WO2015024811A1

WO2015024811A1 - Streulichtreferenzpixel

Info

Publication number: WO2015024811A1
Application number: PCT/EP2014/067208
Authority: WO
Inventors: Robert Lange; Martin Albrecht
Original assignee: Pmdtechnologies Gmbh
Priority date: 2013-08-21
Filing date: 2014-08-12
Publication date: 2015-02-26
Also published as: US9678200B2; DE102013109020A1; DE102013109020B4; CN105518483B; CN105518483A; US20160178737A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Intensität und/oder einer Phase einer Intensitätsmodulation eines intensitätsmodulierten elektromagnetischen Strahlungssignals mit einem Detektor und einer Abbildungsoptik zum Abbilden eines intensitätsmodulierten Strahlungssignals auf den Detektor. Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zum Reduzieren von Streulichteinflüssen auf eine Intensitäts- und/oder Phasenbestimmung der Intensitätsmodulation eines intensitätsmodulierten elektromagnetischen Strahlungssignals bereitzustellen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen die Vorrichtung der eingangsgenannten Art derart auszugestalten, dass sie mindestens ein Streulichtreferenzpixel aufweist, das außerhalb eines Abbildungsabschnitts der Abbildungsoptik angeordnet und so eingerichtet ist, dass es im Betrieb Messwerte für ein intensitätsmoduliertes Streulichtsignal erfasst, und eine Bestimmungseinrichtung, die so eingerichtet ist, dass sie im Betrieb Messwerte von mindestens einem Pixel einer Pixelmatrix des Detektors innerhalb des Abbildungsabschnitts als einen ersten Dateneingang und Messwerte von mindestens einem Streulichtreferenzpixel als einen zweiten Dateneingang so verarbeitet, dass sie eine korrigierte Intensität des intensitätsmodulierten Strahlungssignals und/oder eine korrigierte relative Phase zwischen der Intensitätsmodulation des intensitätsmodulierten Strahlungssignals und einem Referenzsignal mindestens für das Pixel innerhalb des Abbildungsabschnitts bestimmt und als einen Datenausgang bereitstellt.

Description

Streulichtreferenzpixel

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Intensität und/oder einer Phase einer Intensitätsmodulation eines intensitätsmodulierten elektromagnetischen Strahlungssignals mit einem Detektor, wobei der Detektor eine Pixelmatrix aufweist, und einer Abbildungsoptik zum Abbilden eines intensitätsmodulierten Strahlungssignals auf den Detektor, wobei die Abbildungsoptik im Betrieb mit dem abgebildeten intensitätsmodulierten Strahlungssignal einen Abbildungsabschnitt des Detektors ausleuchtet und wobei die Pixelmatrix zumindest abschnittsweise innerhalb des Abbildungsabschnitts des Detektors angeordnet ist und eine Mehrzahl von Pixeln aufweist, die so eingerichtet sind, dass sie im Betrieb Messwerte für das intensitätsmodulierte Strahlungssignal erfassen.

Ebenso betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zum Reduzieren von Streulichteinflüssen auf eine Intensitäts- und/oder Phasenbestimmung der Intensitätsmodulation eines intensitätsmodulierten elektromagnetischen Strahlungssignals mit den Schritten: Abbilden des intensitätsmodulierten Strahlungssignals auf einen Detektor, wobei die Abbildungsoptik mit dem abgebildeten intensitätsmodulierten Strahlungssignal einen Abbildungsabschnitt des Detektors ausleuchtet, Erfassen des abgebildeten intensitätsmodulierten Strahlungssignals mit einer Pixelmatrix des Detektors, wobei die Pixelmatrix des Detektors zumindest abschnittsweise innerhalb des Abbildungsabschnitts angeordnet ist und eine Mehrzahl von Pixeln aufweist, die so eingerichtet sind, dass sie im Betrieb Messwerte für das intensitätsmodulierte Strahlungssignal erfassen.

Derartige Vorrichtungen und Verfahren finden beispielsweise bei Entfernungsmessungen mittels Laufzeitbestimmung eines intensitätsmodulierten elektromagnetischen Signals Anwendung. Hierbei wird von einem Sender mit bekannter Position relativ zu der Vorrichtung zum Bestimmen der Intensität und/oder relativen Phasen der Intensitätsmodulation eines intensitätsmodulierten Strahlungssignals, d.h. der Vorrichtung zur Intensitäts- und/oder Phasenbestimmung, ein entsprechendes intensitätsmoduliertes elektromagnetisches Signal ausgesendet. Dieses Signal wird von Objekten in der mit der intensitätsmodulierten Strahlung beaufschlagten Umgebung des Senders reflektiert oder gestreut und dabei unter anderem in Richtung der Vorrichtung zur Intensitäts- und/oder Phasenbestimmung gelenkt. Im Allgemeinen wird das einfallende intensitätsmodulierte Strahlungssignal dabei von Hintergrundstrahlung überlagert, welche keine Intensitätsmodulation oder aber eine Modulation mit anderen Frequenzen aufweist. Mittels der Vorrichtung zur Intensitäts- und/oder Phasenbestimmung wird aus der einfallenden Strahlung das reflektierte intensitätsmodulierte Signal selektiv unter Heranziehen eines Referenzsignals beispielsweise mittels Korrelation herausgefiltert und erfasst. Zu diesem Zweck wird die Vorrichtung zur Intensitäts- und/oder Phasenbestimmung mit einem intensitätsmodulierten Spannungs- oder Stromsignal als Referenzsignal beaufschlagt. Insbesondere vorteilhaft für das Erfassen und Bestimmen von Intensität und/oder relativer Phase der Intensitätsmodulation eines intensitätsmodulierten elektromagnetischen Strahlungssignals ist eine phasenstarre Korrelation zwischen dem modulierten Spannungs- oder Stromsignal als Referenzsignal und der Intensitätsmodulation des Strahlungssignals. Im Allgemeinen werden zur Vereinfachung der Erfassung gleiche Frequenzen und/oder Signale für das Referenzsignal und die Intensitätsmodulation gewählt. Dabei kann das Modulationssignal jede periodische, insbesondere beispielsweise eine sinus- bzw. kosinusförmige, oder aber auch quasi-periodische Struktur aufweisen.

In Bezug auf das zu erfassende Strahlungssignal wird zum Einen dessen Intensität bzw. Amplitude sowie zum Anderen dessen relative Phase bzw. Phasenverschiebung, genauer gesagt die relative Phasenverschiebung der Intensitätsmodulation des erfassten Strahlungssignals, gegenüber dem Referenzsignal ermittelt. Die Phasenbeziehung zwischen Referenzsignal und der Intensitätsmodulation des intensitätsmodulierten Strahlungssignals beim Aussenden durch den Sender wird dabei als bekannt vorausgesetzt. Die Phasenverschiebung des erfassten Strahlungssignals gegenüber dem Strahlungssignals beim Aussenden beruht auf der von dem Strahlungssignal benötigten Zeit zum Zurücklegen der Wegstrecke von dem Sender über das reflektierende oder streuende Objekt bis zur Vorrichtung zur Intensitäts- und/oder Phasenbestimmung. Aus dieser Laufzeit kann bei bekannter Ausbreitungsgeschwindigkeit des Strahlungssignals, im Allgemeinen ist dies die Lichtgeschwindigkeit, die zurückgelegte Wegstrecke berechnet werden. Aus dieser Wegstrecke ergibt sich bei bekannter Relativposition von Sender und Vorrichtung zur Intensitäts- und/oder Phasenbestimmung die Entfernung des reflektierenden oder streuenden Objekts.

Ein solches allgemeines Verfahren zum Bestimmen von Amplitude und relativer Phase der Intensitätsmodulation eines intensitätsmodulierten Strahlungssignals ist beispielsweise aus der DE 198 21 974 A1 bekannt. Bei diesem Verfahren kommt zum Erfassen und Bestimmen eines einfallenden intensitätsmodulierten Strahlungssignals beispielsweise ein Halbleiterbauelement entsprechend der DE 10 2004 016 624 A1 zur Anwendung. Die DE 10 2004 016 624 A1 beschreibt ein sog. Photomischdetektor-Element (PMD-Element). Hierbei werden innerhalb einer photoleitfahigen Schicht des Halbleiterbauelements Photonen der auf das Halbleiterbauelement einfallenden elektromagnetischen Strahlung in Ladungsträger umgewandelt. Im Allgemeinen besteht die einfallende elektromagnetische Strahlung aus einem intensitätsmodulierten Strahlungssignal und unkorrelierter Hintergrund- bzw. Umgebungsstrahlung. Nur ein Teil der Ladungsträger wird demnach von Photonen des in der einfallenden elektromagnetischen Strahlung enthaltenen intensitätsmodulierten Strahlungssignals erzeugt. Hierbei ist die Anzahl der durch ein elektromagnetisches Signal im Halbleiterbauelement erzeugten Ladungsträger proportional zur Intensität des Signals. Für das Erfassen und Bestimmen der Amplitude und/oder der relative Phasenverschiebung der Intensitätsmodulation des Strahlungssignals werden gezielt diejenigen Ladungsträger aus der Gesamtzahl an erzeugten Ladungsträgern herausgefiltert, die durch das intensitätsmodulierte Strahlungssignal erzeugt werden. Zu diesem Zweck weist das Halbleiterbauelement eine sogenannte Ladungsschaukel auf. Unter einer Ladungsschaukel wird hier eine photoleitfähige Schicht zum Umwandeln einfallender Photonen in Ladungsträger verstanden, die mit einem modulierten Spannungssignal bzw. einer modulierten Spannungsdifferenz beaufschlagt wird. Die modulierte Spannungsdifferenz zwischen unterschiedlichen Bereichen der photoleitfähigen Halbleiterschicht führt dazu, dass die erzeugten Ladungsträger entlang des Potentialgefälles verschoben und in den Bereichen mit einem relativen Potentialminimum gesammelt werden. Die in den unterschiedlichen Bereichen der photoleitfähigen Halbleiterschicht gesammelten Ladungsträger werden während des Verschiebens oder zeitlich daran anschließend ausgelesen. Die erzeugten Ladungsträger werden also zunächst gemäß einem Referenzsignal in Form eines modulierten Spannungssignal verschoben bzw. mit diesem gemischt. Anschließend werden die verschobenen bzw. gemischten Ladungsträgermengen aufintegriert, wodurch man als Messwerte elektrische Signale erhält, die mit der Intensitätsmodulation des intensitätsmodulierten Strahlungssignals korreliert sind.

Durch Differenzbildung zwischen den in den unterschiedlichen Bereichen der photoleitfähigen Halbleiterschicht ausgelesenen Signalen mittelt sich die unkorrelierte Hintergrundstrahlung statistisch heraus. Unkorrelierte Hintergrundstrahlung meint den Anteil an Ladungsträgern, die durch solche elektromagnetische Strahlung erzeugt wurden, die keine phasenstarre Korrelation zum modulierten Spannungssignal aufweist. Das daraus resultierende Differenzsignal ist im Wesentlichen sowohl proportional zur Intensität des einfallenden intensitätsmodulierten Strahlungssignals als auch zu der Phasenverschiebung der Intensitätsmodulation relativ zur Modulationsspannung bzw. zum Referenzsignal. Bei bekannter Phasendifferenz zwischen Referenzsignal und Intensitätsmodulationssignal kann die Phasenverschiebung der Intensitätsmodulation bestimmt werden, die auf der von dem reflektierten Signal zurückgelegten Wegstrecke und der damit verbundenen Laufzeit beruht.

