DE4439298A1 - 3=D camera using transition time method - Google Patents

3=D camera using transition time method

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Abstract

The camera uses electromagnetic waves, pref. light waves, with at least one source (9) sending light waves towards a 3D scene (13). Light reflected from the 3D scene towards a receiver (23) is received and demodulated by an interdimensional detector . A modulation generator (1) modulates both the transmission source and the receiver. An evaluation unit (26) reconstructs the transition time relationships and hence the 3D coordinates from the measured intensity values.The source emits intensity modulated light with at least one spectral region but pref. three, corresp. to red, green and blue. Spectral separation is performed by at least one bandpass filter (17) and converted into electrical signals one pixel at a time, pref. by a multicolour CCD chip. The electrical signals are used to reconstruct images.

Description

Die Erfindung betrifft eine 3D-Kamera nach dem Laufzeitverfahren entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a 3D camera according to the runtime method according to the preamble of claim 1.

Derartige 3D-Meßgeräte gehen heute zumeist von eindimensionalen Entfernungsmeßgeräten aus, die auf dem Prinzip basieren, daß bei bekannter Laufzeit eines Meßsignals durch ein Medium und gleichzeitig bekannter Ausbreitungsgeschwindigkeit des Meßsignals in diesem Medium sich die Entfernung als Produkt von Laufzeit und Ausbreitungsgeschwindigkeit ergibt. Im vorliegenden Fall wird das Meßsignal von elektromagnetischen Wellen, vorzugsweise von Lichtwellen, gebildet. Breiten sich die Lichtwellen in einem homogenen Medium, z. B. Luft oder Wasser aus, so ist die Entfernungsbestimmung bei Kenntnis der Laufzeit ohne weiteres möglich, wenn die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Lichtwellen in dem homogenen Medium berücksichtigt wird.Such 3D measuring devices mostly start from one-dimensional distance measuring devices, which are based on the principle that with a known transit time of a measurement signal through a medium and at the same time known propagation speed of the measurement signal in this medium Distance as a product of the time of flight and the speed of propagation. In the present Case the measurement signal of electromagnetic waves, preferably of light waves, educated. Spread the light waves in a homogeneous medium, e.g. B. air or water, the distance can be easily determined if the transit time is known if the Propagation speed of light waves in the homogeneous medium is taken into account.

Um die 3D-Vermessung einer 3D-Szene zu erreichen, wird der Meßstrahl des 1D-Meßgerätes i. allg. durch einen Spiegelscanner auf einzelne Punkte der 3D-Szene gelenkt.To achieve the 3D measurement of a 3D scene, the measuring beam of the 1D measuring device i. generally directed to individual points of the 3D scene by a mirror scanner.

Dabei liegt eine wesentliche Problematik der Entfernungsmessung nach dem Laufzeitprinzip unter Verwendung von Lichtwellen in der extrem hohen Ausbreitungsgeschwindigkeit von 300.000 km/s, die eine extrem hoch aufgelöste Messung der Laufzeit erforderlich macht. Zum Beispiel ist für eine Meßgenauigkeit im mm-Bereich eine Zeitauflösung von einigen 10-12 s erforderlich. Um eine derart hoch aufgelöste Zeitmessung zumindest annähernd zu erreichen, sind in der Vergangenheit verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden. Diese Verfahren lassen sich im wesentlichen in zwei Entwicklungsrichtungen unterscheiden; einerseits das Phasenlaufzeitverfahren andererseits das Pulslaufzeitverfahren.One of the main problems of distance measurement according to the transit time principle is the use of light waves in the extremely high propagation speed of 300,000 km / s, which makes an extremely high-resolution measurement of the transit time necessary. For example, a time resolution of a few 10 -12 s is required for a measuring accuracy in the mm range. Various methods have been proposed in the past in order to at least approximately achieve such a high-resolution time measurement. These processes can essentially be divided into two directions of development; on the one hand the phase runtime method on the other hand the pulse runtime method.

Mit Entfernungsmeßgeräten, die nach dem Phasenlaufzeitverfahren arbeiten, werden heute die höchsten Meßgenauigkeiten erzielt. Beim Phasenlaufzeitverfahren wird die Amplitude der Lichtwelle mit einer Frequenz im Hochfrequenzbereich moduliert. Die Laufzeitbestimmung des Meßsignals erfolgt nun aus dem Phasenvergleich der Modulation der ausgesandten Lichtwelle mit der Modulation der einlaufenden Lichtwelle, d. h. aus der Phasenlaufzeit vom Aussenden bis zum Empfangen des Lichts. Dabei wird die Modulationsfrequenz so gewählt, daß die Modulationswellenlänge - also nicht die Lichtwellenlänge - in einem Bereich liegt, der zumindest größenordnungsmäßig dem Bereich der zu messenden Entfernung entspricht. Da bei Phasenlaufzeitmessungen grundsätzlich das Problem der Mehrdeutigkeit bzgl. 2π besteht, und dieser Meßbereich bzw. die Modulationsfrequenz bei vielen Anwendungen nicht genügend eingeschränkt werden können, werden zwei oder mehrere Modulationsfrequenzen nacheinander gewählt.With distance measuring devices that work according to the phase delay method, today highest measurement accuracy achieved. In the phase delay method, the amplitude of the Light wave modulated with a frequency in the high frequency range. The determination of the term of the Measurement signal is now carried out from the phase comparison of the modulation of the emitted light wave the modulation of the incoming light wave, d. H. from the phase time from transmission to Receiving the light. The modulation frequency is chosen so that the Modulation wavelength - not the light wavelength - is in a range that at least corresponds to the range of the distance to be measured. There with Phase runtime measurements basically have the problem of ambiguity with regard to 2π, and this measuring range or the modulation frequency is not sufficient in many applications can be limited, two or more modulation frequencies in succession chosen.

3D-Kameras, die nach diesem Prinzip der 1D-Laufzeitmessung und einem zusätzlichen 2D- Scanner arbeiten, sind sehr aufwendig und langsam. Derartige Geräte dienen dazu, räumliche Objekte geometrisch zu vermessen. Herkömmliche 2D-Kameras liefern uns nur ein zweidimensionales Bild, das eine Projektion des dreidimensionalen Bildes darstellt. Dringend benötigt werden heute 3D-Meßgeräte für die schnelle und berührungslose Vermessung von Formen, Gegenständen und Abmessungen in industriellen Fertigungsprozessen, für weitere Schritte zur Automatisierung und vor allem zur integrierten 100%-Qualitätsüberwachung sowie für Sicherheitsaufgaben, Raumüberwachung, Navigationsaufgaben und Roboterhandhabung. Es sind somit 3D-Objekte sehr unterschiedlicher Größe in Meßvolumina von etwa (0,1 m)³ bis über (10 m)³ schnell und präzise zu vermessen. Zusätzlich ist oft die Farbinformation erforderlich.3D cameras based on this principle of 1D transit time measurement and an additional 2D Scanners work are very complex and slow. Such devices serve spatial purposes  Measure objects geometrically. Conventional 2D cameras only deliver us two-dimensional image representing a projection of the three-dimensional image. Urgent Today 3D measuring devices are required for the quick and contactless measurement of Shapes, objects and dimensions in industrial manufacturing processes, for others Steps to automation and above all to integrated 100% quality monitoring as well for security tasks, room surveillance, navigation tasks and robot handling. It is therefore 3D objects of very different sizes in measuring volumes from about (0.1 m) ³ to over (10 m) ³ to measure quickly and precisely. In addition, color information is often required.

Die auf dem Markt erhältlichen 3D-Meßgeräte arbeitenThe 3D measuring devices available on the market work

  • 1. nach dem Puls- oder Phasenlaufzeitverfahren. Die Tiefeninformation wird über die Puls- bzw. Phasenlaufzeit des zum Meßobjekt gesendeten und von diesem reflektierten Licht gewonnen. Bisher existieren Geräte nach diesem Verfahren auf der Basis eines eindimensionalen Laufzeitsystems, das über einen zusätzlichem 2D-Spiegelscanner den gewünschten Raumwinkel abscannt. Der Preis eines solchen Gerätes, z. B. der Fa. Stiefelmeyer, Esslingen, beträgt ca. 230.0000 DM.1. according to the pulse or phase delay method. The depth information is via the pulse or Phase runtime of the light transmitted to the measurement object and reflected by it is obtained. So far, devices based on this method have existed on the basis of a one-dimensional one Runtime system that the desired via an additional 2D mirror scanner Solid angle scanned. The price of such a device, e.g. B. Bootsmeyer, Esslingen, is approximately 230,000 DM.
  • 2. mittels Interferometrie, d. h. unter Ausnutzung der Interferenz von Lichtwellen. Dabei ist ein Mindestmaß an Kohärenz des interferierenden Lichts und eine gewisse Glätte der Oberfläche erforderlich. Für die aufgeführten Aufgaben kommen derartige Geräte trotz der absoluten Meßeigenschaften neuerer Mehrfrequenzinterferometerverfahren heute aufgrund der Komplexität und Empfindlichkeit des Aufbaus sowie der Kosten und der Speckleprobleme nicht allgemein in Frage.2. by means of interferometry, d. H. using the interference of light waves. There is one Minimum level of coherence of the interfering light and a certain smoothness of the surface required. Such devices come for the tasks listed despite the absolute Measurement properties of newer multi-frequency interferometer methods today due to the Complexity and sensitivity of the structure as well as the costs and the speckle problems not generally in question.
  • 3. nach dem Triangulationsprinzip, insbesondere bildgebende Triangulationsverfahren mittels strukturierter Beleuchtung. Derartige Geräte bieten heute die besten Leistungen bzgl. der o.a. Aufgabenstellungen. Die Tiefeninformationen werden aus der Geometrie der Anordnung des Empfängers, des optischen Basisabstandes zur Beleuchtungsquelle und der Lichtstruktur auf dem Objekt berechnet. Nachteile liegen jedoch in folgenden prinzipiellen Meßeigenschaften:
    Für Absolutmessungen komplexer Objekte ist es notwendig, mehrere Lichtstrukturen nacheinander auszuwerten, wobei das Objekt in Ruhe sein muß. Der entsprechend Zeitaufwand liegt im Sekundenbereich.
    Ferner führt das sog. Triangulationsdreieck zu optischen Abschattungen. Die Flexibilität ist durch die optische Basis stark eingegrenzt, da der sinnvolle Meßbereich in der Größenordnung der optischen Basis liegt.    3. According to the triangulation principle, in particular imaging triangulation processes using structured lighting. Such devices today offer the best performance in terms of the above tasks. The depth information is calculated from the geometry of the arrangement of the receiver, the optical base distance to the illumination source and the light structure on the object. Disadvantages, however, lie in the following basic measurement properties:
    For absolute measurements of complex objects, it is necessary to evaluate several light structures one after the other, whereby the object must be at rest. The corresponding amount of time is in the range of seconds.
    Furthermore, the so-called triangulation triangle leads to optical shadowing. The flexibility is severely limited by the optical base, since the useful measuring range is in the order of magnitude of the optical base.

