DE102018131580B4 - Time-of-flight distance measuring system and method for operating such a system - Google Patents

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Abstract

Lichtlaufzeit-Entfernungsmesssystem (28) mit einer Beleuchtung (14) zur Aussendung und einem Lichtlaufzeitsensor (22) zum Empfang modulierten Lichts und mit einem Modulator (30) zur Erzeugung eines Modulationssignals (M0',M0") für die Beleuchtung (14) und den Lichtlaufzeitsensor (22) aus zumindest einer Basis-PN-Folge, wobei die Basis-PN-Folge als eine Maximalfolge zur Selektion eines Distanzbereichs ausgebildet ist,und wobei diese Basis-PN-Folge (44) in Form von Sub-Bitfolgen (46, 48), die sich aus einer Substitutionsregel ergeben, an die Beleuchtung (14) und den Lichtlaufzeitsensor (22) ausgegeben wird,wobei sowohl für die Beleuchtung (14) als auch für den Lichtlaufzeitsensor (22) Sub-Bit-Folgen (46, 48) generiert werden, bei denen eine logische Eins der Basis-PN-Folge (44) durch eine erste Sub-Bit-Folge (46; 48) und eine logische Null der Basis-PN-Folge durch eine zweite Sub-Bit-Folge (48; 46) substituiert wirdund der Lichtlaufzeitsensor (22) als photonischer Mischelemente-Sensor (26) mit Modulationskanälen (A, B) ausgebildet ist,dadurch gekennzeichnet, dasssich die Sub-Bitfolgen (46) für die Beleuchtung (14) einer jeden Basis-PN-Folge von den entsprechenden Sub-Bitfolgen (48) für den Lichtlaufzeitsensor (22) unterscheiden,dass die Sub-Bitfolgen (48) für den photonischen Mischelemente-Sensor (26) derart ausgestaltet sind, dass eine im Wesentlichen symmetrische Verteilung von Ladungsträgern auf die Modulationskanäle (A, B) erfolg,und dass die Sub-Bitfolgen (46) für die Beleuchtung (14) derart ausgestaltet sind, dass die Anzahl der EINS-Bits kleiner als die Anzahl NULL-Bits ist.Time-of-flight distance measuring system (28) with lighting (14) for emitting and a time-of-flight sensor (22) for receiving modulated light and with a modulator (30) for generating a modulation signal (M0', M0") for the lighting (14) and the Light transit time sensor (22) consisting of at least one base PN sequence, the base PN sequence being designed as a maximum sequence for selecting a distance range, and this base PN sequence (44) being in the form of sub-bit sequences (46, 48), which result from a substitution rule, is output to the lighting (14) and the time-of-flight sensor (22), with sub-bit sequences (46, 48) for both the lighting (14) and the time-of-flight sensor (22). ) are generated, in which a logical one of the base PN sequence (44) is represented by a first sub-bit sequence (46; 48) and a logical zero of the base PN sequence is represented by a second sub-bit sequence ( 48; 46) is substituted and the time-of-flight sensor (22) is designed as a photonic mixing element sensor (26) with modulation channels (A, B), characterized in that the sub-bit sequences (46) for the illumination (14) of each base PN sequence differ from the corresponding sub-bit sequences (48) for the time-of-flight sensor (22) in that the sub-bit sequences (48) for the photonic mixing element sensor (26) are designed in such a way that a substantially symmetrical distribution of charge carriers the modulation channels (A, B) are successful, and that the sub-bit sequences (46) for the lighting (14) are designed such that the number of ONE bits is smaller than the number of ZERO bits.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lichtlaufzeit-Entfernungsmesssystem, insbesondere Lichtlaufzeitkamerasystem, mit einer Beleuchtung zur Aussendung und einem Lichtlaufzeitsensor zum Empfang modulierten Lichts und mit einem Modulator zur Erzeugung eines Modulationssignals für die Beleuchtung und den Lichtlaufzeitsensor aus zumindest einer Basis-PN-Folge, wobei diese Basis-PN-Folge in Form von Sub-Bitfolgen, die sich gemäß einer Substitutionsregel ergeben, an die Beleuchtung und den Lichtlaufzeitsensor ausgegeben wird. Unter dem Begriff PN-Folge ist in diesem Zusammenhang eine pseudo-zufällige Binärfolge zu verstehen, wobei die Abkürzung PN für Pseudo Noise steht.The invention relates to a time-of-flight distance measuring system, in particular a time-of-flight camera system, with lighting for emitting and a time-of-flight sensor for receiving modulated light and with a modulator for generating a modulation signal for the lighting and the time-of-flight sensor from at least one basic PN sequence, this basic PN sequence. PN sequence in the form of sub-bit sequences, which result according to a substitution rule, is output to the lighting and the time-of-flight sensor. In this context, the term PN sequence means a pseudo-random binary sequence, where the abbreviation PN stands for pseudo noise.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben eines derartigen Lichtlaufzeit-Entfernungsmesssystems sowie eines entsprechenden Computerprogrammprodukts und einer entsprechenden Verwendung des Verfahrens.The invention further relates to a corresponding method for operating such a time-of-flight distance measuring system as well as a corresponding computer program product and a corresponding use of the method.

Die Verwendung von derartigen pseudo-zufällige Binärfolgen (PN-Folgen) bei Lichtlaufzeit-Messsystemen ist durchaus verbreitet und auch die Substitution einer zugrundeliegenden Basis-PN-Folge mittels Sub-Bitfolgen ist im Zusammenhang mit derartigen Messsystemen hinlänglich bekannt. Die Verwendung von solchen pseudo-zufälligen Binärfolgen, die auch als „Pseudo-Noise Sequences“ bekannt sind, wie beispielsweise „Maximum Length Sequences“ (MLS) so genannte Maximalfolgen und „Barker-Codes“ zur Modulation eines Lichtlaufzeitsensors (Tiefenbildsensors) bieten aufgrund ihrer vorteilhaften Autokorrelationseigenschaften entscheidende Vorteile gegenüber herkömmlichen Modulationssequenzen in Form von einfach periodischen rechteck- bzw. sinusförmigen Signalfolgen.The use of such pseudo-random binary sequences (PN sequences) in time-of-flight measuring systems is quite common and the substitution of an underlying basic PN sequence using sub-bit sequences is also well known in connection with such measuring systems. Due to their advantageous autocorrelation properties have decisive advantages over conventional modulation sequences in the form of simply periodic rectangular or sinusoidal signal sequences.

Eine direkte bzw. unveränderte Verwendung dieser bekannten PN-Folgen zur Beleuchtungs- und Sensor-Modulation ist jedoch aufgrund der ungleichen Anzahl von logischen „Nullen“ und „Einsen“ für bestimmte Lichtlaufzeit-Messverfahren ungeeignet. Es ergeben sich negative Auswirkungen auf die Messsystem-Performance, insbesondere hinsichtlich des Rauschverhaltens und der Fremdlichtfestigkeit.However, direct or unchanged use of these known PN sequences for lighting and sensor modulation is unsuitable for certain light transit time measurement methods due to the unequal number of logical “zeros” and “ones”. There are negative effects on the measurement system performance, especially with regard to noise behavior and resistance to ambient light.

