WO2009132761A1 - Entfernungsmesssystem - Google Patents

Abstract

Bei einem Messsystem (1) ist zwischen einer Sendeeinrichtung (24) für Lichtstrahlen (23) und einer Empfangseinrichtung (26) für von einem Messobjekt (22) zurückgeworfene Lichtstrahlen (27) ein Lichtmodulator (31, 42) vorgesehen, wobei durch eine Ansteuerung der den Lichtmodulator (31, 42) bildenden Modulationszellen (32, 33, 43, 44) festlegbar ist, welche Teilbereiche (20) des Messobjekts (22) zu dem an die Empfangseinrichtung (26) reflektierten Lichtstrahl beitragen. Die Empfangseinrichtung (26) hat hierzu einen Detektor (39), der reflektierte Lichtstrahlen von verschiedenen Teilbereichen (20) des Messobjekts (22) erfasst und zur gemittelten Laufzeitbestimmung der Lichtstrahlen auswertet. Aus der so bestimmten Laufzeit ist durch zeitliche Abfolge der Ansteuerung des Lichtmodulators (31, 42) nach unterschiedlichen Modulationsmustern ein dreidimensionales Abbild des Messobjekts (22) berechenbar.

Description

Entfernungsmesssystem

Die Erfindung betrifft ein Messsystem zur Bestimmung der winkelabhängigen Entfernung zu den Teilbereichen eines in Teilbereiche untergliederten Messobjekts mittels Lichtstrahlen, mit wenigstens einer Lichtstrahlen abgebenden Sendeeinrichtung, mit wenigstens einem die abgegebenen Lichtstrahlen auf das Messobjekt werfenden, optischen Element und mit wenigstens einer die am Messobjekt gestreuten und/oder vom Messobjekt reflektierten Lichtstrahlen erfassenden Empfangseinrichtung, wobei zumindest die Empfangseinrichtung mit Mitteln zur Bestimmung einer ersten physikalischen Größe der vom Messobjekt reflektierten und/oder am Messobjekt gestreuten Lichtstrahlen zur Entfernungsbestimmung verbunden ist.

Derartige Messsysteme sind bereits bekannt und dienen zur berührungsfreien Entfernungsmessung, mittels welcher ein Raumwinkelbereich der Umgebung des Messsystems erfasst und räumlich möglichst punktförmig aufgelöst wird, so dass nach dem Messvorgang Entfernung der in diesem Bereich befindlichen Messobjekte angegeben werden können. Die erfasste physikalische Größe zur Entfernungsbestimmung ist dabei die Phasenverschiebung einer Amplitudenmodulation der reflektierten und/oder gestreuten Lichtstrahlen gegenüber den ursprünglich ausgesandten Lichtstrahlen. Hierbei wird zur Erzielung einer räumlich möglichst punktförmigen Auflösung das Messobjekt gedanklich und durch die dem verwendeten Verfahren zugrundeliegende Auflösungsgenauig- keit in Teilbereiche untergliedert, wobei jeder Teilbereich bei der Auswertung der Messergebnisse näherungsweise als Punkt be- trachtet wird, für den durch den Messvorgang die Entfernung und das Reflektionsvermögen als Datenwert vorliegen.

Aus den gewonnenen Daten lässt sich insbesondere ein dreidimen- sionales Abbild des Messobjektes erzeugen.

In der Praxis sind Messsysteme bekannt, mit denen scannende Verfahren, Verfahren unter Verwendung von mischenden, bildgebenden Detektoren und triangulierende Verfahren ausführbar sind.

Aus der DE 10 2005 028 570 A1 ist eine Entfernungsmessvorrichtung bekannt, bei welcher Laufzeiten von Pulszügen ausgewertet und unterschiedlich entfernten Objekten zugeordnet wer- den.

Aus der DE 101 47 807 AI ist ein Verfahren zur dreidimensionalen Erfassung von Objekten oder Szenen bekannt, bei welcher in einem Bildaufnehmer eine Vielzahl von photoempfindlichen Pixelelementen matrixförmig angeordnet und beliebig viele benachbarte Pixelelemente parallel geschaltet werden.

Hierbei kombinieren scannende Verfahren die Laufzeitmessung eines sich als Strahl ausbreitenden Wellenphänomens, beispiels- weise Licht, Schall, Radar, mit einer Scanvorrichtung, die diesen Strahl über einen Bildbereich, der das Messobjekt umfasst, lenkt. Üblich sind dabei Scanvorrichtungen, die in eine oder zwei Raumrichtungen bewegbar sind, beispielsweise durch Rotation, Schwingung, Verschiebung einer entsprechend ausgebildeten Leitvorrichtung für das Wellenphänomen, und die so einen ein- oder zweidimensionalen Objektbereich erfassen können. Nachteilig ist hierbei, dass die durch die Scannvorrichtung, insbesondere eine eingesetzte Scanmechanik, vorgegebene starre Abfolge der ausgemessenen Bildpunkte eingehalten werden muss. Hieraus resultiert, dass ein Entfernungsbild zunächst vollständig aufgebaut werden muss, bevor eine zweite Messung erfolgen kann, was eine starke Einschränkung an die Geschwindigkeit des durch- geführten Verfahrens bedeutet.

Die bekannten Verfahren unter Verwendung von mischenden bildgebenden Detektoren erlauben es, für moduliertes Licht pixelweise die Phasenbeziehung zwischen ausgesandtem und empfangenem Licht zu ermitteln. Es ist jedoch technologisch bedingt schwierig, mit derartigen Verfahren hohe Genauigkeiten und wegen der üblicherweise limitierten Lichtleistung hohe Messraten zu erreichen, da das Gesichtsfeld vollständig ausgeleuchtet und abgebildet werden muss und Schwierigkeiten durch Nicht- linearitäten des Mischprozesses entstehen. Insbesondere besteht bei vorgegebener sicherer Beleuchtungsstärke meist das Problem, dass die zum Erreichen genügender Genauigkeit nötigen Belichtungszeiten zu lang sind, weil die Lichtmenge auf alle Empfangspixel aufgeteilt werden muss.

