelle 24 kann beispielsweise die in 7 gezeigte Strahlungsquelle 24 sein, wobei dann eine Lichtemissionsfläche der Strahlungsquelle 24 durch eine Ebene definiert ist, in der die Lichtemissionsflächen der lichtemittierenden Bauelemente 52, 54, 56, 58 liegen.
Die zweite asymmetrische Strahlungsverteilung 64 ist in einem vierten Weg-Strahlungsintensität-Diagramm 60, bei dem die Strahlungsintensität I der emittierten Strahlung 34 abhängig von dem Weg X angetragen ist, gezeigt. Der Weg X ist repräsentativ für einen Abstand zu einer Geraden, die senkrecht auf einer optisch aktiven Fläche, insbesondere einer Lichtemissionsfläche, der Strahlungsquelle 24 steht. Die Y-Achse des vierten Weg-Strahlungsintensität-Diagramms 60 kann als repräsentativ für die Gerade, die senkrecht auf der optisch aktiven Fläche steht, betrachtet werden.
Die zweite asymmetrische Strahlungsverteilung 64 ist nicht symmetrisch zur Y-Achse und damit auch nicht symmetrisch zu der Geraden, die senkrecht auf der optisch aktiven Fläche der Strahlungsquelle 24 steht. Vielmehr ist ein Maximum der zweiten asymmetrischen Strahlungsverteilung 60 weg von der Y-Achse in 8 nach links verschoben.
Die emittierte elektromagnetische Strahlung hat vor der Beeinflussung durch das optische Element 26 die zweite asymmetrische Strahlungsverteilung 64 und nach der Beeinflussung durch das optische Element 26 die erste asymmetrische Strahlungsverteilung 48. Dabei kann das optische Element 26 optional keinen Einfluss auf die Asymmetrie der ersten asymmetrischen Strahlungsverteilung 48 haben. Beispielsweise kann das optische Element 26 in Form einer Linse ausgebildet sein. Alternativ dazu kann das optische Element 26 einen Einfluss auf die Asymmetrie der ersten asymmetrischen Strahlungsverteilung 48 haben.
Die zweite asymmetrische Strahlungsverteilung 64 kann beispielsweise erzielt werden, indem die lichtemittierenden Bauelemente 52, 54, 56, 58 die elektromagnetische Strahlung mit unterschiedlicher Strahlungsintensität emittieren. Beispielsweise können das erste und das vierte Licht emittierende Bauelement 52, 58 die elektromagnetische Strahlung mit der geringsten Strahlungsintensität emittieren, das zweite lichtemittierende Bauelement 54 kann elektromagnetische Strahlung mit einer demgegenüber höheren Strahlungsintensität emittieren und das dritte lichtemittierende Bauelement 56 kann die elektromagnetische Strahlung mit der höchsten Strahlungsintensität emittieren.
Optional können die lichtemittierenden Bauelemente 52, 54, 56, 58 jeweils so angesteuert werden, dass die Strahlungsintensität der von ihnen emittierten elektromagnetischen Strahlung variabel ist. Dies ermöglicht, die zweite asymmetrische Strahlungsverteilung 64 dynamisch zu verändern.
Falls mittels der zweiten asymmetrischen Strahlungsverteilung 64 die in 6 gezeigte erste asymmetrische Strahlungsverteilung 48 erzeugt wird und falls sich das Objekt 32 in dem zweiten Bereich 44 befindet, so kann mittels der TOF-Kamera 20 ein sehr gutes Signal-Rausch-Verhältnis erzielt werden, weshalb der Abstand D zu dem Objekt 32 sehr präzise ermittelt werden kann. Falls sich das Objekt 32 bewegt, so kann die zweite asymmetrische Strahlungsverteilung 64 derart angepasst werden, dass genau in dem Bereich, in dem sich das Objekt 32 aufgrund seiner Bewegung dann befindet, mit der maximal möglichen Strahlungsintensität bestrahlt wird. In diesem Fall kann auch bei einer Bewegung des Objekts 32 mittels der TOF-Kamera 20 ein sehr gutes Signal-Rausch-Verhältnis erzielt werden, weshalb der Abstand D zu dem Objekt 32 sehr präzise ermittelt werden kann.