Aus der DE 10 2014 210 750 B3 ist beispielsweise ein Lichtlaufzeitkamerasystem bekannt, bei dem ein PN-Wort zur Modulation einer Beleuchtung und eines Lichtlaufzeitsensors anhand eines PN-Basis-Worts und einer Substitutionsvorschrift vorgegeben wird, wobei Bit-Zustände des PN-Basis-Worts durch Sub-Bitfolgen substituiert werden.From the DE 10 2014 210 750 B3 For example, a time-of-flight camera system is known in which a PN word for modulating lighting and a time-of-flight sensor is specified based on a PN base word and a substitution rule, with bit states of the PN base word being substituted by sub-bit sequences.

Die DE 600 09 565 T2 offenbart ein LIDAR-Entfernungsmesssystem, bei dem zur Vermeidung von Mehrdeutigkeiten bei der Messung großer Distanzen, eine grobe und eine feine Kreuzkorrelation durchgeführt wird, wobei bevorzugt PN-Signal Sequenzen maximaler Länge (MLS) verwendet werden.The DE 600 09 565 T2 discloses a LIDAR distance measuring system in which, in order to avoid ambiguity when measuring large distances, a coarse and a fine cross-correlation is carried out, with PN signal sequences of maximum length (MLS) preferably being used.

Die DE 3 616 950 A1 beschäftigt sich mit einem Rausch-Radar, bei dem eine Pseudo-Zufalls-Sequenz, vorzugsweise größer 10.000 Bits, wiederholt erzeugt und dazu benutzt wird, ein ausgesandtes Signal in der Phase zu modulieren, um beispielsweise Störungen oder ein fremdes Erfassen der Signale zu vermeiden.The DE 3 616 950 A1 deals with a noise radar in which a pseudo-random sequence, preferably larger than 10,000 bits, is repeatedly generated and used to modulate the phase of an emitted signal in order, for example, to avoid interference or external detection of the signals.

Die DE 19 704 496 A1 beschreibt das grundlegende Prinzip der Phasendetektion mit Hilfe von photonischen Mischelementen. Unter anderem wird auch eine Ausführung vorgeschlagen, bei dem die Modulation mit einem Pseudo-Noise-Signal erfolgt.The DE 19 704 496 A1 describes the basic principle of phase detection using photonic mixing elements. Among other things, an embodiment is also proposed in which the modulation takes place with a pseudo-noise signal.

Ein Lichtlaufzeit-Entfernungsmesssystem der eingangs genannten Art ist beispielsweise als Lichtlaufzeitkamerasystem aus der Patentschrift DE 10 2014 210 750 B3 bekannt. Dieses Lichtlaufzeitkamerasystem weist eine Beleuchtung zur Aussendung modulierten Lichts und eine auf dem Photomischelement-Prinzip beruhende Lichtlaufzeitkamera zum Empfang modulierten Lichts sowie einen Modulator zur Erzeugung eines Modulationssignals für die Beleuchtung und die Lichtlaufzeitkamera aus zumindest einer Basis-PN-Folge auf. Die Basis-PN-Folge wird dabei in Form von Sub-Bitfolgen, die sich gemäß einer Substitutionsregel ergeben, an die Beleuchtung und die Lichtlaufzeitkamera ausgegeben.A time-of-flight distance measuring system of the type mentioned at the beginning is, for example, a time-of-flight camera system from the patent DE 10 2014 210 750 B3 known. This time-of-flight camera system has lighting for emitting modulated light and a time-of-flight camera based on the photomixing element principle for receiving modulated light, as well as a modulator for generating a modulation signal for the lighting and the time-of-flight camera from at least one basic PN sequence. The basic PN sequence is output to the lighting and the time-of-flight camera in the form of sub-bit sequences, which result from a substitution rule.