Triangulierende Verfahren werden häufig als Projektionsverfahren realisiert. Hierbei wird von einem Projektor ein räumlich-zeitliches Muster auf den Objektbereich projiziert. Dieses Muster wird durch eine Optik aus einer anderen Perspektive wie- der erfasst, und aus den Verzerrungen und der Größe des Musters wird auf die Entfernung zu den einzelnen beleuchteten Punkten geschlossen. Meist besteht das Muster dabei aus kodierten Streifensequenzen, deren einzelne Streifen sich mit Bildverarbeitungstechniken identifizieren lassen. Nachteilig ist dabei, dass die Bildpixel ausreichend lange belichtet werden müssen und dass die entstehende Datenmenge digitalisiert, von der Aufnahmeeinheit in einen Rechner übertragen und dort bearbeitet werden muss. Jeder dieser Schritte kann die Bearbeitungszeit pro Bild und damit die erreichbare Messrate limitieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Messsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die erreichbare Messrate gegenüber dem bekannten Verfahren erhöht ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass das wenigstens eine die abgegebenen Lichtstrahlen auf das Messobjekt werfende optische Element die abgegebenen Lichtstrahlen aufteilt und/oder aufweitet, so dass mehrere Teilbereiche des Messobjektes gleichzeitig durch Lichtstrahlen beschienen werden, dass im Strahlengang der Lichtstrahlen zwischen Sendeeinrichtung und Empfangseinrichtung ein Lichtmodulator angeordnet ist, dass der Lichtmodulator eine Anordnung von Modulationszellen hat, dass mit jeder Modulationszelle der auf einen Teilbereich des Messobjekts fallende Lichtstrahl modulierbar ist und dass die Empfangseinrichtung mit Mitteln zur Bestimmung einer zweiten physikalischen Größe der vom Messobjekt reflektierten und/oder am Messobjekt gestreuten Lichtstrahlen verbunden ist. Das Messsystem erfasst somit als Systemantwort die am Messobjekt gestreuten oder von diesem reflektierten Lichtstrahlen und bestimmt aus der Systemantwort wenigstens zwei physikalische, reellwertige Größen, welche die Rekonstruktion der insbesondere gemittelten Laufzeit der Lichtstrahlen im Strahlengang erlauben. Unter Systemantwort wird in dieser Anmeldung das an der Empfangseinrichtung vorliegende Signal in Bezug auf das an der Sendeeinrichtung erzeugte Signal verstanden.

Als erste physikalische Größe kann beispielsweise die gemit- telte Laufzeit eines Lichtstrahls zwischen Sendeeinrichtung und Empfangseinrichtung verwendet werden. Als zweite physikalische Größe kann beispielsweise die Amplitude der vom Messobjekt reflektierten und/oder am Messobjekt gestreuten Lichtstrahlen verwendet werden.

Aus der ersten und zweiten physikalischen Größe ist beispielsweise der Transmissionskoeffizient und die Phasenverschiebung einer Amplitudenmodulation der Lichtstrahlen oder eine andere Kenngröße, aus der die gemittelte Laufzeit und die Abschwächung der Lichtstrahlen im Strahlengang ableitbar ist, berechenbar.

Durch das Messsystem ist somit ein in einem Raumwinkelbereich angeordnetes Messobjekt erfassbar, und es ist die winkelabhängige Entfernung zu verschiedenen Punkten auf dem Messobjekt bestimmbar, wobei das Messobjekt durch die Auflösung des Mess- Systems gedanklich in Teilbereiche untergliedert wird. Die Teilbereiche formen somit die einzelnen Gebiete auf der dem Messsystem zugewandten Seite des

zu denen mit dem Messsystem die jeweilige Entfernung von einem Referenzpunkt ermittelbar ist. Diese Entfernungen ergeben sich aus der Laufzeit der Lichtstrahlen unter Kenntnis der Lichtgeschwindigkeit m dem den Strahlengang der Lichtstrahlen durchsetzenden Medium.

Durch die Aufteilung der Lichtstrahlen, die durch brechende, reflektierende und/oder beugende optische Elemente oder weitere Maßnahmen bewirkt sein kann, sind zur Messung mehrere Teilbereiche der gedanklichen Unterteilung auf dem Messobjekt gleichzeitig beleuchtbar. Durch die Modulationszellen des Lichtmodulators ist hierbei steuerbar, welche Teilbereiche beleuchtet werden sollen und welche nicht, beziehungsweise welche Teilbe- reiche mit welcher Intensität beleuchtet werden sollen. Durch die Empfangseinrichtung sind diese gleichzeitig auf die verschiedenen Teilbereiche des Messobjektes fallenden und an diesen Teilbereichen gestreuten und/oder von diesen Teilbereichen reflektierten Lichtstrahlen erfassbar, wobei aus den erfassten Daten, beispielsweise einer relativen Phasenverschiebung der reflektierten und/oder gestreuten Lichtstrahlen beziehungsweise deren Amplitudenänderung gegenüber dem ausgesendeten Signal, des Transmissionskoeffizienten, gemittelt über die erfassten Lichtstrahlen, zwischen Sende- und Empfangseinrichtung, oder aus weiteren Daten, welche die Dämpfung und/oder eine ge- mittelte Laufzeit von am Messobjekt gestreuten und/oder vom Messobjekt reflektierten Lichtstrahlen zwischen Sende- und Empfangseinrichtung charakterisieren.

Die Erfindung bietet den Vorteil, dass reflektierte und/oder gestreute Lichtstrahlen von verschiedenen Teilbereichen des Messobjektes simultan erfassbar sind, so dass bereits nach we- nigen Messvorgängen mit unterschiedlichen Ansteuerungen der Modulationszellen ein grobes, dreidimensionales Abbild des sichtbaren Anteils des Messobjekts berechenbar ist. Eine Überwachung der Zustände der Modulationszellen ist nicht notwendig, da bereits eine diskrete Abstufung der Zustände, welche die an- steuerbaren Modulationszellen einnehmen können, ausreichend für eine Berechnung des dreidimensionalen Abbilds ist. Zu dieser Berechnung ist es beispielsweise ausreichend, wenn das Ansteuersignal des Lichtmodulators berücksichtigt wird, wobei der Ausfall einzelner Modulationszellen oder deren Fehlansteuerung für die Berechnung oft zu unerheblichen Veränderungen des

Rechenergebnisses führt. Ein mit Vorteil verwendbarer Berechnungsalgorithmus ist in der Veröffentlichung D. Takhar et al . : A New Compressive Imaging Camera Architecture using Optical-Do- main Compression, in Charles A. Bouman at el . (Ed.) : Compu- tational Imaging IV, SPIE Proceedings 6065 (2006) beschrieben.

Weiterer Vorteil der Erfindung gegenüber einer Entfernungsmessvorrichtung gemäß DE 10 2005 028 570 A1 ist, dass die zur Auf- lösung der Laufzeiten von Pulszügen erforderliche Genauigkeit in der Steuereinheit nicht erforderlich ist.

Vorzugsweise wird für jede physikalische Größe der zeitliche Verlauf in einem Zeitfenster erfasst, wobei das Zeitfenster wenigstens durch die unterschiedlichen Ankunftszeiten der von den verschiedenen Teilbereichen reflektierten und/oder an diesen gestreuten Lichtstrahlen an der Empfangseinrichtung bestimmt ist .