Diesem allgemeinen Verfahren der Entfernungsbestimmung mittels Laufzeitmessung eines intensitätsmodulierten elektromagnetischen Signals liegt im einfachsten Fall die Annahme zu Grunde, dass das von der Vorrichtung zur Intensitäts- und/oder Phasenbestimmung erfasste intensitatsmodulierte Signal auf seinem Weg bzw. Pfad vom Sender bis zur Vorrichtung zur Intensitäts- und/oder Phasenbestimmung lediglich einmal an dem Objekt, dessen Entfernung bestimmt wird bzw. zu bestimmen ist, reflektiert worden ist.

Mittels der Abbildungsoptik wird die einfallende elektromagnetische Strahlung und insbesondere das einfallende intensitätsmodulierte Strahlungssignal auf den Abbildungsabschnitt des Detektors und somit auf die Pixelmatrix abgebildet und fokussiert. Abbilden meint hier und im Folgenden eine gezielte Projektion nach den allgemeinen Regeln der Linsengleichung bzw. Optik. Ziel ist es dabei nach Möglichkeit eine Korrelation dergestalt sicherzustellen, dass jedem Pixel der Pixelmatrix innerhalb des Abbildungsabschnitts des Detektors ein Bildabschnitt der zu erfassenden Umgebungsszene bzw. des zu erfassenden Objekts entspricht. Mithin sollte im Falle einer idealen Abbildungsoptik jedem Pixel ein eindeutiger Bildabschnitt mit einem eindeutigen Entfernungswert entsprechen. Probleme können sich in der Praxis allerdings ergeben, falls intensitätsmodulierte Strahlungssignale, die unterschiedliche Wegstrecken zurückgelegt haben, auf ein und dasselbe Pixel gelenkt werden, wodurch Mischphasen entstehen. Derartige Mischphasen führen zu Fehlern in der Entfernungsmessung. Zu solchen Mischphasen kann es kommen, wenn das nur einmal reflektierte Strahlungssignal, das den kürzesten Weg vom Sender über das reflektierende Objekt zur Erfassungsvorrichtung zurücklegt, von weiteren Signalen überlagert wird, die über mehrere Reflexionen einen anderen Weg zurücklegen, dabei am Ende aber auf dasselbe Pixel gelenkt und somit demselben Bildabschnitt zugeordnet werden. Hierbei spricht man von einer Mehrwegeausbreitung. Im Ergebnis ergibt sich eine Phasenlage der erfassten Intensitätsmodulation, die einer Überlagerung vieler unterschiedlicher Einzelphasenlagen der einzelnen Strahlpfade mit unterschiedlichen Längen entspricht. Von diesen unterschiedlichen Einzelphasenlagen entspricht allerdings nur eine der korrekten Entfernung.

Insbesondere problematisch ist eine solche Mehrwegeausbreitung, wenn ein überlagerndes Signal eine große Amplitude aufweist, beispielsweise wenn ein mehrfach reflektiertes Signal einen wesentlich kürzeren Weg als das nur einmal reflektierte Strahlungssignal zurücklegt. In Folge des kürzeren Weges können die Intensitätsverluste eines solchen mehrfach reflektierten Strahlungssignals trotz größerer Anzahl an Reflexionen geringer sein als diejenigen des einfach reflektierten Signals. Dies führt dazu, dass das erfasste Strahlungssignal von dem Anteil des mehrfach reflektierten Signals dominiert wird und für das Objekt eine geringere Entfernung als die Tatsächliche bestimmt wird. Solche Probleme können beispielsweise auftreten, wenn sich ein Objekt in geringer Entfernung von der Abbildungsoptik außerhalb desjenigen Bereichs befindet, der im Falle einer idealen Abbildungsoptik der ausschließlich abgebildete Bereich wäre. Dieser im Idealfall ausschließlich abgebildete Bereich stellt das Sichtfeld der Vorrichtung dar und wir allgemein auch als Field of View (FOV) bezeichnet. Elektromagnetische Strahlung, die von einem Objekt außerhalb des FOV reflektiert wird, gelangt also nur im Falle einer nicht idealen Abbildungsoptik auf ein Pixel der Pixelmatrix innerhalb des Abbildungsabschnitts. Wird die reflektierte Strahlung beispielsweise vom Rand der Abbildungsoptik auf ein Pixel innerhalb des Abbildungsabschnitts gestreut, so überlagert sie andere von der Abbildungsoptik abgebildete Strahlungssignale. Gerade aufgrund der geringen Entfernung des reflektierenden Objekts kann in diesem Fall der durch diese Überlagerung entstehende Fehler signifikant sein.

Von Dorrington, A.A. et al. ist in „Separating true ränge measurements from multi-path and scattering interference in commercial ränge cameras", Proc. SPIE 7864, 2010 vorgeschlagen worden, im Falle einer solchen Mehrwegeausbreitung über mehrere Pfade, Messungen mit mehreren unterschiedlichen Intensitätsmodulationsfrequenzen durchzuführen und aus diesen den korrekten Entfernungswert mathematisch bzw. numerisch zu berechnen bzw. zu näheren. Hierfür muss allerdings ein Gleichungssystem gelöst werden, das nicht geschlossen lösbar ist und mithin iterativ zu minimieren ist. Dieser Ansatz ist sehr rechen- und damit auch zeitaufwendig und mithin für Echtzeitanwendungen nicht geeignet.

Das beschriebene Problem mit Mehrwegeausbreitungen tritt insbesondere in der Sonderform von Streulichtsignalen auf. Unter einem Streulichtsignal wird hier und im Folgenden ein intensitätsmoduliertes elektromagnetisches Strahlungssignal verstanden, das sich innerhalb der Abbildungsoptik derart ausbreiten, das es von der Abbildungsoptik auf Vorrichtungsabschnitte und insbesondere Pixel der Pixelmatrix gelenkt d.h. gestreut wird, die nicht der Reflexions- bzw. Ausbreitungsrichtung des Strahlungssignals im Falle idealer Linseneigenschaften der Abbildungsoptik entsprechen. Zu einem Streulichtsignal kann es beispielsweise aufgrund eines Streuens des Strahlungssignals an den Rändern der Abbildungsoptik und/oder aufgrund nicht idealer Abbildungseigenschaften der Abbildungsoptik kommen. Das Auftreten eines Streulichtsignals ist insbesondere dahingehend problematisch, dass es eine vorrichtungsinhärente Eigenschaft ist, die mithin bei jeder Messung mittels einer nicht idealen Vorrichtung zur Intensitäts- und/oder Phasenbestimmung, deren Abbildungsoptik nicht ideal bzw. fehlerhaft ist, auftreten kann. Das hat zur Folge, dass Streulichtsignale selbst dann auftreten können, wenn aufgrund der zu vermessenden Szenerie eigentlich anzunehmen ist, dass eine Mehrwegeausbreitung ausgeschlossen sein sollte. Selbst beim Vermessen einfacher und überschaubarer Szenen mit beispielweise nur einem Objekt, dessen Entfernung zu bestimmen ist, kann es zu Problemen mit Streulichtsignalen kommen, da Streulicht auch aus Bereichen außerhalb des FOV resultieren kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reduzieren von Streulichteinflüssen auf eine Intensitäts- und/oder Phasenbestimmung der Intensitätsmodulation eines intensitätsmodulierten elektromagnetischen Strahlungssignals bereitzustellen, mit welchen insbesondere Fehler bei der Entfernungsbestimmung aufgrund von Streulichtsignalen verhindert bzw. verringert werden können.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die eingangs genannte Vorrichtung mindestens ein Streulichtreferenzpixel aufweist, das außerhalb des Abbildungsabschnitts des Detektors angeordnet und so eingerichtet ist, dass es im Betrieb Messwerte für ein intensitätsmoduliertes Streulichtsignal erfasst, und eine Bestimmungseinrichtung, die so eingerichtet ist, dass sie im Betrieb Messwerte von mindestens einem Pixel der Pixelmatrix innerhalb des Abbildungsabschnitts als einen ersten Dateneingang und Messwerte von mindestens einem Streulichtreferenzpixel als einen zweiten Dateneingang so verarbeitet, dass sie in einem ersten Bestimmungsschritt aus dem ersten Dateneingang eine Intensität für das intensitätsmodulierte Strahlungssignal und/oder eine relative Phase zwischen der Intensitätsmodulation des intensitätsmodulierten Strahlungssignals und einem Referenzsignal mindestens für das Pixel innerhalb des Abbildungsabschnitts und aus dem zweiten Dateneingang eine Intensität des intensitätsmodulierten Streulichtsignals und/oder eine relative Phase zwischen der Intensitätsmodulation des intensitätsmodulierten Streulichtsignals und dem Referenzsignal mindestens für das Streulichtreferenzpixel bestimmt und in einem zweiten Bestimmungsschritt die Bestimmungsergebnisse des ersten Bestimmungsschritts so miteinander verrechnet, dass die Bestimmungseinrichtung eine korrigierte Intensität des intensitätsmodulierten Strahlungssignals und/oder eine korrigierte relative Phase zwischen der Intensitätsmodulation des intensitätsmodulierten Strahlungssignals und einem Referenzsignal mindestens für das Pixel innerhalb des Abbildungsabschnitts bestimmt und als einen Datenausgang bereitstellt, und/oder dass die Bestimmungseinrichtung die Dateneingänge so verarbeitet, dass sie in einem ersten Bestimmungsschritt die Dateneingänge so miteinander verrechnet, dass sie korrigierte Messwerte mindestens für das Pixel innerhalb des Abbildungsabschnitts bestimmt und in einem zweiten Bestimmungsschritt aus den korrigierten Messwerten des ersten Bestimmungsschritts eine korrigierte Intensität des intensitätsmodulierten Strahlungssignals und/oder eine korrigierte relative Phase zwischen der Intensitätsmodulation des intensitätsmodulierten Strahlungssignals und einem Referenzsignal mindestens für das Pixel innerhalb des Abbildungsabschnitts bestimmt und als einen Datenausgang bereitstellt. Der Begriff Intensitätsmodulation im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst selbstverständlich auch konstante Intensitätsverläufe. Mithin werden unter anderem auch Signale mit konstanter Intensität als intensitätsmodulierte Strahlungssignale verstanden. Die Abbildungsoptik ist dafür eingerichtet, ein einfallendes elektromagnetisches Strahlungssignal ausschließlich auf den Abbildungsabschnitt des Detektors und die innerhalb des Abbildungsabschnitts liegende Pixel der Pixelmatrix abzubilden bzw. zu fokussieren. Mithin sollte im Fall einer idealen Abbildungsoptik keine elektromagnetische Strahlung und insbesondere keine intensitätsmodulierte elektromagnetische Strahlung, die aufgrund ihrer Modulationsfrequenz als intensitätsmoduliertes Strahlungssignal identifiziert wird, auf das erfindungsgemäße Streu lichtreferenzpixel gelenkt bzw. gestreut werden, welches sich an geeigneter Stelle außerhalb des Abbildungsabschnitts befindet. Wird von dem Streulichtreferenzpixel dennoch ein intensitätsmoduliertes Strahlungssignal erfasst, so bedeutet dies, dass die Abbildungsoptik nicht ideal und Streulicht vorhanden ist. In diesem Fall wird das intensitätsmodulierte Strahlungssignal beispielsweise an Rändern der Abbildungsoptik und/oder aufgrund nicht idealer Abbildungseigenschaften derselben auf einen Vorrichtungsabschnitt außerhalb des Abbildungsabschnitts gestreut.