Beispielsweise können bei einer Bewegung des Objekts 32 von dem zweiten Bereich 44 in den dritten Bereich 46 die lichtemittierenden Bauelemente 52, 54, 56, 58 so angesteuert werden, dass das vierte lichtemittierende Bauelement 58 die elektromagnetische Strahlung mit der höchsten Strahlungsintensität emittiert. Alternativ dazu können bei einer Bewegung des Objekts 32 in den ersten Bereich 42 die lichtemittierenden Bauelemente 52, 54, 56, 58 so angesteuert werden, dass das erste und/oder das zweite lichtemittierende Bauelement 56 so angesteuert werden, dass sie die elektromagnetische Strahlung mit der höchsten Strahlungsintensität emittieren. Ferner kann, falls das Objekt 32 noch nicht im Sichtfeld der TOF-Kamera 20 ist, der Bereich 42, 44, 46 mit der höchsten Strahlungsintensität bestrahlt werden, in dem das Objekt 32 erwartet wird und/oder mit der höchsten Wahrscheinlichkeit auftauchen wird.
9 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Strahlungsquelle 24. Die Strahlungsquelle 24 weist den Träger 50 und die darauf angeordneten lichtemittierenden Bauelemente 52, 54, 56, 58 auf, die beispielsweise wie im Vorhergehenden erläutert ausgebildet sein können und/oder betrieben werden können. Außerdem weist die Strahlungsquelle 24 einen ersten Treiber 53 zum Betreiben des ersten lichtemittierenden Bauelements 52, einen zweiten Treiber 55 zum Betreiben des zweiten lichtemittierenden Bauelements 54, einen dritten Treiber 57 zum Betreiben des dritten lichtemittierenden Bauelements 56 und ein vierten Treiber 59 zum Betreiben des vierten lichtemittierenden Bauelements 58 auf. Alternativ dazu kann lediglich ein Treiber zum Betreiben der lichtemittierenden Bauelemente 52, 54, 56, 58 vorgesehen sein. Ferner weist die Strahlungsquelle 24 eine Linsenanordnung 51 und optional eine lichtbeeinflussende Schichtenstruktur 61 auf. Die Strahlungsquelle 24 kann einen Projektor bilden oder Teil eines Projektors sein.
Die Linsenanordnung 51 weist mehrere Linsen auf, die jeweils einem der lichtemittierenden Bauelemente 52, 54, 56, 58 zugeordnet und optisch nachgeschaltet sind. Insbesondere ist jeweils eine der Linsen im Strahlengang der von dem entsprechenden lichtemittierenden Bauelement 52, 54, 56, 58 emittierten elektromagnetischen Strahlung angeordnet. Alternativ dazu können jedem der lichtemittierenden Bauelemente 52, 54, 56, 58 zwei oder mehr Linsen zugeordnet sein oder eine Linse kann zwei oder mehr der lichtemittierenden Bauelemente 52, 54, 56, 58 zugeordnet sein.
Die Linsen weisen jeweils mindestens eine optische Fläche auf, die dynamisch veränderbar ist. Beispielsweise sind die Linsen und insbesondere die optischen Flächen mittels elektrischen Stroms und/oder mittels elektrischer Spannung veränderbar. Beispielsweise sind die Linsen elektrisch ansteuerbare Fluidlinsen.
Die lichtbeeinflussende Schichtenstruktur 61 weist lateral nebeneinander verschiedene Teilabschnitte auf, wobei die Teilabschnitte alternierend diffraktiv und refraktiv auf die durch sie tretende elektromagnetische Strahlung wirken.