Das Laufzeitverfahren bietet an sich die größte Flexibilität der drei möglichen Verfahren, da jeder zu vermessende, reflektierende Bildpunkt einer 3D-Szene direkt durch den gesendeten und reflektierten Lichtstrahl erreicht wird und die Laufzeit proportional dem Abstand von Sender und Empfänger ist.The runtime procedure offers the greatest flexibility of the three possible procedures since each reflective image point of a 3D scene to be measured directly through the transmitted and  reflected light beam is reached and the transit time is proportional to the distance from the transmitter and Is recipient.

Das Hauptproblem besteht bei Laufzeitverfahren darin, eine hochpräzise Referenzmessung zu realisieren, da die Zeitdrift elektronischer Komponenten i.a. im ns-Bereich liegt, während eine Entfernungsauflösung von 1 mm entsprechend der Lichtlaufzeit für Hin- und Rückweg 6,6 · 10-12 Sekunden, d. h. 6,6 ps benötigt.The main problem with runtime methods is to implement a high-precision reference measurement, since the time drift of electronic components is generally in the ns range, while a distance resolution of 1 mm corresponds to the light travel time for the outward and return path 6.6 · 10 -12 seconds, ie 6 , 6 ps needed.

Dieses Problem wird auch nicht durch das Konzept einer 3D-Kamera gelöst, bei der die Laufzeit durch Modulation der Verstärkung eines Bildverstärkers mit dem Modulationssignal des Senders ermittelt wird. Diese Modulation des elektronischen Verstärkers ist mit Jitter- und Laufzeitdrifteffekten verbunden, die eine Millimeter- oder Submillimetergenauigkeit nicht erlauben.This problem is also not solved by the concept of a 3D camera, in which the runtime by modulating the gain of an image intensifier with the modulation signal of the transmitter is determined. This modulation of the electronic amplifier is with jitter and Runtime drift effects that are not millimeter or sub-millimeter accurate allow.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine 3D-Kamera der eingangs genannten Art zu schaffen, die die elektronische Zeitdrift der bekannten Geräte und Verfahren überwindet und damit wesentlich höhere Genauigkeiten erreicht, die außerdem kompakt aufgebaut werden kann, die Hunderttausende von Raumpunkten parallel in kürzerer Zeit, als bisher möglich, vermessen kann, die sowohl dreidimensionale Grauwertbilder als auch 3D-Farbwertbilder zu liefern vermag, die flexibel an das gewünschte Meßvolumen allein durch synchrone Einstellung der Sende- und Empfangsoptik, ebenso flexibel an die gewünschte Genauigkeit oder Schnelligkeit der 3D- Bildfolge angepaßt werden kann und die durch Verwendung möglichst weniger und gleichartiger Komponenten wirtschaftlich zu fertigen ist.The aim of the present invention is a 3D camera of the type mentioned to create that overcomes the electronic time drift of known devices and methods and so that much higher accuracies are achieved, which can also be made compact, measure the hundreds of thousands of spatial points in parallel in a shorter time than previously possible can deliver both three-dimensional gray value images and 3D color value images, the flexible to the desired measurement volume solely by synchronous setting of the transmit and Receiving optics, just as flexible to the desired accuracy or speed of the 3D Image sequence can be adjusted and the use of as few and similar as possible Components can be manufactured economically.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der Sender intensitätsmodulierte Lichtwellen mindestens eines Spektralbereichs, jedoch vorzugsweise von drei, den Farben rot, grün und blau entsprechenden Spektralbereichen aussendet und die von der 3D-Szene 13 in den Empfänger 23 reflektierten Lichtwellen vorzugsweise durch vorgeschaltete Bandfilter 17 spektral getrennt über mindestens einen Intensitätsmodulator 22 wahlweise von mindestens einem spektral zugehörigen 2D-Empfangselement 25, vorzugsweise einem Mehrfarben-CCD-Chip, pixelweise in elektrische Signale umgewandelt werden, aus denen mittels der Auswerteeinheit 26 dreidimensionale Grauwertbilder oder vorzugsweise dreidimensionale Farbbilder rekonstruiert werden und daß dabei die Lichtquelle 2 des Senders 9 zumindest zeitweilig Licht konstanter Intensität aussendet, das durch einen nachgeschalteten optischen Intensitätsmodulator 8 moduliert wird, wobei die empfangenen Lichtwellen durch den dem 2D-Empfangselement 25 vorgeschalteten optischen Intensitätsmodulator 22, der möglichst gleichartig zum sendeseitigen Intensitätsmodulator 8 ausgelegt und betrieben wird, demoduliert werden, und wobei beide Intensitätsmodulatoren 8 und 22 durch das gleiche Modulationssignal oder durch das bis auf einen durch ein steuerbares Verzögerungsglied 28 verursachten Zeitversatz gleiche Modulationssignal vorzugsweise wahlweise in Form einer Sinusschwingung im MHz bis GHz-Bereich oder in Form von Nadelimpulsen im ps- bis ns-Bereich angesteuert wird.To achieve this object, the invention provides that the transmitter emits intensity-modulated light waves of at least one spectral range, but preferably of three spectral ranges corresponding to the colors red, green and blue, and the light waves reflected by the 3D scene 13 in the receiver 23 preferably by upstream Band filters 17 spectrally separated via at least one intensity modulator 22, optionally converted by pixels from at least one spectrally associated 2D receiving element 25 , preferably a multicolor CCD chip, into electrical signals, from which three-dimensional gray-scale images or preferably three-dimensional color images are reconstructed by means of the evaluation unit 26 and that the light source 2 of the transmitter 9 at least temporarily emits light of constant intensity, which is modulated by a downstream optical intensity modulator 8 , the received light waves by the 2D receiving element 25 upstream optical intensity modulator 22 , which is designed and operated as similarly as possible to the transmitter-side intensity modulator 8 , are demodulated, and wherein both intensity modulators 8 and 22 are preferably in either the same modulation signal or the same modulation signal except for a time offset caused by a controllable delay element 28 In the form of a sine wave in the MHz to GHz range or in the form of needle pulses in the ps to ns range.

Der Hauptvorteil des vorgeschlagenen Verfahrens liegt erfindungsgemäß in der Eigenschaft, daß zur pixelweisen Laufzeitbestimmung keine elektronischen Drifterscheinungen auftreten, da sende- und empfangsseitig mit dem gleichen Modulationssignal und gleichartigen Intensitätsmodulatoren 8 und 22 nur optisch parallel moduliert und demoduliert wird wahlweise mit oder ohne gegenseitige Zeitverschiebung dieser beiden Modulationssignale durch die Verzögerungseinheit 28, die z. B. als reines Laufzeitglied realisiert werden kann und da die nachfolgende Signalverarbeitung der Pixelamplituden von diesem Echtzeitmeßvorgang prinzipiell entkoppelt ist.The main advantage of the proposed method is, according to the invention, the property that no electronic drift phenomena occur for pixel-by-pixel determination of the transit time, since the transmit and receive ends are modulated and demodulated only optically in parallel with the same modulation signal and similar intensity modulators 8 and 22 , either with or without a mutual time shift between these two Modulation signals by the delay unit 28 , the z. B. can be realized as a pure runtime element and since the subsequent signal processing of the pixel amplitudes is in principle decoupled from this real-time measurement process.

Damit kann erstmals mit Hilfe des Laufzeitverfahrens eine Auflösung und Genauigkeit erreicht werden, die in die Größenordnung interferometrischer Verfahren gelangt.For the first time, resolution and accuracy can be achieved using the runtime procedure be on the order of magnitude of interferometric methods.

Die Interferometerie beruht im Prinzip auch auf Laufzeiteffekten, nur mit dem Unterschied, daß Referenzen grundsätzlich optischer Art und auf eine gewisse Kohärenz angewiesen sind.In principle, interferometery is also based on runtime effects, with the only difference that References are fundamentally optical and depend on a certain degree of coherence.