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass aus der ersten physikalische Größe eine insbesondere ge- mittelte Laufzeit der Lichtstrahlen von der Sendeeinrichtung zur Empfangseinrichtung bestimmbar ist. Diese physikalische Größe kann beispielsweise durch eine Phasenverschiebung der an der Empfangseinrichtung gemessenen Amplitudenmodulation der Lichtstrahlen gegenüber der an der Sendeeinrichtung eingestellten Amplitudenmodulation gegeben sein. Es hat sich herausgestellt, dass sich selbst bei einer Überlagerung von Beiträgen der unterschiedlichen Teilbereiche des Messobjekts in der Empfangseinrichtung die Amplitudenmodulation, die beispielsweise aus einem konstanten Anteil und einen variablen Anteil oder aus Pulsen besteht, des empfangenen Lichtsignals von der des ursprünglichen Lichtsignals im Wesentlichen durch eine Pha- senverschiebung des zeitlich variablen Anteils und eine Abschwächung unterscheidet.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass aus der zweiten physikalische Größe ein insbesondere ge- mittelter Transmissionskoeffizient der reflektierten und/oder gestreuten Lichtstrahlen bestimmbar ist. Insbesondere liefert die zweite physikalische Größe somit ein Maß für die Abschwäch- ung der Lichtstrahlen zwischen Sende- und Empfangseinheit. Die Mittelung erfolgt hierbei jeweils über die Teilbereiche des Messobjektes .

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste und die zweite physikalische Größe gemeinsam eine komplexe Komponente der Systemantwort durch die reflektierten und/oder gestreuten Lichtstrahlen beschreiben. Hierbei ergibt sich die Systemantwort aus einer näherungsweisen mathe- matischen Beschreibung des Messsystems, bei dem die ausgesandten, vorzugsweise amplitudenmodulierten, Lichtstrahlen als Vektoren dargestellt werden und die Einwirkung des Messobjekts auf die Lichtstrahlen durch Beugung, Streuung und/oder Reflektion als Matrix mit komplexen Einträgen dargestellt wird. Die Systemantwort ist in dieser Beschreibung durch das Resultat der Anwendung der Matrix auf den Vektor gegeben.

Gemäß einer Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Anordnung der Modulationszellen des Lichtmodulators ein re- gelmäßiges Gitter bildet, die Positionen der einzelnen Modulationszellen also durch geometrische Symmetrietransformationen, insbesondere Drehungen und/oder Verschiebungen, mathematisch ineinander überführbar sind. Beispielsweise sind diese Modulationszellen in einer Ebene angeordnet und formen ein Gitter mit rechteckiger, quadratischer, schiefwinkliger, dreieckiger oder sechseckiger oder anderer Elementarzelle, oder die Modulationszellen sind auf einem Ausschnitt einer gedachten Kugeloberfläche angeordnet und/oder sind voneinander um einen festen Winkel beabstandet. Von Vorteil ist bei diesen Anord- nungen, dass ein vorgegebener Raumwinkelbereich, das Sichtfeld des Messsystems, durch die durch die Größe der Modulationszellen bedingte Auflösungsgrenze des Messsystems den Sichtbereich gedanklich gleichmäßig in Teilbereiche unterteilt, so dass eine Entfernungsmessung zu einem im Sichtbereich angeordneten Messobjekts unabhängig von der konkreten Anordnung des Messobjekts im Sichtbereich und von der konkreten Ausformung des Messobjekts durchführbar ist. Insbesondere sind die Rand- bereiche des Sichtbereichs gut auflösbar. Somit ist das Messsystem zur Herstellung eines dreidimensionalen Abbilds eines vor Messung unbekannten Messobjekts, das in den Sichtbereich gelangt, geeignet.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Modulationszellen durch klappbare Spiegeichen eines Mikrospiegelarrays gebildet werden. Vorzugsweise weisen die Spiegeichen zwei stabile Lagen auf, zwischen denen durch ein entsprechendes Steuersignal gewechselt werden kann. Diese Spie- gelchen sind damit getrennt voneinander ansteuerbar, und können in dem Lichtmodulator, also dem Mikrospiegelarray , so ausgerichtet und ausgebildet i>em, dass jedes Spiegelchen in einer Position die Lichtstrahlen von der Sendeeinheit über das Messobjekt zu der Empfangseinheit lenkt und m der anderen Position die Lichtstrahlen m einen Lichtsumpf oder dergleichen lenkt, wodurch im letzteren Fall die Lichtstrahlen von der Sendeein- heit nicht zur Empfangseinrichtung gelangen können. Hierbei lenkt jedes Spiegeichen in der einen Position einen Anteil der Lichtstrahlen der Sendeeinheit in dem m einem bestimmten Raum- wmkelbereich befindlichen Teilbereich des Messobjektes beziehungsweise leitet die von diesem Teilbereich reflektierten beziehungsweise an diesem Teilbereich gestreuten Lichtstrahlen zur Empfangseinrichtung oder unterbindet in der anderen Position, dass der genannte Teilbereich Lichtstrahlen von der Sendeeinrichtung zur Empfangseinrichtung reflektiert und/oder streut. Durch die Stellung der Spiegeichen sind somit unterschiedliche Muster von Lichtstrahlen in dem Sichtbereich und somit auf ein in dieses befindliches Messobjekt werfbar be- ziehungsweise unterschiedliche Anteile durch Selektion der reflektierten beziehungsweise gestreuten Lichtstrahlen nach unterschiedlichen Mustern in der Empfangseinrichtung auswertbar.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Modulationszellen durch modulierbare Zellen eines transparenten oder reflektierenden LCD-Schirms gebildet werden. Vorzugsweise sind diese Modulationszellen in Stufen zwischen ganz oder nahezu vollständig durchlässig und ganz oder nahezu vollständig absorbierend schaltbar, beispielsweise in zwei oder mehr Stufen.

Der Lichtmodulator kann im Strahlengang der Lichtstrahlen zwischen Sendeeinrichtung und Messobjekt oder im Strahlengang der Lichtstrahlen zwischen Messobjekt und Empfangseinrichtung angeordnet sein, oder es können mehrere Lichtmodulatoren vorgesehen sein, von denen wenigstens ein Lichtmodulator im Strahlengang der Lichtstrahlen zwischen Sendeeinrichtung und Messobjekt und wenigstens ein Lichtmodulator im Strahlengang der Lichtstrahlen zwischen Messobjekt und Empfangseinrichtung angeordnet sind. Im letztgenannten Fall ist eine Erhöhung der Auflösung des Messsystems erreichbar, in dem die Anordnungen der Modulationszellen der Lichtmodulatoren gegeneinander einen Versatz aufweisen, der kleiner ist als die räumliche Ausdehnung einer Modulationszelle.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Modulationszellen unabhängig voneinander ansteuerbar sind. Somit sind beliebige Modulationsmuster realisierbar, so dass eine beliebige, vorzugsweise dem zu erfassenden Messobjekt angepasste Abfolge von Ansteuerungen der Modulationszellen realisierbar ist. Vorzugsweise wird eine Abfolge gewählt, für die zur Rekonstruktion des dreidimensionalen Abbildes ein geringstmöglicher Rechenaufwand erforderlich ist.