Erfassen von Messwerten für die Intensität und/oder Phase der Intensitätsmodulation eines intensitätsmodulierten Strahlungssignals im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet Umwandlung der in der elektromagnetischen Strahlung enthaltenen Information in eine elektrische Information. So wird die in der Photonenverteilung der einfallenden Strahlung enthaltene Information über die Intensität und Phase der Intensitätsmodulation jeweils durch die Pixel innerhalb des Abbildungsabschnitts und die Streulichtreferenzpixels in eine in einer Ladungsträgerverteilung enthaltene Information über die Intensität und Phase der Intensitätsmodulation umgewandelt. Dabei stellen diese durch die Pixel und Streulichtreferenzpixel erzeugten Ladungsträgerverteilungen die von der Bestimmungsvorrichtung verarbeiteten die Messwerte der Pixel und Streu lichtreferenzpixel dar. Bestimmen der Intensität und/oder Phase der Intensitätsmodulation eines intensitätsmodulierten Strahlungssignals bedeutet demgegenüber die elektronische Auswertung der Ladungsträgerverteilungen bzw. Messwerte durch Berechnung konkreter Werte für die Intensität und/oder Phase der Intensitätsmodulation eines intensitätsmodulierten Strahlungssignals entsprechend diesen Messwerten. Für eine solche Berechnung sind über die Pixel und Streulichtreferenzpixel hinausgehend weitere technische Voraussetzungen notwendig, die erfindungsgemäß durch eine Bestimmungseinrichtung bereitgestellt werden. Im Allgemeinen wird ein Streulichtsignal, wie der Name nahelegt, diffus in verschiedene Richtungen zugleich gelenkt. Folglich ist in einer ersten Näherung davon auszugehen, dass Homogenitätsunterschiede in der Intensitätsverteilung eines solchen Streulichtsignals gering sind. Mithin stellt das von einem erfindungsgemäßen Streulichtreferenzpixel gemessene Streulichtsignal und insbesondere darauf basierende lineare Extrapolationen oder Interpolationen für alle Pixel der Pixelmatrix in erster Ordnung eine gute Näherung für den Fehler beim Bestimmen des intensitätsmodulierten Strahlungssignals dar, der sich aufgrund von Streulichtsignalen ergibt. Insbesondere dient ein erfindungsgemäßes Streu lichtreferenzpixel dabei als Indikator für das Vorhandensein von Streulichtfehlern bzw. einer Notwendigkeit zur Streulichtkorrektur. Das Streulichtsignal zeigt sich beispielsweise in Schwarz-Weiß-Fehlern (S/W-Fehlern) im Entfernungsbild. Mit einem S/W-Fehler ist hier und im Folgenden in erster Linie der Entfernungsfehler gemeint.

Trifft neben der eigentlichen Reflexion und Abbildung des intensitätsmodulierten Strahlungssignals aus der zu erfassenden Szene auf ein Pixel innerhalb des Abbildungsabschnitts zusätzlich ein Streulichtsignal auf, mit dem das Pixel in Folge einer Streuung zeitgleich beaufschlagt wird, so überlagern sich beide Signale in dem Pixel sowohl in den Amplituden der Intensitätsmodulation, d.h. der Helligkeit, als auch in den Phasen der Intensitätsmodulation, was in einer Mischphase resultiert. Im Falle von sinus- bzw. kosinusförmigen Signalen erfolgt die Überlagerung der Signale gemäß den entsprechenden trigonometrischen Additionstheoremen. Dies gilt auch für ein Rechtecksignal, das auf bekannte Weise im Fourier-Spektrum als Überlagerung einer Mehrzahl von harmonischen Einzelschwingungen genährt und analysiert werden kann. Neben dem Phasenunterschied zwischen den sich überlagernden Signalen sind die resultierenden Mischphasen insbesondere von dem Amplitudenunterschied, d.h. Helligkeitsunterschied, zwischen dem Streulichtsignal und dem Strahlungssignal mit korrekter Entfernungsinformation bzw. dem Nutzsignal abhängig. Schwache Signale werden durch das Streulichtsignal stärker beeinflusst als starke Signale. Aus diesem Grund wird hier und im Folgenden im Zusammenhang mit dem Streulichtsignal von einem S/W-Fehler gesprochen.

Mittels eines von dem S/W-Fehler betroffenen Pixel der Pixelmatrix können nur die Gesamtamplitude und die relative Mischphase der überlagerten Intensitätsmodulationen bestimmt werden. Ist das Streulicht allerdings aus einer zusätzlichen Messung, wie der mit einem erfindungsgemäßen Streulichtreferenzpixel, bekannt, so können die fehlerbehafteten Messwerte der Pixel innerhalb des Abbildungsabschnitts bzw. die von diesen erfassten Amplituden sowie Phasenunterschiede der Intensitätsmodulation korrigiert werden. Somit werden entsprechenden fehlerfreien Werte ohne Streuphänomene und S/W-Fehler rekonstruiert.

Hierbei gibt es grundsätzlich zwei mögliche Korrekturverfahren. Zum Einen kann die Korrektur der individuellen Messwerte der einzelnen Pixel innerhalb des Abbildungsabschnitts durch Subtraktion von Werten erfolgen, die aus den Messwerten des mindestens einen Streulichtreferenzpixel bestimmt werden. Aus diesen korrigierten Messwerten können sodann korrekte Intensitäten und/oder korrekte relative Phasen bestimmt werden. Zum Anderen ist es aber ebenso denkbar, dass aus den erfassten Messwerten zuerst jeweils eine Intensität und/oder relative Phase für die einzelnen Pixel innerhalb des Abbildungsabschnitts und das mindestens eine Streulichtreferenzpixel bestimmt wird. Anschließend werden die Intensitäten und/oder relativen Phasen der einzelnen Pixel innerhalb des Abbildungsabschnitts durch Subtraktion von Intensitäten und/oder relativen Phasen korrigiert, die auf Basis der Intensität und/oder relative Phase für das mindestens eine Streu lichtreferenzpixel bestimmt werden. Hierbei erfolgt sowohl das Bestimmen der Intensitäten und/oder relativen Phasen für die Subtraktion als auch die Subtraktion selbst gemäß gültiger Additionstheoreme.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Streu lichtreferenzpixel von der Pixelmatrix beabstandet angeordnet. Bei realen Abbildungsoptiken ist die Fokussierung nie ideal. Mithin ist auch die Grenze zwischen dem Abbildungsabschnitt des Detektors, auf den das intensitätsmodulierte elektromagnetische Strahlungssignal abgebildet wird, und unmittelbar angrenzenden Detektor- bzw. Vorrichtungsabschnitten, die ohne Streulichtsignal dunkel wären, nie absolut scharf. Somit kann es leicht dazu kommen, dass ein Streulichtreferenzpixel, das unmittelbar an die Pixelmatrix und den Abbildungsabschnitt des Detektors angrenzt, d.h. dessen Abstand zur Pixelmatrix dabei vernachlässigbar ist, auch im Falle der Abwesenheit von Streulichtsignalen ein Signal erfasst. Dieses Signal beruht allerdings nur auf einer örtlich stark begrenzten Streuung bzw. nicht idealen Fokussierung der einfallenden Strahlung im Gegensatz zu einem Streulichtsignal im Sinne der vorliegenden Erfindung. Bei einem Streulichtsignal im Sinne der vorliegenden Erfindung handelt es sich insbesondere um ein gestreutes intensitätsmoduliertes Strahlungssignal, das in Dimensionen des Abbildungsabschnitts des Detektors großflächig gestreut wird. Mit anderen Worten weist die Streufläche, auf die das Signal gestreut wird, eine zur Größe des Abbildungsabschnitts mindestens vergleichbare oder gar größere Größenordnung aufweist. Daher kann eine Extrapolation oder Interpolation des überlagernden Signals basierend auf der Messung eines Streulichtreferenzpixels, das unmittelbar an die Pixelmatrix angrenzt bzw. dessen Abstand vernachlässigbar ist, einen extrapolierten oder interpolierten S/W-Fehler ermitteln, der lokal deutlich von dem tatsächlichen Streulichtsignal abweicht. Diese Gefahr kann mit Hilfe eines ausreichend beabstandeten Streulichtreferenzpixels vermieden werden.

In einer Ausführungsform ist das Streulichtreferenzpixel außerhalb der Ebene angeordnet, in der die Pixelmatrix angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass das Streu lichtreferenzpixel an einer beliebigen Position innerhalb der Vorrichtung angeordnet werden kann. Insbesondere muss so bei der Ausgestaltung der Vorrichtung kein zusätzlicher Raum für das Streu lichtreferenzpixel geschaffen werden. Vielmehr wird das Streulichtreferenzpixel beispielsweise dort angeordnet, wo bereits ausreichend Platz vorhanden ist. Wenn das Streulichtreferenzpixel außerhalb der Ebene angeordnet, in der die Pixelmatrix angeordnet ist, muss abhängig von der gewünschten Genauigkeit für die Korrektur der Strahlungssignale gegebenenfalls auch der Abstand des Streulichtreferenzpixels von der Ebene der Pixelmatrix bei der Korrektur berücksichtigt werden.

In einer Ausführungsform ist das Streu lichtreferenzpixel an der Abbildungsoptik angeordnet. Das Streulichtreferenzpixel kann so platzsparend in der Vorrichtung angeordnet werden. Insbesondere, wenn es senkrecht zur Pixelmatrix derart angeordnet ist, dass es nach innen in die Abbildungsoptik hineinblickt. Denkbar ist eine Mehrzahl solcher Streu lichtreferenzpixel, die beispielsweise auf einem Kreis um die Abbildungsoptik angeordnet sind und einander zugewandt nach innen in die Abbildungsoptik hineinblicken.

In einer weiteren Ausführungsform sind das Streu lichtreferenzpixel und die Pixelmatrix in derselben Ebene angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Extrapolation oder Extrapolation von Korrekturwerten für die von den Pixeln der Pixelmatrix innerhalb des Abbildungsabschnitts erfassten Intensität und/oder relative Phase zweidimensional erfolgt.

In einer Ausführungsform weist die Pixelmatrix einen ersten Abschnitt auf, der innerhalb des Abbildungsabschnitts liegt, und einen zweiten Abschnitt, der außerhalb des Abbildungsabschnitts liegt, wobei zumindest eines der Pixel innerhalb des zweiten Abschnitts ein Streulichtreferenzpixel ist. Hierbei wird insbesondere eine Pixelmatrix verwendet, die größer ist als der Abbildungsabschnitt des Detektors. Einzelne oder alle Pixel der Pixelmatrix außerhalb des Abbildungsabschnitts können in diesem Fall als Streulichtreferenzpixel verwendet werden.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Mehrzahl von Streulichtreferenzpixeln vorgesehen. Eine Mehrzahl von Streulichtreferenzpixeln ermöglicht es, die Streu lichtreferenzpixel an unterschiedlichen Positionen des Detektors anzuordnen bzw. Streulichtsignalwerte für einen größeren Bereich zu ermitteln. Mithin können die Streulichtsignalverteilung besser erfasst und genauere Intensitäten und/oder relative Phasen der Intensitätsmodulation des intensitätsmodulierten Streulichtsignals interpoliert oder extrapoliert werden. Allgemein erfolgt die Korrektur der individuellen Messwerte der einzelnen Pixel innerhalb des Abbildungsabschnitts auch in diesem Fall durch Subtraktion von Werten, die aus den Messwerten der Streulichtreferenzpixeln interpolierten oder extrapolierten werden. Ebenso ist es hierbei aber auch denkbar, dass wiederum aus den erfassten Messwerten zuerst jeweils eine Intensität und/oder relative Phase für einzelne Pixel innerhalb des Abbildungsabschnitts und die Streulichtreferenzpixel bestimmt wird. Anschließend werden die Intensitäten und/oder relativen Phasen der einzelnen Pixel durch Subtraktion von interpolierten oder extrapolierten Intensitäten und/oder relativen Phasen unter Berücksichtigung von Additionstheoremen korrigiert, die aus den Intensitäten und/oder relativen Phasen der Streu lichtreferenzpixel interpoliert oder extrapoliert werden.

Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Streulichtreferenzpixel entlang des Umfangs der Pixelmatrix angeordnet. Dies ermöglicht es, das Streulicht möglichst gleichmäßig für die gesamte Pixelmatrix zu erfassen bzw. zu interpolieren oder zu extrapolieren.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist ein Streulichtreferenzpixel mindestens an einer Ecke der Pixelmatrix und/oder an mindestens einem Mittelpunkt einer Seite der Pixelmatrix angeordnet. Eine solche Verteilung ermöglicht es, auch mit einer geringen Anzahl an Streulichtreferenzpixeln das Streulicht in der eigentlichen Pixelmatrix möglichst gleichmäßig zu ermitteln.

Erfindungsgemäß sind in einer Ausführungsform die Streu lichtreferenzpixel in gleichen Winkelabständen um den Mittelpunkt der Pixelmatrix verteilt angeordnet. Der Mittelpunkt der Pixelmatrix entspricht hier und im Folgenden dem Schwerpunkt der Pixelmatrix. Eine Verteilung in gleichen Winkelabständen begünstigt insbesondere ein gleichmäßiges Erfassen von Streulichtsignals, womit die Signalüberlagerung umso genauer korrigiert werden kann. Eine solche Anordnung eignet sich insbesondere für den oben beschriebenen Fall mehrerer auf einem Kreis an der Abbildungsoptik angeordneter Streulichtreferenzpixel.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Pixelmatrix in einer Draufsicht rechteckig und an jeweils gegenüberliegenden Seiten der Pixelmatrix ist eine gleiche Anzahl an Streulichtreferenzpixeln angeordnet. Eine solche gleichverteilte Anordnung bezüglich gegenüberliegender Seiten führt ebenfalls zu einer gleichmäßigen Erfassung des Streulichtsignals. In einer Ausführungsform ist die Pixelmatrix in einer Draufsicht quadratisch und an allen Seiten der Pixelmatrix ist jeweils eine gleiche Anzahl an Streulichtreferenzpixeln angeordnet. Hierbei begünstigt neben einer symmetrischen Anordnung der Streu lichtreferenzpixel auch die sehr symmetrische Ausgestaltung der Pixelmatrix eine möglichst präzise Interpolation oder Extrapolation des Streulichtsignals. In einer Ausführungsform sind die Streulichtreferenzpixel räumlich aneinander angrenzend angeordnet. Mit einer solchen Anordnung kann das Streulichtsignal und seine Verteilung um die Pixelmatrix nahezu vollständig erfasst werden und insbesondere kann somit ermittelt werden, wie homogen das Streulichtsignal tatsächlich verteilt ist. Mithin kann basierend auf einer entsprechenden Homogenitätsauswertung abgeschätzt werden, welche Qualität eine Streulichtfehlerkorrektur erster Ordnung mittels den von den Streulichtreferenzpixeln erfassten Messwerte tatsächlich hat.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Streu lichtreferenzpixel derart räumlich aneinander angrenzend entlang des gesamten Umfangs der Pixelmatrix angeordnet, dass sie den Umfang der Pixelmatrix vollständig umschließen. In diesem Fall kann eine vollständige und möglichst genaue Ermittlung des Streulichtsignals und seiner Verteilung um die Pixelmatrix und um den Abbildungsabschnitt des Detektors erfolgen. Weiterhin wird die oben genannte Aufgabe auch durch ein eingangs genanntes Verfahren gelöst, welches die folgenden zusätzlichen Schritte aufweist: Erfassen eines intensitätsmodulierten Streulichtsignals mit mindestens einem Streu lichtreferenzpixel der Vorrichtung, auf welches das intensitätsmodulierte Streulichtsignal gestreut wird, wobei das Streu lichtreferenzpixel außerhalb des Abbildungsabschnitts des Detektors angeordnet und so eingerichtet ist, dass es im Betrieb Messwerte für das intensitätsmodulierte Streulichtsignal erfasst, und Bestimmen einer korrigierten Intensität des intensitätsmodulierten Strahlungssignals und/oder einer korrigierten relativen Phase zwischen der Intensitätsmodulation des intensitätsmodulierten Strahlungssignals und einem Referenzsignal für mindestens ein Pixel der Pixelmatrix innerhalb des Abbildungsabschnitts, wobei das Bestimmen einen ersten Bestimmungsschritt umfasst, in dem mindestens aus den Messwerten von dem Pixel innerhalb des Abbildungsabschnitts eine Intensität für das intensitätsmodulierte Strahlungssignal und/oder eine relative Phase zwischen der Intensitätsmodulation des intensitätsmodulierten Strahlungssignals und einem Referenzsignal mindestens für das Pixel innerhalb des Abbildungsabschnitts und mindestens aus den Messwerten von einem Streulichtreferenzpixel eine Intensität des intensitätsmodulierten Streulichtsignals und/oder eine relative Phase zwischen der Intensitätsmodulation des intensitätsmodulierten Streulichtsignals und dem Referenzsignal mindestens für das Streulichtreferenzpixel bestimmt wird, und einen zweiten Bestimmungsschritt, in dem die Bestimmungsergebnisse des ersten Bestimmungsschritts so miteinander verrechnet werden, dass eine korrigierte Intensität des intensitätsmodulierten Strahlungssignals und/oder eine korrigierte relative Phase zwischen der Intensitätsmodulation des intensitätsmodulierten Strahlungssignals und einem Referenzsignal mindestens für das Pixel innerhalb des Abbildungsabschnitts bestimmt wird, und/oder wobei das Bestimmen einen ersten Bestimmungsschritt umfasst, in dem mindestens die Messwerte von dem Pixel innerhalb des Abbildungsabschnitts und mindestens die Messwerte von dem Streulichtreferenzpixels so miteinander verrechnet werden, dass korrigierte Messwerte mindestens für das Pixel innerhalb des Abbildungsabschnitts bestimmt werden, und einen zweiten Bestimmungsschritt, in dem aus den korrigierten Messwerten des ersten Bestimmungsschritts eine korrigierte Intensität des intensitatsmodulierten Strahlungssignals und/oder eine korrigierte relative Phase zwischen der Intensitätsmodulation des intensitätsmodulierten Strahlungssignals und einem Referenzsignal mindestens für das Pixel innerhalb des Abbildungsabschnitts bestimmt wird.

Bei einem solchen Verfahren zur Auswertung der von den Streulichtreferenzpixeln erfassten Informationen über das Streulichtsignal und deren entsprechender Weiterverarbeitung werden die individuellen Messwerte der einzelnen Pixel innerhalb des Abbildungsabschnitts durch Näherungen erster Ordnung für das Streulicht basierend auf den von den Streulichtreferenzpixeln erfassten Messwerten korrigiert. Dieses Verfahren stellt im Allgemeinen eine gute Streulichtsignalkorrektur erster Ordnung dar. Wiederum kann die Korrektur entweder direkt durch ein Verrechnen der Messwerte von Pixeln innerhalb des Abbildungsbereich mit Werten basierend auf den Messwerten von mindestens einem Streu lichtreferenzpixel erfolgen, oder aber es werden zunächst basierend auf den Messwerten der Pixeln innerhalb des Abbildungsbereich und des mindestens einen Streulichtreferenzpixel jeweils Intensitäten und/oder relative Phasen bestimmt, welche sodann unter Berücksichtigung entsprechender, insbesondere trigonometrischer Additionstheoreme miteinander verrechnet werden.

Unter Korrigieren im Sinne der vorliegenden Erfindung wird sowohl die Bereinigung der von den Pixeln innerhalb des Abbildungsabschnitts erfassten Messwerte für die Intensität und/oder relative Phase der Intensitätsmodulation des intensitätsmodulierten Strahlungssignals als auch alternativ die Bereinigung der für die Pixel innerhalb des Abbildungsabschnitts bestimmten Intensitäten und/oder relativen Phasen der Intensitätsmodulation des intensitätsmodulierten Strahlungssignals verstanden. Hierbei werden solche Intensitäts- und/oder Phasenanteile gemäß gültiger Additionstheoreme entfernt, die auf eine Überlagerung des Strahlungssignals mit dem intensitätsmodulierten Streulichtsignal zurückzuführen sind.

In einer Ausführungsform erfolgt im zweiten Bestimmungsschritt das Verrechnen der Bestimmungsergebnisse des ersten Bestimmungsschritts durch Subtraktion einer Intensität und/oder relativen Phase für das intensitätsmodulierte Streulichtsignal für mindestens ein Streulichtreferenzpixel von einer Intensität und/oder einer relativen Phase für das intensitätsmodulierte Strahlungssignal für mindestens ein Pixel der Pixelmatrix innerhalb des Abbildungsabschnitts gemäß trigonometrischen Additionstheoremen und/oder im ersten Bestimmungsschritt erfolgt das Verrechnen der Messwerte durch Subtraktion der Messwerte von mindestens einem Streulichtreferenzpixel von den Messwerten von mindestens einem Pixel der Pixelmatrix innerhalb des Abbildungsabschnitts.

Aus einem erfassten Messwert wird ein Wert rekonstruiert bzw. berechnet, den das entsprechende Pixel innerhalb des Abbildungsabschnitts ohne Auftreten von Streulicht erfasst hätte. Der rekonstruierte Wert entspricht also der reinen, nicht überlagerten Intensität und/oder der relativen Phase der Intensitätsmodulation des intensitätsmodulierten Strahlungssignals. Im Allgemeinen geschieht ein solches Korrigieren durch Subtraktion der Werte des Streulichts, die aus den von den Streulichtreferenzpixeln erfassten Messwerten für das Streulicht bestimmt werden. Alternativer Weise erfolgt die Korrektur durch Verwenden von Intensität und Phase statt von Messwerten, wobei beispielsweise im Falle von kosinus- bzw. sinusförmigen Signalen wie bereits oben ausgeführt entsprechende trigonometrische Additionstheoreme zu beachten sind.

In einer Ausführungsform erfolgt im zweiten Bestimmungsschritt das Verrechnen der Bestimmungsergebnisse des ersten Bestimmungsschritts dadurch, dass mindestens aus den im ersten Bestimmungsschritt für zwei Streulichtreferenzpixel bestimmten Intensitäten und/oder relativen Phasen eine Intensität für ein intensitätsmoduliertes Streulichtsignal und/oder eine relative Phase zwischen der Intensitätsmodulation eines intensitätsmodulierten Streulichtsignals und dem Referenzsignal für mindestens ein Pixel der Pixelmatrix innerhalb des Abbildungsabschnitts gemäß trigonometrischen Additionstheoremen interpoliert oder extrapoliert wird und aus der im ersten Bestimmungsschritt für mindestens das Pixel innerhalb des Abbildungsabschnitts bestimmten Intensität und/oder relativen Phase sowie der im zweiten Bestimmungsschritt für mindestens das Pixel innerhalb des Abbildungsabschnitts interpolierten oder extrapolierten Intensität und/oder relativen Phase eine korrigierte Intensität des intensitätsmodulierten Strahlungssignals und/oder eine korrigierte relative Phase zwischen der Intensitätsmodulation des intensitätsmodulierten Strahlungssignals und einem Referenzsignal mindestens für das Pixel innerhalb des Abbildungsabschnitts bestimmt wird und/oder im ersten Bestimmungsschritt erfolgt das Verrechnen der Messerwerte dadurch, dass mindestens aus den von zwei Streulichtreferenzpixel erfassten Messwerten Interpolationswerte oder Extrapolationswerte für ein intensitätsmoduliertes Streulichtsignal für mindestens ein Pixel der Pixelmatrix innerhalb des Abbildungsabschnitts interpoliert oder extrapoliert werden und mindestens die von dem Pixel innerhalb des Abbildungsabschnitts erfassten Messwerte mit den Interpolationswerten oder Extrapolationswerten für das Pixel innerhalb des Abbildungsabschnitts korrigiert werden.