Hinzukommt erfindungsgemäß die Möglichkeit, für hochpräzise Absolutmessungen zwischen Sender und Empfänger eine optische Referenzstrecke einzufügen, die vorzugsweise aus mehreren abgestuften Lichtleitfasern besteht und systematisch bestimmten Pixeln des 2D-Empfangselements optisch zugeordnet ist und keine Zeitdriftfehler verursacht. Auf diese Weise wird eine Kalibrierung der 3D-Aufnahme in allen drei Dimensionen realisiert.In addition, according to the invention there is the possibility of between for high-precision absolute measurements The transmitter and receiver insert an optical reference path, which preferably consists of several graded optical fibers and systematically determined pixels of the 2D receiving element is optically assigned and does not cause time drift errors. In this way, one Calibration of the 3D image realized in all three dimensions.

Ein weiterer entscheidender Vorteil ist die Schnelligkeit der 3D-Bildaufnahme.Another decisive advantage is the speed of the 3D image acquisition.

Die heute käuflichen CCD-Elemente detektieren 50 bis 250 Bilder pro Sekunde. Da zur Berechnung eines 3D-Bildes drei bis fünf 2D-Intensitätsbilder erforderlich sind, können mehr als zehn 3D-Bilder pro Sekunde gewonnen werden. Das bedeutet, daß mehr als 10 vollständige 3D- Bilder mit Hunderttausenden von Raumpunkten bzw. Voxel inklusive der Grauwertinformation oder - bei dreifacher Anwendung des Verfahrens z. B. für rot, grün und blau in einer entsprechenden 3D-Farbkamera - 10 vollständige 3D-Farbbilder pro Sekunde ermittelt werden.The CCD elements available today detect 50 to 250 frames per second. There for Calculating a 3D image can require three to five 2D intensity images, more than ten 3D images per second can be obtained. This means that more than 10 full 3D Images with hundreds of thousands of space points or voxels including the gray value information or - with triple application of the method z. B. for red, green and blue in one corresponding 3D color camera - 10 complete 3D color images per second can be determined.

Ein großer Vorteil gegenüber bisherigen Konzepten ist die Flexibilität bezüglich unterschiedlicher Abstände und Meßvolumina. Im gleichen Meßsystem kann durch synchrone Änderung der Sende- und Empfangsoptik z. B. durch ZOOM-Funktionen die 3D-Vermessung der Objektgröße angepaßt werden. A big advantage over previous concepts is the flexibility regarding different Distances and measuring volumes. In the same measuring system, the transmit and Receiving optics z. B. by ZOOM functions the 3D measurement of the object size be adjusted.  

Der Mehraufwand des vorgeschlagenen Systems beträgt dabei weit weniger, als der dreifache Aufwand, bietet aber ein Vielfaches an Meßsicherheit und Information, da das gültige 3D-Farbbild durch die redundante Vereinigung der drei auf z. B. rot, grün und blau beruhenden 3D- Einzelfarbbilder rekonstruiert werden kann.The additional effort of the proposed system is far less than three times Effort, but offers a lot of measurement certainty and information, because the valid 3D color image through the redundant union of the three on z. B. red, green and blue based 3D Single color images can be reconstructed.

Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild einer 3D-Farbkamera. Sie enthält vor allem Fig. 1 is a simplified block diagram showing a 3-D color camera. Above all, it contains

  • - einen optischen Sender 9, der eine 3D-Szene 13 mit z. B. drei Wellenlängen λ1, λ₂ und λ₃ beleuchtet,- An optical transmitter 9 , the a 3D scene 13 with z. B. three wavelengths λ1, λ₂ and λ₃ illuminated,
  • - einen Modulationsgenerator 1, der gleichermaßen den Sender 9 als auch den Empfänger 23 moduliert,a modulation generator 1 , which modulates the transmitter 9 as well as the receiver 23 ,
  • - einen Empfänger 23, der das reflektierte Streulicht der 3D-Szene 13 empfängt,a receiver 23 which receives the reflected scattered light from the 3D scene 13 ,
  • - eine Auswerteeinheit 26, die z. B. die aus mindestens drei empfangenen Intensitätsbildern für verschiedene Modulationsfrequenzen des Modulationsgenerators 1 und für verschiedene Laufzeitunterschiede bei sinusförmigen oder impulsförmigen Modulationssignalen auswertet, sowie eine- An evaluation unit 26 , the z. B. evaluates from at least three received intensity images for different modulation frequencies of the modulation generator 1 and for different transit time differences in sinusoidal or pulse-shaped modulation signals, and one
  • - Ablaufsteuerung, die den gesamten Meßvorgang zeitlich steuert und erfindungsgemäß in der Lage ist, über die Verbindung 36 optimal bzw. in gewünschter Weise auf das Meßergebnis zu reagieren.- Sequence control, which controls the entire measuring process in time and, according to the invention, is able to react optimally or in the desired manner to the measurement result via the connection 36 .

Erfindungsgemäß wird auf der Sendeseite mindestens eine Lichtquelle 2 mit vorzugsweise konstanter Intensität und einer relativen spektralen Halbwertsbreite von z. B. 5-10% verwendet.According to the invention, at least one light source 2 with preferably constant intensity and a relative spectral half-width of z. B. 5-10% used.

In Fig. 1 ist eine Ausführung mit drei derartigen Einzellichtquellen 2a, 2b und 2c dargestellt, die erfindungsgemäß unterschiedliche Spektralbereiche mit den Mittenwellenlängen λ₁, λ₂, λ₃ z. B. für rot, grün und blau liefern.In Fig. 1, an embodiment with three such individual light sources 2 a, 2 b and 2 c is shown, which according to the invention different spectral ranges with the center wavelengths λ₁, λ₂, λ₃ z. B. for red, green and blue.

Das Licht der wahlweise ein- oder mehrfachen Lichtquelle 2 wird durch mindestens einen zweidimensionalen optischen Sende-Intensitätsmodulator 9, dessen Transmission nach Maßgabe des vom Modulationsgenerator 1 gelieferten Modulationssignals in der Intensität moduliert und über eine geeignete, in Fig. 1 nicht dargestellte Optik, als intensitätsmodulierte, ein- oder mehrfarbige Lichtwelle in Form von Sinusschwingungen 12 oder Nadelimpulsen 11 auf die zu vermessende 3D-Szene 13 gesendet.The light of the optionally single or multiple light source 2 is modulated in intensity by at least one two-dimensional optical transmit intensity modulator 9 , the transmission of which is modulated in intensity according to the modulation signal supplied by the modulation generator 1 and by means of suitable optics (not shown in FIG. 1) , single or multi-colored light wave in the form of sinusoidal vibrations 12 or needle pulses 11 sent to the 3D scene 13 to be measured.

Der Empfänger 23 ist mit seiner Optik, in Fig. 1 ebenfalls nicht ausgeführt, auf den gleichen, vom Sender 9 beleuchteten Bereich der 3D-Szene 13 ausgerichtet und empfängt den Teil des in Richtung des Empfängers reflektierten Lichts. Diese reflektierten Lichtwellen 14 bzw. 15 enthalten die räumlichen Entfernungsinformationen der 3D-Szene im Fall der Sinusmodulation in den Phasenlaufzeiten und im Fall der Nadelimpulsmodulation in den Pulslaufzeiten. Zur driftfreien Ermittlung dieser Laufzeiten wird das empfangene Licht getrennt durch spektrale Bandfilter z. B. 17a, 17b und 17c entsprechend der Zahl der gesendeten Spektralbereiche entweder auf einen gemeinsamen oder den Spektralbereichen entsprechend zugeordneten Empfangs-Intensitätsmodulatoren z. B. 22a, 22b und 22c geführt, wobei dieser ein- oder mehrfache Empfangs-Intensitätsmodulator 22 erfindungsgemäß durch das gleiche bzw. durch das um eine Laufzeit τ zeitversetzte Modulationssignal wie der Sende-Intensitätsmodulator 8 moduliert wird.The receiver 23 with its optics, likewise not shown in FIG. 1, is aligned with the same area of the 3D scene 13 illuminated by the transmitter 9 and receives the part of the light reflected in the direction of the receiver. These reflected light waves 14 and 15 contain the spatial distance information of the 3D scene in the case of sinus modulation in the phase transit times and in the case of needle pulse modulation in the pulse transit times. To determine these transit times without drift, the received light is separated by spectral band filters, e.g. B. 17 a, 17 b and 17 c corresponding to the number of transmitted spectral ranges either on a common or the spectral ranges correspondingly assigned receive intensity modulators z. B. 22 a, 22 b and 22 c, wherein this single or multiple receive intensity modulator 22 is modulated according to the invention by the same or by the time-delayed modulation signal τ as the transmit intensity modulator 8 .

Höchste Reichweiten bzw. Empfindlichkeiten werden mit der erfindungsgemäßen 3D-Kamera dadurch erreicht, daß die Ablaufsteuerung 27 in der strichlierten Stellung des Schalters 29 einerseits über die gesteuerte Phaseneinheit 28 eine binäre Phasenumtastung, daß heißt Phasenänderungen von 0° und 180° zusätzlich zu einer Grundphasenverschiebung für das Sende- Modulationssignal nach vorzugsweise einem pseudobinären Zufallscode bewirkt, während das Empfangs-Modulationssignal unbeeinflußt bleibt, und andererseits die Auswerteeinheit über die Verbindung 31 und/oder das Empfangselement 25 so steuert, daß die Intensitätsamplituden pixelweise entsprechend diesem Pseudozufallscode positiv bzw. negativ gewichtet und über mehrere Perioden dieses Codes aufintegriert werden.Highest ranges or sensitivities are achieved with the 3D camera according to the invention in that the sequence control 27 in the dashed position of the switch 29, on the one hand, via the controlled phase unit 28, a binary phase shift keying, that is, phase changes of 0 ° and 180 ° in addition to a basic phase shift for causes the transmit modulation signal according to preferably a pseudo-binary random code, while the receive modulation signal remains unaffected, and on the other hand controls the evaluation unit via the connection 31 and / or the receiving element 25 so that the intensity amplitudes are pixel-by-pixel positively or negatively weighted in accordance with this pseudo-random code and via several periods of this code can be integrated.