Gemäß einer Ausführungs form der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Empfangseinrichtung mit Mitteln zur Bestimmung der Amplitude der reflektierten Lichtstrahlen verbunden ist. Somit ist beispielsweise auch das Reflektionsvermögen der einzelnen Teilbereiche rekonstruierbar, wodurch nicht nur ein die Entfernungsinformation wiedergebendes Abbild des Messobjektes be- rechenbar ist, sondern auch Helligkeitsmformationen des Messobjektes, beispielsweise durch ein Reflektionskoefflzienten berücksichtigendes Abbild, gewinnbar sind.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass im Strahlengang der Lichtstrahlen zwischen Messobjekt und Empfangseinrichtung wenigstens ein optisches Element angeordnet ist, mittels welchem die Empfangseinrichtung die Überlagerung der von den Teilbereichen des Messobjektes reflektierten und/oder der an den Teilbereichen des Messobjektes gestreuten Lichtstrahlen empfängt. Somit ist vorteilhaft eine Anzahl von Empfangssensoren in der Empfangseinrichtung verwendbar, die deutlich unter der für eine vergleichbare Auflösung erforderlichen Anzahl von Sensoren eines Sensorarrays bekannter Bauart liegt. Beispielsweise ist ein einziges Sensorelement m der Empfangseinrichtung bereits ausreichend, wenn eine genügende Anzahl von aufeinanderfolgenden Messvorgängen durchgeführt wird. Es sind somit in dem erfindungsgemäßen Messsystem, insbesondere in der Empfangseinrichtung, Sensorelemente verwendbar, die nur aufwendig und kostenintensiv herstellbar sind. Die Ge- samtauflösung des Messsystems kann somit erhöht werden, indem die Größe der Modulationszellen verkleinert und/oder die Zahl der Modulationszellen erhöht wird, ohne dass die Anzahl der Sensorelemente in der Empfangseinrichtung erhöht werden muss. Die Herstellungskosten der Empfangseinrichtung stellen somit bei vorgegebener Mindestauflösung keine Einschränkung an den für die Lichtstrahlen verwendeten Frequenzbereich dar. Hierbei und in der gesamten Anmeldung werden unter Lichtstrahlen allge- mein elektromagnetische Strahlen verschiedener Frequenzbereiche, im sichtbaren und auch im nicht sichtbaren infraroten beziehungsweise ultravioletten Bereich, auch Radarstrahlen verstanden.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Sendeeinrichtung Mittel zur Amplitudenmodulation der abgegebenen Lichtstrahlen hat und an die Empfangseinrichtung Mittel zur Bestimmung der gemittelten Laufzeit der Lichtstrahlen aus der Phasenverschiebung der Amplitudenmodulation der empfangenen Lichtstrahlen gegenüber den abgegebenen Lichtstrahlen angeschlossen sind. Beispielsweise kann eine Amplitudenmodulation durch Modulierung von speziellen, an den Berechnungsalgorithmus angepassten Wavelets oder durch Lichtpulse, wobei im letzteren Fall die Laufzeit durch den zeit- liehen Abstand zwischen ausgesendetem und empfangenen Puls bestimmt wird, oder durch allgemeinere Modulationsverfahren, beispielsweise zeitlich periodische Modulationsverfahren, realisiert sein. Durch eine Erfassung der überlagerten Lichtstrahlen mit einem Sensorelement oder mit wenigen Sensorelementen in der Empfangseinrichtung ergibt sich ein gemittelter Wert für die Laufzeit, woraus mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Lichtstrahlen Entfernungen berechenbar sind.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Empfangseinrichtung wenigstens eine Fotodiode und dieser zugeordnete Empfangselektronik hat. Diese Fotodiode bildet das wenigstens eine Sensorelement der Empfangseinrichtung und ist vorzugsweise auf einen für den Messvorgang ausgewählten Frequenzbereich abgestimmt, in welchem die Frequenzen der von der Sendeeinrichtung ausgesendeten Lichtstrahlen liegen.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung eine gemeinsame optische Achse definieren und/oder das die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung räumlich zueinander nahe in einer Einheit integriert sind. Hierdurch sind vorteilhaft Parallaxen ausschließbar.

Mit dem erfindungsgemäßen Messsystem ist ein Verfahren zur Bestimmung der winkelabhängigen Entfernung zu den Teilbereichen eines in Teilbereiche untergliederten Messobjektes mittels Lichtstrahlen ausführbar, wobei ein mit optischen Elementen aufgeweiteter Lichtstrahl auf die Teilbereiche des Messobjekts geworfen wird, eine Empfangseinrichtung von dem Messobjekt reflektierte und/oder am Messobjekt gestreute Lichtstrahlen empfängt, ein Lichtmodulator im Strahlengang des Lichtstrahls zwischen Sendeeinrichtung und Empfangseinrichtung angeordnet ist, der Lichtmodulator den Strahlengang des Lichtstrahls gemäß einer Abfolge von Modulationsmustern moduliert, wobei die Modulationsmuster aus Pixeln zusammengesetzt sind und die Pixel den Teilbereichen auf dem Messobjekt entsprechen, zu jedem Modulationsmuster die gemittelte Laufzeit eines Lichtstrahls zwischen Sendeeinrichtung und Empfangseinrichtung und die Amplitude der vom Messobjekt reflektierten und/oder am Messobjekt gestreute Lichtstrahlen bestimmt wird und aus diesen Daten für die Abfolge von Modulationsmustern die Entfernung zu den Teilbereichen des Messobjektes berechnet wird. Hierbei sind die Pixel durch die Größe der Modulationszellen des Lichtmodulators bestimmt. Die Modulationsmuster sind je nach Ansteuerung der Modulationszellen des Lichtmodulators aus an- oder ausgeschalteten Lichtstrahlen beziehungsweise Lichtstrahlen mit ver- minderter Intensität zusammengesetzt. Aus der Abfolge der gemäß der Ansteuerung des Lichtmodulators verwendeten Modulationsmuster und der diesen jeweils zugeordneten Messdaten ist ein dreidimensionales Abbild des sichtbaren Bereich des Messob- jektes berechenbar, wenn die verwendeten Muster eine mathematische Unabhängigkeitsbedingung erfüllen.

Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass nach einer Abfolge von Modulationsmustern die wmkelab- hängige Entfernung zu Teilbereichen des Messobjektes berechnet wird, dass anschließend oder während der Berechnung weitere Daten zu einer weiteren Abfolge von Modulationsmustern bestimmt werden und dass aus diesen weiteren Daten und den vorher bestimmten Daten die winkelabhängige Entfernung zu den Teilbe- reichen des Messobjektes mit verfeinerter Winkelauflösung bestimmt wird. Hierbei umfassen die Daten wenigstens die von der Empfangsemheit aas den empfangenen Lichtstrahlen ermittelten Daten. Somit sind vorteilhaft in einem ersten Messgang grob winkelaufgelöste Entfernungsmessdaten für das gesamte Messfeld gewinnbar, aus denen anschließend nach problemspezifischen Kriterien interessante Unterbereiche, sogenannte regions of in- terest, extrahiert werden können, wobei die Bilderzeugungsstra- tegie so angepasst werden kann, dass nur noch diese Unterbereiche zur Erzielung einer höheren Winkelauflösung ausge- leuchtet werden. Die von dem Messsystem erzeugte Datenmenge ist somit gegenüber herkömmlichen Verfahren drastisch reduzierbar.

Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Muster der weiteren Abfolge von Modulationsmustern auf der Grundlage der aus den vorher bestimmten winkelabhängigen Entfernungen zu den Teilbereichen des Messobjektes erzeugt und/oder berechnet werden. Als uninteressant erkannte Teilbereiche oder Teilbereiche, die nur geringfügige Veränderungen der Entfernung aufweisen, beispielsweise ein Hintergrund, vor dem das Messobjekt angeordnet ist, können für Messvorgänge mit verfeinerter Winkelauflösung ausgeblendet werden, wodurch das Messverfahren insgesamt beschleunigt wird.

Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass auf der Grundlage der berechneten winkelabhängigen Entfernung zu den Teilbereichen des Messobjektes ein dreidimensionales Abbild des Messobjektes bestimmt und/oder mit einem Vi- sualisierungsmittel angezeigt wird. Dieses Abbild kann beispielsweise als Relief oder als Relief mit Helligkeits- beziehungsweise Farbinformationen oder auch Falschfarbeninformation im nicht sichtbaren Frequenzbereichen des Lichts vorliegen, wobei die Visualisierungsmittel vorzugsweise ein Dis- play, ein Display mit gekoppelter 3D-Brille für einen Betrachter und/oder eine holographische Anzeigeeinheit umfassen. Alternativ kann die gewonnene Information über die winkelabhängige Entfernung auch zur Überwachung eines Raumbereiches, beispielsweise zur Sicherheitsüberwachung von Raumbereichen auf ungewolltes beziehungsweise unbefugtes Eindringen von Gegenständen oder Personen, verwendet werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in den Figuren näher erläutert. Dabei zeigt in schematisierter Form die

Fig. 1 ein Messsystem zur Entfernungsmessung nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messsystems mit zwischen Sendeeinrichtung und Messobjekt angeordnetem Mikrospiegelarray , Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messsystems mit zwischen Sendeeinrichtung und Messobjekt angeordnetem LCD-Schirm und

Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messsystems mit zwischen Messobjekt und Empfangseinrichtung angeordnetem Lichtmodulator.

In der Fig. 1 ist zunächst ein aus dem Stand der Technik be- kanntes und im Ganzen mit 1 bezeichnetes Messsystem zu erkennen, mit welchem durch Bestrahlung mit Lichtstrahlen Entfernungen ermittelt werden sollen. Das von der Sendeelektronik der Sendeeinrichtung 3 erzeugte, modulierte Signal wird über ein als Laserdiode ausgebildetes Sendeelement 2 und eine Faser- optik auf ein Ablenkspiegel 6 gelenkt, wobei auch andere koaxiale Einkopplungstechniken, beispielsweise rein faseroptischer Art, denkbar sind. Der Ablenkspiegel 6 ist wie durch die Doppelpfeile 6a und 6b illustriert kontinuierlich beweglich, wobei der Doppelpfeil 6a eine Rotation des Spiegels um eine Achse und der Doppelpfeil 6b ein Schwenken des Spiegels um eine andere Achse beschreiben und die genannten Bewegungen einzeln oder kombiniert ausführbar sind. In der Fig. 1 dient der Ablenkspiegel 6 der Ablenkung des Sendesignals auf die zu messende Oberfläche 7 eines Messobjekts sowie der Ablenkung der vom Objekt zurückgeworfenen Empfangssignale auf eine lichtsammelnde Optik 8 der Empfangseinrichtung 5. Das empfangene Licht wird auf ein als Fotodiode ausgebildetes Empfangselement 4 gebündelt. Die Sende- und die Empfangseinrichtung 3, 5 weisen die nötige Elektronik auf, um aus dem Vergleich von Sende- und Empfangssignal Abschwächungs- , Phasen- oder Laufzeitinformationen zu gewinnen. Da kleine Abweichungen der Spiegelstellung großen Strecken auf der Oberfläche 7 entsprechen, ist eine Lageerfassung der Stellung des Ablenkspiegels 6 unabdingbar, um die gemessene Entfernung einer Position auf der Oberfläche 7 zuordnen zu können.

Diese Laufzeitinformation wird dann einer Weiterverarbeitung in einer Weiterverarbeitungseinheit 15 unterzogen, um nach einem scannenden Abtasten der Oberfläche 7 Entfernung beziehungsweise Abschwächung für die Gesamtheit der Winkelsegmente zu gewinnen. Somit ist nach einer Rasterabtastung des Messobjektes ein dreidimensionales Abbild gewinnbar.

Fig. 2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein im Ganzen mit 1 bezeichnetes Messsystem zur Bestimmung der winkelabhängigen Entfernung zu den Teilbereichen 20, 21 eines in Teilbereiche 20, 21 untergliederten Messobjekts 22 hat eine Lichtstrahlen 23 aussendende Sendeeinrichtung 24. Diese Lichtstrahlen 23 werden durch ein optisches Element, ein Objektiv 25, auf die vorn Objektiv 25 aus sichtbare Oberfläche des in einer Entfernung 46 angeordneten Messobjekts 22 geworfen.

Das Messsystem 1 hat weiter eine Empfangseinrichtung 26, die über eine Signalverarbeitung 28 mit Mitteln zur Laufzeitbestimmung der Lichtstrahlen von der Sendeeinrichtung 24 zur Empfangseinrichtung 26 verbunden ist.