Das Interpolieren im Sinne der vorliegenden Erfindung erfolgt ebenso wie das Extrapolieren vorteilhafter Weise unter Einbeziehung von Gewichtungs- bzw. Korrekturfaktoren. Diese Gewichtungs- bzw. Korrekturfaktoren berücksichtigen mögliche Unterschiede zwischen den für das Interpolieren bzw. Extrapolieren verwendeten Pixeln innerhalb des Abbildungsabschnitts oder auch zwischen den Streulichtreferenzpixeln ebenso wie Unterschieden gegenüber den Pixeln oder Streulichtreferenzpixeln, für welche das Interpolieren bzw. Extrapolieren erfolgt. Diese Gewichtungsfaktoren berücksichtigen beispielsweise geometrische Unterschiede und/oder Unterschiede im Hinblick auf die Quanteneffizienz.

In einer Ausführungsform erfolgt das Interpolieren und/oder Extrapolieren von Messwerten und/oder mindestens einer Intensität und/oder mindestens einer relativen Phase aus Messwerten und/oder Intensitäten und/oder relativen Phasen für mindestens zwei Streulichtreferenzpixel zum Korrigieren von Messwerten und/oder der Intensität und/oder der relativen Phase für das intensitätsmodulierte Strahlungssignal für mindestens ein Pixel der Pixelmatrix innerhalb des Abbildungsabschnitts auf Basis einer linearen, von den jeweiligen Abständen des Pixels innerhalb des Abbildungsabschnitts von den für die Korrektur verwendeten Streulichtreferenzpixeln abhängigen Funktion.

Werden von verschiedenen Streulichtreferenzpixeln unterschiedliche Messwerte für die Intensität und/oder die relative Phase des intensitätsmodulierten Streulichtsignals erfasst, so bedeutet dies, dass das Streulichtsignal eine nicht vollständig homogene Verteilung zwischen diesen Streulichtreferenzpixeln aufweist. Mithin ist im Allgemeinen davon auszugehen, dass die Verteilung auch für die Pixelmatrix einen vergleichbaren Grad an Inhomogenität aufweist. Diese Verteilung kann unter der Annahme genährt werden, dass eine solche Inhomogenität im Falle gestreuter Signale eine lokal gleichmäßige Änderung mit geringem Gradienten aufweist. Insbesondere kann die Verteilung in diesem Fall gut mit einer linearen Interpolation oder Extrapolation als Funktion des Abstands der einzelnen Pixel innerhalb des Abbildungsabschnitts von den Streulichtreferenzpixeln genähert werden, welche für das Interpolieren oder Extrapolieren verwendet werden.

In einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Korrigieren einer Intensität und/oder einer relativen Phase für das intensitätsmodulierte Strahlungssignal für mindestens ein Pixel der Pixelmatrix innerhalb des Abbildungsabschnitts durch Subtraktion der aus den Intensitäten und/oder den relativen Phasen für mindestens zwei Streulichtreferenzpixel interpolierten oder extrapolierten Intensität und/oder relativen Phase gemäß trigonometrischen Additionstheoremen und/oder dass das Korrigieren von Messwerten von mindestens einem Pixel der Pixelmatrix innerhalb des Abbildungsabschnitts durch Subtraktion der aus den Messwerten von mindestens zwei Streulichtreferenzpixel interpolierten oder extrapolierten Interpolationswerten oder Extrapolationswerten . Um aus den überlagerten Messwerten eines intensitatsmodulierten Signals Werte für das nichtüberlagerte intensitätsmodulierte Strahlungssignal zu erhalten, d.h. um diese Messwerte zu korrigieren, werden die überlagernden Anteile von den erfassten Messwerten abgezogen. Bei den überlagernden Anteilen handelt es sich in erfindungsgemäßen Anwendungssituationen beispielsweise um Intensitäten und/oder relative Phasen der Intensitätsmodulationen von intensitätsmodulierten Streulichtsignalen. Diese Intensitäten und/oder relative Phasen können mit Hilfe der von den Streulichtreferenzpixeln erfassten Messwerte gut genähert werden.

Hierbei ist es insbesondere denkbar, dass die von den Pixeln innerhalb des Abbildungsabschnitts erfassten Intensitäten und/oder die relative Phasen der Intensitätsmodulationen der einfallenden Strahlung wie oben beschrieben mit den von den Streulichtreferenzpixeln erfassten Intensitäten und/oder den relativen Phasen der Intensitätsmodulationen von intensitätsmodulierten Streulichtsignalen korrigiert werden. Genauer gesagt werden von den Pixeln innerhalb des Abbildungsabschnitts und den Streulichtreferenzpixel jeweils Messwerte für die Intensitäten und/oder relativen Phasen erfasst, aus denen die Bestimmungseinrichtung die entsprechenden Intensitäten und/oder relativen Phasen erst bestimmt. Die Korrektur erfolgt dann ebenfalls durch die Bestimmungseinrichtung auf Basis dieser bestimmten Intensitäten und/oder relativen Phasen. Die Korrektur kann über das Auflösen von Additionstheoremen erfolgen. Ebenso ist es aber auch denkbar, dass die von den Pixeln innerhalb des Abbildungsabschnitts erfassten Messwerte für die einfallende Strahlung wie oben beschrieben mit Messwerten der Streulichtreferenzpixel korrigiert werden. Erfolgt die Korrektur der Messwerte auf Basis einer Subtraktion von interpolierten oder extrapolierten Werten, so stellt dies in erster Ordnung eine gute Näherung dar für die weitere Bestimmung der Intensität und/oder der relativen Phase zwischen der Intensitätsmodulation des intensitätsmodulierten Strahlungssignals und dem Referenzsignal ohne Streulichtüberlagerungen. Mit den korrigierten Werten werden sodann von der Bestimmungseinrichtung sodann die entsprechenden Intensitäten und/oder relativen Phasen bestimmt. Im Zuge einer Ausführungsform wird die Intensität und/oder die relative Phase des intensitätsmodulierten Strahlungssignals für alle Pixel der Pixelmatrix innerhalb des Abbildungsabschnitts des Detektors korrigiert. Bei gestreuten intensitätsmodulierten Signalen ist im Allgemeinen davon auszugehen, dass alle Pixel der Pixelmatrix mit einem intensitätsmodulierten Streulichtsignal beaufschlagt werden und somit fehlerhafte Messwerte für die Intensitäten und/oder die relativen Phasen des intensitätsmodulierten Strahlungssignals erfassen. Somit sind in einem solchen Fall die Entfernungsinformationen aller Bildabschnitte fehlerbehaftet. Um ein fehlerfreies oder möglichst korrektes Gesamtbild zu erhalten, ist es notwendig, die Messwerte bzw. die Intensität und/oder die relative Phase des intensitätsmodulierten Strahlungssignals für alle Pixel der Pixelmatrix innerhalb des Abbildungsabschnitts des Detektors zu korrigieren.

Schließlich erfolgt bei einer Ausführungsform das Korrigieren unter Verwendung aller von den Streulichtreferenzpixeln erfassten Messwerte für das intensitätsmodulierte Streulichtsignal. Bei einer Verwendung aller von den Streulichtreferenzpixeln erfassten Messwerte für das intensitätsmodulierte Streulichtsignal kann die Verteilung des Streulichtsignals für die Pixelmatrix möglichst genau bestimmt bzw. genähert werden. Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und den dazugehörigen Figuren. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Figur 2a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Detektors und

Figur 2b eine schematische Darstellung der Signalbestimmung für den Detektor aus Figur 2a. In Figur 1 ist eine schematische Darstellung einer Messanordnung inklusive einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Erfassen und Bestimmen einer Intensität und/oder einer Phase der Intensitätsmodulation eines einfallenden intensitätsmodulierten elektromagnetischen Strahlungssignals 2 zu sehen. Gezeigt ist ein Sender 1 1 , der intensitätsmodulierte elektromagnetische Strahlung aussendet, welche von einem Umgebungsobjekt 12 in Richtung der Vorrichtung 1 reflektiert wird. Das einfallende intensitätsmodulierte elektromagnetische Strahlungssignal 2 wird von der Abbildungsoptik 7 auf einen Abbildungsabschnitt 16 eines sich dahinter befindlichen Detektors 3 abgebildet. Innerhalb des Abbildungsabschnitt 16 des Detektors 3, auf den das intensitätsmodulierte elektromagnetische Strahlungssignal 2 abgebildet wird, ist eine Pixelmatrix 5 angeordnet, die eine Mehrzahl an Pixeln 6 bzw. Bildabschnitten aufweist.

Die Pixelmatrix 5 ist im vorliegenden Fall quadratisch ausgestaltet und enthält pro Reihe und Zeile jeweils dieselbe Anzahl an Einzelpixeln 6. Im gezeigten Beispiel sind es drei mal drei, d.h. insgesamt neun baugleiche quadratische Pixel 6.

Von der Pixelmatrix 5 beabstandet sind Streu lichtreferenzpixel 10 angeordnet, die vorzugsweise alle baugleich wie die Pixeln 6 der Pixelmatrix 5 ausgestaltet sind. Dabei sind die Streulichtreferenzpixel 10 direkt aneinander angrenzend derart entlang des Umfangs der Pixelmatrix 5 angeordnet, dass sie diese vollständig umschließen. Im Zentrum des Quadrats auf dessen Kanten die Streulichtreferenzpixel 10 angeordnet sind, ist die quadratische Pixelmatrix 5 angeordnet, wobei die Seiten des von den Streulichtreferenzpixeln 10 umfassten Quadrats jeweils parallel zu einer Seite des von der Pixelmatrix 5 gebildeten Quadrats sind. Idealerweise werden durch die Abbildungsoptik 7 intensitätsmodulierte elektromagnetische Strahlungssignale 2 fokussiert und, wenn die Signale wie dargestellt von demselben Punkt des reflektierenden Objekts reflektiert werden, idealerweise auf dasselbe Pixel 6 der Pixelmatrix 5 abgebildet. Allerdings kann bei nicht idealen Optiken ein Teil des einfallenden intensitätsmodulierten Strahlungssignals 2 von der Abbildungsoptik 7 in Form eines intensitätsmodulierten elektromagnetischen Streulichtsignals 9 sowohl auf die Pixel 6 der Pixelmatrix 5 als auch auf die Streulichtreferenzpixel 10 und den Bereich zwischen Pixelmatrix 5 und Streulichtreferenzpixeln 10 gestreut werden.