Aufgabe der Erfindung ist es, Maßnahmen anzugeben, die es ermöglichen, die Verwendung von PN-Folgen für weitere Lichtlaufzeit-Messsysteme zu ermöglichen.The object of the invention is to provide measures that make it possible to use PN sequences for other time-of-flight measurement systems.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.The object is achieved according to the invention by the features of the independent claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Lichtlaufzeit-Entfernungsmesssystem mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen ist vorgesehen, dass sich die Sub-Bitfolgen für die Beleuchtung einer jeden Basis-PN-Folge von den entsprechenden Sub-Bitfolgen für den Lichtlaufzeitsensor unterscheiden. Bevorzugt ist das Lichtlaufzeit-Entfernungsmesssystem ein Lichtlaufzeit-Kamerasystem, dessen Lichtlaufzeitsensor bildgebend, also als Lichtlaufzeitkamera ausgestaltet ist.In the light transit time distance measuring system according to the invention with the features mentioned in the preamble of claim 1, it is provided that the sub-bit sequences for the illumination of each basic PN sequence differ from the corresponding sub-bit sequences for the light transit time sensor. The time-of-flight distance measuring system is preferably a time-of-flight camera system, the time-of-flight sensor of which is designed to produce images, i.e. as a time-of-flight camera.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß also dadurch gelöst, dass die aus der Substitution resultierende Folge für den Lichtlaufzeitsensor zumindest in gewissem Maße unabhängig von der aus der Substitution resultierende Folge für die Beleuchtung wählbar ist. Dies ermöglicht es, die beiden Folgen nach unterschiedlichen Kriterien zu optimieren.The object is achieved according to the invention in that the sequence resulting from the substitution for the time-of-flight sensor can be selected at least to a certain extent independently of the sequence resulting from the substitution for the lighting. This makes it possible to optimize the two sequences according to different criteria.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden sowohl für die Beleuchtung als auch für den Lichtlaufzeitsensor Sub-Bit-Folgen generiert, bei denen eine logische Eins der Basis-PN-Folge durch eine erste Sub-Bit-Folge und eine logische Null der Basis-PN-Folge durch eine zweite Sub-Bit-Folge substituiert wird. Zumindest eine der beiden Sub-Bitfolgen unterscheiden sich für Beleuchtung und Lichtlaufzeitsensor.According to a preferred embodiment of the invention, sub-bit sequences are generated for both the lighting and the time-of-flight sensor, in which a logical one of the base PN sequence is replaced by a first sub-bit sequence and a logical zero of the base PN sequence is substituted by a second sub-bit sequence. At least one of the two sub-bit sequences differs for the lighting and the time-of-flight sensor.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Lichtlaufzeitsensor als photonischer Mischelemente-Sensor mit Modulationskanälen ausgebildet. PN-Folgen (pseudo-zufälligen Binärfolgen) zur Modulation eines Tiefenbildsensors, der nach dem Prinzip des Photomischelements oder „Photonic Mixer Device“ (PMD) arbeitet, bieten aufgrund ihrer vorteilhaften Autokorrelationseigenschaften entscheidende Vorteile gegenüber herkömmlichen Modulationssequenzen in Form von einfach periodischen rechteck- bzw. sinusförmigen Signalfolgen. Eine direkte bzw. unveränderte Verwendung dieser Sequenzen zur Sensormodulation ist jedoch aufgrund der ungleichen Verteilung von logischen „Nullen“ und „Einsen“ und der daraus resultierenden ungleichmäßigen Ladungsträgerverteilung auf die beiden Modulationskanäle (-gates) des PMD-Tiefenbildsensors ungeeignet. Es ergeben sich negative Auswirkungen auf die Kameraperformance, insbesondere hinsichtlich des Rauschverhaltens und der Fremdlichtfestigkeit, da bei asymmetrischer Modulation Hintergrundlicht ungleich auf die beiden Modulationskanäle (-gates) verteilt und der Distanzmesswert somit verfälscht wird. Dies hat wiederum eine Reduktion des Dynamikbereichs zur Folge. Daher ist für einen solchen photonischer Mischelemente-Sensor vorgesehen, dass die Sub-Bitfolgen derart ausgestaltet sind, dass eine im Wesentlichen symmetrische Verteilung von Ladungsträgern auf die Modulationskanäle erfolgt.According to a further preferred embodiment of the invention, the time of flight sensor is designed as a photonic mixing element sensor with modulation channels. PN sequences (pseudo-random binary sequences) for modulating a depth image sensor, which works according to the principle of the photomixing element or “Photonic Mixer Device” (PMD), offer decisive advantages over conventional modulation sequences in the form of simply periodic rectangular or sinusoidal signal sequences. However, direct or unchanged use of these sequences for sensor modulation is unsuitable due to the uneven distribution of logical “zeros” and “ones” and the resulting uneven distribution of charge carriers on the two modulation channels (gates) of the PMD depth image sensor. There are negative effects on camera performance, especially with regard to noise behavior and resistance to extraneous light, since with asymmetrical modulation, background light is distributed unequally across the two modulation channels (gates) and the distance measurement value is therefore falsified. This in turn results in a reduction in the dynamic range. It is therefore provided for such a photonic mixing element sensor that the sub-bit sequences are designed in such a way that a substantially symmetrical distribution of charge carriers across the modulation channels occurs.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit den im Oberbegriff des Anspruchs 5 genannten Merkmalen ist vorgesehen, dass sich die Sub-Bitfolgen für die Beleuchtung einer jeden Basis-PN-Folge von den entsprechenden Sub-Bitfolgen für den Lichtlaufzeitsensor unterscheiden.In the method according to the invention with the features mentioned in the preamble of claim 5, it is provided that the sub-bit sequences for the illumination of each basic PN sequence differ from the corresponding sub-bit sequences for the time-of-flight sensor.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird sowohl für die Beleuchtung als auch für den Lichtlaufzeitsensor eine logische Eins der Basis-PN-Folge durch eine erste Sub-Bit-Folge und eine logische Null der Basis-PN-Folge durch eine zweite Sub-Bit-Folge substituiert, wobei bei der Folge für den Sensor diese beiden Sub-Bit-Folgen invers zueinander sind.According to a preferred embodiment of the method according to the invention, a logical one of the base PN sequence is represented by a first sub-bit sequence and a logical zero of the base PN sequence is represented by a second sub-bit for both the lighting and the time-of-flight sensor -Sequence substituted, whereby in the sequence for the sensor these two sub-bit sequences are inverse to each other.

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden für eine Lichtlaufzeit-Entfernungsmessung innerhalb eines festgelegten Entfernungsmessbereichs mehrere Einzelmessungen mit einer jeweiligen PN-Folge durchgeführt, wobei die Sub-Bitfolgen variiert werden.According to yet another preferred embodiment of the method according to the invention, several individual measurements are carried out with a respective PN sequence for a light transit time distance measurement within a defined distance measurement range, the sub-bit sequences being varied.

Mit Vorteil ist dabei vorgesehen, dass die Variation der Sub-Bitfolgen durch Verschieben oder Invertieren der Sub-Bitfolgen erfolgt.It is advantageously provided that the sub-bit sequences are varied by shifting or inverting the sub-bit sequences.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogrammprodukt umfassend Programmteile, die in einem Prozessor einer computerbasierten Systemsteuerung geladen zur Durchführung des vorstehend genannten Verfahrens eingerichtet sind.The invention further relates to a computer program product comprising program parts which are loaded into a processor of a computer-based system control and are set up to carry out the method mentioned above.

Die Erfindung betrifft schließlich auch die Verwendung des vorstehend genannten Verfahrens zur Vermeidung oder zumindest zur Reduktion zumindest eines Störeinflusses beim Betrieb oder bei einer Anwendung des Lichtlaufzeit-Entfernungsmesssystems aus der folgenden Liste:

  1. (i) Streulicht, welches durch optische Komponenten des Systems eingebracht wird,
  2. (ii) eines als Multi Path Interference bekannten Effekts der Mehrwegeausbreitung bei der Messung und
  3. (iii) eines Hintergrund-Signals bei Gesichtserkennungs-Anwendungen.
Finally, the invention also relates to the use of the above-mentioned method for avoiding or at least reducing at least one disruptive influence during operation or when using the time-of-flight distance measuring system from the following list:
  1. (i) scattered light, which is introduced by optical components of the system,
  2. (ii) an effect of multipath propagation in measurement known as Multi Path Interference and
  3. (iii) a background signal in facial recognition applications.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to the drawings.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines als Lichtlaufzeitkamerasystem ausgebildeten Lichtlaufzeit-Entfernungsmesssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
  • 2 eine modulierte Integration der erzeugten Ladungsträger,
  • 3 einen Schnitt durch ein Pixel eines als photonischer Mischelemente-Sensor ausgebildeten Lichtlaufzeitsensors des Lichtlaufzeitkamerasystems,
  • 4 eine Prinzipdarstellung der Basis PN-Folge (oben), der resultierenden Folge für eine Beleuchtung des Lichtlaufzeitkamerasystems (Mitte) und der resultierenden Folge für einen der Modulationskanäle des photonischen Mischelemente-Sensors (unten),
  • 5 resultierende Korrelationsfunktionen mehrerer Einzelmessungen bei denen eine Modulationssequenz der Beleuchtung gegenüber einer entsprechenden Modulationssequenz des Lichtlaufzeitsensors gemäß einer ersten Vorschrift variiert werden und
  • 6 resultierende Korrelationsfunktionen mehrerer Einzelmessungen bei denen eine Modulationssequenz der Beleuchtung gegenüber einer entsprechenden Modulationssequenz des Lichtlaufzeitsensors gemäß einer zweiten Vorschrift variiert werden.
Show it:
  • 1 a schematic representation of a time-of-flight distance measuring system designed as a time-of-flight camera system according to an embodiment of the invention,
  • 2 a modulated integration of the generated charge carriers,
  • 3 a section through a pixel of a time-of-flight sensor of the time-of-flight camera system designed as a photonic mixing element sensor,
  • 4 a schematic representation of the basic PN sequence (top), the resulting sequence for illumination of the time-of-flight camera system (middle) and the resulting sequence for one of the modulation channels of the photonic mixing element sensor (bottom),
  • 5 resulting correlation functions of several individual measurements in which a modulation sequence of the lighting is varied compared to a corresponding modulation sequence of the time-of-flight sensor according to a first rule and
  • 6 resulting correlation functions of several individual measurements in which a modulation sequence of the lighting is varied compared to a corresponding modulation sequence of the time-of-flight sensor according to a second rule.