Bei einer Veränderung der optischen Flächen der Linsen ändern sich auch die Strahlengänge der elektromagnetischen Strahlung, die durch die Linsen und insbesondere die optischen Flächen tritt. Beispielsweise kann in einem ersten Ansteuerzustand die elektromagnetische Strahlung entlang eines ersten Strahlengangs 63 und in einem zweiten Ansteuerzustand entlang eines zweiten Strahlengangs 65 emittiert werden. Dies ermöglicht, mittels der Strahlungsquelle 24 elektromagnetische Strahlung mit einer dynamisch veränderbaren Strahlungsverteilung zu erzeugen. Beispielsweise kann mit der Strahlungsquelle 24 die in 8 gezeigte zweite asymmetrische Strahlungsverteilung 64 erzeugt werden. Darüber hinaus kann mittels der Strahlungsquelle 24 die in 8 gezeigte zweite asymmetrische Strahlungsverteilung 64 dynamisch verändert werden.
Falls mittels der zweiten asymmetrischen Strahlungsverteilung 64 die in 6 gezeigte erste asymmetrische Strahlungsverteilung 48 bewirkt wird und falls sich das Objekt 32 in dem zweiten Bereich 44 befindet, so kann mittels der TOF-Kamera 20 ein sehr gutes Signal-Rausch-Verhältnis erzielt werden, weshalb der Abstand D zu dem Objekt 32 sehr präzise ermittelt werden kann. Falls sich das Objekt 32 bewegt, so kann die zweite asymmetrische Strahlungsverteilung 64 derart angepasst werden, dass genau in dem Bereich, in dem sich das Objekt 32 aufgrund seiner Bewegung dann befindet, mit der maximal möglichen Strahlungsintensität bestrahlt wird. In diesem Fall kann auch bei einer Bewegung des Objekts 32 mittels der TOF-Kamera 20 ein sehr gutes Signal-Rausch-Verhältnis erzielt werden, weshalb der Abstand D zu dem Objekt 32 sehr präzise ermittelt werden kann.
Beispielsweise können die lichtemittierenden Bauelemente 52, 54, 56, 58 elektromagnetische Strahlung mit der gleichen und mit gleichbleibender Strahlungsintensität emittieren und bei einer Bewegung des Objekts 32 von dem zweiten Bereich 44 in den dritten Bereich 46 können die Linsen so angesteuert werden, dass die Strahlengänge der emittierten elektromagnetischen Strahlung 34 so verändert werden, dass der dritte Bereich 46 mit der elektromagnetischen Strahlung 34 mit der höchsten Strahlungsintensität bestrahlt wird. Alternativ dazu können bei einer Bewegung des Objekts 32 in den ersten Bereich 42 die Linsen so angesteuert werden, dass der erste Bereich 42 mit der elektromagnetischen Strahlung 34 mit der höchsten Strahlungsintensität bestrahlt wird. Ferner kann, falls das Objekt 32 noch nicht im Sichtfeld der TOF-Kamera 20 ist, der Bereich 42, 44, 46 mit der höchsten Strahlungsintensität bestrahlt werden, in dem das Objekt 32 erwartet wird und/oder mit der höchsten Wahrscheinlichkeit auftauchen wird.
Somit wird die Asymmetrie der zweiten asymmetrischen Strahlungsverteilung 64 bei der mit Bezug zu 7 erläuterten Strahlungsquelle 24 ausschließlich mittels der lichtemittierenden Bauelemente 52, 54, 56, 58 und bei der mit Bezug zu 9 erläuterten Strahlungsquelle 24 ausschließlich mittels der Linsenanordnung 51 erzeugt. Alternativ dazu können sowohl die lichtemittierenden Bauelemente 52, 54, 56, 58 als auch die Linsenanordnung 51 zu der Asymmetrie der zweiten asymmetrischen Strahlungsverteilung 64 beitragen. Beispielsweise können bei der mit Bezug zu 9 erläuterten Strahlungsquelle 24 die mit Bezug zu 7 erläuterten lichtemittierenden Bauelemente 52, 54, 56, 58 verwendet werden.