Das Objektiv 25 ist mit einer Kollimationsvorrichtung 29 gemeinsam so eingerichtet, dass die von der Sendeeinrichtung 24 abgegebenen Lichtstrahlen 23 aufgeteilt und der Strahl insgesamt aufgeweitet wird, so dass mehrere Teilbereiche 20 des Messobjekts 22 gleichzeitig durch Lichtstrahlen 30 beschienen werden. Im Strahlengang zwischen Sendeeinrichtung 24 und Messobjekt 22, insbesondere zwischen der Kollimationsvorrichtung 29 und dem Objektiv 25, ist ein als Lichtmodulator wirkendes Mikrospiegelarray 31 angeordnet, welches aus klapp- baren Spiegelchen 32, 33 zusammengesetzt ist. Die klappbaren Spiegeichen 32, 33 sind jeweils für sich zwischen einer ersten Position 32 und einer zweiten Position 33 durch ein von einer Steuerelektronik 34 erzeugtes Steuersignal klappbar, wobei ein in einer Position 32 befindliches Spiegeichen die auf dieses fallenden Lichtstrahlen 23 durch das Objektiv 25 auf das Mess- objekt 22 leitet, während ein in einer Position 33 befindliches Spiegeichen 33 den auf dieses fallenden Anteil der Lichtstrahlen 23 in einen Lichtsumpf 35 leitet und somit ausblendet. Durch eine Ansteuerung der Spiegeichen 32, 33 des Mikrospiegel- arrays 31 mit der Steuerelektronik 34 sind somit Anteile der von der Sendeeinrichtung 24 erzeugten Lichtstrahlen 23 ein- beziehungsweise ausblendbar, wodurch ein in den Spiegeichen 32, 33 entsprechende Pixel unterteiltes Lichtmuster auf die Ober- fläche des Messobjektes 22 geworfen wird. Diese Pixel untergliedern das Messobjekt gedanklich in Teilbereiche 20, 21, wobei m Abhängigkeit von dem durch eine Stellung der Spiegelchen 32, 33 des Mikrospiegelarrays 31 erzeugten Modulationsmuster auf dem Messobjekt 22 jeweils aktive Teilbereiche 20 beleuchtet werden und Lichtstrahlen 36 reflektieren, die in der Empfangseinrichtung 26 detektiert werden, während passive Teilbereiche 21 bei dem vorliegenden Modulationsmuster nicht beleuchtet werden und somit nicht zu dem in der Empfangseinrichtung 26 de- tektierten Lichtsignal beitragen.

Die Spiegeichen des als Lichtmodulator wirkenden Mikrospiegelarrays 31 sind in einem in einer Ebene liegenden, rechteckigen Gitter, also einem Gitter mit rechteckiger Elementarzelle, angeordnet, wobei die Abstände der Gitterpunkte voneinander ein- heitlich sind, da die einzelnen Modulationszellen 32, 33 eine einheitliche Größe aufweisen. Die Sendeeinrichtung 24 weist zur Erzeugung der Lichtstrahlen 23 eine als Sendeelement wirkende Laserdiode 37 auf, die durch eine Sendeelektronik 38 angesteuert wird. Die Sendeelektronik 38 erzeugt hierzu ein moduliertes Signal, durch das die Ampli- tude der von der Laserdiode 37 ausgesendeten Lichtstrahlen 23 zeitlich moduliert wird. Die Empfangseinrichtung 26 hat demgegenüber einen Detektor 39, der die von dem Messobjekt 27 reflektierten Lichtstrahlen 27 erfasst. Eine Signalverarbeitung 28 vergleicht die im Detektor 39 gemessenen Signale, welche die zeitlich veränderliche Amplitude der reflektierten Lichtstrahlen 27 charakterisieren, mit den von der Sendeelektronik 38 erzeugten, modulierten Signalen und bestimmt hieraus die mittlere Laufzeit und Amplitudenabschwächung des Lichtstrahls zwischen Laserdiode 37 und Detektor 39. Da der Detektor 39 hin- ter einer Sammeloptik 40 angeordnet ist, erfasst er eine Überlagerung aller von den aktiven Teilbereichen 20 reflektierten Lichtstrahlen 27, weshalb aus den Detektorsignalen mit der Signalverarbeitung 28 und einer dieser nachgeschalteten Daten- verarbeitungs- und Steuereinheit 41 lediglich ein gemittelter Wert für die Laufzeit der von den aktiven Teilbereichen 20 reflektierten Lichtstrahlen berechenbar ist. Für ein durch die Steuerelektronik 34 vorgegebenes Modulationsmuster auf dem Messobjekt 22 wird somit in dem Detektor 39 ein Detektorsignal erzeugt, das mathematisch einer Projektion der Entfernungsin- formation zu den Teilbereichen 20, 21 des Messobjektes 22 auf ein Element der verwendeten Messbasis im Sinne der in D. Takhar et al : A New Compressive Imaging Camera Architecture using Optical -Domain Compression dargestellten Theorie des compressive sensing entspricht. Durch eine Abfolge von Modu- lationsmustern, für die jeweils das am Detektor 39 erfassbare Signal in weiterverarbeitbare Daten umgesetzt wird, ist die ursprüngliche Information, also die winkelabhängige Entfernung der in den einzelnen Teilbereichen 20, 21 liegenden Oberflä- chenpunkte des Messobjekts 22 von Detektor 29 und Laserdiode 37, aus der ermittelten Datenreihe rekonstruierbar.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei dem im Ganzen mit 1 bezeichneten Messsystem sind Bestandteile, welche dieselbe Funktion ausfüllen wie bei dem Messsystem gemäß Fig. 1, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.

Das Messsystem 1 gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von dem gemäß Fig. 2 insbesondere dadurch, dass zwischen der Kollimationsvor- richtung 29 und dem Objektiv 25 ein als Lichtmodulator wirkender LCD-Schirm 42 angeordnet ist, durch den die Lichtstrahlen 23 hindurchtreten. Dieser LCD-Schirm 42 ist in einzelne, modulierbare Zellen 43, 44 unterteilt, die einzeln getrennt vonein- ander durch die Steuerelektronik 34 ansteuerbar sind. Durch die Steuerelektronik 34 sind die einzelnen modulierbaren Zellen zwischen einem durchlässigen Zustand 43 und einem undurchlässigen Zustand 44 schaltbar, wodurch ein durch die Datenver- arbeitungs- und Steuereinheit 41 vorgegebenes Modulationsmuster auf die Oberfläche des Messobjektes 22 geworfen wird. Der Detektor 39 erfasst, wie zu Fig. 1 beschrieben, die von den aktiven Teilbereichen 20 reflektierten Lichtstrahlen 27. Die Signalverarbeitung 28 wertet diese Signale aus und leitet die gewonnenen Daten zur Berechnung der winkelabhängigen Entfernung zu den Teilbereichen 20, 21, also des dreidimensionalen Abbilds oder Reliefs des Messobjekts, in der Datenverarbeitungs- und Steuereinheit 41 weiter.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei wieder gleichwirkende Bestandteile mit gleichen Bezugszeichen im Vergleich zu Fig. 1 und Fig. 2 bezeichnet sind. Das Messsystem 1 gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 und Fig. 2 insbesondere dadurch, dass der Lichtmodulator 42 im Strahlengang der Lichtstrahlen 23, 30, 27 zwischen Messobjekt 22 und Detektor 39, also hinter dem Messobjekt 22 angeordnet ist. Der Lichtmodulator ist als LCD-Schirm 42 ausgebildet, dessen durch die Steuerelektronik 34 einzeln ansteuerbare, modulierbare Zellen zwischen einem durchlässigen Zustand 43 und einem undurchlässigen Zustand 44 für Lichtstrahlen schaltbar sind. Hierdurch sind Anteile der mit der Sammeloptik 47 erfassten reflektierten Lichtstrahlen 27 ein- beziehungsweise ausblendbar, wobei die ausgeblendeten Anteile nicht im Detektor 39 erfassbar sind.