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Lichtlaufzeitkamerasystems 10. Das Lichtlaufzeitkamerasystem 10 umfasst eine Sendeeinheit bzw. ein Beleuchtungsmodul 12 mit einer Beleuchtung 14 und einer dazugehörigen Strahlformungsoptik 16 sowie eine Empfangseinheit bzw. Lichtlaufzeitkamera 18 mit einer Empfangsoptik 20 und einem Lichtlaufzeitsensor 22. Der Lichtlaufzeitsensor 22 weist ein Pixel-Array einer Vielzahl von Lichtlaufzeitpixeln 24 auf (von denen eines in 3 explizit gezeigt ist) und ist im Beispiel als photonischer Mischelemente-Sensor 26, auch PMD-Sensor genannt, ausgebildet. Ist der Lichtleitsensor 22 nicht bildgebend, so kann der Lichtlaufzeitsensor 22 auch wenige oder sogar nur ein einziges Lichtlaufzeitpixel 24 aufweisen. In diesem Zusammenhang spricht man nicht mehr von einem Lichtlaufzeitkamerasystem 10 sondern allgemein von einem Lichtlaufzeit-Entfernungsmesssystem 28. Die Empfangsoptik 20 besteht typischerweise zur Verbesserung der Abbildungseigenschaften aus mehreren optischen Elementen. Die Strahlformungsoptik 16 des Beleuchtungsmoduls 12 kann beispielsweise als Reflektor oder Linsenoptik ausgebildet sein. In einer sehr einfachen Ausgestaltung kann gegebenenfalls auch auf optische Elemente sowohl empfangs- als auch sendeseitig verzichtet werden.The 1 shows a schematic representation of a time-of-flight camera system 10. The time-of-flight camera system 10 includes a transmitting unit or an illumination module 12 with lighting 14 and associated beam shaping optics 16 as well as a receiving unit or time-of-flight camera 18 with a receiving optics 20 and a time-of-flight sensor 22. The time-of-flight sensor 22 has a pixel -Array of a large number of light travel time pixels 24 (one of which is in 3 is explicitly shown) and is designed in the example as a photonic mixing element sensor 26, also called a PMD sensor. If the light guide sensor 22 is not imaging, the time of flight sensor 22 can also have a few or even just a single time of flight pixel 24. In this context, one no longer speaks of a time-of-flight camera system 10 but generally of a time-of-flight distance measuring system 28. The receiving optics 20 typically consist of several optical elements to improve the imaging properties. The beam shaping optics 16 of the lighting module 12 can be designed, for example, as a reflector or lens optics. In a very simple embodiment, optical elements can also be dispensed with on both the receiving and transmitting sides.

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 Beleuchtung 14 und der Lichtlaufzeitsensor 22 über einen Modulator 30 mit Modulationssignalen M01, M02 beaufschlagt, die auf gemeinsamen Basis-PN-Folgen beruhen.The measuring principle of this arrangement is essentially based on the fact that the transit time and thus the distance traveled by the received light can be determined based on the phase shift of the emitted and received light. For this purpose, the lighting 14 and the time-of-flight sensor 22 are supplied with modulation signals M 01 , M 02 via a modulator 30, which are based on common basic PN sequences.

Im dargestellten Beispiel ist ferner zwischen dem Modulator 28 und der Beleuchtung 14 ein Phasenschieber 32 vorgesehen, mit dem die Basisphase φ0 des Modulationssignals M01 der Lichtquelle 12 um definierte Phasenlagen φvar verschoben werden kann. Für typische Phasenmessungen werden vorzugsweise Phasenlagen von φvar = 0°, 90°, 180°, 270° verwendet.In the example shown, a phase shifter 32 is also provided between the modulator 28 and the lighting 14, with which the base phase φ 0 of the modulation signal M 01 of the light source 12 can be shifted 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 Phasenlage P1 bzw. P1 = φ0 + φvar aus. Dieses Signal Sp1 bzw. die elektromagnetische Strahlung wird im dargestellten Fall von einem Objekt 34 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.According to the set modulation signal, the light source 12 sends out an intensity-modulated signal Sp 1 with the first phase position P 1 or P 1 = φ 0 + φ var . In the case shown, this signal Sp 1 or the electromagnetic radiation is reflected by an object 34 and, due to the distance traveled, arrives correspondingly phase-shifted Δφ(t L ) with a second phase position p 2 = φ 0 + φvar + Δφ(t L ) as a received signal Sp 2 on the time-of-flight sensor 22. In the time-of-flight sensor 22, the modulation signal M 0 is mixed with the received signal Sp 2 , the phase shift or the object distance d being determined from the resulting signal.

Ferner ist ein Modulationssteuergerät 36 vorgesehen, mit dem die Form und insbesondere Puls und Pausenverhältnisse des Modulationssignals vorgegeben werden. Auch kann über das Modulationssteuergerät 36 der Phasenschieber 32 in Abhängigkeit der durchzuführenden Messaufgabe angesteuert werden.Furthermore, a modulation control device 36 is provided, with which the shape and in particular the pulse and pause ratios of the modulation signal are specified. The phase shifter 32 can also be controlled via the modulation control device 36 depending on the measurement task to be carried out.

Als Beleuchtungs- beziehungsweise Lichtquelle 12 eignen sich vorzugsweise Infrarot-Leuchtdioden sowie -Laserdioden. Selbstverständlich sind auch andere Strahlungsquellen in anderen Frequenzbereichen denkbar, insbesondere kommen auch Lichtquellen im sichtbaren Frequenzbereich in Betracht.Infrared light-emitting diodes and laser diodes are preferably suitable as the lighting or light source 12. Of course, other radiation sources in other frequency ranges are also conceivable; in particular, light sources in the visible frequency range also come into consideration.

Das Grundprinzip der Phasenmessung ist schematisch in 2 dargestellt. Die obere Kurve zeigt den zeitlichen Verlauf des Basis-Modulationssignals M0 mit der die Beleuchtung 14 und der Lichtlaufzeitsensor 22 angesteuert werden. Das vom Objekt 32 reflektierte Licht trifft als Empfangssignal Sp2 entsprechend seiner Lichtlaufzeit tL phasenverschoben Δφ(tL) auf den Lichtlaufzeitsensor 22.The basic principle of phase measurement is shown schematically in 2 shown. The upper curve shows the time profile of the basic modulation signal M 0 with which the lighting 14 and the time-of-flight sensor 22 are controlled. The light reflected from the object 32 hits the light transit time sensor 22 as a received signal Sp 2 in accordance with its light transit time t L with a phase shift Δφ(t L ).

