WO2019002484A1 - Optische abstandsmessvorrichtung und verfahren zum betreiben einer optischen abstandsmessvorrichtung - Google Patents

Optische abstandsmessvorrichtung und verfahren zum betreiben einer optischen abstandsmessvorrichtung Download PDF

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WO2019002484A1
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Michael Schumann
Dominik SCHULTEN
Dominik Scholz
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • An optical distance measuring device is specified.
  • One object to be solved is, inter alia, to provide an optical distance measuring device which is particularly space-saving and cost-effective. Another object to be solved is to provide a method for operating such an optical distance measuring device.
  • the optical distance measuring device is configured to measure a distance or a plurality of distances.
  • the distance is a distance from a defined point of the distance measuring device to a
  • Object in particular to a distance meter facing area or point on an outer surface of the object.
  • Distance measuring device and the object over which the distance is measured formed substantially with a material having a homogeneous refractive index.
  • the optical distance measuring device may be configured to measure the distance by means of electromagnetic radiation.
  • the distance measuring device is adapted to generate electromagnetic radiation and to emit.
  • the optical distance measuring device may be configured to detect electromagnetic radiation. In particular, by means of
  • the distance measuring device detectable.
  • the distance measuring device for measuring a distance by means of a running time measurement in particular a so-called time-of-flight measurement, is provided.
  • optical distance measuring device can do so
  • the time span extends from a time when the distance measuring device optoelectronic radiation
  • the optical distance measuring device can be set up to determine from the measured time span at least one distance of the distance measuring device to the object.
  • the Distance measuring device a pixelated radiation source with at least two pixels.
  • the pixelated radiation source is adapted to generate and emit electromagnetic radiation.
  • the pixelated radiation source comprises, for example, one or more light-emitting
  • the pixels of the radiation source are those areas of the radiation source which, in operation, are the
  • Different pixels of the radiation source can, for example, with
  • the semiconductor chip may, in particular, be light-emitting diodes which generate electromagnetic radiation in the spectral range from infrared radiation to UV radiation.
  • the pixels in a lateral plane are juxtaposed at the nodes of a regular one
  • Grid for example, a rectangular grid, arranged.
  • the pixels are arranged such that they have a common emission direction in which the pixels emit electromagnetic radiation during normal operation.
  • the pixels of the radiation source may have been produced in a common manufacturing process.
  • the pixels may be configured to emit electromagnetic radiation of a common
  • the pixels emit electromagnetic radiation in the same Farbort Scheme.
  • the radiation source is arranged downstream of an object region in the emission direction.
  • the object area is an area in which at least one
  • the Distance measuring device adapted to at least one distance of the distance measuring device to one of
  • the at least one object is not in direct contact with the distance measuring device.
  • the distance measuring device and the distance measuring device are not in direct contact with the distance measuring device.
  • the object area is the distance measuring device, for example in FIG.
  • the object area can be illuminated by means of the radiation source.
  • the object area can be subdivided into at least two measuring areas.
  • the measuring ranges lie, in particular completely, within the object area.
  • a measuring range is at least a part of one of
  • Distance measuring device facing outer surface of the object within the object region associated with at least one measuring range.
  • Distance measuring device includes the optical
  • Distance measuring device a radiation detector, which is adapted to emitted from the radiation source and reflected in measuring ranges electromagnetic
  • the radiation detector is a photodiode.
  • the radiation detector may be a CCD sensor or a CMOS sensor.
  • the radiation detector is
  • Radiation in the wavelength range of the Radiation source emitted electromagnetic radiation is to detect.
  • Distance measuring device of the radiation source downstream of at least one object in the object area in the emission direction, to which at least one distance is to be determined.
  • at least a portion of the electromagnetic radiation emitted by the radiation source can be used
  • At least part of the electromagnetic radiation reflected in the object area can be detectable by means of the radiation detector.
  • the radiation detector can be set up to detect exclusively electromagnetic radiation which strikes the radiation detector from the direction of the object region.
  • the range in which reflected electromagnetic radiation is detectable and the
  • the control unit is, for example, an integrated circuit.
  • the control unit is formed with a semiconductor chip.
  • the control unit may comprise a microcontroller.
  • the control unit is electrically conductive with the
  • Radiation source and the radiation detector connected.
  • control unit is adapted to the Pixels of the radiation source to drive and operate.
  • control unit is configured to receive electrical signals from the radiation detector.
  • control unit may comprise, for example, an interface for the transmission of data. In particular, by means of the interface measurement data and / or calibration data
  • control unit can do so
  • control unit is intended to measure time periods with a resolution of less than 0.6 ns, preferably less than 0.3 ns.
  • electromagnetic radiation can be measured.
  • control unit comprises a memory for storing measurement data, calibration data and / or programs for operating the optical distance measuring device.
  • control unit data is stored, each
  • Measuring range assigns a position within the object area and a transmission signal and a received signal.
  • the position of the measuring range describes the position of the measuring range within the object range. The position becomes
  • the transmission signal is for example a signal or a multiplicity of signals with which the radiation source is operated in order to illuminate a measuring range.
  • the received signal is a signal, which by means of the radiation detector to the Control unit is transmitted.
  • each transmit signal can be uniquely assigned a receive signal.
  • electromagnetic radiation is generated and emitted on the basis of the transmission signal by means of the radiation source, which is subsequently at least partially reflected in the object area and at least partially detected by the radiation detector, wherein the
  • Radiation detector outputs the receive signal corresponding to the transmission signal.
  • the control unit may be adapted to a
  • control unit is configured to change from the time interval a distance of the distance measuring device to an object in a measuring range in which the
  • different measuring ranges can be illuminated with electromagnetic radiation having pairwise different properties.
  • Distance measuring device for example, be adapted to illuminate each measuring range with electromagnetic radiation, wherein electromagnetic radiation with which different measuring ranges are illuminated differs in at least one property.
  • electromagnetic radiation with which different measuring ranges are illuminated differs in at least one property.
  • in pairs means that there are no two ranges of illumination illuminated by electromagnetic radiation having identical characteristics
  • Different measuring ranges can, for example, each be illuminated with different pixels and / or with different groups of pixels.
  • the different pixels and / or the different groups of pixels can, for example, each be illuminated with different pixels and / or with different groups of pixels.
  • the different pixels and / or the different groups of pixels can, for example, each be illuminated with different pixels and / or with different groups of pixels.
  • Groups of pixels to be adapted to emit electromagnetic radiation which is in at least one
  • the optical distance measuring device comprises a pixelated radiation source with at least two pixels, a radiation detector which is set up to detect electromagnetic radiation emitted by the radiation source and reflected in measurement areas, and a control unit which is set up to operate the radiation source and electrical
  • optical distance measuring devices are, inter alia, the following considerations
  • a laser scanner in particular a LIDAR system, can be used to measure a distance between a measuring device and an object area.
  • a laser is focused in a point-like manner and the object area is serially illuminated by the laser via a scanner.
  • Object area backscattered electromagnetic radiation is measured by a receiver.
  • electromagnetic radiation is by means of the laser
  • the distance of the measuring area illuminated in the object area from the measuring device can be determined via the speed of light known, for example, for air.
  • a distance information can be assigned to individual measuring areas.
  • such a measuring device requires moving components, such as a scanner, and is in time
  • an object area can be uniformly illuminated with a modulated optical signal at the same time by means of a single light emitting diode or a single laser.
  • the radiation scattered back from the object area is imaged by means of a lens on a camera chip. Due to the two-dimensional resolution of the back-blasted
  • Electromagnetic radiation on the camera chip can be deduced on the distance of individual measurement areas within the object area.
  • each pixel of the radiation detector can be assigned a distance information.
  • light-sensitive camera chip which can detect light with high temporal resolution.
  • LED which, for example, electromagnetic
  • Radiation in the infrared light wavelength range radiates Object area are illuminated evenly.
  • Object area backscattered radiation is measured for example by means of a photodiode. Over the duration of the electromagnetic radiation, the average distance of the measuring system to the object area can be measured. With this system, a lateral resolution of individual measurement areas within the object area is not possible.
  • the distance measuring device described here now makes use, inter alia, of the idea of multiple measuring ranges
  • Measuring ranges reflected electromagnetic radiation detected. Based on the property or the combination of
  • the reflected electromagnetic radiation is clearly attributable to a measuring range.
  • Radiation source and a radiation detector In this case, an entire object area can be measured parallel in time.
  • the distance measuring device Stability of the distance measuring device is made possible. This is particularly important in mobile use, such as in a mobile phone, of importance. Furthermore, the present distance measuring device is particularly cost-effective, since it dispenses with complex components such as a laser, a scanner or a time of flight sensor array can be. In addition, the distance measuring device has a particularly small size. In particular, the distance measuring device, which, for example, a
  • the LED chip as a radiation source, a photodetector chip as a radiation detector and a drive and evaluation IC chip as a control unit comprises, be realized particularly compact.
  • the distance measuring device can be implemented as an integrated circuit, with an integrated photodiode and on chip level integrated light-emitting diode.
  • the pixels are each individually operable by means of the control unit, and the pixels emit electromagnetic radiation with pairs of different properties.
  • the pixels can be operated by means of the control unit at different and / or at the same times.
  • the pixels can be operated by means of the control unit such that they emit electromagnetic radiation with predefinable properties. For example, by means of the control unit, the pulse width, the amplitude and / or the modulation of
  • different measuring ranges can be illuminated by means of electromagnetic radiation of different pixels.
  • the measuring ranges can each be illuminated with electromagnetic radiation of exactly one pixel.
  • the electromagnetic radiation emitted by a pixel can be clearly assigned to the pixel and the measuring range.
  • the optical distance measuring device comprises a projection optical system.
  • Projection optics is the radiation source in one
  • the projection optics are set up in particular to optically emit electromagnetic radiation emitted by the radiation source
  • the projection optics for example, assigns electromagnetic radiation emitted by the radiation source to the measurement areas, with each measurement area being assigned to the measurement areas
  • the projection optics are, for example, a lens which comprises at least one lens. For example, at least a majority of the electromagnetic radiation emitted by the radiation source passes through the projection optics.
  • the projection optics is set up to at least a majority of the radiation source
  • Radiation source emitted electromagnetic radiation on the object area.
  • the measuring ranges in the lateral direction, perpendicular to the radiation direction of the radiation source,
  • the measurement areas can be illuminated separately from one another by means of the projection optics and by means of separate operation of the pixels of the radiation source.
  • the radiation emitted by the pixels is pulse-width modulated and comprises
  • Amplitude, frequency, phase and / or pulse duration differs in at least one of these parameters.