Durch die Aufteilung des LCD-Schirmes 42 in modulierbare Zellen 43, 44 wird wiederum die Oberfläche des Messobjekts 22 gedanklich in einzelne Teilbereiche 20, 21 unterteilt. Für jede Ansteuerung des LCD-Schirms 42 tragen reflektierte Lichtstrahlen von unterschiedlichen, aktiven Teilbereichen 20 bei, während die reflektierten Lichtstrahlen der passiven Bereiche 21 , die im weiteren Strahlengang durch die Ansteuerung der Modulationszellen 43, 44 des LCD-Schirms 42 nicht in dem Detektor 39 erfassbar sind, nicht beitragen. Der LCD-Schirm 42 ist zur Erfassung des von dem Messobjekt 22 reflektierten Lichtes hinter einer Sammeloptik 47 und vor einer weiteren Sammeloptik 40 an- geordnet.

Somit entsteht für jedes Ansteuerungsmuster des LCD-Schirms 42 in der rückwärtigen Strahlprojektion ein Modulationsmuster auf dem Messobjekt 22, welches gleichwirkend ist zu den in Fig. 2 beziehungsweise Fig. 3 beschriebenen Modulationsmustern.

Wie bei den zu Fig. 2 beziehungsweise zu Fig. 3 beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die mit der Signalverarbeitung 28 gewonnenen Daten zu den Detektorsignalen des Detektors 39 in der Datenverarbeitungs- und Steuereinheit auswertbar und mit einem Visualisierungsmittel 45 darstellbar.

In den Messsystemen 1 der Fig. 2 bis 4 ist nun ein Messverfahren ausführbar, das im Folgenden näher beschrieben wird. Dieses Verfahren ist als Steuerungsprogramm in der Datenverarbeitungs- und Steuereinheit 1 implementiert. Die Datenverarbeitungs- und Steuereinheit 1 legt eine Abfolge von Modula- tionsmustern fest, welche an die Steuerelektronik 34 zur Ansteuerung des Lichtmodulators 31, 42 weitergegeben werden. Die Steuerelektrode 34 bewirkt nun eine zeitlich aufeinanderfolgende Abfolge von Ansteuerungen der Modulationszellen 32, 33, 43, 44, durch welche die einzelnen Teilbereiche 20, 21 der mit Lichtstrahlen 30 beschienenen Oberfläche des Messobjekts 22 als aktive Teilbereiche 20 beziehungsweise passive Teilbereiche 21 zu einem Detektorsignal im Detektor 39 beitragen beziehungsweise nicht beitragen. Aus diesem Detektorsignal wird eine zeitliche Abfolge von Messdaten gewonnen, die an die Daten- verarbeitungs- und Steuereinheit 41 zurückgegeben werden.

Diese gewonnenen Daten werden mit den an die Sendeelektronik 38 zur Ansteuerung der Laserdiode 37 übermittelten Daten zur Bestimmung der über die aktiven Teilbereiche 20 gemittelten Lauf- zeit der Lichtstrahlen 27, 30 sowie der über die aktiven Teilbereiche 20 gemittelten Reflektionskoeffizienten in der Datenverarbeitungs- und Steuereinheit 41 verwendet. Aus der zeitlichen Abfolge der Messdaten ist somit ein dreidimensionales Abbild des Messobjektes 22 berechenbar, wobei das Abbild zu- nächst eine geringere Auflösung aufweisen kann, als die Unterteilung des Lichtmodulators 31, 42 in Modulationszellen 32, 33, 43, 44 erlauben würde. Die Datenverarbeitungs- und Steuereinheit wertet nun das gewonnene Abbild aus und identifiziert Bereiche, in denen sich die Aufnahme eines Abbilds mit erhöhter Auflösung lohnen würde. Aus dieser Auswertung wird nun eine neue Abfolge von ange- passten Modulationsmustern ermittelt, die in den identifizierten Bereichen des Messobjekts 22 eine Aufnahme eines Abbilds mit erhöhter Auflösung gestatten.

Diese Abfolge von Modulationsmustern wird nun erneut an die Steuerelektronik 34 übermittelt, und es werden die mit der Signalverarbeitung erfassten Daten zu den Detektorsignalen des Detektors 39 erfasst und wie beschrieben ausgewertet.

Somit liegt anschließend ein Abbild des Messobjektes 22 vor, das Entfernungsinformationen und gegebenenfalls Helligkeitsinformationen und/oder, insbesondere bei Verwendung von Lichtstrahlen 23 unterschiedlicher Frequenz, Farbinformationen des Messobjekts 22 darstellen, welches in uninteressanten, beispielsweise wenig veränderlichen, Bereichen eine geringere Auf- lösung hat, während in Bereichen, in denen eine genauere Auflösung lohnenswert wäre, tatsächlich auch eine höhere Auflösung angeboten wird. Die Bereiche, für welche eine geringere Auflösung benötigt wird, können beispielsweise auch durch den Hintergrund und/oder die Umgebung des Messobjekts 22 gegeben sein.

Bei dem Messsystem 1 ist zwischen einer Sendeeinrichtung 24 für Lichtstrahlen 23 und einer Empfangseinrichtung 26 für von einem Messobjekt 22 zurückgeworfenen Lichtstrahlen 27 ein Lichtmodulator 31 , 42 vorgesehen, wobei durch eine Ansteuerung der den Lichtmodulator 31, 42 bildenden Modulationszellen 32, 33, 43, 44 festlegbar ist, welche Teilbereiche 20 des Messobjekts 22 zu dem an die Empfangseinrichtung 26 reflektierten Lichtstrahl beitragen. Die Empfangseinrichtung 26 hat hierzu einen Detektor 39, der reflektierte Lichtstrahlen von verschiedenen Teilbereichen 20 des Messobjekts 22 erfasst und zur gemittelten Laufzeitbestimmung der Lichtstrahlen 23, 27, 30 auswertet. Aus der so bestimmten Laufzeit ist durch zeitliche Abfolge der An- Steuerung des Lichtmodulators 31 , 42 nach unterschiedlichen Modulationsmustern ein dreidimensionales Abbild des Messobjekts 22 berechenbar.