Die 3 zeigt den Querschnitt eines einzelnen Pixels 24 eines photonischen Mischelemente-Sensors 26 am Beispiel einer CCD-Struktur. Dabei umfasst das photonische Mischelement neben dem Pixel 24 die für die Spannungsversorgung und die Signalableitungen notwendigen Strukturen. Die äußeren Gates Gsep dienen lediglich zur elektrischen Abgrenzung dieses Pixels 24 gegenüber benachbarten Strukturen.The 3 shows the cross section of a single pixel 24 of a photonic mixing element sensor 26 using the example of a CCD structure. In addition to the pixel 24, the photonic mixing element includes the structures necessary for the power supply and the signal derivations. The outer gates Gsep only serve to electrically delimit this pixel 24 from neighboring structures.

Die in 3 gezeigte Ausführung ist auf einem p-dotierten Siliziumsubstrat 38 ausgeführt. Die Modulationsgates Ga, Gb der beiden Modulationskanäle A, B stellen den lichtsensitiven Teil 40 dar und befinden sich im Inversionszustand. Zusätzlich zu einer positiven Vorspannung U0 an der leitfähigen aber optisch teiltransparenten oberen Abdeckung, zum Beispiel aus Poly-Silizium, werden sie mit den überlagerten Gegentaktspannungen Um(t) betrieben. Die sich ergebenden Modulationsspannungen verursachen multiplikativ eine Separierung der durch die Photonen des einfallenden Lichts in der Raumladungszone erzeugten Minoritätsladungsträger unmittelbar unterhalb der Isolatorschicht 42, zum Beispiel aus Siliziumoxyd oder Siliziumnitrid. Diese Ladungsträger (im Beispiel Elektronen) driften unter dem Einfluss der modulierenden Gegentaktspannung zu den eng benachbarten Akkumulationsgates Ga oder Gb und werden dort aufintegriert während die Majoritätsladungsträger bzw. Löcher zum Masseanschluß des p-Si-Substrats fließen.In the 3 The embodiment shown is carried out on a p-doped silicon substrate 38. The modulation gates Ga, Gb of the two modulation channels A, B represent the light-sensitive part 40 and are in the inversion state. In addition to a positive bias voltage U 0 on the conductive but optically partially transparent upper cover, for example made of poly-silicon, they are operated with the superimposed push-pull voltages Um(t). The resulting modulation voltages multiplicatively cause a separation of the minority charge carriers generated by the photons of the incident light in the space charge zone immediately below the insulator layer 42, for example made of silicon oxide or silicon nitride. These charge carriers (electrons in the example) drift under the influence of the modulating push-pull voltage to the closely adjacent accumulation gates Ga or Gb and are integrated there while the majority charge carriers or holes flow to the ground connection of the p-Si substrate.

Mit anderen Worten weist das Lichtlaufzeitpixel 24 des Lichtlaufzeitsensors 22 typischerweise eine erstes und zweites Akkumulationsgate Ga, Gb auf, in denen in Abhängigkeit des Potentialverlaufs im lichtempfindlichen Bereichs die photonisch erzeugten Ladungen q abwechselnd über mehrere Modulationsperioden gesammelt werden. Die in der unverschobenen Phasenlage erzeugten Ladungen q werden im ersten Akkumulationsgate Ga und die in der um 180° verschobenen Phasenlage M0 + 180° im zweiten Akkumulationsgate Gb gesammelt. Aus dem Verhältnis der im ersten und zweiten Gate Ga, Gb gesammelten Ladungen qa, qb lässt sich die Phasenverschiebung Δϕ(tL) und somit eine Entfernung d des Objekts bestimmen.In other words, the time-of-flight pixel 24 of the time-of-flight sensor 22 typically has a first and second accumulation gate Ga, Gb, in which the photonically generated charges q are collected alternately over several modulation periods depending on the potential profile in the light-sensitive area. The charges q generated in the non-shifted phase position are collected in the first accumulation gate Ga and those in the 180° shifted phase position M 0 + 180° in the second accumulation gate Gb. The phase shift Δϕ(t L ) and thus a distance d of the object can be determined from the ratio of the charges qa, qb collected in the first and second gates Ga, Gb.

Grundsätzlich ist die Anzahl von logischen Einsen einer als Maximalfolge (MLS) bezeichneten pseudo-zufälligen Binärfolge jeweils um Eins größer als die Anzahl logischer Nullen, wobei sie jeweils eine gerade Anzahl von logischen Einsen und die ungerade Anzahl von logischen Nullen aufweist. Bei der direkten Verwendung einer MLS für die Modulation eines PMD-Tiefenbildsensors 26 führt dies prinzipbedingt zu einer ungleichmäßigen Ladungsträgerverteilung auf die beiden Modulationsgates Ga, Gb beziehungsweise Modulationskanäle A, B. Um eine symmetrische Ladungsträgerverteilung zu erzielen und somit MLS für die Modulation eines PMD-Tiefenbildsensors 26 nutzbar zu machen, muss die Anzahl von Einsen und Nullen für die Realisierung der impulsförmigen Autokorrelationseigenschaft identisch sein. Basically, the number of logical ones in a pseudo-random binary sequence called a maximum sequence (MLS) is one greater than the number of logical zeros, each having an even number of logical ones and the odd number of logical zeros. When using an MLS directly for the modulation of a PMD depth image sensor 26, this fundamentally leads to an uneven charge carrier distribution on the two modulation gates Ga, Gb or modulation channels A, B. In order to achieve a symmetrical charge carrier distribution and thus MLS for the modulation of a PMD depth image sensor To make 26 usable, the number of ones and zeros must be identical to realize the pulse-shaped autocorrelation property.

Dieser Ausgleich wird nun durch eine adäquate Substitution der einzelnen Bits der Basis-MLS herbeigeführt.This compensation is now brought about by an adequate substitution of the individual bits of the basic MLS.

Es ergibt sich nun folgendes Vorgehen bezüglich der resultierenden Modulationssignale M0', M0'' für die Beleuchtung 14 und den Lichtlaufzeitsensor 22:

  • Ausgehend von einer Basis-PN-Folge, die man auch als Basis-Modulationssignal M0 auffassen kann, wird ein Modulationssignal M0' für die Beleuchtung 14 und ein Modulationssignal M0" für den Lichtlaufzeitsensor 22 in Form von Sub-Bit-Folgen generiert, wobei sich die Sub-Bitfolgen für die Beleuchtung 14 einer jeden Basis-PN-Folge von den entsprechenden Sub-Bitfolgen für den Lichtlaufzeitsensor 22 unterscheidet.
The following procedure now results with regard to the resulting modulation signals M 0 ', M 0 '' for the lighting 14 and the time-of-flight sensor 22:
  • Starting from a basic PN sequence, which can also be interpreted as a basic modulation signal M 0 , a modulation signal M 0 ' for the lighting 14 and a modulation signal M 0 " for the time-of-flight sensor 22 are generated in the form of sub-bit sequences , whereby the sub-bit sequences for the illumination 14 of each base PN sequence differ from the corresponding sub-bit sequences for the time-of-flight sensor 22.