Ferner können die Linsenanordnung 51 und/oder die lichtbeeinflussende Schichtenstruktur 61 nicht Teil der Strahlungsquelle 24 sondern Teil des optischen Elements 26 sein oder dieses bilden. Dabei können die lichtemittierenden Bauelemente 52, 54, 56, 58 die mit Bezug zu 7 oder die mit Bezug zu 9 erläuterten lichtemittierenden Bauelemente 52, 54, 56, 58 sein, also lichtemittierende Bauelemente 52, 54, 56, 58, die die elektromagnetische Strahlung mit gleicher Strahlungsintensität, mit verschiedener Strahlungsintensität oder mit variabler Strahlungsintensität erzeugen. Somit können in diesem Fall ausschließlich das optische Element 26 und insbesondere die Linsenanordnung 51, oder das optische Element 26, insbesondere die Linsenanordnung 51, und die lichtemittierenden Bauelemente 52, 54, 56, 58 zu der Asymmetrie der ersten asymmetrischen Strahlungsverteilung 48 beitragen.
10 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines optischen Elements 26, beispielsweise des im Vorhergehenden erläuterten optischen Elements 26. Das optische Element 26 weist eine Linse auf, die eine asymmetrische optische Fläche 70 aufweist. Die asymmetrische optische Fläche 70 bewirkt, dass die elektromagnetische Strahlung, die durch das optische Element 26 tritt, nachfolgend eine asymmetrische Strahlungsverteilung, insbesondere die erste asymmetrische Strahlungsverteilung 48, aufweist. Beispielsweise kann das optische Element 26 mit der asymmetrischen optischen Fläche 70 die elektromagnetische Strahlung, die von der Strahlungsquelle 24 emittiert wird und die eine symmetrische Strahlungsverteilung aufweist, derart beeinflussen, dass die elektromagnetische Strahlung 34 nachfolgend die erste asymmetrische Strahlungsverteilung 48 aufweist. Alternativ dazu kann das optische Element 26 mit der asymmetrischen optischen Fläche 70 die elektromagnetische Strahlung, die von der Strahlungsquelle 24 emittiert wird und die die zweite asymmetrische Strahlungsverteilung 64 aufweist, derart beeinflussen, dass die elektromagnetische Strahlung 34 nachfolgend die erste asymmetrische Strahlungsverteilung 48 aufweist.
11 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines optischen Elements 26, beispielsweise das im Vorhergehenden erläuterte optische Element 26. Das optische Element 26 weist ein erstes Segment 72, ein zweites Segment 74, ein drittes Segment 76 und ein viertes Segment 78 auf. Das optische Element 26 weist die asymmetrische optische Fläche 70 auf. Die optische Fläche 70 weist eine an dem ersten Segment 72 ausgebildete erste Teilfläche 82, eine an dem zweiten Segment 74 ausgebildete zweite Teilfläche 84, eine an den dritten Segment 76 ausgebildete dritte Teilfläche 86 und eine an dem vierten Segment 78 ausgebildete vierte Teilfläche 88 auf. Die Teilflächen 82, 84, 86, 88 können jeweils symmetrisch oder asymmetrisch ausgebildet sein. Falls die Teilflächen 82, 84, 86, 88 jeweils symmetrisch sind, so sind sie voneinander verschieden ausgebildet und derart angeordnet, dass insgesamt die optische Fläche 70 asymmetrisch ist.
Die asymmetrische optische Fläche 70 bewirkt, dass die elektromagnetische Strahlung, die durch das optische Element 26 tritt, nachfolgend eine asymmetrische Strahlungsverteilung, insbesondere die erste asymmetrische Strahlungsverteilung 48, aufweist. Beispielsweise kann das optische Element 26 mit der asymmetrischen optischen Fläche 70 die elektromagnetische Strahlung, die von der Strahlungsquelle 24 emittiert wird und die eine symmetrische Strahlungsverteilung aufweist, derart beeinflussen, dass die elektromagnetische Strahlung 34 nachfolgend die erste asymmetrische Strahlungsverteilung 48 aufweist. Alternativ dazu kann das optische Element 26 mit der asymmetrischen optischen Fläche 70 die elektromagnetische Strahlung, die von der Strahlungsquelle 24 emittiert wird und die die zweite asymmetrische Strahlungsverteilung 64 aufweist, derart beeinflussen, dass die elektromagnetische Strahlung 34 nachfolgend die erste asymmetrische Strahlungsverteilung 48 aufweist.