  • the electromagnetic differs from the electromagnetic
  • the modulation of the amplitude which is different from the modulation of the amplitude of electromagnetic radiation, the other measuring ranges is different.
  • Amplitude be modulated over the course of several successive pulses.
  • the modulation of the amplitude is periodic.
  • the modulation of the amplitude is periodic.
  • Periodicity of a modulation of the amplitude Periodicity of a modulation of the amplitude.
  • the electromagnetic radiation with which different measuring ranges are illuminated differs in a first frequency.
  • the electromagnetic radiation with which each measuring range is illuminated within a pulse has a modulation of the first frequency, which differs from the modulation of the first frequency of electromagnetic radiation, which is assigned to the other measuring ranges.
  • Frequency of electromagnetic radiation is modulated, a maximum of 10 THz, in particular a maximum of 10 GHz MHz.
  • electromagnetic radiation is modulated, at least 1 kHz.
  • the first frequency over the course
  • the modulation of the first frequency is periodic.
  • electromagnetic radiation with which different measuring ranges are illuminated may have a different periodicity of a modulation of the first frequency.
  • the electromagnetic radiation with which different measuring ranges are illuminated differs in their pulse duration.
  • the electromagnetic radiation with which different measuring ranges are illuminated differs in their pulse duration.
  • different measuring ranges can be illuminated with electromagnetic radiation, which has a different pseudonoise sequence, by means of which the electromagnetic radiation can be unambiguously assigned to a measuring range.
  • a pseudo-noise sequence is a digital signal that has statistical properties of random noise.
  • the property in which the electromagnetic radiation with which different measuring ranges are illuminated can be adjusted by means of the control unit.
  • the radiation detector comprises a wavelength filter, wherein the
  • Wavelength range which of the wavelength range emitted by the radiation source electromagnetic
  • Radiation is different, at least in part
  • Radiation source adapted to electromagnetic
  • the wavelength filter can have a high transmission for
  • the radiation source can do so
  • the wavelength filter can have a high transmission for
  • Wavelength filters be adapted to electromagnetic radiation having a wavelength of less than or equal to
  • Measuring ranges reflected electromagnetic radiation can be achieved.
  • Radiation detector on a plurality of detection areas, which are arranged side by side in a lateral plane.
  • the detection areas are in a lateral plane at the vertices of a regular grid,
  • At least one measuring area is imaged onto the detection areas by means of an objective.
  • the entire object area is on the
  • the radiation detector is an image sensor which is formed, for example, with silicon.
  • the radiation detector is a CCD sensor or a CMOS sensor.
  • the radiation detector which has a multiplicity of detection regions, a particularly high resolution of the measured distances of different measuring regions in a lateral plane can be measured.
  • the radiation detector signals can be detected, which are additionally used to record an image of at least one measuring range.
  • Radiation source adapted to electromagnetic
  • Emitting radiation in the visible wavelength range and the radiation detector is adapted to
  • the radiation detector may be configured to receive signals
  • the radiation source can be used as a flash or additional light source of a camera.
  • the radiation detector can be used as an image sensor of a camera.
  • the radiation source can be set up to emit electromagnetic radiation in a first wavelength range and the radiation detector may be configured to emit electromagnetic radiation in a second
  • Wavelength range to detect For example, the first wavelength range, in particular completely,
  • the second wavelength range may be greater than the first wavelength range.
  • Radiation source adapted to electromagnetic
  • electromagnetic radiation is at least partially converted by means of a converter into electromagnetic radiation of another wavelength range.
  • the radiation source emits electromagnetic radiation which has been partially converted by means of the converter into electromagnetic radiation of a longer wavelength range.
  • the radiation detector comprises a wavelength filter, wherein the wavelength filter for
  • At least a part of the electromagnetic radiation emitted by the radiation source is reflective and / or
  • the radiation source is set up to illuminate the object area with electromagnetic radiation which has a white color locus. For example, to generate the light with the white color location
  • Converter at least partially converted into secondary radiation in the yellow wavelength range.
  • the converter of the radiation source in the emission direction downstream. goes through from the
  • Radiation source emitted electromagnetic radiation, first the converter and optionally then the projection optics.
  • the entire electromagnetic radiation emitted by the radiation source first passes through the converter.
  • the wavelength filter can be
  • the pixelated radiation source is adapted to electromagnetic
  • Wavelength range is converted. For example, in the intended operation in the radiation source electromagnetic radiation of a second
  • Wavelength range generated In particular, goes through
  • the converter forms an outer surface of the radiation source in the emission direction.
  • the converter can be set up, for example, to convert electromagnetic radiation of a second wavelength range into electromagnetic radiation of a first wavelength range.
  • the converter is set up only a part of the electromagnetic radiation passing through the converter
  • Distance measuring device is the control unit to do so
  • control unit is set up by means of the
  • control unit is adapted to from the running time, from emission of the electromagnetic radiation associated with a measuring range by means of the radiation source to the detection of the
  • the distance measuring device is to
  • Distance measuring device to a particularly compact and fast system for measuring several distance values to an object area.
  • Method can be operated in particular an optical distance measuring device described here. This means,
  • the optical distance measuring device comprises a pixelated one
  • Radiation source with at least two pixels, one
  • Downstream radiating a radiation detector, and a control unit which is adapted to operate the radiation source and to receive electrical signals from the radiation detector.
  • measuring ranges are provided by means of the radiation source
  • Radiation be illuminated with pairs of different properties.
  • the electromagnetic radiation is based on this property a measuring range clearly assignable.
  • a measuring range can be illuminated with electromagnetic radiation of one or more pixels.
  • Measuring ranges are illuminated, in at least one
  • the electromagnetic radiation is reflected in the measurement areas.
  • the electromagnetic radiation may be reflected at an interface and / or diffused.
  • the electromagnetic radiation is reflected at a surface of an object which has a different refractive index from air.
  • at least a part of the reflected electromagnetic radiation is detected by means of the radiation detector. In particular, will
  • Measuring range is reflected, not by means of
  • Detected radiation detector For example, by means of the radiation detector in each measuring range reflected electromagnetic radiation is detected. In accordance with at least one embodiment, by means of
  • Control unit determined in each case the mean distance of the measuring ranges to the distance measuring device. In particular, by means of the control unit from the transit time, starting from emission of the electromagnetic field associated with a measuring range
  • Distance measuring device determined to the measuring range.
  • the reflected electromagnetic radiation unambiguously attributable to at least one pixel of the radiation source.
  • the reflected electromagnetic radiation which is detected by the radiation detector, a
  • the average distance of a measuring range from the distance measuring device can be calculated, since the
  • Propagation speed of the light in the material which is located between the distance measuring device and the object area, known and the transit time of the light on the route from the radiation source to
  • Measuring range and the radiation detector is measured. According to at least one embodiment of the method for operating a distance measuring device, the
  • Radiation source operated by means of the control unit such that the radiation emitted by the pixels is pulse width modulated and the different characteristics include the following characteristics: amplitude,
  • Frequency phase and / or pulse duration.
  • electromagnetic radiation which has different
  • Measuring ranges is assigned a different
  • Amplitude modulation during one or more pulses on.
  • electromagnetic radiation which is assigned to different measuring ranges, a
  • the reflected electromagnetic radiation is based on at least one of the properties and / or a combination of
  • a transit time is measured for determining the distance by means of the control unit, the transit time being the time span from the emission of the electromagnetic radiation of a pixel to the detection of the pixel uniquely assignable
  • electromagnetic radiation is.
  • the ⁇ electromagnetic radiation is.
  • the ⁇ electromagnetic radiation is.
  • Control unit adapted to the radiation source
  • Control unit be adapted to the pixels of
  • Control in the control unit a particularly fast and accurate distance measurement.
  • a plurality of pixels of the radiation source are operated simultaneously.
  • the emission of the electromagnetic radiation takes place
  • the measurement of the time span of a plurality of measuring ranges, in particular of all measuring ranges has a common start time.
  • the distance of the measuring ranges is determined at least partially during a common time span. In particular, the distance measurement becomes different
  • Measuring ranges not determined serially.
  • the simultaneous distance measurement allows several
  • Measuring ranges a particularly high repetition rate for the distance measurement in the entire object area. This allows, for example, a particularly accurate measurement within short periods of time, which is particularly advantageous in the measurement of moving objects.
  • Radiation detector ambient light measured before the measuring ranges are illuminated by the radiation source. For example, first with off Radiation source measured the ambient light and stored by the radiation detector signal detected.
  • the ambient light signal which, for example, in a memory in the control unit
  • the method for operating a distance measuring device the
  • Radiation detector on a plurality of detection areas and by means of a lens at least one measuring range is imaged on the detection areas. For example, the entire object area by means of the lens on the
  • the radiation detector may be a silicon-based image sensor.
  • the radiation detector is adapted to detect electromagnetic radiation in the visible wavelength range, from UV radiation to infrared radiation.
  • the radiation detector is adapted to detect electromagnetic radiation in the visible wavelength range, from UV radiation to infrared radiation.
  • Distance measuring device to be integrated into a camera.
  • Different measuring ranges can be assigned to a specific position within the object area.
  • the signals detected by means of the radiation detector are used to record an image of at least one measuring range and to determine the distance.
  • the signals detected by means of the radiation detector are used to record an image of at least one measuring range and to determine the distance.
  • the signals detected by means of the radiation detector are used to record an image of at least one measuring range and to determine the distance.
  • Control unit of the mapping of a measuring range assigned to the distance information of the measuring range are used to determine the distance.
  • the electromagnetic radiation emitted by the radiation source for measuring the distance in addition to increasing the brightness in
  • Wavelength range of the object area is illuminated sufficiently bright to record by means of the detected signals an image.
  • FIGS. 1A and 1B show a schematic
  • FIGS. 2A and 2B show a schematic
  • FIG. 3 shows signal amplitudes of electromagnetic radiation, the different pixels of an optical
  • FIG. 1A shows a schematic sectional view of an optical distance measuring device 1 according to a first exemplary embodiment described here.
  • Distance measuring device 1 comprises a pixelated
  • Radiation source 10 having at least two pixels 101, 102, 103. Further, the optical distance measuring device comprises a radiation detector 30 which is adapted to, emitted from the radiation source 10 and in measuring ranges 51, 52, 53 reflected electromagnetic radiation L to
  • each measuring region 51, 52, 53 is illuminated with electromagnetic radiation which differs at least in one property.