Die Tabelle 1 zeigt ein besonders einfaches Schema für ein System 28, bei dem der Lichtlaufzeitsensor 22 als photonischer Mischelemente-Sensor 26 ausgebildet ist. Bei diesem Beispiel wird jedes Bit der Basis PN-Folge bei den Modulationssignalen durch ein 2-Bit-Wort ersetzt. Basis-PN-Bit Exemplarische Substitution BeleuchtungsModulation PMD Modulation (Kanal A) PMD Modulation (Kanal B) 0 00 10 0 1 1 0 1 0 1 10 Table 1 shows a particularly simple scheme for a system 28 in which the time-of-flight sensor 22 is designed as a photonic mixing element sensor 26. In this example, each bit of the base PN sequence in the modulation signals is replaced by a 2-bit word. Basic PN bit Exemplary substitution Lighting modulation PMD modulation (channel A) PMD modulation (channel B) 0 00 10 0 1 1 0 1 0 1 10

Da eine jede Basis-PN-Folge mindestens eine Null aufweist, bei der sich die Beleuchtungsmodulation von der PMD-Modulation jedes der Modulationskanäle A, B unterscheidet, unterscheiden sich die Sub-Bitfolgen für die Beleuchtung 14 einer jeden Basis-PN-Folge zwingend von den entsprechenden Sub-Bitfolgen für den hier als PMD-Sensor 26 ausgebildeten Lichtlaufzeitsensor 22.Since each basic PN sequence has at least one zero, in which the lighting modulation differs from the PMD modulation of each of the modulation channels A, B, the sub-bit sequences for the lighting 14 of each basic PN sequence necessarily differ from the corresponding sub-bit sequences for the light transit time sensor 22, designed here as a PMD sensor 26.

Die Substitution ist selbstverständlich nicht auf 2-Bit-Wort beschränkt, sondern kann auch mehr als 2-Bit, insbesondere auch 4-Bit aufweisen, wie in der nachfolgender Tabelle exemplarisch gezeigt. Basis-PN-Bit Exemplarische Substitution BeleuchtungsModulation PMD Modulation (Kanal A) PMD Modulation (Kanal B) 0 0000 1100 0011 1 1000 0011 1100 The substitution is of course not limited to 2-bit words, but can also have more than 2-bits, in particular 4-bits, as shown as an example in the table below. Basic PN bit Exemplary substitution Lighting modulation PMD modulation (channel A) PMD modulation (channel B) 0 0000 1100 0011 1 1000 0011 1100

Diese Substitution zeichnet sich dadurch aus, dass in der Beleuchtungsmodulation zwei EINSER-Bits vorgesehen und in der Beleuchtungsmodulations nur ein einziges EINS-Bit. Die Postion des gesetzten EINS-Bits ist hierbei beliebig wählbar.This substitution is characterized by the fact that two ONE bits are provided in the lighting modulation and only a single ONE bit in the lighting modulation. The position of the set ONE bit can be chosen arbitrarily.

Vorteilhaft weisen die Sub-Bit-Folgen eine geradzahlige Anzahl von Bits auf. Dabei ist die Anzahl der EINS- und NULL-Bits bei der Sensor- bzw. PMD-Modulation gleich groß. Für die Beleuchtungsmodulation ist es jedoch bevorzugt, die Anzahl der EINS-Bits kleiner als die Anzahl NULL-Bits und insbesondere kleiner als die Anzahl der EINS-Bits der Sensor- bzw. PMD-Modulation zu wählen.The sub-bit sequences advantageously have an even number of bits. The number of ONE and ZERO bits is the same for sensor or PMD modulation. For the lighting modulation, however, it is preferred to select the number of ONE bits smaller than the number of ZERO bits and in particular smaller than the number of ONE bits of the sensor or PMD modulation.

Die 4 ist in drei Abschnitte aufgeteilt. Dabei ist oben eine Prinzipdarstellung der Basis PN-Folge 44, in der Mitte eine Prinzipdarstellung einer resultierenden Sub-Bitfolge 46 für die Beleuchtung 14 des Lichtlaufzeitkamerasystems 10 und unten eine Prinzipdarstellung der resultierenden Sub-Bitfolge 48 für einen der Modulationskanäle A des photonischen Mischelemente-Sensors 26 dargestellt. Bei der hier zugrundeliegenden Substitution der Basis-PN-Bits ist jedes dieser Basis-PN-Bits durch ein 4-Bit-Wort substituiert.The 4 is divided into three sections. Above is a schematic representation of the base PN sequence 44, in the middle is a schematic representation of a resulting sub-bit sequence 46 for the illumination 14 of the time-of-flight camera system 10 and below is a schematic representation of the resulting sub-bit sequence 48 for one of the modulation channels A of the photonic mixing element sensor 26 shown. In the substitution of the base PN bits that is the basis here, each of these base PN bits is substituted by a 4-bit word.

Wie gut in den Abbildungen der 4 erkennbar ist, unterscheiden sich die Signale für die Sensormodulation (unten) und die Beleuchtungsmodulation (Mitte) deutlich.How well in the illustrations of the 4 can be seen, the signals for the sensor modulation (bottom) and the lighting modulation (middle) differ significantly.

Die 5 und 6 zeigen resultierende Korrelationsfunktionen (50, 52, 54, 56) von vier Einzelmessungen, bei denen eine Modulationssequenz der Beleuchtung 14 gegenüber einer entsprechenden Modulationssequenz des Lichtlaufzeitsensors 22 gemäß einer ersten Vorschrift beziehungsweise einer zweiten Vorschrift variiert werden. Dabei ist die Amplitude I über der Distanz d zwischen System 10, 28 und Objekt 34 aufgetragen.The 5 and 6 show resulting correlation functions (50, 52, 54, 56) of four individual measurements in which a modulation sequence of the lighting 14 is varied compared to a corresponding modulation sequence of the time-of-flight sensor 22 according to a first rule or a second rule. The amplitude I is plotted against the distance d between system 10, 28 and object 34.