Die vorgeschlagene 3D-Kamera bietet erstmals eine technisch realisierbare Möglichkeit, 3D- Farbbilder zu liefern. Bisher sind keine derartigen Geräte oder Verfahren bekannt geworden.For the first time, the proposed 3D camera offers a technically feasible option for 3D Deliver color images. So far, no such devices or methods have become known.

Durch die Multiplikation des mit dem sendeseitigen Modulationssignal intensitätsmodulierten und durch die 3D-Szene und wahlweise bei der strichlierten Stellung des Schalters 29 durch die Verzögerungseinheit verzögert empfangenen Lichts mit dem gleichen Modulationssignal im Empfangs-Intensitätsmodulator 22 entsteht eine mittlere Lichtintensität, die in einem festen Zusammenhang von der Laufzeit- bzw. Phasenbeziehung beider Signale am Ort des Empfangs- Intensitätsmodulators 22 abhängt.By multiplying the light received with the modulation signal at the transmitting end and delayed by the 3D scene and optionally delayed by the delay unit in the dashed position of the switch 29 by the same modulation signal in the receiving intensity modulator 22 , an average light intensity is produced which is in a fixed relationship from depends on the transit time or phase relationship of both signals at the location of the reception intensity modulator 22 .

Diese Mittelwertbildung dieser sendeseitig und empfangsseitig modulierten Lichtintensität erfolgt pixelweise durch Integration auf mindestens einem 2D-Empfangselement 25, das im Falle von z. B. drei Spektralbereichen des Sendelichts ein Dreifarben-CCD-Chip enthalten kann oder durch drei den Spektralbereichen zugeordneten 2D-Empfangselementen 25a, 25b und 25c realisiert wird. This averaging of this light intensity modulated on the transmission side and on the reception side is carried out pixel by pixel by integration on at least one 2D receiving element 25 , which in the case of e.g. B. three spectral ranges of the transmission light can contain a three-color CCD chip or realized by three 2D reception elements 25 a, 25 b and 25 c assigned to the spectral ranges.

Für sinusförmige Modulationssignale entsteht bei diesem pixelweise homodynen Mischverfahren am Ort des Empfangs-Intensitätsmodulators 22 eine Art Interferenzbild bzw. Interferogramm, das als Ladungsbild auf dem 2D-Empfangselement abgebildet und ausgelesen wird.For sinusoidal modulation signals, this pixel-by-pixel homodyne mixing method produces a type of interference image or interferogram at the location of the reception intensity modulator 22 , which is imaged and read out as a charge image on the 2D reception element.

Durch mindestens drei verschiedene Messungen einer Pixelamplitude bei der gleichen 3D-Szene z. B. durch 3 verschiedene Frequenzen des Modulationsgenerators 1 oder durch drei verschiedene Phasenlaufzeiten bzw. Phasenwinkel durch die Verzögerungseinheit 28 kann bekanntlich die Pixelphase und damit der zugehörige gesuchte Entfernungswert ermittelt werden. Der Mittelwert bzw. Gleichanteil einer z. B. mit einem CCD-Pixel gemessenen Lichtintensität ICCD0 ergibt sich aus dem Intensitätsverlauf ICCD(t) wie folgt:By at least three different measurements of a pixel amplitude in the same 3D scene z. B. by 3 different frequencies of the modulation generator 1 or by three different phase delays or phase angles through the delay unit 28 , as is known, the pixel phase and thus the associated distance value sought can be determined. The mean or constant component of a z. B. with a CCD pixel measured light intensity I CCD0 results from the intensity curve I CCD (t) as follows:

mit:With:

K = Konstante
ω = Modulationskreisfrequenz
ϕ = Phasenlaufzeit des Pixelsignals
T(t) = Transmissionsfaktor des sinusförmig modulierten Intensitätsmodulators 8 bzw. 22 mit Mittelwert T₀ und Modulation Tm
E(t) = Empfangsintensität des Pixels mit Mittelwert E₀ und Wechselanteil Em K = constant
ω = modulation angular frequency
ϕ = phase delay of the pixel signal
T (t) = transmission factor of the sinusoidally modulated intensity modulator 8 or 22 with mean value T₀ and modulation T m
E (t) = reception intensity of the pixel with mean E₀ and alternating component E m

Der Mittelwert bzw. Gleichanteil ICCD0 hängt danach wie folgt von der Phase ϕ ab:The mean or DC component I CCD0 then depends on phase ϕ as follows:

ICCD₀ = K(T₀E₀+TmEmcosϕ).I CCD ₀ = K (T₀E₀ + T m E m cosϕ).

Bezogen auf die gesamte xy-Ebene z. B. eines CCD-Chips ergibt sich - hier nicht durch Überlagerung sondern durch multiplikative Mischung - eine Art Interferogramm der üblichen Form:Based on the entire xy-plane z. B. a CCD chip results - not by Overlay but by multiplicative mixing - a kind of interferogram of the usual Shape:

ICCD0(x,y) = I₀(x,y)+Im(x,y)cosϕ.I CCD0 (x, y) = I₀ (x, y) + I m (x, y) cosϕ.

Unbekannt in dieser Gleichung sind die drei Größen als Gleichanteil bzw. Grundhelligkeit, Im als Wechselanteil bzw. Kontrast sowie ϕ = 2πfT = ωT als Phasendifferenz zwischen dem Modulationssignal und dem Empfangssignal. T ist die gesuchte Phasenlaufzeit. Durch 3 Messungen für verschiedene Frequenzen oder Phasen können alle drei Größen ermittelt werden, z. B. f = f₁, f₂ und f₃:Unknown in this equation are the three quantities as direct component or basic brightness, I m as alternating component or contrast and ϕ = 2πfT = ωT as phase difference between the modulation signal and the received signal. T is the phase runtime you are looking for. With three measurements for different frequencies or phases, all three quantities can be determined, e.g. B. f = f₁, f₂ and f₃:

ICCD01 = I₀ + Imcos2πf₁T, ICCD02 =I₀+Im cos2πf₂T, ICCD03=I₀+Imcos²πf₃TI CCD01 = I₀ + I m cos2πf₁T, I CCD02 = I₀ + I m cos2πf₂T, I CCD03 = I₀ + I m cos²πf₃T

oder durch zusätzliche Phasenverschiebungen ϕz die gemäß Bild 1 durch den Schalter 29 in der strichlierten Stellung realisierbar sind:
ϕz = 2πfτ; mit τ = τ₁, τ = τ₂ und τ = τ₃ ergeben sich wiederum drei Bestimmungsgleichungenor by additional phase shifts ϕ z that can be implemented in the dashed position by switch 29 according to Figure 1:
ϕ z = 2πfτ; with τ = τ₁, τ = τ₂ and τ = τ₃, there are again three equations of determination

ICCD01 =I₀ + Im cos(2πfT + 2πfτ₁),I CCD01 = I₀ + I m cos (2πfT + 2πfτ₁),

ICCD02 =I₀ + Im cos(2πfT + 2πfτ₂),I CCD02 = I₀ + I m cos (2πfT + 2πfτ₂),

ICCD03 = I₀ + Im cos(2πfT + 2πfτ₃).I CCD03 = I₀ + I m cos (2πfT + 2πfτ₃).

Dieses letztere Verfahren ist in der Interferometrie und auch in der Triangulation mit strukturiertem Licht unter dem Namen "Phasenshiftverfahren" weit verbreitet und wird durch schnelle Algorithmen ausgewertet.This latter method is involved in interferometry and also in triangulation structured light under the name "phase shift process" is widely used and is by fast algorithms evaluated.

In der Praxis wird die Auswertung i. a. mit mehr als 3 Messungen durchgeführt, um durch überstimmte Gleichungssysteme die Meßgenauigkeit zu erhöhen.In practice, the evaluation i. a. done with more than 3 measurements to go through tuned systems of equations to increase the measuring accuracy.

Fig. 2 veranschaulicht eine vorteilhafte Ausführungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen 3D- Kamera, hier für nur einen Spektralbereich ausgeführt. Fig. 2 illustrates an advantageous embodiment of the possibility 3D camera according to the invention, here for only a spectral executed.

Diese Darstellung entspricht weitgehend der von Fig. 1, jedoch wird hier eine Realisierungsmöglichkeit der sende- und empfangsseitigen optischen Intensitätsmodulatoren 8 und 22 dargestellt. Weiterhin wird in Fig. 2 eine mögliche Anordnung der Sendeoptik 3 und 10 und Empfangsoptik 16 und 24 vorgeschlagen.This representation largely corresponds to that of FIG. 1, but here an implementation possibility of the transmitting and receiving optical intensity modulators 8 and 22 is shown. Furthermore, a possible arrangement of the transmitting optics 3 and 10 and receiving optics 16 and 24 is proposed in FIG. 2.

Die beiden Intensitätsmodulatoren 8 und 22 dieses Ausführungsbeispiels sind vorzugsweise identisch aufgebaut und beruhen auf der polarisationsabhängigen Lichtdurchlässigkeit eines Polarisators bzw. Polarisationsfilters. The two intensity modulators 8 and 22 of this exemplary embodiment are preferably constructed identically and are based on the polarization-dependent light transmission of a polarizer or polarization filter.