  • the pixels 101, 102, 103 emit electromagnetic radiation L having pairwise different characteristics.
  • the radiation source 10 is followed by a projection optics 20 in a radiation direction R.
  • the projection optical system 20 is set up to associate electromagnetic radiation L emitted by the radiation source with the measuring regions 51, 52, 53.
  • each measuring range 51, 52, 53 is the electromagnetic radiation L of at least one pixel 101,
  • Radiation L of multiple pixels 101, 102, 103 are assigned.
  • the electromagnetic radiation L is at least partially reflected. At least part of the reflected electromagnetic radiation L is detected by means of the radiation detector 30.
  • Electromagnetic radiation L which are different
  • Measuring ranges 51, 52, 53 assigned has at least one different property. On the basis of the property, the reflected electromagnetic radiation L can be clearly assigned to a measuring range 51, 52, 53 in the object region 5.
  • the radiation L emitted by the pixels 101, 102, 103 is pulse width modulated and the different properties include the following parameters: amplitude, frequency, phase and / or pulse duration.
  • the radiation source 10 is adapted to emit electromagnetic radiation L in the visible wavelength range, and the
  • Radiation detector 30 is adapted to
  • Wavelength range to detect
  • the radiation detector comprises a plurality of
  • Detection areas 300 which in a lateral plane
  • the radiation detector is a CMOS or CCD sensor.
  • the radiation detector 30 comprises a
  • Wavelength filter 31 wherein the wavelength filter 31 electromagnetic radiation L of a wavelength range, which of the wavelength range of the electromagnetic radiation emitted by the radiation source 10 L
  • the distance measuring device further comprises an objective 25, which is set up to image the object region 5 on the radiation detector 30.
  • the control unit 40 is for example firmly bonded to the radiation source 10 and / or the radiation detector 30.
  • the radiation source, the radiation detector and the control unit may be partially or completely integrated in a common chip.
  • the chip is a semiconductor chip that implements a drive and evaluation function.
  • the radiation detector is integrated in the control unit and a pixelated light-emitting diode is arranged on the control unit.
  • FIG. 1B shows a schematic sectional illustration of an optical distance measuring device 1 according to a second
  • the distance measuring device 1 comprises a pixelated radiation source 10 with at least two pixels
  • Radiation source 10 downstream in the radiation direction R, a radiation detector 30 and a control unit 40.
  • the control unit is adapted to operate the radiation source 10 and electrical signals from the radiation detector
  • the pixels 101, 102, 103 can emit electromagnetic radiation L having pairwise different properties.
  • the projection optics 20 assigns each measuring range 51, 52, 53 electromagnetic radiation L of at least one pixel 101,
  • Radiation L is reflected in the measuring regions 51, 52, 53. At least a portion of the reflected electromagnetic radiation is detected by means of the radiation detector 30 and by means of the control unit 40 is in each case the middle Distance AI, A2, A3 of the measuring ranges 51, 52, 53 to the
  • Electromagnetic radiation L is clearly attributable to the measuring ranges 51, 52, 53 on the basis of the properties.
  • Radiation detector 30 is not a plurality of detection areas 300, but exactly one detection area, which
  • the radiation detector 30 is set up to detect electromagnetic radiation L emitted by the radiation source 10 after the reflection in the measuring regions 51, 52, 53.
  • the radiation detector 30 comprises precisely one photodiode, with which at least part of the electromagnetic radiation L reflected in the measuring regions 51, 52, 53 is detected.
  • the control unit 40 is configured to measure a transit time.
  • the transit time is the period from the emission of the electromagnetic radiation L to the illumination of a
  • Measuring range 51, 52, 53 to the detection of the measuring range 51, 52, 53 uniquely assignable reflected
  • the control unit 40 is adapted to the pixels 101, 102, 103 of the
  • Radiation source 10 to control and operate.
  • control unit it is possible to predetermine the property in which the electromagnetic radiation with which different measuring ranges are illuminated
  • the property in which the electromagnetic radiation differs which includes
  • Radiation detector 30 are assigned, in which
  • Radiation source 10 are illuminated.
  • the measured value for the ambient light is stored in a memory of the control unit and then during the evaluation of the transmitted signal transmitted by the radiation detector
  • FIG. 2A shows a schematic sectional illustration of a first exemplary embodiment of a pixelated one
  • the radiation source 10 comprises a first pixel 101, a second pixel 102 and a third pixel 103, which are operable separately from each other.
  • the first pixel 101, the second pixel 102, and the third pixel 103 are part of a common one
  • the pixels 101, 102, 103 comprise an active region 13, which may be formed, for example, coherently.
  • individual pixels can be operated separately from one another by means of a selective local current injection in the active region.
  • the active region 13 of different pixels 101, 102, 103 may be non-contiguous.
  • At least the active area between adjacent pixels 101, 102, 103 may be cut.
  • Radiation source 10 is on a control unit 40
  • Control unit 40 comprises inter alia transistors 401, by means of which the pixels 101, 102, 103 can be switched on and off individually.
  • the pixels 101, 102, 103 are arranged downstream of converters 11, which are set up to at least a part of the electromagnetic radiation L generated within the active region 13 in radiation of a longer wavelength range
  • the radiation source 10 is configured to generate primary radiation LI in a first, for example, blue, wavelength range, wherein at least part of the primary radiation LI is generated by means of the converter 11 in FIG
  • Secondary radiation L2 in a first wavelength range, in particular yellow wavelength range is converted.
  • Combination with a radiation detector 30 may be used, which comprises a wavelength filter 31, which is designed for secondary radiation L2 at least partially reflective and / or absorbent.
  • a radiation source 10 can advantageously be set up to illuminate the object region 5 with optoelectronic radiation L of a white color locus, with exclusively reflected electromagnetic radiation L of a predeterminable wavelength range being detected.
  • FIG. 2B shows a sectional view of a radiation source 10 and a control unit 40, an optical one
  • Radiation source 10 a plurality of pixels 101, 102, 103, which are not formed contiguous.
  • the pixels 101, 102, 103 can be replaced by means of different
  • the pixels 101, 102, 103 are operable separately from each other and are each electrically conductively connected to the control unit 40.
  • the pixels 101, 102, 103 each have an active region 13, in which in normal operation
  • Radiation source 10 is firmly bonded to the
  • Control unit 40 connected so that the mechanical
  • Control unit 40 can be solved only with destruction of the control unit 40 or the radiation source 10.
  • FIG. 3 shows the signal amplitude S of FIG.
  • the radiation source 10 is operated by means of the control unit 40 such that the first pixel 101, the second pixel 102 and the third pixel 103 emit electromagnetic radiation L which differs in at least one property.
  • the electromagnetic radiation L of the first pixel 101, of the second pixel 102 and of the third pixel 103 is assigned to different measuring regions 51, 52, 53 by means of a projection optical system 20. Due to the different properties is the electromagnetic radiation L the individual
  • Radiation detector 30 at least a portion of the reflected in the measuring regions 51, 52, 53 electromagnetic radiation L is detected.
  • the control unit By means of the control unit, the transit time of the signal of the first pixel t101, the transit time of the signal of the second pixel t102 and the transit time of the signal of the third pixel t103 are measured. In this case, the transit time of the signal of the first pixel t101 from the emission of the
  • Radiation detector 30 measured. In the same way, the transit time of the electromagnetic radiation L emitted by the second pixel 102 and by the third pixel 103 is measured.
  • the emitted electromagnetic radiation L of the first pixel 101, the second pixel 102 and the third pixel 103 differ in the modulation of the first frequency, the phase, the modulation of the amplitude A and / or the pulse width P.
  • the detected electromagnetic radiation L has a smaller amplitude S than the

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Abstract

Optische Abstandsmessvorrichtung (1) umfassend -eine pixelierte Strahlungsquelle (10) mit zumindest zwei Pixeln (101, 102), -einen Strahlungsdetektor (30), welcher dazu eingerichtet ist,von der pixelierten Strahlungsquelle (10) emittierte und in Messbereichen (51, 52, 53) reflektierte elektromagnetische Strahlung (L) zu detektieren, und -eine Steuereinheit (40), welche dazu eingerichtet ist,die Strahlungsquelle (10) zu betreiben und elektrische Signale vom Strahlungsdetektor (30) zu empfangen, wobei -unterschiedliche Messbereiche (51, 52, 53) mit elektromagnetischer Strahlung (L) mit paarweise unterschiedlichen Eigenschaften beleuchtbar sind.

Description

Beschreibung
OPTISCHE ABSTANDSMESSVORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER OPTISCHEN ABSTANDSMESSVORRICHTUNG
Es wird eine optische Abstandsmessvorrichtung angegeben.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Betreiben einer optischen Abstandsmessvorrichtung angegeben. Eine zu lösende Aufgabe besteht unter anderem darin, eine optische Abstandsmessvorrichtung anzugeben, welche besonders platzsparend und kostengünstig ist. Eine weitere zu 1ösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben einer solchen optischen Abstandsmessvorrichtung anzugeben.
Die optische Abstandsmessvorrichtung ist dazu eingerichtet, einen Abstand oder mehrere Abstände zu messen. Insbesondere handelt es sich bei dem Abstand um eine Distanz von einem definierten Punkt der Abstandsmessvorrichtung zu einem
Objekt, insbesondere zu einem dem Abstandmesser zugewandten Bereich oder Punkt an einer Außenfläche des Objekts.
Beispielsweise ist ein Bereich zwischen der
Abstandmessvorrichtung und dem Objekt, über welchen der Abstand gemessen wird, im Wesentlichen mit einem Material gebildet, welches einen homogenen Brechungsindex aufweist. Insbesondere ist der Bereich zwischen der
Abstandmessvorrichtung und dem Objekt mit einem gasförmigen Material, beispielsweise Luft, gebildet. Die optische Abstandsmessvorrichtung kann dazu eingerichtet sein, den Abstand mittels elektromagnetischer Strahlung zu messen. Beispielsweise ist die Abstandsmessvorrichtung dazu eingerichtet, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen und zu emittieren. Weiter kann die optische Abstandsmessvorrichtung dazu eingerichtet sein, elektromagnetische Strahlung zu detektieren. Insbesondere ist mittels der
Abstandsmessvorrichtung emittierte elektromagnetische
Strahlung nach einer Reflektion am Objekt mittels der
Abstandsmessvorrichtung detektierbar . Beispielsweise ist die Abstandmessvorrichtung zur Messung eines Abstandes mittels einer LaufZeitmessung, insbesondere einer sogenannten Time- Of-Flight-Messung, vorgesehen.