In den 5 und 6 sind die Korrelationsfunktionen zwischen optischem Modulationssignal M0' und dem Modulationssignal M0", mit dem der PMD-Tiefenbildsensor 26 moduliert wird, für je zwei exemplarische Modulationsschemata dargestellt. Bei der ersten Beispielmodulation (5) wurde die Beleuchtungs-Modulationssequenz jeweils viermal sukzessive um jeweils einen Puls gegenüber der Modulationssequenz des PMD-Tiefenbildsensors 26 verschoben. Bei der zweiten Beispielmodulation (6) wurde dagegen bei zwei Korrelationsfunktionen das Modulationssignal des PMD-Tiefenbildsensors 26 invertiert und die Beleuchtungs-Modulationssequenz jeweils nur um bis zu einem Puls verschoben.In the 5 and 6 the correlation functions between optical modulation signal M 0 ' and the modulation signal M 0 ", with which the PMD depth image sensor 26 is modulated, are shown for two exemplary modulation schemes. In the first example modulation ( 5 ), the illumination modulation sequence was shifted four times successively by one pulse each time compared to the modulation sequence of the PMD depth image sensor 26. In the second example modulation ( 6 ), on the other hand, with two correlation functions, the modulation signal of the PMD depth image sensor 26 was inverted and the lighting modulation sequence was only shifted by up to one pulse.

Es ist erkennbar, dass eine sukzessive relative Verschiebung der Modulationssequenzen gegeneinander zu einer sukzessiven Verschiebung des selektiven Distanzmessbereichs führt. Im vorliegenden Beispiel entspricht eine relative Verschiebung der beiden Modulationssequenzen um jeweils einen Puls einer Verschiebung des selektierten Distanzmessbereichs um jeweils 0,75 m. Weiterhin wird ersichtlich, dass die AKF konform der Autokorrelationseigenschaft von MLS nur jeweils innerhalb des selektierten Distanzmessbereichs ein Signal liefert, während sie außerhalb dieses Bereichs den Wert NULL annimmt.It can be seen that a successive relative shift of the modulation sequences relative to one another leads to a successive shift of the selective distance measurement range. In the present example, a relative shift of the two modulation sequences by one pulse each corresponds to one Shifting the selected distance measuring range by 0.75 m. Furthermore, it can be seen that, in accordance with the autocorrelation property of MLS, the AKF only delivers a signal within the selected distance measuring range, while outside of this range it assumes the value ZERO.

Die impulsförmige Autokorrelationsfunktion einer Maximalfolge bietet einerseits die Möglichkeit, den gewünschten Distanzmessbereich präzise einzugrenzen, so dass Objekte, die sich außerhalb dieses selektierten Distanzbereichs befinden nicht erfasst werden. Andererseits lässt sich der Bereich, in dem eine eindeutige Distanzmessung möglich ist (Eindeutigkeitsbereich) durch die Variation der Länge einer MLS praktisch beliebig ausdehnen.On the one hand, the pulse-shaped autocorrelation function of a maximum sequence offers the possibility of precisely limiting the desired distance measurement range so that objects that are outside this selected distance range are not detected. On the other hand, the area in which a clear distance measurement is possible (unique range) can be expanded practically arbitrarily by varying the length of an MLS.

Diese „Ausblendeigenschaft“ bietet vielfältige neue Möglichkeiten und Vorteile gegenüber konventioneller Modulationsschemata, insbesondere:

  • Mehrzielfähigkeit, beispielsweise zur Separation von Vorder- und Hintergrund einer Szene.
This “fading property” offers a variety of new possibilities and advantages over conventional modulation schemes, in particular:
  • Multi-target capability, for example to separate the foreground and background of a scene.

Reduktion von Mischphasen, die beispielsweise auf Mehrwege-Interferenzen oder Streulicht zurückzuführen sind. Durch eine geeignete Konfiguration der Modulationssequenzen lässt sich Streulicht ggf. sogar nahezu komplett eliminieren. Reduction of mixed phases, which can be attributed to multipath interference or scattered light, for example. By appropriately configuring the modulation sequences, scattered light can even be almost completely eliminated.

BezugszeichenReference symbols

1010
LichtlaufzeitkamerasystemTime of flight camera system
1212
BeleuchtungsmodulLighting module
1414
Beleuchtunglighting
1616
StrahlformungsoptikBeam shaping optics
1818
LichtlaufzeitkameraTime of flight camera
2020
Empfangsoptikreceiving optics
2222
LichtlaufzeitsensorTime of flight sensor
2424
LichtlaufzeitpixelLight travel time pixels
2626
Photonischer Mischelemente-SensorPhotonic mixed element sensor
2828
Lichtlaufzeit-EntfernungsmesssystemTime of flight distance measuring system
3030
Modulatormodulator
3232
PhasenschieberPhase shifter
3434
Objektobject
3636
ModulationssteuergerätModulation control unit
3838
SiliziumsubstratSilicon substrate
4040
lichtsensitiver Teillight sensitive part
4242
Isolatorschichtinsulator layer
4444
Basis-PN-FolgeBasic PN sequence
4646
Sub-Bitfolgen für die BeleuchtungSub-bit sequences for lighting
4848
Sub-Bitfolgen für den SensorSub-bit sequences for the sensor
5050
erste Korrelationsfunktionfirst correlation function
5252
zweite Korrelationsfunktionsecond correlation function
5454
dritte Korrelationsfunktionthird correlation function
5656
vierte Korrelationsfunktionfourth correlation function
dd
AbstandDistance
AA
erster Modulationskanalfirst modulation channel
Bb
zweiter Modulationskanalsecond modulation channel
Δφ(tL)Δφ(tL)
laufzeitbedingte PhasenverschiebungTransit time-related phase shift
φvarφvar
PhasenlagePhase position
φ0φ0
BasisphaseBasic phase
GaGa
Modulationsgatemodulation gate
GbGb
Modulationsgatemodulation gate
Gaa, Gba, GsepGaa, Gba, Gsep
weitere Gatesmore gates

Claims (8)