Die asymmetrischen optischen Flächen 70 sind bei den mit Bezug zu 10 und 11 erläuterten optischen Elementen 26 jeweils an einer Austrittsfläche des optischen Elements 26 ausgebildet. Alternativ dazu können die asymmetrischen optischen Flächen 70 auch an den Eintrittsflächen der optischen Elemente 26 oder an von den Eintrittsflächen und Austrittsflächen beabstandeten innen liegenden Flächen ausgebildet sein.
12 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeugs 90, das eine TOF-Kamera 20, beispielsweise eine der im Vorhergehenden mit Bezug zu den 5 bis 11 erläuterten TOF-Kameras 20 aufweist. Die TOF-Kamera 20 ist beispielsweise an einer Front des Kraftfahrzeugs 90 angeordnet. Alternativ dazu kann die TOF-Kamera 20 auch am Heck oder an einer der Seiten des Kraftfahrzeugs 90 angeordnet sein. Ferner können zusätzlich zu der einen TOF-Kamera 20 ein, zwei oder mehr weitere TOF-Kameras 20 in dem Kraftfahrzeug 90 angeordnet sein. Die TOF-Kamera 20 dient in dem Kraftfahrzeug 90 zum Ermitteln des Abstands D zu dem Objekt 32, das in diesem Zusammenhang ein Verkehrsobjekt ist, beispielsweise ein Fußgänger, ein Fahrradfahrer, ein anderes Kraftfahrzeug oder eine Leitplanke.
Die TOF-Kamera 20 ist aufgrund der Bauweise des Kraftfahrzeugs 90 und aufgrund ihrer Struktur so angeordnet, dass eine Vorderseite der TOF-Kamera 20 und insbesondere der Strahlungsquelle 24 der TOF-Kamera 20 senkrecht zur Fahrtrichtung ausgerichtet sind. Allerdings soll die TOF-Kamera 20 dazu verwendet werden, Abstände D zu Objekten 32 zu ermitteln, die nicht direkt frontal vor dem Kraftfahrzeug 90 angeordnet sind, sondern die zur Fahrtrichtung versetzt seitlich vor dem Kraftfahrzeug 90 angeordnet sind. Daher ist die TOF-Kamera 20 so ausgebildet, dass sie die erste asymmetrische Strahlungsverteilung 48 erzeugt, und zwar so, dass sie den Bereich 42, 44, 46, in dem am wahrscheinlichsten das Objekt 32 auftauchen wird und/oder der mit der höchsten Genauigkeit überwacht werden soll, die elektromagnetische Strahlung mit der höchsten Strahlungsintensität bestrahlt. Falls die TOF-Kamera 20, wie im Vorhergehenden erläutert, so ausgebildet ist, dass die mittels ihr erzeugte erste asymmetrische Strahlungsverteilung 48 variierbar ist, so kann der Bereich 42, 44, 46 entsprechend variiert werden oder bewegt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise können die Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden. Beispielsweise kann das optische Element 26 ein Teil der Strahlungsquelle 24 sein. Alternativ können die mit Bezug zu den Strahlungsquellen 24 erläuterten optischen Elemente Teil des optischen Elements 26 sein oder dieses bilden. Ferner können mehr oder weniger Bereiche 42, 44, 46 vorgesehen sein. Ferner können mehr oder weniger lichtemittierende Bauelemente 52, 54, 56, 58, mehr oder weniger Linsen, optische Elemente 26 und/oder mehr oder weniger Segmente 72, 74, 76, 78 vorgesehen sein.