Weiter kann die optische Abstandsmessvorrichtung dazu
eingerichtet sein, eine Zeitspanne zu messen. Insbesondere erstreckt sich die Zeitspanne von einem Zeitpunkt, zu dem die Abstandsmessvorrichtung optoelektronische Strahlung
emittiert, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem die optische
Abstandsmessvorrichtung emittierte optoelektronische
Strahlung nach einer Reflexion am Objekt detektiert. Weiter kann die optische Abstandsmessvorrichtung dazu eingerichtet sein, aus der gemessenen Zeitspanne zumindest einen Abstand der Abstandsmessvorrichtung zum Objekt zu ermitteln.
Insbesondere können mittels der Abstandmessvorrichtung
Abstände mit einer Auflösung von weniger als einem Meter, bevorzugt weniger als 0,5 Meter, gemessen werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die optische
Abstandsmessvorrichtung eine pixelierte Strahlungsquelle mit zumindest zwei Pixeln. Die pixelierte Strahlungsquelle ist dazu eingerichtet, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen und zu emittieren. Die pixelierte Strahlungsquelle umfasst beispielsweise einen oder mehrere lichtemittierende
Halbleiterchips . Bei den Pixeln der Strahlungsquelle handelt es sich um die Bereiche der Strahlungsquelle, die im Betrieb die
elektromagnetische Strahlung abstrahlen. Unterschiedliche Pixel der Strahlungsquelle können beispielsweise mit
unterschiedlichen Halbleiterchips gebildet sein. Alternativ können zumindest manche Pixel der Strahlungsquelle Teil eines gemeinsamen Halbleiterchips sein. Der Halbleiterchip ist dann in zumindest zwei Pixel unterteilt. Bei dem oder den Halbleiterchips kann es sich insbesondere um Leuchtdioden handeln, die elektromagnetische Strahlung im Spektralbereich von Infrarotstrahlung bis UV-Strahlung erzeugen . Beispielsweise sind die Pixel in einer lateralen Ebene nebeneinander an den Knotenpunkten eines regelmäßigen
Gitters, zum Beispiel eines Rechteckgitters, angeordnet.
Insbesondere sind die Pixel derart angeordnet, dass sie eine gemeinsame Abstrahlrichtung aufweisen, in der die Pixel im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung emittieren. Die Pixel der Strahlungsquelle können in einem gemeinsamen Herstellungsprozess hergestellt worden sein.
Beispielsweise können die Pixel dazu eingerichtet sein, elektromagnetische Strahlung eines gemeinsamen
Farbortbereichs zu erzeugen und zu emittieren. Das heißt, insbesondere im Rahmen der Herstellungstoleranz ist es möglich, dass die Pixel elektromagnetische Strahlung im selben Farbortbereich emittieren. Beispielsweise ist der Strahlungsquelle in Abstrahlrichtung ein Objektbereich nachgeordnet. In diesem Zusammenhang ist der Objektbereich ein Bereich, in welchem zumindest ein
Objekt angeordnet sein kann. Insbesondere ist die Abstandsmessvorrichtung dazu eingerichtet, zumindest einen Abstand der Abstandsmessvorrichtung zu einer der
Abstandsmessvorrichtung zugewandten Oberfläche des Objekts zu ermitteln. Beispielsweise steht das zumindest eine Objekt nicht in direktem Kontakt mit der Abstandsmessvorrichtung. Beispielsweise sind die Abstandsmessvorrichtung und das
Objekt relativ zueinander frei bewegbar. Der Objektbereich ist der Abstandsmessvorrichtung beispielsweise in
Abstrahlrichtung nachgeordnet. Der Objektbereich kann mittels der Strahlungsquelle beleuchtbar sein.
Ferner kann der Objektbereich in zumindest zwei Messbereiche unterteilt sein. Die Messbereiche liegen, insbesondere vollständig, innerhalb des Objektbereichs. Insbesondere ist ein Messbereich zumindest ein Teil einer der
Abstandmessvorrichtung zugewandten Außenfläche eines Objekts, wobei das Objekt innerhalb des Objektbereichs angeordnet ist. Beispielsweise ist jeder Punkt an einer der
Abstandsmessvorrichtung zugewandten Außenfläche des Objekts innerhalb des Objektbereichs zumindest einem Messbereich zugeordnet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optischen
Abstandsmessvorrichtung umfasst die optische
Abstandsmessvorrichtung einen Strahlungsdetektor, welcher dazu eingerichtet ist, von der Strahlungsquelle emittierte und in Messbereichen reflektierte elektromagnetische
Strahlung zu detektieren. Beispielsweise handelt es sich bei dem Strahlungsdetektor um eine Fotodiode. Insbesondere kann es sich bei dem Strahlungsdetektor um einen CCD-Sensor oder einen CMOS-Sensor handeln. Der Strahlungsdetektor ist
beispielsweise dazu eingerichtet, elektromagnetische
Strahlung, die im Wellenlängenbereich der von der Strahlungsquelle emittierten elektromagnetischen Strahlung liegt, zu detektieren.
Insbesondere ist im bestimmungsgemäßen Betrieb der
Abstandsmessvorrichtung der Strahlungsquelle zumindest ein Objekt im Objektbereich in Abstrahlrichtung nachgeordnet, zu welchem zumindest ein Abstand ermittelt werden soll. Im bestimmungsgemäßen Betrieb kann zumindest ein Teil der von der Strahlungsquelle emittierten elektromagnetischen
Strahlung im Objektbereich, insbesondere an einer der
Abstrahlmessvorrichtung zugewandten Fläche des Objekts, reflektiert werden. Zumindest ein Teil der im Objektbereich reflektierten elektromagnetischen Strahlung kann mittels des Strahlungsdetektors detektierbar sein. Insbesondere kann der Strahlungsdetektor dazu eingerichtet sein, ausschließlich elektromagnetische Strahlung zu detektieren, welche aus der Richtung des Objektbereichs auf den Strahlungsdetektor trifft. Insbesondere sind der Bereich, in dem reflektierte elektromagnetische Strahlung detektierbar ist, und der
Bereich, welcher mittels der Strahlungsquelle beleuchtbar ist, identisch.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Abstandsmessvorrichtung eine Steuereinheit, welche dazu eingerichtet ist, die Strahlungsquelle zu betreiben und elektrische Signale vom Strahlungsdetektor zu empfangen. Bei der Steuereinheit handelt es sich beispielsweise um eine integrierte Schaltung. Beispielsweise ist die Steuereinheit mit einem Halbleiterchip gebildet. Insbesondere kann die Steuereinheit einen Mikrokontroller umfassen. Beispielweise ist die Steuereinheit elektrisch leitend mit der
Strahlungsquelle und dem Strahlungsdetektor verbunden.
Insbesondere ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die Pixel der Strahlungsquelle anzusteuern und zu betreiben.
Weiter ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, elektrische Signale von dem Strahlungsdetektor zu empfangen. Weiter kann die Steuereinheit beispielsweise eine Schnittstelle zur Übertragung von Daten umfassen. Insbesondere können mittels der Schnittstelle Messdaten und/oder Kalibrierdaten
übertragen werden. Ferner kann die Steuereinheit dazu
eingerichtet sein, Zeitspannen zu messen. Insbesondere ist die Steuereinheit dazu vorgesehen Zeitspannen mit einer Auflösung von weniger als 0,6 ns, bevorzugt von weniger als 0,3 ns, zu messen. Vorteilhafterweise kann mittels der
Steuereinheit die Zeitspanne der Laufzeit von
elektromagnetischer Strahlung ab der Emission der
elektromagnetischen Strahlung bis zu Detektion der
elektromagnetischen Strahlung gemessen werden.
Beispielsweise umfasst die Steuereinheit einen Speicher zum Hinterlegen von Messdaten, Kalibrierdaten und/oder Programmen zum Betreiben der optischen Abstandsmessvorrichtung .
Insbesondere kann in dem Speicher die
Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht innerhalb
unterschiedlicher Materialien hinterlegt sein. Beispielsweise sind in der Steuereinheit Daten hinterlegt, die jedem
Messbereich eine Position innerhalb des Objektbereichs und ein Sendesignal und ein Empfangssignal zuordnet. Die Position des Messbereichs beschreibt die Position des Messbereichs innerhalb des Objektbereichs. Die Position wird
beispielsweise durch die Anordnung der Pixel der pixelierten Strahlungsquelle und die Projektionsoptik vorgegeben. Das Sendesignal ist beispielsweise ein Signal oder eine Vielzahl von Signalen, mit dem die Strahlungsquelle betrieben wird, um einen Messbereich zu beleuchten. Das Empfangssignal ist ein Signal, welches mittels des Strahlungsdetektors an die Steuereinheit übertragen wird. Mittels der Steuereinheit ist beispielsweise jedem Sendesignal eindeutig ein Empfangssignal zuordenbar. Insbesondere wird anhand des Sendesignals mittels der Strahlungsquelle elektromagnetische Strahlung erzeugt und emittiert, welche anschließend im Objektbereich zumindest teilweise reflektiert und mittels dem Strahlungsdetektor zumindest teilweise detektiert wird, wobei der
Strahlungsdetektor das zum Sendesignal korrespondierende Empfangssignal ausgibt.
Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, eine
Zeitspanne von dem Senden des Sendesignals bis zum Empfangen des dem Sendesignal korrespondierenden Empfangssignals zu messen. Insbesondere ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, aus der Zeitspanne einen Abstand der Abstandsmessvorrichtung zu einem Objekt in einem Messbereich, in welchem die
elektromagnetische Strahlung reflektiert wurde, zu ermitteln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind unterschiedliche Messbereiche mit elektromagnetischer Strahlung mit paarweise unterschiedlichen Eigenschaften beleuchtbar. Die
Abstandmessvorrichtung kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, jeden Messbereich mit elektromagnetischer Strahlung zu beleuchten, wobei elektromagnetische Strahlung, mit der unterschiedliche Messbereiche beleuchtet werden, sich in zumindest einer Eigenschaft unterscheidet. Insbesondere bedeutet „paarweise unterschiedlich", dass es keine zwei Messbereiche gibt, die mit elektromagnetischer Strahlung mit identischen Eigenschaften beleuchtet werden. Insbesondere kann sich die elektromagnetische Strahlung, mit der
unterschiedliche Messbereiche beleuchtet werden, in mehreren Eigenschaften unterscheiden. Insbesondere ist die
elektromagnetische Strahlung, mit welcher jeder Messbereich jeweils beleuchtet wird, eindeutig dem Messbereich zuordenbar .