Wird das von dem Objekt 12 oder einer anderen Quelle, auch außerhalb des FOV, reflektierte intensitätsmodulierte Strahlungssignal 2 also beispielsweise auf den Rand der Abbildungsoptik 7 reflektiert, so kann es zu einer teilweisen Streuung des intensitätsmodulierten elektromagnetischen Strahlungssignal 2 durch die Abbildungsoptik 7 kommen. Mit anderen Worten wird das intensitätsmodulierte elektromagnetische Strahlungssignal 2 in einem solchen nicht idealen Fall entgegen den idealisierten Abbildungseigenschaften der Abbildungsoptik 7 von dieser nicht auf den Abbildungsabschnitt 16 des Detektors 3 abgebildet, sondern vielmehr als intensitätsmoduliertes elektromagnetisches Streulichtsignal 9 auf den Detektor 3 gestreut. Dabei wird das intensitätsmodulierte elektromagnetische Streulichtsignal 9 im Allgemeinen auch auf Bereiche jenseits der Pixelmatrix 5 und des Abbildungsabschnitts 16 gestreut. Ein solches intensitätsmoduliertes Streulichtsignal 9 wird von den Streulichtreferenzpixeln 10 erfasst, die im Falle einer idealen Abbildungsoptik 7 außerhalb des Blickfelds der Optik liegen, d.h. mit keiner elektromagnetischen Strahlung beaufschlagt werden. Mit Hilfe der von den Streulichtreferenzpixeln 10 erfassten Messwerte für die Intensitäten des intensitätsmodulierten Streulichtsignals 9 und/oder relativen Phasen zwischen der Intensitätsmodulation des intensitätsmodulierten Streulichtsignals 9 und einem Referenzsignal kann die Verteilung der Intensitäten und/oder der relativen Phase der Intensitätsmodulation des intensitätsmodulierten elektromagnetischen Streulichtsignals 9 auch für die Pixelmatrix 5 des Detektors 3, d.h. auch für die einzelnen Pixel 6 der Pixelmatrix 5 innerhalb des Abbildungsabschnitts 16, interpoliert oder extrapoliert werden. Mittels dieser interpolierten oder extrapolierten Verteilung können die von den Pixeln 6 der Pixelmatrix 5 erfassten Messwerte für die Intensität und/oder die relative Phase zwischen der Intensitätsmodulation des intensitätsmodulierten Strahlungssignals 2 und einem Referenzsignal in Hinblick auf Streulichtstörungen in erster Ordnung durch Herausrechnen von Streulichtanteilen korrigiert werden. Das Verfahren zum Ermitteln des von den Pixeln 6 der Pixelmatrix 5 miterfassten Streulichtsignals 9 ist nicht auf den in Figur 1 abgebildeten Fall einer Streulichtsignalerzeugung in Folge einer Streuung am Rand der Abbildungsoptik 7 beschränkt. Ebenso ist die in Figur 1 gezeigte Anordnung sowie das verwendete Verfahren dazu geeignet, weitere Arten von Streulichtsignalerzeugung durch die Abbildungsoptik 7 zu korrigieren. Dies gilt insbesondere auch für eine Streulichtsignalerzeugung in Folge nicht idealer Linseneigenschaften in der Abbildungsoptik 7, wie beispielsweise einer Streuung an einer Fehlstelle der Abbildungsoptik 7.

Figur 2a zeigt in einer Draufsicht eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Detektors 3. In der Mitte der Darstellung ist eine Pixelmatrix 5 zu sehen. Die Pixelmatrix 5 besteht aus neun baugleichen quadratischen Pixeln 6, die in einer quadratischen Matrix mit drei Zeilen und drei Spalten angeordnet sind. In der Mitte dieser Pixelmatrix 5 befindet sich ein mittleres Pixel 15. Die Pixelmatrix 5 selbst ist innerhalb des Abbildungsabschnitts 16 des Detektors 3 angeordnet, auf den die Abbildungsoptik 7 (nicht gezeigt) das intensitätsmodulierte Strahlungssignal 2 (nicht gezeigt) abbildet. Der Abbildungsabschnitt 16 ist kreisförmig und so angeordnet, dass sein Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt der Matrix 5, d.h. dem Mittelpunkt des mittleren Pixels 15, übereinstimmt. Der Radius des kreisförmigen Abbildungsabschnitts 16 des Detektors 3 ist so gewählt, dass er größer als die halbe Länge der Diagonalen von einer Ecke der Pixelmatrix 5 zur gegenüberliegenden Ecke ist. Somit liegt die Pixelmatrix 5 vollständig innerhalb des Abbildungsabschnitts 16.

Links und rechts von der Pixelmatrix 5 ist jeweils ein Streulichtreferenzpixel 13 bzw. 14 beabstandet angeordnet. Der Abstand zwischen den Streulichtreferenzpixeln 13, 14 und der Pixelmatrix 5 ist jeweils so gewählt, dass die Streulichtreferenzpixel 13, 14 außerhalb des Abbildungsabschnitts 16 des Detektors 3 angeordnet sind. Die Mittelpunkte des linken Streulichtreferenzpixels 13, des rechten Streulichtreferenzpixels 14 und des mittleren Pixels 15 der Pixelmatrix 5 liegen auf einer gemeinsamen Geraden. Dabei ist der Abstand zwischen dem Mittelpunkt des linken Streu lichtreferenzpixels 13 und des mittleren Pixels 15 gleich dem Abstand zwischen dem mittleren Pixel 15 und dem rechten Streulichtreferenzpixel 14. Darüber hinaus sind alle Pixel 6 der Pixelmatrix 5 ebenso wie die beiden Streulichtreferenzpixel 13, 14 baugleich. Da die beiden Streu lichtreferenzpixel 13, 14 außerhalb des Abbildungsabschnitts 16 angeordnet sind, wird von der Abbildungsoptik 7 (nicht gezeigt) kein intensitätsmoduliertes elektromagnetisches Strahlungssignal 2 (nicht gezeigt) auf diese abgebildet. Das intensitätsmodulierte elektromagnetische Strahlungssignal 2 (nicht gezeigt) wird ausschließlich auf den Abbildungsabschnitt 1 6 des Detektors 3 abgebildet. Jedoch kann es aufgrund von Streuung dazu kommen, dass ein intensitätsmoduliertes elektromagnetisches Streulichtsignal 9 (nicht gezeigt) von der Abbildungsoptik 7 (nicht gezeigt) auf eines der beiden Streulichtreferenzpixel 1 3, 1 4 oder auf beide gestreut wird.

In Figur 2b sind sechs Diagramme zu sehen, die unterschiedliche intensitätsmodulierte Signale darstellen, die von unterschiedlichen Pixeln 1 3, 1 4, 1 5 erfasst werden, sowie die Verarbeitung dieser Signale. Auf der Abszisse ist jeweils die Phase φ der Intensitätsmodulation des entsprechenden Signals aufgetragen und auf der Ordinate die Amplitude der Intensitätsmodulation des entsprechenden Signals.

Diagramm 1 zeigt das auf das mittlere Pixel 1 5 der Pixelmatrix 5 abgebildete intensitätsmodulierte elektromagnetische Strahlungssignal Α_Ε(φ). Dies ist das ungestörte Signal, welches das Pixel 1 5 im Falle einer idealen Abbildungsoptik 7 erfassen würde. Hierbei wird sowohl ein Signalverlauf für ein starkes Signal mit einer durchgezogenen Linie als auch ein Signalverlauf für ein schwaches Signal mit einer gestrichelten Linie dargestellt. In Diagramm 4 wird das tatsächliche, von dem mittleren Pixel 1 5 erfasste intensitätsmodulierte Strahlungssignal A_G(q>) dargestellt. Dieses intensitätsmodulierte Strahlungssignal A_G(q>) setzt sich zusammen aus dem im Diagramm 1 gezeigten intensitätsmodulierten elektromagnetischen Strahlungssignal Α_Ε(φ) sowie einem auf das mittlere Pixel 1 5 gestreutes intensitätsmoduliertes elektromagnetisches Streulichtsignal A_s(q>).

Im Falle der Detektoranordnung in Figur 2a und einer linearen Verteilung des intensitätsmodulierten Streulichtsignals 9 über den Detektor 3, entspricht das auf das mittlere Pixel 1 5 gestreute intensitätsmodulierte elektromagnetische Streulichtsignal A_s(q>) in guter Näherung dem arithmetischen Mittelwert der auf das linke Streulichtreferenzpixel 1 3 und das rechte Streu lichtreferenzpixel 14 gestreuten intensitätsmodulierten elektromagnetischen Streulichtsignale Α_δι_(φ) bzw. A_SR(CP). Die von den linken und rechten Streulichtreferenzpixeln 1 3, 1 4 erfassten gestreuten intensitätsmodulierten elektromagnetischen Streulichtsignale Α_δι_(φ) bzw. A_SR((P) sind in Diagramm 2 bzw. Diagramm 3 aus Figur 2b dargestellt. Der arithmetische Mittelwert für das intensitätsmodulierte Streulichtsignal A_s(q>), das auf das mittlere Pixel 1 5 gestreut wird, ist in Diagramm 5 dargestellt. Eine Subtraktion des in Diagramm 5 dargestellten interpolierten Streulichtsignals A_s(q>) von dem von dem mittleren Pixel 1 5 erfassten intensitätsmodulierten Strahlungssignal A_G(q>) aus dem Diagramm 4 ergibt das in Diagramm 6 dargestellte korrigierte intensitätsmodulierte Strahlungssignal Α_Ε(φ). Dieses in Diagramm 6 dargestellte intensitätsmodulierte elektromagnetische Strahlungssignal Α_Ε(φ) nach der Streulichtkorrektur ist identisch mit dem im Falle einer idealen Abbildungsoptik 7 auf das mittlere Pixel 1 5 abgebildeten intensitätsmodulierten Strahlungssignal Α_Ε(φ) aus Diagramm 1 . Insbesondere wird aus Diagramm 4 ersichtlich, dass die relative Änderung des erfassten intensitätsmodulierten Strahlungssignale A_G(cp) aufgrund eines intensitätsmodulierten Streulichtsignals A_s(q>) für ein schwaches intensitätsmoduliertes Strahlungssignal Α_Ε(φ) wesentlich größer sein kann als für ein starkes Signal Α_Ε(φ). So wird die maximale Amplitude A₀E des schwachen Signals Α_Ε(φ) aufgrund des Streulichts beispielsweise um mehr als 200 % erhöht, wohingegen die maximale Amplitude A₀E des starken Signals Α_Ε(φ) um lediglich etwa 25 % zunimmt. Aber auch die Phasenlage des erfassten schwachen und des erfassten starken Signals A_G(cp) ist jeweils unterschiedlich stark gegenüber der Phasenlage des schwachen bzw. starken intensitätsmodulierten Strahlungssignals Α_Ε(φ) verschoben. Vergleicht man beispielsweise die Positionen des Maximums oder Minimums von schwachem und starkem intensitätsmoduliertem Strahlungssignal Α_Ε(φ) in Diagramm 1 miteinander, so erkennt man, dass die Phasenlagen der Maxima bzw. Minima jeweils identisch sind. In Diagramm 4 sind die Phasenlagen der Maxima bzw. Minima des erfassten schwachen und des erfassten starken Signals A_G(cp) jeweils nicht mehr identisch. Vielmehr sind die Maxima und Minima voneinander beabstandet. Dabei ist die Phasenlage des Maximums bzw. Minimums des erfassten schwachen Signals A_G(cp) deutlich weiter gegenüber der Phasenlage des Maximums bzw. Minimums des schwachen intensitätsmodulierten Strahlungssignals Α_Ε(φ) verschoben als es für die Phasenlage des Maximums bzw. Minimums des erfassten starken Signals A_G(cp) der Fall ist.