Bezugszeichenliste

herkömmliche TOF-Kamera	2
herkömmliches Gehäuse	12
herkömmliche Strahlungsquelle	4
herkömmliches optisches Element	6
herkömmliche Sensoranordnung	8
herkömmliche Recheneinheit	10
herkömmlich emittierte elektromagnetische Strahlung	14
herkömmliche reflektierte elektromagnetische Strahlung	16
TOF-Kamera	20
Gehäuse	22
Strahlungsquelle	24
optisches Element	26
Sensoranordnung	28
Recheneinheit	30
Objekt	32
emittierte elektromagnetische Strahlung	34
reflektierte elektromagnetische Strahlung	36
erstes Diagramm	38
herkömmliche Strahlungsverteilung	40
zweites Diagramm	41
erster Bereich	42
zweiter Bereich	44
dritter Bereich	46
drittes Diagramm	47
erste Strahlungsverteilung	48
Träger	50
Linsenanordnung	51
erste LED	52
zweite LED	54
dritte LED	56
vierte LED	58
viertes Diagramm	60
Schichtenstruktur	61
vierter Bereich	62
ersten Strahlengang	63
zweite Strahlungsverteilung	64
zweiter Strahlengang	65
optische Fläche	70
erstes Segment	72
zweites Segment	74
drittes Segment	76
viertes Segment	78
erste Teilfläche	82
zweite Teilfläche	84
dritte Teilfläche	86
vierte Teilfläche	88
Kraftfahrzeug	90
Abstand	D
X-Richtung	X
Strahlungsintensität	I

Claims

TOF-Kamera (20) zum Ermitteln eines Abstands (D) zu einem Objekt (32), mit einer Strahlungsquelle (24), die dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung (34) in Richtung hin zu dem Objekt (32) zu emittieren, einem optischen Element (26), das zum Beeinflussen der emittierten elektromagnetischen Strahlung (34) im Strahlungspfad der emittierten elektromagnetischen Strahlung (34) zwischen der Strahlungsquelle (24) und dem Objekt (32) angeordnet ist, einer strahlungsempfindlichen Sensoranordnung (28), die so ausgebildet und angeordnet ist, dass sie die elektromagnetische Strahlung (36), die von dem Objekt (32) reflektiert und/oder gestreut wird, erfasst, und einer Recheneinheit (30), die mit der Strahlungsquelle (24) und der Sensoranordnung (28) elektrisch verbunden ist und die dazu ausgebildet ist, eine Zeitdauer, die die elektromagnetische Strahlung (34, 36) von der Strahlungsquelle (24) zu dem Objekt (32) und von dem Objekt (32) zu der Sensoranordnung (28) benötigt, zu ermitteln und den Abstand (D) zwischen der TOF-Kamera (20) und dem Objekt (32) abhängig von der ermittelten Zeitdauer zu ermitteln, wobei die Strahlungsquelle (24) und/oder das optische Element (26) so ausgebildet sind, dass die emittierte elektromagnetische Strahlung (34) nach Passieren des optischen Elements (26) eine erste asymmetrische Strahlungsverteilung (48) aufweist.
TOF-Kamera (20) nach Anspruch 1, bei der die Strahlungsquelle (24) und/oder das optische Element (26) so ausgebildet sind, dass die erste asymmetrische Strahlungsverteilung (48) an einen Bereich (42, 44, 46) angepasst ist, in dem ausgehend von der TOF-Kamera (20) das Objekt (32) erwartet wird.
TOF-Kamera (20) nach Anspruch 2, bei der die Strahlungsquelle (24) und/oder das optische Element (26) so ausgebildet sind, dass eine Strahlungsintensität (I) und/oder eine Strahlungsstärke der elektromagnetischen Strahlung in dem Bereich (42, 44, 46) größer als außerhalb des Bereichs (42, 44, 46) ist.
TOF-Kamera (20) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, bei der die Strahlungsquelle (24) und/oder das optische Element (26) so ausgebildet sind, dass bei einer dynamischen Veränderung des Bereichs (42, 44, 46) die erste asymmetrische Strahlungsverteilung (48) abhängig von der dynamischen Veränderung des Bereichs (42, 44, 46) angepasst wird.