Unterschiedliche Messbereiche können beispielsweise jeweils mit unterschiedlichen Pixeln und/oder mit unterschiedlichen Gruppen von Pixeln beleuchtbar sein. Insbesondere können die unterschiedlichen Pixel und/oder die unterschiedlichen
Gruppen von Pixeln dazu eingerichtet sein, elektromagnetische Strahlung zu emittieren, die sich in zumindest einer
Eigenschaft unterscheidet. Beispielsweise ist der
Objektbereich jeweils innerhalb eines Messbereichs mit elektromagnetischer Strahlung mit identischen Eigenschaften beleuchtbar .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die optische Abstandsmessvorrichtung eine pixelierte Strahlungsquelle mit zumindest zwei Pixeln, einen Strahlungsdetektor, welcher dazu eingerichtet ist, von der Strahlungsquelle emittierte und in Messbereichen reflektierte elektromagnetische Strahlung zu detektieren, und eine Steuereinheit, welche dazu eingerichtet ist, die Strahlungsquelle zu betreiben und elektrische
Signale vom Strahlungsdetektor zu empfangen, wobei
unterschiedliche Messbereiche mit elektromagnetischer
Strahlung mit paarweise unterschiedlichen Eigenschaften beleuchtbar sind.
Einer hier beschriebenen optischen Abstandsmessvorrichtung liegen dabei unter anderem die folgenden Überlegungen
zugrunde. Zur Messung eines Abstands zwischen einem Messgerät und einem Objektbereich kann beispielsweise ein Laserscanner, insbesondere ein LIDAR-System, verwendet werden. Dabei wird ein Laser punktförmig fokussiert und über einen Scanner der Objektbereich seriell mit dem Laser beleuchtet. Die im
Objektbereich zurückgestreute elektromagnetische Strahlung wird mittels eines Empfängers gemessen. Die
elektromagnetische Strahlung wird mittels des Lasers
moduliert. Anhand der Modulation ist die Laufzeit messbar, welche die elektromagnetische Strahlung benötigt, um von dem Laser zu dem Objektbereich und zurück zu dem
Strahlungsdetektor zu gelangen. Über die zum Beispiel für Luft bekannte Lichtgeschwindigkeit kann der Abstand des zu einem Zeitpunkt beleuchteten Messbereichs im Objektbereich von der Messvorrichtung bestimmt werden. Mittels Scannens des Lasers über den Objektbereich ist einzelnen Messbereichen eine Abstandsinformation zuordenbar. Insbesondere erfordert eine solche Messvorrichtung bewegliche Komponenten, wie beispielsweise einen Scanner, und ist in der zeitlichen
Auflösung begrenzt, da der Objektbereich seriell mittels des Lasers bestrahlt wird.
Alternativ kann ein Objektbereich zeitgleich mittels einer einzelnen Leuchtdiode oder eines einzelnen Lasers gleichmäßig mit einem modulierten optischen Signal beleuchtet werden. Die vom Objektbereich zurückgestreute Strahlung wird mittels eines Objektivs auf einem Kamerachip abgebildet. Durch die zweidimensionale Auflösung der rückgestrahlten
elektromagnetischen Strahlung auf dem Kamerachip kann auf dem Abstand einzelner Messbereiche innerhalb des Objektbereichs zurückgeschlossen werden. Somit kann jedem Bildpunkt des Strahlungsdetektors eine Abstandsinformation zugeordnet werden. Eine solche Lösung erfordert einen besonders
lichtsensitiven Kamerachip, welcher mit hoher zeitlicher Auflösung Licht detektieren kann.
Alternativ kann mittels einer moduliert betriebenen
Leuchtdiode, welche beispielsweise elektromagnetische
Strahlung im Infrarotlichtwellenlängenbereich abstrahlt, ein Objektbereich gleichmäßig ausgeleuchtet werden. Die vom
Objektbereich zurückgestreute Strahlung wird beispielsweise mittels einer Fotodiode gemessen. Über die Laufzeit der elektromagnetischen Strahlung kann der mittlere Abstand des Messsystems zu dem Objektbereich gemessen werden. Mit diesem System ist eine laterale Auflösung einzelner Messbereiche innerhalb des Objektbereichs nicht möglich.
Die hier beschriebene Abstandsmessvorrichtung macht nun unter anderem von der Idee Gebrauch, mehrere Messbereiche
zeitgleich mit elektromagnetischer Strahlung mit jeweils unterschiedlichen Eigenschaften zu beleuchten. Mittels eines Strahlungsdetektors wird jeweils die in den einzelnen
Messbereichen reflektierte elektromagnetische Strahlung detektiert. Anhand der Eigenschaft oder der Kombination von
Eigenschaften der reflektierten elektromagnetischen Strahlung ist die reflektierte elektromagnetische Strahlung eindeutig einem Messbereich zuordenbar. Somit erfolgt eine
zweidimensional aufgelöste Abstandsmessung von räumlich getrennten Messbereichen mittels einer pixelierten
Strahlungsquelle und eines Strahlungsdetektors. Dabei kann ein gesamter Objektbereich zeitlich parallel vermessen werden . Vorteilhafterweise werden keine mechanisch beweglichen
Komponenten verwendet, wodurch eine besonders kurze Messzeit, eine besonders hohe Robustheit, hohe Langlebigkeit und
Stabilität der Abstandsmessvorrichtung ermöglicht wird. Dies ist insbesondere im mobilen Einsatz, wie zum Beispiel in einem Mobiltelefon, von Bedeutung. Weiter ist die vorliegende Abstandsmessvorrichtung besonders kostengünstig, da auf komplexe Komponenten, wie beispielsweise einem Laser, einem Scanner oder eines Time of Flight-Sensor-Arrays , verzichtet werden kann. Darüber hinaus weist die Abstandsmessvorrichtung eine besonders kleine Baugröße auf. Insbesondere kann die Abstandsmessvorrichtung, welche beispielsweise einen
Leuchtdiodenchip als Strahlungsquelle, einen Fotodetektorchip als Strahlungsdetektor und einen Ansteuer- und Auswerte-IC- Chip als Steuereinheit umfasst, besonders kompakt realisiert werden. Beispielsweise kann die Abstandsmessvorrichtung als integrierte Schaltung, mit integrierter Fotodiode und auf Chiplevel integrierter Leuchtdiode umgesetzt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Pixel mittels der Steuereinheit jeweils individuell betreibbar und die Pixel emittieren elektromagnetische Strahlung mit paarweise unterschiedlichen Eigenschaften. Insbesondere können die Pixel mittels der Steuereinheit zu unterschiedlichen und/oder zu gleichen Zeitpunkten betrieben werden. Die Pixel können mittels der Steuereinheit derart betrieben werden, dass diese elektromagnetische Strahlung mit vorgebbaren Eigenschaften emittieren. Beispielsweise sind mittels der Steuereinheit die Pulsweite, die Amplitude und/oder die Modulation der
emittierten elektromagnetischen Strahlung einstellbar.
Insbesondere können unterschiedliche Messbereiche mittels elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Pixel beleuchtbar sein. Beispielsweise sind die Messbereiche jeweils mit elektromagnetischer Strahlung genau eines Pixels beleuchtbar. Insbesondere ist mittels der Eigenschaften die von einem Pixel emittierte elektromagnetische Strahlung eindeutig dem Pixel und dem Messbereich zuordenbar.
Vorteilhafterweise ermöglicht eine separate Ansteuerung einzelner Pixel eine besonders effiziente Beleuchtung
einzelner Messbereiche mit elektromagnetischer Strahlung mit singulären Eigenschaften. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die optische Abstandsmessvorrichtung eine Projektionsoptik. Die
Projektionsoptik ist der Strahlungsquelle in einer
Abstrahlrichtung nachgeordnet. Die Projektionsoptik ist insbesondere dazu eingerichtet, von der Strahlungsquelle emittierte elektromagnetische Strahlung optisch zu
beeinflussen. Die Projektionsoptik ordnet beispielsweise von der Strahlungsquelle emittierte elektromagnetische Strahlung den Messbereichen zu, wobei jedem Messbereich die
elektromagnetische Strahlung zumindest eines Pixels
zugeordnet ist. Bei der Projektionsoptik handelt es sich beispielsweise um ein Objektiv, welches zumindest eine Linse umfasst. Beispielsweise durchläuft zumindest ein Großteil der von der Strahlungsquelle emittierten elektromagnetischen Strahlung die Projektionsoptik.
Beispielsweise ist die Projektionsoptik dazu eingerichtet, zumindest einen Großteil der von der Strahlungsquelle
emittierten elektromagnetischen Strahlung in den
Objektbereich zu lenken. Insbesondere kann die
Projektionsoptik dazu eingerichtet sein, von der
Strahlungsquelle emittierte elektromagnetische Strahlung auf dem Objektbereich abzubilden. Insbesondere ordnet die
Projektionsvorrichtung jedem Messbereich die
elektromagnetische Strahlung zumindest eines Pixels zu.
Beispielsweise können die Messbereiche in lateraler Richtung, senkrecht zur Abstrahlrichtung der Strahlungsquelle,
nebeneinander angeordnet sein. Vorteilhafterweise können mittels der Projektionsoptik und mittels separaten Betreibens der Pixel der Strahlungsquelle die Messbereiche separat voneinander beleuchtet werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die von den Pixeln emittierte Strahlung pulsweitenmoduliert und umfasst
unterschiedliche Eigenschaften mit folgenden Kenngrößen:
Amplitude, Frequenz, Phase und/oder Pulsdauer. Beispielsweise unterscheidet sich die elektromagnetische Strahlung, mit der unterschiedliche Messbereiche beleuchtet werden, in zumindest einer dieser Kenngrößen.
Zum Beispiel unterscheidet sich die elektromagnetische
Strahlung, mit der unterschiedliche Messbereiche beleuchtet werden, in ihrer Amplitude. Beispielsweise weist die
elektromagnetische Strahlung, mit der jeder Messbereich beleuchtet wird, innerhalb eines Pulses eine Modulation der Amplitude auf, welche sich von der Modulation der Amplitude von elektromagnetischer Strahlung, die anderen Messbereichen zugeordnet ist, unterscheidet. Insbesondere kann die
Amplitude über den Verlauf mehrerer aufeinanderfolgender Pulse moduliert sein. Beispielsweise verläuft die Modulation der Amplitude periodisch. Insbesondere kann
elektromagnetische Strahlung, mit welcher unterschiedliche Messbereiche beleuchtet werden, eine unterschiedliche
Periodizität einer Modulation der Amplitude aufweisen.