Lichtlaufzeit-Entfernungsmesssystem (28) mit einer Beleuchtung (14) zur Aussendung und einem Lichtlaufzeitsensor (22) zum Empfang modulierten Lichts und mit einem Modulator (30) zur Erzeugung eines Modulationssignals (M0',M0") für die Beleuchtung (14) und den Lichtlaufzeitsensor (22) aus zumindest einer Basis-PN-Folge, wobei die Basis-PN-Folge als eine Maximalfolge zur Selektion eines Distanzbereichs ausgebildet ist, und wobei diese Basis-PN-Folge (44) in Form von Sub-Bitfolgen (46, 48), die sich aus einer Substitutionsregel ergeben, an die Beleuchtung (14) und den Lichtlaufzeitsensor (22) ausgegeben wird, wobei sowohl für die Beleuchtung (14) als auch für den Lichtlaufzeitsensor (22) Sub-Bit-Folgen (46, 48) generiert werden, bei denen eine logische Eins der Basis-PN-Folge (44) durch eine erste Sub-Bit-Folge (46; 48) und eine logische Null der Basis-PN-Folge durch eine zweite Sub-Bit-Folge (48; 46) substituiert wird und der Lichtlaufzeitsensor (22) als photonischer Mischelemente-Sensor (26) mit Modulationskanälen (A, B) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Sub-Bitfolgen (46) für die Beleuchtung (14) einer jeden Basis-PN-Folge von den entsprechenden Sub-Bitfolgen (48) für den Lichtlaufzeitsensor (22) unterscheiden, dass die Sub-Bitfolgen (48) für den photonischen Mischelemente-Sensor (26) derart ausgestaltet sind, dass eine im Wesentlichen symmetrische Verteilung von Ladungsträgern auf die Modulationskanäle (A, B) erfolg, und dass die Sub-Bitfolgen (46) für die Beleuchtung (14) derart ausgestaltet sind, dass die Anzahl der EINS-Bits kleiner als die Anzahl NULL-Bits ist.Time-of-flight distance measuring system (28) with lighting (14) for emitting and a time-of-flight sensor (22) for receiving modulated light and with a modulator (30) for generating a modulation signal (M 0 ', M 0 ") for the lighting (14) and the time of flight sensor (22) from at least one base PN sequence, wherein the base PN sequence is designed as a maximum sequence for selecting a distance range, and wherein this base PN sequence (44) is in the form of sub-bit sequences ( 46, 48), which result from a substitution rule, is output to the lighting (14) and the time-of-flight sensor (22), with sub-bit sequences (46 , 48) are generated, in which a logical one of the base PN sequence (44) is represented by a first sub-bit sequence (46; 48) and a logical zero of the base PN sequence is represented by a second sub-bit sequence. Sequence (48; 46) is substituted and the time-of-flight sensor (22) is designed as a photonic mixing element sensor (26) with modulation channels (A, B), characterized in that the sub-bit sequences (46) for the lighting (14) of each basic PN sequence from the corresponding sub-bit sequences (48) for the time-of-flight sensor (22), that the sub-bit sequences (48) for the photonic mixing element sensor (26) are designed such that a substantially symmetrical Distribution of charge carriers to the modulation channels (A, B) is successful, and that the sub-bit sequences (46) for the lighting (14) are designed such that the number of ONE bits is smaller than the number of ZERO bits. Lichtlaufzeit-Entfernungsmesssystem nach Anspruch 1, bei dem die Sub-Bit-Folgen (46, 48) eine geradzahlige Anzahl von Bits aufweisen.Time of flight distance measuring system Claim 1 , in which the sub-bit sequences (46, 48) have an even number of bits. Verfahren zum Betreiben eines eine Beleuchtung (14) und eine Lichtlaufzeitsensor (22) aufweisenden Lichtlaufzeit-Entfernungsmesssystems (28), insbesondere eines Lichtlaufzeitkamerasystems (10), bei dem ausgehend von einer Basis-PN-Folge (44), die als eine Maximalfolge zur Selektion eines Distanzbereichs ausgebildet ist, ein Modulationssignal (M0',M0") für die Beleuchtung (14) und den Lichtlaufzeitsensor (22) in Form von Sub-Bit-Folgen generiert wird, wobei sowohl für die Beleuchtung (14) als auch für den Lichtlaufzeitsensor (22) eine logische Eins der Basis-PN-Folge (44) durch eine erste Sub-Bit-Folge und eine logische Null der Basis-PN-Folge durch eine zweite Sub-Bit-Folge substituiert wird, wobei bei der Folge für den Lichtlaufzeitsensor (22) die beiden Sub-Bit-Folgen invers zueinander sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Sub-Bitfolgen (46) für die Beleuchtung (14) einer jeden Basis-PN-Folge (44) von den entsprechenden Sub-Bitfolgen (48) für den Lichtlaufzeitsensor (22) unterscheiden, dass die Sub-Bitfolgen (48) für den photonischen Mischelemente-Sensor (26) derart ausgestaltet sind, dass eine im Wesentlichen symmetrische Verteilung von Ladungsträgern auf die Modulationskanäle (A, B) erfolgt, und dass die Sub-Bitfolgen (46) für die Beleuchtung (14) derart ausgestaltet sind, dass die Anzahl der EINS-Bits kleiner als die Anzahl NULL-Bits ist.Method for operating a time-of-flight distance measuring system (28) having lighting (14) and a time-of-flight sensor (22), in particular a time-of-flight camera system (10), in which starting from a base PN sequence (44), which is used as a maximum sequence for selection a distance range, a modulation signal (M 0 ', M 0 ") for the lighting (14) and the time-of-flight sensor (22) is generated in the form of sub-bit sequences, both for the lighting (14) and for the time of flight sensor (22) a logical one of the base PN sequence (44) is substituted by a first sub-bit sequence and a logical zero of the base PN sequence is substituted by a second sub-bit sequence, with the sequence for the time-of-flight sensor (22), the two sub-bit sequences are inverse to one another, characterized in that the sub-bit sequences (46) for the illumination (14) of each base PN sequence (44) differ from the corresponding sub-bit sequences. Bit sequences (48) for the time-of-flight sensor (22) differ in that the sub-bit sequences (48) for the photonic mixing element sensor (26) are designed in such a way that there is a substantially symmetrical distribution of charge carriers across the modulation channels (A, B). , and that the sub-bit sequences (46) for the lighting (14) are designed such that the number of ONE bits is smaller than the number of ZERO bits. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Lichtlaufzeit-Entfernungsmessung innerhalb eines festgelegten Entfernungsmessbereichs mehrere Einzelmessungen mit einer jeweiligen PN-Folge durchgeführt werden, bei denen die Sub-Bitfolgen (46, 48) variiert werden.Procedure according to Claim 3 , characterized in that for a light transit time distance measurement within a defined distance measurement range, several individual measurements are carried out with a respective PN sequence, in which the sub-bit sequences (46, 48) are varied. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Variation der Sub-Bitfolgen (46, 48) durch Verschieben oder Invertieren der Sub-Bitfolgen (46, 48) erfolgt.Procedure according to Claim 4 , characterized in that the sub-bit sequences (46, 48) are varied by shifting or inverting the sub-bit sequences (46, 48). Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem die Sub-Bit-Folgen (46, 48) eine geradzahlige Anzahl von Bits aufweisen.Procedure according to one of the Claims 3 until 5 , in which the sub-bit sequences (46, 48) have an even number of bits. Computerprogrammprodukt umfassend Programmteile, die in einem Prozessor einer computerbasierten Systemsteuerung geladen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 3 bis 6 eingerichtet sind.Computer program product comprising program parts that are loaded into a processor of a computer-based system control for carrying out the method according to one of the Claims 3 until 6 are set up. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 3 bis 6 zur Vermeidung oder zumindest zur Reduktion zumindest eines Störeinflusses aus der folgenden Liste beim Betrieb des Lichtlaufzeit-Entfernungsmesssystems (28): - Streulicht, welches durch optische Komponenten des Systems (28) eingebracht wird, - eines als Multi Path Interference bekannten Effekts der Mehrwegeausbreitung bei der Messung, - eines Hintergrund-Signals bei Gesichtserkennungs-Anwendungen.Using the method according to one of the Claims 3 until 6 to avoid or at least reduce at least one disruptive influence from the following list when operating the time-of-flight distance measuring system (28): - scattered light, which is introduced by optical components of the system (28), - an effect of multi-path propagation known as multi-path interference Measurement of a background signal in facial recognition applications.
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