Claims

Ansprüche

1. Messsystem zur Bestimmung der winkelabhängigen Entfernung zu den Teilbereichen (20, 21) eines in Teilbereiche (20, 21) untergliederten Messobjektes (22) mittels Lichtstrahlen (23, 27, 30, 36), mit wenigstens einer Lichtstrahlen (23, 30) abgebenden Sendeeinrichtung (24), mit wenigstens einem die abgegebenen Lichtstrahlen (23, 30) auf das Messobjekt (22) werfenden optischen Element (25, 29) und mit wenigstens einer die am Messobjekt (22) gestreuten und/oder vom Messobjekt (22) reflektierten Lichtstrahlen (27, 36) erfassenden Empfangseinrichtung (26), wobei zumindest die Empfangseinrichtung (26) mit Mitteln (28, 41) zur Bestimmung einer ersten physikalischen Größe der vom Messobjekt (22) reflektierten und/oder am Messobjekt (22) gestreuten Lichtstrahlen (23, 27, 30) zur Entfernungsbestimmung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine die abgegebenen Lichtstrahlen (23, 30) auf das Messobjekt (22) werfende optische Element (25, 29) die abgegebenen Lichtstrahlen (23) aufteilt und/oder aufweitet, so dass mehrere Teilbereiche (20, 21) des Messobjektes gleichzeitig durch Lichtstrahlen (30) beschienen werden, dass im Strahlengang der Lichtstrahlen (23, 27, 30) zwischen Sendeeinrichtung (24) und Empfangs- emrichtung (26) ein Lichtmodulator (31 , 42) angeordnet ist, dass der Lichtmodulator (31, 42) eine Anordnung von

Modulationszellen (32, 33, 43, 44) hat, dass mit jeder Mo- dulationszelle (32, 33, 43, 44) der auf einen Teilbereich

(20, 21) des Messobjektes (22) fallende oder von diesem reflektierte oder an diesem gestreute Lichtstrahl (30) mo- dulierbar ist und dass die Empfangseinrichtung (26) mit Mitteln (28, 41) zur Bestimmung einer zweiten physikalischen Größe der vom Messobjekt (22) reflektierten und/oder am Messobjekt (22) gestreuten Lichtstrahlen (23, 27, 30) verbunden ist.

2. Messsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus der ersten physikalische Größe eine insbesondere ge- mittelte Laufzeit der Lichtstrahlen (23, 27, 30) von der Sendeeinrichtung (24) zur Empfangseinrichtung (26) bestimmbar ist.

3. Messsystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus der zweiten physikalische Größe ein insbesondere gemittelter Transmissionskoeffizient der reflektierten und/oder gestreuten Lichtstrahlen (27, 36) bestimmbar ist.

4. Messsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite physikalische Größe gemeinsam eine komplexe Komponente der Systemantwort durch die reflektierten und/oder gestreuten Lichtstrahlen beschreiben.

5. Messsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Modulationszellen

(32, 33, 43, 44) des Lichtmodulators (31, 42) ein regel- mäßiges Gitter bildet.

6. Messsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationszellen durch klappbare Spiegelchen (32, 33) eines Mikrospiegelarrays (31) ge- bildet werden.

7. Messsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationszellen durch modulier- bare Zellen (43, 44) eines transparenten oder reflektierenden LCD-Schirms (42) gebildet werden.

8. Messsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Lichtmodulator (31, 42) im

Strahlengang der Lichtstrahlen (23, 27, 30) zwischen Sendeeinrichtung (24) und Messobjekt (22) angeordnet ist.

9. Messsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Lichtmodulator (31, 42) im

Strahlengang der Lichtstrahlen (23, 27, 30) zwischen Messobjekt (22) und Empfangseinrichtung (26) angeordnet ist.

10. Messsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Modulationszellen (32, 33, 43, 44) unabhängig voneinander ansteuerbar sind.

11. Messsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung (26) mit Mitteln (28) zur Bestimmung der Amplitude der reflektierten Lichtstrahlen (27) verbunden ist.

12. Messsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang der Lichtstrahlen (27) zwischen Messobjekt (22) und Empfangseinrichtung (26) wenigstens ein optisches Element (40) angeordnet ist, mittels welchem die Empfangseinrichtung (26) die Überlagerung der von den Teilbereichen (20, 21) des Messobjektes (22) reflektierten und/oder der an den Teilbe- reichen (20, 21) des Messobjektes (22) gestreuten Lichtstrahlen (27, 36) empfängt.

13. Messsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (24) Mittel (38) zur Amplitudenmodulation der abgegebenen Lichtstrahlen (23) hat und an die Empfangseinrichtung (26) Mittel (41) zur Bestimmung der gemittelten Laufzeit der Lichtstrahlen (23, 27, 30) aus der Phasenverschiebung der Amplitudenmodulation der empfangenen Lichtstrahlen (27) gegenüber den abgegebenen Lichtstrahlen (23) angeschlossen sind.

14. Messsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung (26) wenigstens eine Fotodiode (39) und zugeordnete Empfangselektronik (28) hat.

15. Verfahren zur Bestimmung der winkelabhängigen Entfernung zu den Teilbereichen (20, 21) eines in Teilbereiche (20, 21) untergliederten Messobjektes (22) mittels Lichtstrahlen (23, 27, 30) , dadurch gekennzeichnet, dass ein mit optischen Elementen (25, 29) aufgeweiteter Lichtstrahl (30) auf die Teilbereiche (20, 21) des Messobjekts (22) geworfen wird, dass eine Empfangseinrichtung (26) vom Messobjekt (22) reflektierte und/oder am Messobjekt (22) gestreute Lichtstrahlen (27, 36 ) empfängt, dass ein Lichtmodulator (31, 42) im Strahlengang der Lichtstrahlen (23, 27, 30) zwischen Sendeeinrichtung (24) und Empfangseinrichtung (26) angeordnet ist, dass der Lichtmodulator (31, 42) den Strahlengang der Lichtstrahlen (23, 27, 30) gemäß einer Abfolge von Modulationsmustern moduliert, wobei die Modulationsmuster aus Pixeln (32, 33, 43, 44) zu- sammengesetzt sind und die Pixel den Teilbereichen (20, 21 ) auf dem Messobjekt entsprechen, dass zu jedem Modulationsmuster die gemittelte Laufzeit eines Lichtstrahls (23, 27, 30) zwischen Sendeeinrichtung (24) und Empfangs- einrichtung (26) und die Amplitude der vom Messobjekt (22) reflektierten und/oder am Messobjekt (22) gestreuten Lichtstrahlen (27, 36) bestimmt wird und dass aus diesen Daten für die Abfolge von Modulationsmustern die Ent- fernung zu den Teilbereichen (20, 21) des Messobjektes (22) berechnet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Abfolge von Modulationsmustern die winkelab- hängige Entfernung zu Teilbereichen (20, 21) des Messobjektes (22) berechnet wird, dass anschließend oder während der Berechnung weitere Daten zu einer weiteren Abfolge von Modulationsmustern bestimmt werden und dass aus diesen weiteren Daten und den vorher bestimmten Daten die winkel- abhängige Entfernung zu den Teilbereichen (20, 21) des Messobjektes (22) mit verfeinerter Winkelauflösung bestimmt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeich- net, dass die Muster der weiteren Abfolge von Modulationsmustern auf der Grundlage der aus den vorher bestimmten winkelabhängigen Entfernungen zu den Teilbereichen (20, 21) des Messobjektes (22) erzeugt und/oder berechnet werden.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Grundlage der berechneten winkelabhängigen Entfernung zu den Teilbereichen (20, 21) des Messobjekts (22) ein dreidimensionales Abbild des Messob- jektes (22) bestimmt und/oder mit einem Visualisierungsmittel (45) angezeigt wird.