Beispielsweise unterscheidet sich die elektromagnetische Strahlung, mit der unterschiedliche Messbereiche beleuchtet werden, in einer ersten Frequenz. Beispielsweise weist die elektromagnetische Strahlung, mit der jeder Messbereich beleuchtet wird, innerhalb eines Pulses eine Modulation der ersten Frequenz auf, welche sich von der Modulation der ersten Frequenz von elektromagnetischer Strahlung, die anderen Messbereichen zugeordnet ist, unterscheidet.
Beispielsweise beträgt die Frequenz, mit der die erste
Frequenz der elektromagnetischen Strahlung moduliert ist, maximal 10 THz, insbesondere maximal 10 GHz MHz. Insbesondere beträgt die Frequenz, mit der die erste Frequenz der
elektromagnetischen Strahlung moduliert ist, zumindest 1 kHz. Insbesondere kann die erste Frequenz über den Verlauf
mehrerer aufeinanderfolgender Pulse moduliert sein.
Beispielsweise verläuft die Modulation der ersten Frequenz periodisch. Insbesondere kann elektromagnetische Strahlung, mit welcher unterschiedliche Messbereiche beleuchtet werden, eine unterschiedliche Periodizität einer Modulation der ersten Frequenz aufweisen.
Beispielsweise unterscheidet sich die elektromagnetische Strahlung, mit der unterschiedliche Messbereiche beleuchtet werden, in ihrer Pulsdauer. Insbesondere werden
unterschiedliche Messbereiche während unterschiedlicher
Zeiträume mit elektromagnetischer Strahlung der
Strahlungsquelle beleuchtet. Weiter können unterschiedliche Messbereiche mit elektromagnetischer Strahlung beleuchtet werden, welche eine unterschiedliche Pseudonoise-Sequenz aufweist, anhand derer die elektromagnetische Strahlung eindeutig einem Messbereich zuordenbar ist. Bei einer
Pseudonoise-Sequenz handelt es sich beispielsweise um ein digitales Signal, welches statistische Eigenschaften von zufälligem Rauschen aufweist. Vorteilhafterweise kann die Eigenschaft, in der sich die elektromagnetische Strahlung, mit der unterschiedliche Messbereiche beleuchtet werden, unterscheidet, mittels der Steuereinheit einstellbar sein.
Insbesondere ist eine pixelierte Strahlungsquelle mit
baugleichen Pixeln verwendbar, wobei mit zumindest manchen Pixeln elektromagnetische Strahlung mit unterschiedlichen Eigenschaften emittierbar ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Strahlungsdetektor einen Wellenlängenfilter, wobei der
Wellenlängenfilter elektromagnetische Strahlung eines
Wellenlängenbereichs, welcher vom Wellenlängenbereich der von der Strahlungsquelle emittierten elektromagnetischen
Strahlung unterschiedlich ist, zumindest teilweise
reflektiert und/oder absorbiert. Beispielsweise ist die
Strahlungsquelle dazu eingerichtet, elektromagnetische
Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen
Infrarot- und UV-Strahlung zu emittieren. In diesem Fall kann der Wellenlängenfilter eine hohe Transmission für
elektromagnetische Strahlung im blauen Wellenlängenbereich aufweisen. Alternativ kann die Strahlungsquelle dazu
eingerichtet sein, elektromagnetische Strahlung im infraroten Wellenlängenbereich zu emittieren. In diesem Fall kann der Wellenlängenfilter eine hohe Transmission für
elektromagnetische Strahlung im infraroten
Wellenlängenbereich aufweisen. Insbesondere kann der
Wellenlängenfilter dazu eingerichtet sein, elektromagnetische Strahlung, welche eine Wellenlänge von kleiner oder gleich
550 nm aufweist, insbesondere kleiner oder gleich 400 nm, zu reflektieren und/oder zu absorbieren. Vorteilhafterweise kann mittels des Wellenlängenfilters ein besonders gutes Signal- zu-Rauschverhältnis bei der Detektion der in den
Messbereichen reflektierten elektromagnetischen Strahlung erreicht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist
Strahlungsdetektor eine Mehrzahl von Detektionsbereichen auf, die in einer lateralen Ebene nebeneinander angeordnet sind. Insbesondere sind die Detektionsbereiche in einer lateralen Ebene an den Eckpunkten eines regelmäßigen Gitters,
insbesondere eines regelmäßigen Rechteckgitters, angeordnet. Beispielsweise wird mittels eines Objektivs zumindest ein Messbereich auf die Detektionsbereiche abgebildet.
Insbesondere wird der gesamte Objektbereich auf die
Detektionsbereiche abgebildet. Beispielsweise handelt es sich bei dem Strahlungsdetektor um einen Bildsensor, welcher beispielsweise mit Silizium gebildet ist. Insbesondere handelt es sich bei dem Strahlungsdetektor um einen CCD- Sensor oder einen CMOS-Sensor. Vorteilhafterweise kann mittels des Strahlungsdetektors, welcher eine Vielzahl von Detektionsbereichen aufweist, eine besonders hohe Auflösung der gemessenen Abstände unterschiedlicher Messbereiche in einer lateralen Ebene gemessen werden. Insbesondere können mittels des Strahlungsdetektors Signale detektiert werden, die zusätzlich zur Aufnahme eines Bildes zumindest eines Messbereichs genutzt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Strahlungsquelle dazu eingerichtet, elektromagnetische
Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich zu emittieren, und der Strahlungsdetektor ist dazu eingerichtet,
elektromagnetische Strahlung im sichtbaren
Wellenlängenbereich zu detektieren. Insbesondere kann der Strahlungsdetektor dazu eingerichtet sein, Signale zu
empfangen, die zur Aufnahme eines Bildes genutzt werden.
Beispielsweise wird mittels der Strahlungsquelle der
Objektbereich beleuchtet, so dass die im Objektbereich reflektierte elektromagnetische Strahlung die Helligkeit des aufgenommenen Bildes erhöht. Vorteilhafterweise kann die Strahlungsquelle als Blitz oder zusätzliche Lichtquelle einer Kamera genutzt werden. Weiter kann der Strahlungsdetektor als Bildsensor einer Kamera genutzt werden. Insbesondere kann die Strahlungquelle dazu eingerichtet sein elektromagnetische Strahlung in einem ersten Wellenlängenbereich zu emittieren und der Strahlungsdetektor kann dazu eingerichtet sein elektromagnetische Strahlung in einem zweiten
Wellenlängenbereich zu detektieren. Beispielsweise kann der erste Wellenlängenbereich, insbesondere vollständig,
innerhalb des zweiten Wellenlängenbereichs liegen. Weiter kann der zweite Wellenlängenbereich größer als der erste Wellenlängenbereich sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Strahlungsquelle dazu eingerichtet, elektromagnetische
Strahlung in mehreren Wellenlängenbereichen zu emittieren. Beispielsweise wird in der Strahlungsquelle erzeugte
elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise mittels eines Konverters in elektromagnetische Strahlung eines anderen Wellenlängenbereichs konvertiert. Insbesondere emittiert die Strahlungsquelle elektromagentisches Strahlung die teilweise mittels des Konverters in elektromagnetische Strahlung eines längeren Wellenlängebereiche umgewandelt wurde. Gemäß der Ausführungsform der optischen
Abstandsmessvorrichtung umfasst der Strahlungsdetektor einen Wellenlängenfilter, wobei der Wellenlängenfilter für
zumindest einen Teil der von der Strahlungsquelle emittierten elektromagnetischen Strahlung reflektierend und/oder
absorbierend ausgestaltet ist.
Beispielsweise ist die Strahlungsquelle dazu eingerichtet, den Objektbereich mit elektromagnetischer Strahlung, welche einen weißen Farbort aufweist, zu beleuchten. Zur Erzeugung des Lichts mit dem weißen Farbort wird beispielsweise
Primärstrahlung im blauen Wellenlängenbereich mittels eines
Konverters zumindest teilweise in Sekundärstrahlung im gelben Wellenlängenbereich konvertiert. Beispielsweise ist der Konverter der Strahlungsquelle in Abstrahlrichtung nachgeordnet. Insbesondere durchläuft von der
Strahlungsquelle emittierte elektromagnetische Strahlung zunächst den Konverter und gegebenenfalls anschließend die Projektionsoptik. Beispielsweise durchläuft die gesamte von der Strahlungsquelle emittierte elektromagnetische Strahlung zunächst den Konverter. Der Wellenlängenfilter kann
beispielsweise auf der dem Objektbereich zugewandten Seite des Strahlungsdetektors angeordnet sein. Beispielsweise kann ausschließlich elektromagnetische Strahlung, welche den
Wellenlängenfilter durchläuft, auf den Strahlungsdetektor treffen. Insbesondere bei elektromagnetischer Strahlung, welche eine Modulation der Frequenz oder Amplitude aufweist, ist ein ausschließliches Detektieren der Primärstrahlung von Vorteil. Ein Grund hierfür ist, dass die Zeitverzögerung der Konversion des emittierten Lichts mittels des Konverters einen negativen Einfluss auf die Signalextraktion hat, da die Eigenschaft der elektromagnetischen Strahlung, anhand der die elektromagnetische Strahlung eindeutig einem Messbereich zuordenbar ist, eine zeitliche Abhängigkeit aufweisen kann. Wird durch die Konversion die Emission der
elektromagnetischen Strahlung verzögert oder die Emission elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Pixel unterschiedlich verzögert, so kann dies die Zuordnung der anschließend in einzelnen Messbereichen reflektierten
elektromagnetischen Strahlung erschweren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die pixelierte Strahlungsquelle dazu eingerichtet, elektromagnetische
Strahlung in mehreren Wellenlängenbereichen zu emittieren, wobei in der Strahlungsquelle erzeugte elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise mittels eines Konverters in elektromagnetische Strahlung eines anderen
Wellenlängenbereichs umgewandelt wird. Beispielsweise wird im bestimmungsgemäßen Betrieb in der Strahlungsquelle elektromagnetische Strahlung eines zweiten
Wellenlängenbereichs erzeugt. Insbesondere durchläuft
zumindest ein Teil der in der Strahlungsquelle erzeugten elektromagnetische Strahlung den Konverter. Beispielsweise bildet der Konverter in Abstrahlrichtung eine Außenfläche der Strahlungsquelle. Der Konverter kann beispielsweise dazu eingerichtet sein elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Insbesondere ist der Konverter dazu eingerichtet nur ein Teil der den Konverter durchlaufenden elektromagnetischen Strahlung in
elektromagnetische Strahlung eines ersten
Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Somit ist im
bestimmungsgemäßen Betrieb mittels der Strahlungsquelle elektromagnetische Strahlung zumindest des ersten und des zweiten Wellenlängenbereichs emittierbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optischen
Abstandsmessvorrichtung ist die Steuereinheit dazu
eingerichtet, den mittleren Abstand der Messbereiche zu der Abstandsmessvorrichtung zu ermitteln. Beispielsweise ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die mittels des
Strahlungsdetektors detektierten Signale den einzelnen
Messbereichen zuzuordnen. Insbesondere ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, aus der Laufzeit, ab Emission der der einem Messbereich zugeordneten elektromagnetischen Strahlung mittels der Strahlungsquelle bis zur Detektion der dem
Messbereich zugeordneten elektromagnetischen Strahlung mittels des Strahlungsdetektors, den Abstand der
Abstandsmessvorrichtung zu dem Messbereich zu ermitteln.