Ein Polarisationsfilter mit senkrechter Polarisation ist z. B. für senkrecht polarisiertes Licht völlig durchlässig und für horizontal polarisiertes Licht völlig sperrend. Die Transmission ist proportional dem Cosinusquadrat der Winkelabweichung.A polarization filter with vertical polarization is e.g. B. completely for perpendicularly polarized light transparent and completely blocking horizontal light. The transmission is proportional to the cosine square of the angular deviation.

In beiden Intensitätsmodulatoren 8 und 22 durchläuft das Licht vorzugsweise die gleichen optischen Komponenten.In both intensity modulators 8 and 22 , the light preferably passes through the same optical components.

Zunächst zur sendeseitigen Funktionsweise: Das Sendelicht der Lichtquelle 2 fällt nach der 1. Sendeoptik 3 auf ein 1. Polarisationsfilter 4, das z. B. horizontal polarisiert sein möge. D. h., nur das horizontal polarisierte Licht der Lichtquelle kann passieren. Anschließend trifft es auf den Sende-Polarisationsmodulator 5, der aus einem lichtdurchlässigen Material mit elektrooptischen Eigenschaften besteht. Danach trifft das Licht über eine später beschriebene, wahlweise einsetzbare λ/4-Platte 6 auf ein 2. Polarisationsfilter, dessen Polarisationsrichtung zu der des 1. Polarisationsfilters 4 gekreuzt ist bzw. senkrecht steht.First of all, on the transmission side mode of operation: the transmission light of the light source 2 falls after the 1st transmission optics 3 onto a 1st polarization filter 4 which, for. B. may be horizontally polarized. That is, only the horizontally polarized light from the light source can pass. Then it hits the transmit polarization modulator 5 , which consists of a translucent material with electro-optical properties. Thereafter, the light strikes a second polarization filter via an optional λ / 4 plate 6 described later, the polarization direction of which is crossed or perpendicular to that of the first polarization filter 4 .

Erfolgt zwischen diesen beiden gekreuzten Polarisationsfiltern keine zusätzliche Drehung der Polarisation, so ist diese Lichtstrecke völlig gesperrt.If there is no additional rotation of the between these two crossed polarization filters Polarization, this light path is completely blocked.

Gleiches gilt für die entsprechend aufgebaute Empfangsstrecke. Dabei weist das eingangsseitige 3. Polarisationsfilter vorzugsweise die gleiche Polarisationsrichtung des Sendelichts auf. Das empfangene, z. B. senkrecht polarisierte Licht wird vom z. B. senkrecht polarisierten 3. Polarisationsfilter 18 vollständig durchgelassen. Anschließend trifft es analog zum Aufbau des Sende-Intensitätsmodulators 8 auf den Empfangs-Polarisationsmodulator 19, weiterhin wahlweise auf eine λ/4-Platte und danach auf ein 4. Polarisationsfilter 21, das zum 3. Polarisationsfilter gekreuzt ist und somit ohne weiteres kein Licht durchläßt.The same applies to the correspondingly constructed reception path. The 3rd polarization filter on the input side preferably has the same polarization direction of the transmitted light. The received, e.g. B. perpendicularly polarized light is from z. B. vertically polarized 3rd polarization filter 18 completely passed. Then, analogously to the structure of the transmission intensity modulator 8, it encounters the reception polarization modulator 19 , optionally also a λ / 4 plate and then a 4th polarization filter 21 which is crossed to the 3rd polarization filter and thus does not let light pass through without further ado .

Die Lichtdurchlässigkeit bzw. Transmission kann durch Anlegen einer Spannung an den sende- und empfangsseitigen Polarisationsmodulator 5 bzw. 19 über das Modulationssignal des Modulationsgenerators 1 beeinflußt werden, indem hiermit die Polarisationsrichtung zwischen den gekreuzten Polarisatoren 4 und 7 des Senders bzw. des Empfängers 18 und 21 gedreht wird.The light transmittance or transmission can be influenced by applying a voltage to the polarization modulator 5 or 19 at the transmitting and receiving end via the modulation signal of the modulation generator 1 , by using this to change the direction of polarization between the crossed polarizers 4 and 7 of the transmitter or receiver 18 and 21 is rotated.

Die Funktionsweise dieser beiden Polarisationsmodulatoren beruht auf dem elektrooptischen Effekt. Der Brechungsindex bzw. das Brechungsindex-Ellipsoid bestimmter elektrooptisch aktiver Kristalle wie z. B. KDP, ADP, LiNbO₃ usw. und ändert sich unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes in anisotroper Weise, so daß sich Lichtwellen unterschiedlicher Polarisation mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ausbreiten können.The functioning of these two polarization modulators is based on the electro-optical Effect. The refractive index or the refractive index ellipsoid is more electro-optically active Crystals such as B. KDP, ADP, LiNbO₃ etc. and changes under the influence of an electrical Field in an anisotropic manner, so that light waves with different polarization can spread different speeds.

Durch geeignete Ausrichtung der Hauptachse des elektrooptischen Materials wird ein Laufzeit- bzw. Gangunterschied zweier orthogonaler Feldkomponenten erzielt, der von der angelegten Spannung abhängt.By suitably aligning the main axis of the electro-optical material, a transit time or Path difference between two orthogonal field components achieved, that of the applied Voltage depends.

Dazu befindet sich der elektrooptische Kristall transversal oder longitudinal zur Richtung der Lichtwellen, je nach der Eignung der elektrooptischen Koeffizienten des Material, zwischen zwei Flächenelektroden wie bei einem Plattenkondensator.For this purpose, the electro-optical crystal is located transversely or longitudinally to the direction of the Light waves, depending on the suitability of the electro-optical coefficients of the material, between two  Surface electrodes like a plate capacitor.

Beträgt die angelegte Spannung Uλ /2, so bedeutet das einen Gangunterschied dieser beiden Feldkomponenten der Lichtquelle von einer halben Wellenlänge.If the applied voltage U λ / 2 , this means a path difference of these two field components of the light source of half a wavelength.

Bei dieser Modulationsspannung Uλ /2 des Modulationsgenerators 1 hat sich die lineare Polarisation zwischen Eingang und Ausgang des Polarisationsmodulators 5 bzw. 19 um 90° gedreht. Damit sind die entsprechenden Lichtstrecken der Intensitätsmodulatoren 8 und 22 für das entsprechend polarisierte Licht völlig transparent.At this modulation voltage U λ / 2 of the modulation generator 1 , the linear polarization between the input and output of the polarization modulator 5 or 19 has rotated by 90 °. The corresponding light paths of the intensity modulators 8 and 22 are thus completely transparent to the correspondingly polarized light.

Deren Modulatorkennlinie 40 wird für unterschiedliche Modulationsspannungen entsprechend dem Gesetz von Malus durch einen sinusförmigen Verlauf beschrieben, wie in Fig. 3 über der Modulationsspannung und dem Gangunterschied dargestellt.Their modulator characteristic curve 40 is described for different modulation voltages in accordance with the law of malus by a sinusoidal curve, as shown in FIG. 3 above the modulation voltage and the path difference.

Damit hängt die Transmission 42 des Lichts gemäß der dargestellten Modulatorkennlinie 40 von der angelegten Spannung des Modulationssignals 41 ab:The transmission 42 of the light depends on the applied voltage of the modulation signal 41 according to the modulator characteristic 40 shown:

T(U) = sin² (90° U/Uλ /2) = ½ - ½ cos (180° U/Uλ /2).T (U) = sin² (90 ° U / U λ / 2 ) = ½ - ½ cos (180 ° U / U λ / 2 ).

Bei einer nadelimpulsförmigen Modulationsspannung liegt der Ruhearbeitspunkt vorzugsweise im Koordinatenursprung von Fig. 3. Für eine sinusförmige Modulation wird als Arbeitspunkt vorzugsweise der Wendepunkt 45 dieser Cosinusquadratkennlinie bei π/2- bzw. λ/4- Gangunterschied gewählt.In a needle pulse-shaped modulation voltage of the quiescent operating point is preferably at the origin of Fig. 3. For a sinusoidal modulation is used as a working point of the turning point 45 of this Cosinusquadratkennlinie preferably at π / 2 or λ / 4 retardation selected.

Dazu wird in beiden Intensitätsmodulatoren 8 und 22 eine λ/4-Platte 6 bzw. 20 aus doppelbrechendem Material eingefügt, die bezüglich der Polarisationsdrehung die gleiche Wirkung besitzt wie der Polarisationsmodulator bei der Spannung Uλ /4 = Uλ /2/2.For this purpose, 22 is a λ / 4-plate is in two intensity modulators 8 and pasted from birefringent material 6 and 20, respectively, with respect to the polarization rotation, the same effect has as the polarization modulator in the voltage U λ / 4 = U λ / 2/2.

In diesem Fall ergibt eine sinusförmige Modulationsspannung durch das Modulationssignal 43 näherungsweise einen sinusförmig modulierten Verlauf der Transmission 44, der einen Gleichanteil enthält, der zu einer entsprechenden Grundhelligkeit führt.In this case, a sinusoidal modulation voltage by the modulation signal 43 results approximately in a sinusoidally modulated course of the transmission 44 , which contains a DC component, which leads to a corresponding basic brightness.