TOF-Kamera (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Strahlungsquelle (24) so ausgebildet ist, dass die von ihr emittierte elektromagnetische Strahlung (34) eine zweite asymmetrische Strahlungsverteilung (64) aufweist.
TOF-Kamera (20) nach den Ansprüchen 4 und 5, bei der die Strahlungsquelle (24) so ausgebildet ist, dass die zweite asymmetrische Strahlungsverteilung (64) abhängig von der dynamischen Veränderung des Bereichs (42, 44, 46) angepasst wird.
TOF-Kamera (20) nach Anspruch 6, bei der die Strahlungsquelle (24) ein Projektor ist.
TOF-Kamera (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das optische Element (26) mindestens eine asymmetrische optische Fläche (70) aufweist, die so angeordnet ist, dass die emittierte elektromagnetische Strahlung (34) durch die asymmetrische optische Fläche (70) tritt.
TOF-Kamera (20) nach Anspruch 8, bei der das optische Element (26) so ausgebildet ist, dass die asymmetrische optische Fläche (70) abhängig von der dynamischen Veränderung des Bereichs (42, 44, 46) angepasst wird.
TOF-Kamera (20) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei der die asymmetrische optische Fläche (70) strahlungsbeugend, strahlungsbrechend und/oder segmentiert ausgebildet ist.
TOF-Kamera (20) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei der die optische Fläche (70) abhängig von dem Bereich nach Maß ausgebildet ist.
TOF-Kamera (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem Gehäuse (22), in dem die Strahlungsquelle (24), die Sensoranordnung (28), die Recheneinheit (30) und das optische Element (26) angeordnet sind.
Kraftfahrzeug mit einer TOF-Kamera (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Objekt (32) ein Verkehrsobjekt ist.
Verfahren zum Herstellen einer TOF-Kamera (20) zum Ermitteln eines Abstands (D) zu einem Objekt (32), bei dem eine Strahlungsquelle (24) zum Emittieren elektromagnetischer Strahlung (34) in Richtung hin zu dem Objekt (32) angeordnet wird, eine strahlungsempfindliche Sensoranordnung (28) so angeordnet wird, dass sie elektromagnetische Strahlung (36), die von dem Objekt (32) reflektiert und/oder gestreut wird, erfasst, eine Recheneinheit (30) dazu ausgebildet wird, eine Zeitdauer zu ermitteln, die die elektromagnetische Strahlung (34, 36) von der Strahlungsquelle (24) zu dem Objekt (32) und von dem Objekt (32) zu der Sensoranordnung (28) benötigt, und den Abstand (D) zwischen der TOF-Kamera (20) und dem Objekt (32) abhängig von der ermittelten Zeitdauer zu ermitteln, und mit der Strahlungsquelle (24) und der Sensoranordnung (28) elektrisch verbunden wird, und ein optisches Element (26) zum Beeinflussen der emittierten elektromagnetischen Strahlung (34) im Strahlungspfad der emittierten elektromagnetischen Strahlung (34) zwischen der Strahlungsquelle (24) und dem Objekt (32) angeordnet wird, wobei die Strahlungsquelle (24) und/oder das optische Element (26) so ausgebildet und angeordnet werden, dass die emittierte elektromagnetische Strahlung (34) nach Passieren des optischen Elements (26) eine erste asymmetrische Strahlungsverteilung (48) aufweist.
Verfahren zum Ermitteln eines Abstands (D) zu einem Objekt (32), bei dem elektromagnetische Strahlung (34), die eine erste asymmetrische Strahlungsverteilung (48) hat, in Richtung hin zu dem Objekt (32) emittiert wird, elektromagnetische Strahlung (36), die von dem Objekt (32) reflektiert und/oder gestreut wird, erfasst wird, eine Zeitdauer ermittelt wird, die die elektromagnetische Strahlung (34, 36) von der Strahlungsquelle (24) zu dem Objekt (32) und von dem Objekt (32) zu der Sensoranordnung (28) benötigt, und der Abstand (D) zu dem Objekt (32) abhängig von der ermittelten Zeitdauer ermittelt wird.