Insbesondere ist die Abstandmessvorrichtung dazu
eingerichtet, einen jeweils über die Fläche eines jeden Messbereichs gemittelten Abstand zu ermitteln.
Vorteilhafterweise handelt es sich bei der optischen
Abstandsmessvorrichtung um ein besonders kompaktes und schnelles System zur Messung mehrerer Abstandswerte zu einem Objektbereich.
Es wird des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben einer optischen Abstandsmessvorrichtung angegeben. Mit dem
Verfahren kann insbesondere eine hier beschriebene optische Abstandsmessvorrichtung betrieben werden. Das heißt,
sämtliche für die optische Abstandsmessvorrichtung
offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren zum
Betreiben der optischen Abstandsmessvorrichtung offenbart und umgekehrt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer optischen Abstandsmessvorrichtung umfasst die optische Abstandsmessvorrichtung eine pixelierte
Strahlungsquelle mit zumindest zwei Pixeln, eine
Projektionsoptik, welche der Strahlungsquelle in
Abstrahlrichtung nachgeordnet ist, einem Strahlungsdetektor, und eine Steuereinheit, welche dazu eingerichtet ist, die Strahlungsquelle zu betreiben und elektrische Signale vom Strahlungsdetektor zu empfangen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer optischen Abstandsmessvorrichtung werden mittels der Strahlungsquelle Messbereiche mit
elektromagnetischer Strahlung beleuchtet, wobei
unterschiedliche Messbereiche mit elektromagnetischer
Strahlung mit paarweise unterschiedlichen Eigenschaften beleuchtet werden. Insbesondere ist die elektromagnetische Strahlung anhand dieser Eigenschaft einem Messbereich eindeutig zuordenbar. Beispielsweise kann ein Messbereich mit elektromagnetischer Strahlung eines oder mehrerer Pixel beleuchtet werden. Beispielsweise weist die
elektromagnetische Strahlung, mit der ein Messbereich
beleuchtet wird, eine singulare Eigenschaft oder eine
singulare Kombination von Eigenschaften auf. Insbesondere weist die elektromagnetische Strahlung, mit der
unterschiedliche Messbereiche beleuchtet werden, paarweise unterschiedliche Eigenschaften auf, sodass sich jeweils die elektromagnetische Strahlung, mit der unterschiedliche
Messbereiche beleuchtet werden, in zumindest einer
Eigenschaft unterscheiden. Beispielsweise werden keine zwei Messbereiche mit elektromagnetischer Strahlung mit
identischen Eigenschaften beleuchtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird zumindest ein Teil der elektromagnetischen Strahlung in den Messbereichen reflektiert. Die elektromagnetische Strahlung kann an einer Grenzfläche gerichtet reflektiert werden und/oder diffus gestreut werden. Beispielsweise wird die elektromagnetische Strahlung an einer Oberfläche eines Objekts reflektiert, welches einen von Luft unterschiedlichen Brechungsindex aufweist . Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird zumindest ein Teil der reflektierten elektromagnetischen Strahlung mittels des Strahlungsdetektors detektiert. Insbesondere wird
elektromagnetische Strahlung, welche nicht in einem
Messbereich reflektiert wird, nicht mittels des
Strahlungsdetektors detektiert. Beispielsweise wird mittels des Strahlungsdetektors in jedem Messbereich reflektierte elektromagnetische Strahlung detektiert. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mittels der
Steuereinheit jeweils der mittlere Abstand der Messbereiche zu der Abstandsmessvorrichtung ermittelt. Insbesondere wird mittels der Steuereinheit aus der Laufzeit, ab Emission der der einem Messbereich zugeordneten elektromagnetischen
Strahlung mittels der Strahlungsquelle bis zur Detektion der dem Messbereich zugeordneten elektromagnetischen Strahlung mittels des Strahlungsdetektors, der Abstand der
Abstandsmessvorrichtung zu dem Messbereich ermittelt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer Abstandsmessvorrichtung ist die in den
Messbereichen reflektierte elektromagnetische Strahlung anhand der Eigenschaften eindeutig den Messbereichen
zuordenbar. Insbesondere ist die in einem Messbereich
reflektierte elektromagnetische Strahlung eindeutig zumindest einem Pixel der Strahlungsquelle zuordenbar. Beispielsweise ist die reflektierte elektromagnetische Strahlung, welche mittels des Strahlungsdetektors detektiert wird, einem
Messbereich im Objektbereich und einem Pixel der
Strahlungsquelle zuordenbar. Vorteilhafterweise kann mittels der Steuereinheit der mittlere Abstand eines Messbereichs von der Abstandsmessvorrichtung berechnet werden, da die
Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts in dem Material, welches sich zwischen der Abstandmessvorrichtung und dem Objektbereich befindet, bekannt ist und die Laufzeit des Lichts auf der Strecke von der Strahlungsquelle zum
Messbereich und zum Strahlungsdetektor gemessen wird. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer Abstandsmessvorrichtung wird die
Strahlungsquelle mittels der Steuereinheit derart betrieben, dass die von den Pixeln emittierte Strahlung pulsweitenmoduliert ist und die unterschiedlichen Eigenschaften folgende Kenngrößen umfassen: Amplitude,
Frequenz, Phase und/oder Pulsdauer. Beispielsweise weist elektromagnetische Strahlung, welche unterschiedlichen
Messbereichen zugeordnet ist, eine unterschiedliche
Amplitude, insbesondere eine unterschiedliche
Amplitudenmodulation, während eines oder mehrerer Pulse auf. Insbesondere kann elektromagnetische Strahlung, welche unterschiedlichen Messbereichen zugeordnet ist, eine
unterschiedliche erste Frequenz, insbesondere eine
unterschiedliche Modulation der ersten Frequenz, während eines Pulses und/oder während mehrerer Pulse aufweisen.
Insbesondere kann elektromagnetische Strahlung, welche unterschiedlichen Messbereichen zugeordnet ist, eine
unterschiedliche Pulsdauer aufweisen. Beispielsweise ist die reflektierte elektromagnetische Strahlung anhand zumindest einer der Eigenschaften und/oder einer Kombination von
Eigenschaften eindeutig einem Messbereich und eindeutig zumindest einem Pixel der Strahlungsquelle zuordenbar.
Vorteilhafterweise ermöglicht dies jeweils eine
Abstandsmessung von in einer lateralen Ebene nebeneinander angeordneten Messbereichen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird zur Ermittlung des Abstands mittels der Steuereinheit eine Laufzeit gemessen, wobei die Laufzeit die Zeitspanne von der Emission der elektromagnetischen Strahlung eines Pixels bis zur Detektion der dem Pixel eindeutig zuordenbaren reflektierten
elektromagnetischen Strahlung ist. Insbesondere ist die
Steuereinheit dazu eingerichtet, die Strahlungsquelle
anzusteuern und zu betreiben, so dass die Strahlungsquelle zu einem mittels der Steuereinheit vorgebbaren Zeitpunkt
elektromagnetische Strahlung emittiert. Weiter kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, die Pixel der
Strahlungsquelle mit einem vorgebbaren Signal zu betreiben, so dass die Pixel elektromagnetische Strahlung mit einer vorgebbaren Eigenschaft emittieren. Vorteilhafterweise ermöglicht eine Integration der Zeitmessung und der
Ansteuerung in der Steuereinheit eine besonders schnelle und exakte Abstandsmessung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer Abstandsmessvorrichtung werden mehrere Pixel der Strahlungsquelle gleichzeitig betrieben. Insbesondere findet die Emission der elektromagnetischen Strahlung
mehrerer Pixel zeitgleich statt. Beispielsweise weist die Messung der Zeitspanne mehrerer Messbereiche, insbesondere aller Messbereiche, einen gemeinsamen StartZeitpunkt auf. Beispielsweise wird der Abstand der Messbereiche zumindest teilweise während einer gemeinsamen Zeitspanne ermittelt. Insbesondere wird die Abstandsmessung unterschiedlicher
Messbereiche zumindest teilweise zeitgleich durchgeführt. Beispielsweise wird der Abstand unterschiedlicher
Messbereiche nicht seriell ermittelt. Vorteilhafterweise ermöglicht die zeitgleiche Abstandsmessung mehrerer
Messbereiche eine besonders hohe Wiederholungsrate für die Abstandsmessung im gesamten Objektbereich. Dies ermöglicht beispielsweise eine besonders exakte Messung innerhalb kurzer Zeiträume, was bei der Vermessung von bewegten Objekten von besonderem Vorteil ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer Abstandsmessvorrichtung wird mittels des
Strahlungsdetektors das Umgebungslicht gemessen, bevor die Messbereiche mittels der Strahlungsquelle beleuchtet werden. Beispielsweise wird zunächst mit ausgeschalteter Strahlungsquelle das Umgebungslicht gemessen und das mittels des Strahlungsdetektors detektierte Signal gespeichert.
Anschließend wird bei der Abstandsmessung unter Verwendung der Strahlungsquelle das Umgebungslichtsignal, welches beispielsweise in einem Speicher in der Steuereinheit
hinterlegt ist, berücksichtigt. Dies ermöglicht ein besonders hohes Signal-zu-Rauschverhältnis bei der Messung des
Abstandes . Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer Abstandsmessvorrichtung weist der
Strahlungsdetektor eine Vielzahl von Detektionsbereichen auf und mittels eines Objektivs wird zumindest ein Messbereich auf die Detektionsbereiche abgebildet. Beispielsweise wird der gesamte Objektbereich mittels des Objektivs auf die
Detektionsbereiche abgebildet. Insbesondere kann es sich bei dem Strahlungsdetektor um einen auf Silizium basierenden Bildsensor handeln. Beispielsweise ist der Strahlungsdetektor dazu eingerichtet, elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich, von UV-Strahlung bis Infrarotstrahlung, zu detektieren. Beispielsweise kann die
Abstandsmessvorrichtung in eine Kamera integriert sein.