Fig. 4 und Fig. 5 zeigen zwei Ausführungsbeispiele der Polarisationsmodulatoren 5 bzw. 19. Der Polarisationsmodulator in Fig. 4 ist vom longitudinalen Typ, d. h. Modulationsfeld und Lichtwelle weisen die gleiche Richtung auf. Dazu werden die Flächenelektroden transparent ausgeführt, vorzugsweise als ITO (Indiumzinnoxyd)-Dünnfilm. FIGS. 4 and Fig. 5 show two embodiments of the polarization modulators 5 and 19 respectively. The polarization modulator in Fig. 4 is of the longitudinal type, ie the modulation field and the light wave have the same direction. For this purpose, the surface electrodes are made transparent, preferably as an ITO (indium tin oxide) thin film.

Da die λ/2-Spannung z. B. von einem geeigneten Material KD * P (Kaliumdideuteriumphosphat) mit ca. 4000 Volt relativ hoch ist, werden mehrere Schichten verwendet, an denen über die Zuleitungen 53 und 54 die gleiche Modulationsspannung 52 anliegt.Since the λ / 2 voltage z. B. of a suitable material KD * P (potassium dideuterium phosphate) with approximately 4000 volts is relatively high, several layers are used, to which the same modulation voltage 52 is applied via the leads 53 and 54 .

Bei z. B. 10 Schichten beträgt die λ/2-Spannung dieser Anordnung nur noch ein Zehntel. Bei sinusförmiger Modulation reicht damit in der Praxis ein Effektivwert von etwa 60 bis 100 Volt aus. At z. B. 10 layers, the λ / 2 voltage of this arrangement is only a tenth. At In practice, sinusoidal modulation is sufficient for an effective value of around 60 to 100 volts.  

Der Polarisationsmodulator 5 bzw. 19 in Fig. 5 ist vom transversalen Typ. Dementsprechend wird durch die Modulationsspannungsquelle 61 über die Flächenelektroden 62 und 63 ein elektrischen Feld quer zur Ausbreitungsrichtung der Lichtwelle angelegt. Hierzu sind Materialien wie Lithiumniobat mit einem elektrooptischen Koeffizienten r₃₃ etwa 30 pm/V oder DAST mit r₁₁ etwa 300 bis 400 pm/V geeignet.The polarization modulator 5 or 19 in Fig. 5 is of the transverse type. Accordingly, an electric field is applied across the surface electrodes 62 and 63 by the modulation voltage source 61 across the direction of propagation of the light wave. For this purpose, materials such as lithium niobate with an electro-optical coefficient r₃₃ about 30 pm / V or DAST with r₁₁ about 300 to 400 pm / V are suitable.

Durch eine zusätzliche Schichtung analog zu der in Fig. 4 läßt sich die erforderliche Modulationsspannung oder die Länge des Polarisationsmodulators verringern.The required modulation voltage or the length of the polarization modulator can be reduced by an additional layering analogous to that in FIG. 4.

Eine solche Ausführung der erfindungsgemäßen 3D-Kamera: weist insbesondere folgende Vorteile auf:Such an embodiment of the 3D camera according to the invention: has in particular the following Advantages on:

  • - Verglichen mit einem Spiegelscannersystem ist die 3D-Kamera kompakt, ohne bewegte Teile, benötigt keinen Laser, die relative Bandbreite kann bis zu 10% betragen, erlaubt den Einsatz z. B. eines LED-Arrays und liefert mit ca. 20 Watt ein um den Faktor 1000 höheres Signalrauschverhältnis gegenüber einem Spiegelscannersystem, daß wegen der Augensicherheit einen Laserstrahl von z. B. nur 20 mW Sendeleistung verwendet.- Compared to a mirror scanner system, the 3D camera is compact, with no moving parts, does not require a laser, the relative bandwidth can be up to 10%, allows use e.g. B. an LED array and with approx. 20 watts delivers a factor 1000 higher Signal to noise ratio compared to a mirror scanner system that because of eye safety a laser beam from e.g. B. only 20 mW transmission power used.
  • - Der Betrieb der Modulatoren ist nahezu verlustfrei und das Umschalten der Frequenzen durch die Induktivität des Schwingkreises erfolgt synchronisiert im Stromnulldurchgang der Induktivitäten ebenfalls verlustarm.- The operation of the modulators is almost lossless and the switching of the frequencies by the inductance of the resonant circuit is synchronized in the zero current crossing Inductors also low loss.
  • - Keine Augensicherheitsprobleme und keine Speckle-Probleme, da kein Laser erforderlich ist.- No eye safety problems and no speckle problems as no laser is required.
  • - Durch symmetrische Verteilung des Sendelichts zur Empfangsachse können Spiegelungseffekte verringert werden.- Due to the symmetrical distribution of the transmitted light to the receiving axis, reflection effects can occur be reduced.
  • - Durch genaue Vermessung eines großen Modulationsfrequenzbereiches können durch Fouriertransformation Mehrfachreflexionen unterschieden werden.- By precise measurement of a large modulation frequency range you can Fourier transformation multiple reflections can be distinguished.
  • - Durch gezieltes Drehen der Polarisationsrichtungen des Sende- oder Empfangslichts können polarisationsabhängige Reflexionen unterdrückt werden.- By specifically rotating the polarization directions of the transmitted or received light polarization-dependent reflections can be suppressed.

Schließlich liefert die gleiche Anordnung von Bild 2 mit dem Schalter 29 in der strichlierten Schalterstellung die Möglichkeit, durch Modulation mit Nadelimpulsen, vorzugsweise aus dem Nullpunkt der Modulatorkennlinie heraus, durch Variation der gegenseitigen Verzögerung von Sende- und Empfangsmodulationssignal den Raum ähnlich zum bekannten TDR (Time Domain Reflechtromtry)-Verfahren in der Tiefe schichtweise abzutasten, wobei die Faltung der Nadelimpulskorrelationsfunktion mit der räumlichen Reflexionscharakteristik der 3D-Szene ermittelt wird.Finally, the same arrangement of Figure 2 with the switch 29 in the dashed switch position provides the possibility of modulating the space similar to the known TDR (Time.) By modulating with needle pulses, preferably from the zero point of the modulator characteristic, by varying the mutual delay of the transmit and receive modulation signal Domain Reflechtromtry) method to be scanned in layers, whereby the folding of the needle pulse correlation function is determined with the spatial reflection characteristics of the 3D scene.

Claims (26)