Die in den Diagrammen 1 bis 6 dargestellten Signale weisen alle eine sinusförmige Intensitätsmodulation auf. Dies ermöglicht die Ableitung des intensitätsmodulierten elektromagnetischen Strahlungssignals Α_Ε(φ) nach der Streulichtkorrektur aus Diagramm 6 auf zwei verschiedene Weisen.

Zum einen kann die Berechnung mit Hilfe trigonometrischer Additionstheoreme erfolgen. Das intensitätsmodulierte Streulichtsignal A_s(q>) für das mittlere Pixel 15 der Pixelmatrix 5 kann mathematisch aus den intensitätsmodulierten Streulichtsignalen Α_δι_(φ) und A_SR(CP) für das linke und das rechte Streulichtreferenzpixel 13 und 14 unter Verwendung der trigonometrischen Additionstheoreme als arithmetischer Mittelwert interpoliert werden.

Die phasenabhängige Amplitude A_s(q>) des intensitätsmodulierten Streulichtsignals 9, das von der Abbildungsoptik 7 auf das mittlere Pixel 15 gestreut wird, mit der maximalen Amplitude A₀s und der Anfangsphase cpos lässt sich in guter Näherung mit dem arithmetischen Mittel aus den intensitätsmodulierten Streulichtsignalen Α_δι_(φ) bzw. A_SR(CP) des linken und rechten Streulichtreferenzpixels 13 bzw. 14 interpolieren. Das von dem mittleren Pixel 15 tatsächlich erfasste intensitätsmodulierte Strahlungssignal 2 ist eine Superposition aus einem intensitätsmodulierten Strahlungssignal Α_Ε(φ) und einem intensitätsmodulierten Streulichtsignal Α_δ(φ). Da das linke und das rechte Streu lichtreferenzpixel 13 bzw. 14 beide außerhalb des Abbildungsabschnitts 16 des Detektors 3 angeordnet sind, wird von diesen jeweils nur ein intensitätsmoduliertes elektromagnetisches Streulichtsignal Α_δι_(φ), A_SR(CP) erfasst, wie es im Diagramm 2 und 3 dargestellt ist. Erfasst werden also zwei intensitätsmodulierte Streulichtsignale Α₃ι_(φ), A_SR(CP) sowie ein intensitätsmoduliertes Strahlungssignal A_G(cp), das eine Superposition aus einem intensitätsmodulierten Strahlungssignal Α_Ε(φ) und einem intensitätsmodulierten Streulichtsignal A_s(q>) ist. Aus den beiden erfassten intensitätsmodulierten Streulichtsignalen Asi_(<p), A_SR((P) wird das intensitätsmodulierte Streulichtsignal A_s(cp) der Superposition durch Interpolation genähert. Durch Subtraktion des interpolierten intensitätsmodulierten Streulichtsignals A_s(q>) von dem erfassten Superpositionssignal A_G(cp) wird das zu erfassende intensitätsmodulierte Strahlungssignal Α_Ε(φ) der Superposition in guter Näherung berechnet.

Das Bestimmen des zu erfassenden intensitätsmodulierten Strahlungssignal Α_Ε(φ) durch die Bestimmungseinrichtung (nicht gezeigt) kann somit zum Einen dadurch erfolgen, dass aus den von dem mittleren Pixel 15 und den Streulichtreferenzpixeln 13 und 14 erfassten Messwerten zunächst die Amplituden A_0G, A_0Si_ und A_0SR sowie die Phasen (p_0G, <Posi_ und c ₀sR der Signale A_G(cp), Α_δι_(φ) und A_SR((| ) bestimmt werden. Aus diesen Amplituden A_0G, A₀si_, A₀SR und Phasen 9OG, 9osi_, 9OSR werden dann wie oben beschrieben die Amplitude A_0E und/oder die Phase cp_0E des zu erfassenden intensitätsmodulierten Strahlungssignals Α_Ε(φ) unter Verwendung trigonometrischer Additionstheoreme bestimmt.

Ebenso ist es aber auch möglich mittels der Bestimmungseinrichtung (nicht gezeigt) aus den Messwerten, d.h. den Rohdaten, des linken und rechten Streulichtreferenzpixels 13 bzw. 14 durch Bilden von arithmetischen Mittelwerten direkt Werte für das von dem mittleren Pixel 15 miterfasste intensitätsmodulierten Streulichtsignal zu interpolieren. Diese interpolierten Werte werden von den Messwerten, d.h. den Rohdaten, abgezogen, die das mittleren Pixel 15 erfasst. Das Ergebnis dieser Subtraktion sind korrigierte Werte für das zu erfassende intensitätsmodulierte Strahlungssignal Α_Ε(φ) = A_0E sin((p+(p_0E), welches aus diesen korrigierten Werten bestimmt werden kann. Insbesondere können aus diesen korrigierten Werten die Amplitude A_0E und/oder die Phase φ_0Ε des zu erfassenden intensitätsmodulierten Strahlungssignals Α_Ε(φ) bestimmt werden. Diese Variante der Korrektur des gemessenen Signals mit Hilfe der Rohdaten weist den Vorteil auf, dass sie durch einfache Subtraktion zu bewirken ist.

In dem Beispiel aus Figur 2b sind für jedes Signal vier Stützstellen, d.h. in Bezug auf die gemessenen Signale, Messwerte, markiert, die voneinander um 90° beabstandet sind und die in allen Diagrammen zeitgleich angeordnet sind. Es versteht sich, dass diese Stützstellen hier nur beispielhaft angegeben sind. Es könnten auch mehr oder weniger Stützstellen gewählt werde, wobei zur Erfassung der Phasenlage mindestens zwei um 90° voneinander beanstandete Stützstellen erforderlich sind.

Die Stützstellen sind in den Diagrammen mit dem Buchstaben„A" bezeichnet und von 1 bis 4 durchnummeriert. Dabei bezeichnet der Index das jeweils betrachtete Signal. In den Diagrammen 1 , 4 und 6 bezeichnet der zusätzliche numerische Index das schwache Signal („1 ") und das starke Signal („2").

Zum besseren Verständnis wird im Folgenden detailliert betrachtet, wie man aus vier durch das Streulicht verfälschten Messwerten A_G21 bis A_G24 am Pixel 15 der Pixelmatrix 5 für das starke Signal (durchgezogene Linie in Diagramm 4 der Figur 2b) die zu gehörigen vier unverfälschten Werte A_E21 bis A_E24 aus Diagramm 6 erhält. Unter der Annahme, dass die Intensität des Streulichts zwischen dem linken und dem rechten Streulichtreferenzpixel 13, 14 linear abfällt, folgt aus den Messungen des Streulichts am linken Streulichtreferenzpixel 13 A_Si_1 bis A_Si_4 (Diagramm 2) und den zeitgleichen Messwerten des rechten Streu lichtreferenzpixels 14 A_SR1 bis A_SR4 (Diagramm 3) für die Intensität A_s1 bis A_s4 des Streulichts auf dem mittlerem Pixel 15 der Pixelmatrix 5 (Diagramm 5):

A_sn = ¹/₂ * (Asi_n + A_SRn), wobei n = 1 , 3 4 jeweilige Stützstelle bezeichnet.

Sodann werten diese Werte A_s1 bis A_s4 für die interpolierte Streulichtintensität am Pixel 15 von den Messwerten A_G21 bis A_G24 des verfälschten gemessenen Signals am Pixel 15 der Pixelmatrix 5 abgezogen. Man erhält dann die unverfälschten Werte A_E21 bis A_E24 aus Diagramm 6. Aus diesen lässt sich die Phase und die Amplitude des korrigierten Empfangssignals bestimmen als

Phase E2 = arctan [(A_E11 - A_E13)/(A_E12 - A_E14)] und

Amplitude E2 = ¹/₂ ^* SQRT[(A_E11 - Α_Ε13)^Λ2+(Α_Ε12 - Α_Ε14)^Λ2], wobei SQRT die Wurzel bezeichnet und ^Λ2 das Quadrat.

Analog lassen sich die korrigierten Werte an den Stützstellen 1 bis 4 für das schwache Signal berechnen. Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den abhängigen Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebiger Zusammenstellung mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die zusammenfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen und die Betonung der Unabhängigkeit der einzelnen Merkmale voneinander wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.

Bezugszeichenliste

I Vorrichtung zum Bestimmen einer Intensität und/oder einer Phase der

Intensitätsmodulation

2 intensitätsmoduliertes elektromagnetisches Strahlungssignal

3 Detektor

5 Pixelmatrix

6 Pixel der Pixelmatrix

7 Abbildungsoptik

9 intensitätsmoduliertes elektromagnetisches Streulichtsignal

1 0 Streulichtreferenzpixel

I I Sender

12 Objekt

1 3 linkes Streulichtreferenzpixel

14 rechtes Streulichtreferenzpixel

1 5 mittleres Pixel der Pixelmatrix

1 6 Abbildungsabschnitt des Detektors

φ Phase der Intensitätsmodulation

Α_Ε(φ) zu erfassendes intensitätsmoduliertes Strahlungssignal für das Pixel 15 Α_δι_(φ) intensitätsmoduliertes Streulichtsignal für das Streulichtpixel 13

ASR(<P) intensitätsmoduliertes Streulichtsignal für das Streulichtpixel 14

A_s(q>) intensitätsmoduliertes Streulichtsignal für das Pixel 1 5

A_G(q>) streulichtüberlagertes intensitätsmoduliertes Strahlungssignal für das Pixel 15

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

Vorrichtung (1 ) zum Bestimmen einer Intensität und/oder einer Phase einer Intensitätsmodulation eines intensitätsmodulierten elektromagnetischen Strahlungssignals (2)

mit einem Detektor (3), wobei der Detektor (3) eine Pixelmatrix (5) aufweist,

und einer Abbildungsoptik (7) zum Abbilden eines intensitätsmodulierten

Strahlungssignals (2) auf den Detektor (3),

wobei die Abbildungsoptik (7) im Betrieb mit dem abgebildeten intensitätsmodulierten Strahlungssignal (2) einen Abbildungsabschnitt (16) des Detektors (3) ausleuchtet und wobei die Pixelmatrix (5) zumindest abschnittsweise innerhalb des Abbildungsabschnitts (16) des Detektors (3) angeordnet ist und eine Mehrzahl von Pixeln (6) aufweist, die so eingerichtet sind, dass sie im Betrieb Messwerte für das intensitätsmodulierte Strahlungssignal (2) erfassen,

dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) mindestens ein Streulichtreferenzpixel (10) aufweist, das außerhalb des Abbildungsabschnitts (16) des Detektors (3) angeordnet und so eingerichtet ist, dass es im Betrieb Messwerte für ein intensitätsmoduliertes Streulichtsignal (9) erfasst, und

eine Bestimmungseinrichtung, die so eingerichtet ist, dass sie im Betrieb Messwerte von mindestens einem Pixel (6) der Pixelmatrix (5) innerhalb des Abbildungsabschnitts (16) als einen ersten Dateneingang und Messwerte von mindestens einem Streulichtreferenzpixel (10) als einen zweiten Dateneingang so verarbeitet, dass sie in einem ersten Bestimmungsschritt aus dem ersten Dateneingang eine Intensität für das intensitätsmodulierte Strahlungssignal (2) und/oder eine relative Phase zwischen der Intensitätsmodulation des intensitätsmodulierten Strahlungssignals (2) und einem Referenzsignal mindestens für das Pixel (6) innerhalb des Abbildungsabschnitts (16) und aus dem zweiten Dateneingang eine Intensität des intensitätsmodulierten Streulichtsignals (9) und/oder eine relative Phase zwischen der Intensitätsmodulation des intensitätsmodulierten Streulichtsignals (9) und dem Referenzsignal mindestens für das Streulichtreferenzpixel (10) bestimmt und in einem zweiten Bestimmungsschritt die Bestimmungsergebnisse des ersten Bestimmungsschritts so miteinander verrechnet, dass die Bestimmungseinrichtung eine korrigierte Intensität des intensitätsmodulierten Strahlungssignals (2) und/oder eine korrigierte relative Phase zwischen der Intensitätsmodulation des intensitätsmodulierten Strahlungssignals (2) und einem Referenzsignal mindestens für das Pixel (6) innerhalb des Abbildungsabschnitts (16) bestimmt und als einen Datenausgang bereitstellt,

und/oder dass die Bestimmungseinrichtung die Dateneingänge so verarbeitet, dass sie in einem ersten Bestimmungsschritt die Dateneingänge so miteinander verrechnet, dass sie korrigierte Messwerte mindestens für das Pixel (6) innerhalb des Abbildungsabschnitts (16) bestimmt und in einem zweiten Bestimmungsschritt aus den korrigierten Messwerten des ersten Bestimmungsschritts eine korrigierte Intensität des intensitätsmodulierten

Strahlungssignals (2) und/oder eine korrigierte relative Phase zwischen der Intensitätsmodulation des intensitätsmodulierten Strahlungssignals (2) und einem Referenzsignal mindestens für das Pixel (6) innerhalb des Abbildungsabschnitts (16) bestimmt und als einen Datenausgang bereitstellt.

2. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das

Streulichtreferenzpixel (10) von der Pixelmatrix (5) beabstandet angeordnet ist.

3. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Streulichtreferenzpixel (10) außerhalb der Ebene angeordnet ist, in der die Pixelmatrix (5) angeordnet ist.

4. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das

Streulichtreferenzpixel (10) an der Abbildungsoptik angeordnet ist.

5. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Streulichtreferenzpixel (10) und die Pixelmatrix (5) in derselben Ebene angeordnet sind.

6. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pixelmatrix (5) einen ersten Abschnitt (4), der innerhalb des Abbildungsabschnitts (16) liegt, und einen zweiten Abschnitt (8), der außerhalb des Abbildungsabschnitts (16) liegt, aufweist, wobei zumindest eines der Pixel (6) innerhalb des zweiten Abschnitts (8) ein Streulichtreferenzpixel (10) ist.

7. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Streulichtreferenzpixeln (10) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein

Streulichtreferenzpixel (10) mindestens an einer Ecke der Pixelmatrix (5) und/oder an mindestens einem Mittelpunkt einer Seite der Pixelmatrix (5) angeordnet ist. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die

Streulichtreferenzpixel (10) in gleichen Winkelabständen um den Mittelpunkt der Pixelmatrix (5) verteilt angeordnet sind.

Verfahren zum Reduzieren von Streulichteinflüssen auf eine Intensitäts- und/oder Phasenbestimmung der Intensitätsmodulation eines intensitätsmodulierten elektromagnetischen Strahlungssignals (2) mit den Schritten:

Abbilden des intensitätsmodulierten Strahlungssignals (2) auf einen Detektor (3), wobei die Abbildungsoptik (7) mit dem abgebildeten intensitätsmodulierten Strahlungssignal (2) einen Abbildungsabschnitt (16) des Detektors (3) ausleuchtet, Erfassen des abgebildeten intensitätsmodulierten Strahlungssignals (2) mit einer Pixelmatrix (5) des Detektors (3),

wobei die Pixelmatrix (5) des Detektors (3) zumindest abschnittsweise innerhalb des Abbildungsabschnitts (16) angeordnet ist und eine Mehrzahl von Pixeln (6) aufweist, die so eingerichtet sind, dass sie im Betrieb Messwerte für das intensitätsmodulierte Strahlungssignal (2) erfassen,

dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden zusätzlichen Schritte aufweist:

Erfassen eines intensitätsmodulierten Streulichtsignals (9) mit mindestens einem Streulichtreferenzpixel (10) der Vorrichtung (1 ), auf welches das intensitätsmodulierte Streulichtsignal (9) gestreut wird,

wobei das Streulichtreferenzpixel (10) außerhalb des Abbildungsabschnitts (16) des Detektors (3) angeordnet und so eingerichtet ist, dass es im Betrieb Messwerte für das intensitätsmodulierte Streulichtsignal (9) erfasst, und

Bestimmen einer korrigierten Intensität des intensitätsmodulierten Strahlungssignals (2) und/oder einer korrigierten relativen Phase zwischen der Intensitätsmodulation des intensitätsmodulierten Strahlungssignals (2) und einem Referenzsignal für mindestens ein Pixel (6) der Pixelmatrix (5) innerhalb des Abbildungsabschnitts (16),

wobei das Bestimmen einen ersten Bestimmungsschritt umfasst, in dem mindestens aus den Messwerten von dem Pixel (6) innerhalb des Abbildungsabschnitts (16) eine Intensität für das intensitätsmodulierte Strahlungssignal (2) und/oder eine relative Phase zwischen der Intensitätsmodulation des intensitätsmodulierten Strahlungssignals (2) und einem Referenzsignal mindestens für das Pixel (6) innerhalb des Abbildungsabschnitts (16) und mindestens aus den Messwerten von einem Streu lichtreferenzpixel (10) eine Intensität des intensitätsmodulierten Streulichtsignals (9) und/oder eine relative Phase zwischen der Intensitätsmodulation des intensitätsmodulierten Streulichtsignals (9) und dem Referenzsignal mindestens für das Streulichtreferenzpixel (10) bestimmt wird, und einen zweiten Bestimmungsschritt, in dem die Bestimmungsergebnisse des ersten Bestimmungsschritts so miteinander verrechnet werden, dass eine korrigierte Intensität des intensitätsmodulierten Strahlungssignals (2) und/oder eine korrigierte relative Phase zwischen der Intensitätsmodulation des intensitätsmodulierten Strahlungssignals (2) und einem Referenzsignal mindestens für das Pixel (6) innerhalb des Abbildungsabschnitts (16) bestimmt wird,

und/oder

wobei das Bestimmen einen ersten Bestimmungsschritt umfasst, in dem mindestens die Messwerte von dem Pixel (6) innerhalb des Abbildungsabschnitts (16) und mindestens die Messwerte von dem Streu lichtreferenzpixels (10) so miteinander verrechnet werden, dass korrigierte Messwerte mindestens für das Pixel (6) innerhalb des Abbildungsabschnitts (16) bestimmt werden, und

einen zweiten Bestimmungsschritt, in dem aus den korrigierten Messwerten des ersten Bestimmungsschritts eine korrigierte Intensität des intensitätsmodulierten Strahlungssignals (2) und/oder eine korrigierte relative Phase zwischen der Intensitätsmodulation des intensitätsmodulierten Strahlungssignals (2) und einem Referenzsignal mindestens für das Pixel (6) innerhalb des Abbildungsabschnitts (16) bestimmt wird.

Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Bestimmungsschritt das Verrechnen der Bestimmungsergebnisse des ersten Bestimmungsschritts durch Subtraktion einer Intensität und/oder relativen Phase für das intensitätsmodulierte Streulichtsignal (9) für mindestens ein Streulichtreferenzpixel (10) von einer Intensität und/oder einer relativen Phase für das intensitätsmodulierte Strahlungssignal (2) für mindestens ein Pixel (6) der Pixelmatrix (5) innerhalb des Abbildungsabschnitts (16) gemäß trigonometrischen Additionstheoremen erfolgt und/oder

dass im ersten Bestimmungsschritt das Verrechnen der Messwerte durch Subtraktion der Messwerte von mindestens einem Streu lichtreferenzpixel (10) von den Messwerten von mindestens einem Pixel (6) der Pixelmatrix (5) innerhalb des Abbildungsabschnitts (16) erfolgt.

Verfahren nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Bestimmungsschritt das Verrechnen der Bestimmungsergebnisse des ersten Bestimmungsschritts dadurch erfolgt, dass mindestens aus den im ersten Bestimmungsschritt für zwei Streulichtreferenzpixel (10) bestimmten Intensitäten und/oder relativen Phasen eine Intensität für ein intensitätsmoduliertes Streulichtsignal (9) und/oder eine relative Phase zwischen der Intensitätsmodulation eines intensitätsmodulierten Streulichtsignals (9) und dem Referenzsignal für mindestens ein Pixel (6) der Pixelmatrix (5) innerhalb des Abbildungsabschnitts (16) gemäß trigonometrischen Additionstheoremen interpoliert oder extrapoliert wird und aus der im ersten Bestimmungsschritt für mindestens das Pixel (6) innerhalb des Abbildungsabschnitts (16) bestimmten Intensität und/oder relativen Phase sowie der im zweiten Bestimmungsschritt für mindestens das Pixel (6) innerhalb des Abbildungsabschnitts (16) interpolierten oder extrapolierten Intensität und/oder relativen Phase eine korrigierte Intensität des intensitätsmodulierten Strahlungssignals (2) und/oder eine korrigierte relative Phase zwischen der Intensitätsmodulation des intensitätsmodulierten Strahlungssignals (2) und einem Referenzsignal mindestens für das Pixel (6) innerhalb des Abbildungsabschnitts (16) bestimmt wird

und/oder

dass im ersten Bestimmungsschritt das Verrechnen der Messerwerte dadurch erfolgt, dass mindestens aus den von zwei Streulichtreferenzpixel (10) erfassten Messwerten Interpolationswerte oder Extrapolationswerte für ein intensitätsmoduliertes Streulichtsignal (9) für mindestens ein Pixel (6) der Pixelmatrix (5) innerhalb des Abbildungsabschnitts (16) interpoliert oder extrapoliert werden und mindestens die von dem Pixel (6) innerhalb des Abbildungsabschnitts (16) erfassten Messwerte mit den Interpolationswerten oder Extrapolationswerten für das Pixel (6) innerhalb des Abbildungsabschnitts (16) korrigiert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass das Interpolieren und/oder Extrapolieren von Messwerten und/oder mindestens einer Intensität und/oder mindestens einer relativen Phase aus Messwerten und/oder Intensitäten und/oder relativen Phasen für mindestens zwei Streulichtreferenzpixel (10) zum Korrigieren von Messwerten und/oder der Intensität und/oder der relativen Phase für das intensitätsmodulierte Strahlungssignal (2) für mindestens ein Pixel (6) der Pixelmatrix (5) innerhalb des Abbildungsabschnitts (16) auf Basis einer linearen, von den jeweiligen Abständen des Pixels (6) innerhalb des Abbildungsabschnitts (16) von den für die Korrektur verwendeten Streulichtreferenzpixeln (10) abhängigen Funktion erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrigieren einer Intensität und/oder einer relativen Phase für das intensitätsmodulierte Strahlungssignal (2) für mindestens ein Pixel (6) der Pixelmatrix (5) innerhalb des Abbildungsabschnitts (16) durch Subtraktion der aus den Intensitäten und/oder den relativen Phasen für mindestens zwei Streu lichtreferenzpixel (10) interpolierten oder extrapolierten Intensität und/oder relativen Phase gemäß trigonometrischen Additionstheoremen erfolgt und/oder

dass das Korrigieren von Messwerten von mindestens einem Pixel (6) der Pixelmatrix (5) innerhalb des Abbildungsabschnitts (16) durch Subtraktion der aus den Messwerten von mindestens zwei Streulichtreferenzpixel (10) interpolierten oder extrapolierten Interpolationswerten oder Extrapolationswerten erfolgt.