1. 3D-Kamera nach dem Laufzeitprinzip unter Verwendung elektromagnetischer Wellen, vorzugsweise von Lichtwellen, mit mindestens einem Sender, der eine Lichtwelle (11 bzw. 12) auf eine 3D-Szene (13), deren Entfernungscharakteristik vom Sender (9) und vom Empfänger (23) in einem gewünschten Raumwinkel gemessen werden soll, sendet, sowie einem Empfänger (23), der die in Richtung des Empfänger reflektierte Lichtwelle (14 bzw. 15) über einen zwischendimensionalen Detektor empfängt und demoduliert, einer vom Sender zum Empfänger führenden Referenzlichtstrecke (32), einem Modulationsgenerator (1), der sowohl den Sender (9) als auch zum Zweck der Demodulation den Empfänger (22) elektronisch moduliert, einer Ablaufsteuerung (27) und einer Auswerteeinheit (26), die pixelweise aus den gemessenen Intensitätswerten die Laufzeitbeziehungen und damit die 3D-Koordinaten der 3D-Szene ermittelt und daraus ein dreidimensionales Bild rekonstruiert dadurch gekennzeichnet, daß der Sender intensitätsmodulierte Lichtwellen mindestens eines Spektralbereichs, jedoch vorzugsweise von drei, den Farben rot, grün und blau entsprechenden Spektralbereichen aussendet und die von der 3D-Szene (13) in den Empfänger (23) reflektierten Lichtwellen vorzugsweise durch vorgeschaltete Bandfilter (17) spektral getrennt über mindestens einen Intensitätsmodulator (22) wahlweise von mindestens einem spektral zugehörigen 2D- Empfangselement (25), vorzugsweise einem Mehrfarben-CCD-Chip, pixelweise in elektrische Signale umgewandelt werden, aus denen mittels der Auswerteeinheit (26) dreidimensionale Grauwertbilder oder vorzugsweise dreidimensionale Farbbilder rekonstruiert werden und daß dabei die Lichtquelle (2) des Senders (9) zumindest zeitweilig Licht konstanter Intensität aussendet, das durch einen nachgeschalteten optischen Intensitätsmodulator (8) moduliert wird, wobei die empfangenen Lichtwellen durch den dem 2D-Empfangselement (25) vorgeschalteten optischen Intensitätsmodulator (22), der möglichst gleichartig zum sendeseitigen Intensitätsmodulator (8) ausgelegt und betrieben wird, demoduliert werden, und wobei beide Intensitätsmodulatoren (8 und 22) durch das gleiche Modulationssignal oder durch das bis auf einen durch ein steuerbares Verzögerungsglied (28) verursachten Zeitversatz gleiche Modulationssignal wahlweise in Form einer Sinusschwingung im MHz bis GHz-Bereich oder in Form von Nadelimpulsen im ps- bis ns-Bereich angesteuert wird. 1. 3D camera according to the transit time principle using electromagnetic waves, preferably light waves, with at least one transmitter that emits a light wave ( 11 or 12 ) onto a 3D scene ( 13 ), the distance characteristics of which from the transmitter ( 9 ) and from the receiver ( 23 ) to be measured at a desired solid angle, and a receiver ( 23 ), which receives and demodulates the light wave ( 14 or 15 ) reflected in the direction of the receiver via an interdimensional detector, a reference light path leading from the transmitter to the receiver ( 32 ), a modulation generator ( 1 ), which electronically modulates both the transmitter ( 9 ) and the receiver ( 22 ) for the purpose of demodulation, a sequence control ( 27 ) and an evaluation unit ( 26 ), which determine the runtime relationships pixel by pixel from the measured intensity values and thus determines the 3D coordinates of the 3D scene and reconstructs a three-dimensional image therefrom characterized that the transmitter emits intensity-modulated light waves from at least one spectral range, but preferably from three spectral ranges corresponding to the colors red, green and blue, and the light waves reflected from the 3D scene ( 13 ) into the receiver ( 23 ) are preferably spectrally transmitted by upstream band filters ( 17 ) separated by at least one intensity modulator ( 22 ) optionally from at least one spectrally associated 2D receiving element ( 25 ), preferably a multicolor CCD chip, are converted into electrical signals from which three-dimensional gray-scale images or preferably three-dimensional color images are generated by means of the evaluation unit ( 26 ) be reconstructed and that the light source ( 2 ) of the transmitter ( 9 ) at least temporarily emits light of constant intensity, which is modulated by a downstream optical intensity modulator ( 8 ), the received light waves being preceded by the 2D receiving element ( 25 ) The optical intensity modulator ( 22 ), which is designed and operated as similarly as possible to the transmitter-side intensity modulator ( 8 ), is demodulated, and both intensity modulators ( 8 and 22 ) are characterized by the same modulation signal or by one except for a controllable delay element ( 28 ). the same modulation signal caused by the time shift is controlled either in the form of a sine wave in the MHz to GHz range or in the form of needle pulses in the ps to ns range. 2. 3D-Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sende-Intensitätsmodulator (8) und der Empfangs-Intensitätsmodulator (22) eingangsseitig linear polarisierte Lichtwellen erhalten und ausgangsseitig je ein Polarisationsfilter (7 bzw. 21) enthalten, dessen Polarisation zu diesen linear polarisierten eingangsseitigen Lichtwellen gekreuzt ist und daß sich jeweils vor dem ausgangsseitig enthaltenen Polarisationsfilter (7) des Sende-Intensitätsmodulators (8) und vor dem ausgangsseitig enthaltenen Polarisationsfilter (21) des Empfangs-Intensitätsmodulators (22) je ein elektrooptisch aktiver Polarisationsmodulator (5 bzw. 19) möglichst gleicher Eigenschaften befindet, der von einem gemeinsamen Modulationsgenerator (1) wahlweise mit dem gleichen oder mit dem - bis auf einen Laufzeitunterschied T einer steuerbaren Verzögerungseinheit - gleichen Modulationssignal angesteuert wird.2. 3D camera according to claim 1, characterized in that the transmit intensity modulator ( 8 ) and the receive intensity modulator ( 22 ) receive linearly polarized light waves on the input side and each contain a polarization filter ( 7 or 21 ), the polarization of which on the output side linearly polarized input-side light waves are crossed and that in each case there is an electro-optically active polarization modulator ( 5 or in each case in front of the polarization filter ( 7 ) of the transmit intensity modulator ( 8 ) and on the output side polarization filter ( 21 ) of the receive intensity modulator ( 22 ) 19 ) has the same properties as possible, which is controlled by a common modulation generator ( 1 ) either with the same or with the same modulation signal - except for a delay time T of a controllable delay unit. 3. 3D-Kamera nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sende- Intensitätsmodulator (8) und der Empfangs-Intensitätsmodulator (22) jeweils vor dem ausgangsseitigen Polarisationsfilter (7 bzw. 21) eine sog. λ/4-Platte mit einem Gangunterschied einer viertel Wellenlänge enthält.3. 3D camera according to claim 1 and 2, characterized in that the transmit intensity modulator ( 8 ) and the receive intensity modulator ( 22 ) each have a so-called λ / 4 plate in front of the output-side polarization filter ( 7 or 21 ) contains a quarter wavelength path difference. 4. 3D-Kamera nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger vor dem Intensitätsmodulator (22) mindestens ein Bandfilter (17) entsprechend dem optischen Spektralbereich des Senders und ein Polarisationsfilter (18) entsprechend der Polarisierung des vom Sender (9) abgegebenen Lichts enthält.4. 3D camera according to claim 1 to 3, characterized in that the receiver in front of the intensity modulator ( 22 ) at least one bandpass filter ( 17 ) corresponding to the optical spectral range of the transmitter and a polarization filter ( 18 ) corresponding to the polarization of the transmitter ( 9 ) emitted light contains. 5. 3D-Kamera nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Polarisationsmodulatoren (5 bzw. 19) möglichst gleichartig aufgebaut sind und vorzugsweise aus mehreren Schichten bestehen, an denen, den elektrooptischen Effekt verstärkend, die gleiche Modulationsspannung mit longitudinalen Modulationsfeldern anliegt.5. 3D camera according to claim 1 to 4, characterized in that the two polarization modulators ( 5 and 19 ) are constructed as similar as possible and preferably consist of several layers, on which, reinforcing the electro-optical effect, the same modulation voltage with longitudinal modulation fields is present . 6. 3D-Kamera nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationsmodulatoren (5 bzw. 19) aus mehreren Schichten bestehen, an denen, den elektrooptischen Effekt verstärkend, die gleiche Modulationsspannung mit transversalen Modulationsfeldern anliegt.6. 3D camera according to claim 1 to 4, characterized in that the polarization modulators ( 5 and 19 ) consist of several layers, on which, reinforcing the electro-optical effect, the same modulation voltage with transverse modulation fields is present. 7. 3D-Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtwellen des Senders (9) aus mehreren Spektralbereichen, z. B. drei Farben, bestehen, die mit einem einzigen Intensitätsmodulator (8), der auf den mittleren Spektralbereich hin ausgelegt ist, intensitätsmoduliert werden. 7. 3D camera according to claim 1, characterized in that the light waves of the transmitter ( 9 ) from several spectral ranges, for. B. three colors, which are intensity modulated with a single intensity modulator ( 8 ), which is designed for the middle spectral range. 8. 3D-Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulationsgenerator (1) für die gleiche 3D-Szene nacheinander mindestens drei verschiedene Frequenzen etwa für die Dauer von ms bis zu Sekunden erzeugt, in der die Intensitäten pixelweise integriert werden, wobei aus den diesen Frequenzen zugehörigen Intensitätsbildern in der Auswerteeinheit die zugehörigen Laufzeitinformationen berechnet und zusammen mit den Grauwert- bzw. Farbinformationen der Grundhelligkeit am Ausgang (30) als komplette 3D-Grauwertbilder bzw. 3D-Farbbilder zur Verfügung gestellt werden.8. 3D camera according to claim 1, characterized in that the modulation generator ( 1 ) for the same 3D scene successively generates at least three different frequencies for about the duration of ms to seconds, in which the intensities are integrated pixel by pixel, from The associated runtime information is calculated for the intensity images associated with these frequencies in the evaluation unit and, together with the gray value or color information for the basic brightness, is made available at the output ( 30 ) as complete 3D gray value images or 3D color images. 9. 3D-Kamera nach Anspruch 1 oder einem der nachfolgenden, gekennzeichnet durch die Verwendung eines einzigen Spektralbereichs mit nur einem sendeseitigen Intensitätsmodulator (8) und nur einem empfangsseitigen Intensitätsmodulator (22) und einem optischen 2D- Empfangselement für die Grauwertdetektion.9. 3D camera according to claim 1 or one of the subsequent claims, characterized by the use of a single spectral range with only one transmission-side intensity modulator ( 8 ) and only one reception-side intensity modulator ( 22 ) and an optical 2D receiving element for the gray value detection. 10. 3D-Kamera nach Anspruch 1 oder einem der nachfolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzstrecke (32), die von mindestens einem Spektralbereich der gesendeten Lichtwellen zu mindestens einem zugeordneten empfangenen Spektralbereich des Empfängers führt, durch mehrere Lichtleitfasern unterschiedlicher Laufzeit, deren Referenzlicht auf mehrere Pixel mindestens eines spektral zugeordneten 2D-Empfangselements (25) zum Zweck einer systematischen, räumlichen Kalibrierung abgebildet wird, realisiert wird.10. 3D camera according to claim 1 or one of the subsequent claims, characterized in that the reference path ( 32 ), which leads from at least one spectral range of the transmitted light waves to at least one associated received spectral range of the receiver, by a plurality of optical fibers of different transit times, the reference light of which a plurality of pixels of at least one spectrally assigned 2D reception element ( 25 ) is imaged for the purpose of systematic, spatial calibration. 11. 3D-Kamera nach Anspruch 1 oder einem der nachfolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangspolarisation des Senders und die Eingangspolarisation des Empfängers wahlweise gleich und entweder horizontal oder vertikal ist oder gekreuzt ist.11. 3D camera according to claim 1 or one of the subsequent claims, characterized in that the Output polarization of the transmitter and the input polarization of the receiver are optionally the same and is either horizontal, vertical or crossed. 12. 3D-Kamera nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß für die gleiche 3D-Szene jeweils mindestens 2 eigenständige 3D-Messungen durch jeweils mindestens drei Frequenzen durchgeführt werden, wobei sich diese 2 oder mehrere Frequenzkombinationen vorzugsweise um einen konstanten Frequenzversatz unterscheiden.12. 3D camera according to claim 13, characterized in that for the same 3D scene in each case at least 2 independent 3D measurements with at least three frequencies each be carried out, these 2 or more frequency combinations preferably around distinguish a constant frequency offset. 13. 3D-Kamera nach Anspruch 1 oder einem der nachfolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß von der gleichen 3D-Szene mindestens 3 verschiedene Intensitätsbilder auf dem 2D- Empfangselement (25) nacheinander bei mindestens drei verschiedenen durch die Verzögerungseinheit (28) eingestellten Phasenlaufzeitunterschiede zwischen dem Sender- und dem Empfänger-Modulationssignal aufgenommen und daraus pixelweise die Entfernungsinformationen und das zugehörige 3D-Bild berechnet werden. 13. 3D camera according to claim 1 or one of the subsequent claims, characterized in that from the same 3D scene at least 3 different intensity images on the 2D receiving element ( 25 ) in succession with at least three different phase delay differences set by the delay unit ( 28 ) Transmitter and receiver modulation signals are recorded and the distance information and the associated 3D image are calculated pixel by pixel. 14. 3D-Kamera nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenlaufzeitunterschiede der Verzögerungseinheit (28) durch zwischengeschaltete Leitungsstücke realisiert werden.14. 3D camera according to claim 13, characterized in that the phase delay differences of the delay unit ( 28 ) are realized by interposed line pieces. 15. 3D-Kamera nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß für die gleiche 3D-Szene mindestens 2 eigenständige 3D-Messungen durch mindestens drei verschiedene durch die Verzögerungseinheit (28) eingestellten Phasenlaufzeitverzögerungen τ durchgeführt werden, wobei diese 2 oder mehrere Phasenlaufzeitkombinationen jeweils unterschiedlichen Frequenzen des Modulationssignals zugeordnet werden.15. 3D camera according to claim 13, characterized in that for the same 3D scene at least 2 independent 3D measurements are carried out by at least three different phase delay delays τ set by the delay unit ( 28 ), these two or more phase delay combinations each having different frequencies of the modulation signal. 16. 3D-Kamera nach Anspruch 2 oder einem der nachfolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitäten der beiden Polarisationsmodulatoren (5 und 19) zusammen mit der Verzögerungseinheit (28) und dem Modulationsgenerator (1) bei der jeweils eingestellten Frequenz eine nahezu verlustfreie Resonanzschaltung mit einer frequenzbestimmenden Schwingkreisinduktivität darstellen.16. 3D camera according to claim 2 or one of the subsequent claims, characterized in that the capacitances of the two polarization modulators ( 5 and 19 ) together with the delay unit ( 28 ) and the modulation generator ( 1 ) have an almost loss-free resonance circuit at the respectively set frequency represent a frequency-determining resonant circuit inductance. 17. 3D-Kamera nach Anspruch 1, 8 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung der Modulationsfrequenz durch die Umschaltung der frequenzbestimmenden Schwingkreisinduktivität synchronisiert im Stromnulldurchgang der Schwingkreisinduktivität vorzugsweise unter Berücksichtigung von Leitungsabschnitten der Laufzeit τ der Verzögerungseinheit (28) und deren Transformationseigenschaften erfolgt.17. 3D camera according to claim 1, 8 and 16, characterized in that the switching of the modulation frequency by switching the frequency-determining resonant circuit inductance synchronized in the zero crossing of the resonant circuit inductance preferably takes into account line sections of the transit time τ of the delay unit ( 28 ) and their transformation properties. 18. 3D-Kamera nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der beiden Polarisationsmodulatoren (5 und 19) doppelbrechend ist und in der Länge so ausgelegt wird, daß der Gangunterschied ohne angelegte Spannung eine viertel Wellenlänge beträgt und damit die λ/4-Platten (6 bzw. 20) entfallen können.18. 3D camera according to claim 1 and 2, characterized in that the material of the two polarization modulators ( 5 and 19 ) is birefringent and is designed in length so that the path difference without a voltage is a quarter wavelength and thus the λ / 4 plates ( 6 or 20 ) can be omitted. 19. 3D-Kamera nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Polarisationsmodulatoren so unter dem Brewsterwinkel angeordnet werden, daß das 1. Polarisationsfilter (4) und das 3. Polarisationsfilter (18) entfallen können.19. 3D camera according to claim 1 and 2, characterized in that the two polarization modulators are arranged at the Brewster angle so that the 1st polarization filter ( 4 ) and the 3rd polarization filter ( 18 ) can be omitted. 20. 3D-Kamera nach Anspruch 1 oder einem der nachfolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß im Sender (9) und im Empfänger (23) vorzugsweise die gleichen Optiken verwendet werden und daß die Lichtquelle (2) jeweils durch ein Leuchtdiodenarray etwa der Größe der aktiven Fläche des 2D-Empfangselementes (25) gebildet wird. 20. 3D camera according to claim 1 or one of the subsequent claims, characterized in that preferably the same optics are used in the transmitter ( 9 ) and in the receiver ( 23 ) and that the light source ( 2 ) each by a light-emitting diode array approximately the size of the active Surface of the 2D receiving element ( 25 ) is formed. 21. 3D-Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulationsgenerator (1) in der strichlierten Stellung des Schalters (29) Nadelimpulse abgibt und die 3D-Szene (13) durch Wahl der Verzögerungszeit τ der Verzögerungseinheit (28) räumlich in der Tiefe schichtweise vermessen wird, wobei vorzugsweise im Sende- und Empfangs-Intensitätsmodulator (8 und 22) keine λ/4-Platte verwendet wird.21. 3D camera according to claim 1, characterized in that the modulation generator ( 1 ) in the dashed position of the switch ( 29 ) emits needle pulses and the 3D scene ( 13 ) by choosing the delay time τ of the delay unit ( 28 ) spatially in the Depth is measured in layers, preferably no λ / 4 plate is used in the transmit and receive intensity modulator ( 8 and 22 ). 22. 3D-Kamera nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) vorzugsweise als mindestens ein gepulstes Leuchtdiodenarray realisiert und von der Ablaufsteuerung über die strichlierte Verbindung (37) so getriggert wird, daß der Nadelimpuls etwa in das Maximum des von der Lichtquelle (2) abgegebenen Impulses fällt.22. 3D camera according to claim 21, characterized in that the light source ( 2 ) is preferably implemented as at least one pulsed light-emitting diode array and triggered by the sequence control via the dashed line ( 37 ) so that the needle pulse is approximately in the maximum of the Light source ( 2 ) emitted pulse falls. 23. 3D-Kamera nach Anspruch 1 oder einem der nachfolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß für eine 3D-Farbaufnahme sendeseitig nur eine Lichtquelle (2), die Weißlicht abgibt, sowie vorzugsweise nur ein Intensitätsmodulator (8) verwendet wird.23. 3D camera according to claim 1 or one of the subsequent claims, characterized in that only one light source ( 2 ) which emits white light and preferably only one intensity modulator ( 8 ) is used for a 3D color recording on the transmission side. 24. 3D-Kamera nach Anspruch 1 oder einem der nachfolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in einer vereinfachten Ausführung die 3D-Szene nur mit einer modulierten Lichtzeile beleuchtet wird, die empfangsseitig über einen entsprechend zugeordneten Empfangs-Intensitätsmodulator auf ein eindimensionales Empfangselement, vorzugsweise in Form einer CCD-Zeile, abgebildet wird, wobei die dritte Dimension durch Scannen oder die Bewegung der 3D-Szene ermittelt wird.24. 3D camera according to claim 1 or one of the subsequent claims, characterized in that in In a simplified version, the 3D scene is only illuminated with a modulated light line is that on the reception side via a correspondingly assigned reception intensity modulator mapped onto a one-dimensional receiving element, preferably in the form of a CCD line the third dimension is determined by scanning or the movement of the 3D scene. 25. 3D-Kamera nach Anspruch 1 oder einem der nachfolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufsteuerung (27) in der strichlierten Stellung des Schalters (29) einerseits über die gesteuerten Phaseneinheit (28) eine binäre Phasenumtastung, daß heißt Phasenänderungen von 0° und 180° zusätzlich zu einer Grundphasenverschiebung für das Sende-Modulationssignal nach vorzugsweise einem pseudobinären Zufallscode bewirkt, während das Empfangs- Modulationssignal unbeeinflußt bleibt, und andererseits die Auswerteeinheit (26) und/oder das 2D-Empfangselement (25) synchron so steuert, daß die Intensitätsamplituden pixelweise entsprechend diesem Pseudozufallscode positiv bzw. negativ gewichtet und über mehrere Perioden dieses Codes aufintegriert werden.25. 3D camera according to claim 1 or one of the subsequent claims, characterized in that the sequence control ( 27 ) in the dashed position of the switch ( 29 ) on the one hand via the controlled phase unit ( 28 ) a binary phase shift keying, that is, phase changes of 0 ° and 180 ° in addition to a basic phase shift for the transmit modulation signal according to preferably a pseudobinary random code, while the receive modulation signal remains unaffected, and on the other hand controls the evaluation unit ( 26 ) and / or the 2D receive element ( 25 ) synchronously so that the intensity amplitudes Pixel-wise positive or negative weighting according to this pseudo random code and integrated over several periods of this code. 26. 3D-Kamera nach Anspruch 1 oder einem der nachfolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufsteuerung nach Kriterien der Güte der 3D-Meßergebnisse der Auswerteeinheit über die Verbindung (36) im Sinne einer Verbesserung des Meßergebnisses durch entsprechende optimierte Anpassung beeinflußt wird.26. 3D camera according to claim 1 or one of the subsequent claims, characterized in that the sequence control is influenced according to criteria of the quality of the 3D measurement results of the evaluation unit via the connection ( 36 ) in the sense of an improvement of the measurement result by correspondingly optimized adaptation.
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