Vorteilhafterweise ermöglicht die Vielzahl von
Detektionsbereichen eine besonders hohe Auflösung der
Abstandsmesswerte in einer lateralen Ebene, so dass
unterschiedliche Messbereiche besonders exakt einer Position innerhalb des Objektbereichs zugeordnet werden können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer Abstandsmessvorrichtung werden die mittels des Strahlungsdetektors detektierten Signale zur Aufnahme eines Bildes zumindest eines Messbereichs und zur Bestimmung des Abstands genutzt. Insbesondere wird mittels der Steuereinheit der Abbildung eines Messbereichs die Abstandsinformation des Messbereichs zugeordnet.
Vorteilhafterweise wird die mittels der Strahlungsquelle emittierte elektromagnetische Strahlung zur Messung des Abstands zusätzlich zur Erhöhung der Helligkeit im
Objektbereich genutzt, so dass im sichtbaren
Wellenlängenbereich der Objektbereich ausreichend hell ausgeleuchtet ist, um mittels der detektierten Signale ein Bild aufzunehmen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Abstandsmessvorrichtung und des
Verfahrens zum Betreiben einer Abstandsmessvorrichtung ergeben sich aus dem Folgenden, in Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen die Figuren 1A und 1B eine schematische
Schnittansicht einer hier beschriebenen
Abstandsmessvorrichtung .
Es zeigen die Figuren 2A und 2B eine schematische
Schnittansicht einer Strahlungsquelle einer hier
beschriebenen Abstandsmessvorrichtung . Es zeigt die Figur 3 Signalamplituden von elektromagnetischer Strahlung, die unterschiedlichen Pixeln einer optischen
Abstandsmessvorrichtung zugeordnet sind.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren
dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere
Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Die Figur 1A zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer hier beschriebenen optischen Abstandsmessvorrichtung 1 gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels. Die optische
Abstandsmessvorrichtung 1 umfasst eine pixelierte
Strahlungsquelle 10 mit zumindest zwei Pixeln 101, 102, 103. Weiter umfasst die optische Abstandsmessvorrichtung einen Strahlungsdetektor 30, welcher dazu eingerichtet ist, von der Strahlungsquelle 10 emittierte und in Messbereichen 51, 52, 53 reflektierte elektromagnetische Strahlung L zu
detektieren. Weiter umfasst die optische
Abstandsmessvorrichtung 1 eine Steuereinheit 40, welche dazu eingerichtet ist, die Strahlungsquelle 10 zu betreiben und elektrische Signale vom Strahlungsdetektor 30 zu empfangen, wobei die Pixel 101, 102, 103 mittels der Steuereinheit 40 jeweils individuell betreibbar sind. Beispielsweise wird mittels der Strahlungsquelle jeder Messbereich 51, 52, 53 mit elektromagnetischer Strahlung beleuchtet, die sich zumindest in einer Eigenschaft unterscheidet. Insbesondere emittieren die Pixel 101, 102, 103 elektromagnetische Strahlung L mit paarweise unterschiedlichen Eigenschaften. Der Strahlungsquelle 10 ist in einer Abstrahlrichtung R eine Projektionsoptik 20 nachgeordnet. Die Projektionsoptik 20 ist dazu eingerichtet, von der Strahlungsquelle emittierte elektromagnetische Strahlung L den Messbereichen 51, 52, 53 zuzuordnen. Dabei ist jedem Messbereich 51, 52, 53 die elektromagnetische Strahlung L zumindest eines Pixels 101,
102 ,103 zugeordnet. Insbesondere kann einem Messbereich 51, 52, 53 mittels der Projektionsoptik elektromagnetische
Strahlung L mehrerer Pixel 101, 102, 103 zugeordnet werden. In den Messbereichen 51, 52, 53 wird die elektromagnetische Strahlung L zumindest teilweise reflektiert. Zumindest ein Teil der reflektierten elektromagnetischen Strahlung L wird mittels des Strahlungsdetektors 30 detektiert.
Elektromagnetische Strahlung L, welche unterschiedlichen
Messbereichen 51, 52, 53 zugeordnet ist, weist zumindest eine unterschiedliche Eigenschaft auf. Anhand der Eigenschaft ist die reflektierte elektromagnetische Strahlung L eindeutig einem Messbereich 51, 52, 53 im Objektbereich 5 zuordenbar.
Die von den Pixeln 101, 102, 103 emittierte Strahlung L ist pulsweitenmoduliert und die unterschiedlichen Eigenschaften umfassen folgende Kenngrößen: Amplitude, Frequenz, Phase und/oder Pulsdauer. Beispielsweise ist die Strahlungsquelle 10 dazu eingerichtet, elektromagnetische Strahlung L im sichtbaren Wellenlängenbereich zu emittieren, und der
Strahlungsdetektor 30 ist dazu eingerichtet,
elektromagnetische Strahlung L im sichtbaren
Wellenlängenbereich zu detektieren.
Der Strahlungsdetektor umfasst eine Mehrzahl von
Detektionsbereichen 300, die in einer lateralen Ebene
nebeneinander angeordnet sind. Insbesondere handelt es sich bei dem Strahlungsdetektor um einen CMOS- oder CCD-Sensor. Weiter umfasst der Strahlungsdetektor 30 einen
Wellenlängenfilter 31, wobei der Wellenlängenfilter 31 elektromagnetische Strahlung L eines Wellenlängenbereichs, welcher vom Wellenlängenbereich der von der Strahlungsquelle 10 emittierten elektromagnetischen Strahlung L
unterschiedlich ist, zumindest teilweise reflektiert und/oder absorbiert. Die Abstandsmessvorrichtung umfasst weiter ein Objektiv 25, welches dazu eingerichtet ist, den Objektbereich 5 auf dem Strahlungsdetektor 30 abzubilden. Die Steuereinheit 40 ist beispielsweise stoffschlüssig fest mit der Strahlungsquelle 10 und/oder dem Strahlungsdetektor 30 verbunden. Die Strahlungsquelle, der Strahlungsdetektor und die Steuereinheit können teilweise oder komplett in einem gemeinsamen Chip integriert sein. Beispielsweise handelt es sich bei dem Chip um einen Halbleiterchip, der eine Ansteuer- und Auswertungsfunktion umsetzt. Insbesondere ist in der Steuereinheit der Strahlungsdetektor integriert und auf der Steuereinheit eine pixelierte Leuchtdiode angeordnet.
Die Figur 1B zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer optischen Abstandsmessvorrichtung 1 gemäß eines zweiten
Ausführungsbeispiels. Die Abstandsmessvorrichtung 1 umfasst eine pixelierte Strahlungsquelle 10 mit zumindest zwei Pixeln
101, 102, eine Projektionsoptik 20, welche der
Strahlungsquelle 10 in Abstrahlrichtung R nachgeordnet ist, einen Strahlungsdetektor 30 und eine Steuereinheit 40. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, die Strahlungsquelle 10 zu betreiben und elektrische Signale vom Strahlungsdetektor
30 zu empfangen. Dabei werden mittels der Strahlungsquelle 10 unterschiedliche Messbereiche 51, 52, 53 mit
elektromagnetischer Strahlung L mit paarweise
unterschiedlichen Eigenschaften beleuchtet. Insbesondere können die Pixel 101, 102, 103 elektromagnetische Strahlung L mit paarweise unterschiedlichen Eigenschaften emittieren. Die Projektionsoptik 20 ordnet jedem Messbereich 51, 52, 53 elektromagnetische Strahlung L zumindest eines Pixels 101,
102, 103 zu. Zumindest ein Teil der elektromagnetischen
Strahlung L wird in den Messbereichen 51, 52, 53 reflektiert. Zumindest ein Teil der reflektierten elektromagnetischen Strahlung wird mittels des Strahlungsdetektors 30 detektiert und mittels der Steuereinheit 40 wird jeweils der mittlere Abstand AI, A2, A3 der Messbereiche 51, 52, 53 zu der
Abstandsmessvorrichtung 1 ermittelt.
Die in den Messbereichen 51, 52, 53 reflektierte
elektromagnetische Strahlung L ist anhand der Eigenschaften eindeutig den Messbereichen 51, 52, 53 zuordenbar. Im
Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel umfasst der
Strahlungsdetektor 30 nicht mehrere Detektionsbereiche 300, sondern genau einen Detektionsbereich, welcher dazu
eingerichtet ist, von der Strahlungsquelle 10 emittierte elektromagnetische Strahlung L nach der Reflexion in den Messbereichen 51, 52, 53 zu detektieren. Insbesondere umfasst der Strahlungsdetektor 30 genau eine Fotodiode, mit der zumindest ein Teil der in den Messbereichen 51, 52, 53 reflektierten elektromagnetischen Strahlung L detektiert wird .
Die Steuereinheit 40 ist dazu eingerichtet, eine Laufzeit zu messen. Die Laufzeit ist die Zeitspanne von der Emission der elektromagnetischen Strahlung L zur Beleuchtung eines
Messbereichs 51, 52, 53 bis zur Detektion der dem Messbereich 51, 52, 53 eindeutig zuordenbaren reflektierten
elektromagnetischen Strahlung L. Die Steuereinheit 40 ist dazu eingerichtet, die Pixel 101, 102, 103 der
Strahlungsquelle 10 anzusteuern und zu betreiben.
Insbesondere ist mittels der Steuereinheit die Eigenschaft vorgebbar, in der sich die elektromagnetische Strahlung, mit der unterschiedliche Messbereiche beleuchtet werden,
unterscheidet. Dabei umfasst die Eigenschaft, in der sich die elektromagnetische Strahlung unterscheidet, welche
unterschiedlichen Messbereichen 51, 52, 53 zugeordnet ist, eine der folgenden Kenngrößen: Amplitude, Frequenz, Phase und/oder Pulsdauer. Anhand der Eigenschaft kann bei der Detektion der in den Messbereichen 51, 52, 53 reflektierten elektromagnetischen Strahlung L mittels des
Strahlungsdetektors 30 zugeordnet werden, in welchem
Messbereich 51, 52, 53 die elektromagnetische Strahlung L reflektiert wurde.
Im bestimmungsgemäßen Betrieb wird beispielsweise mittels des Strahlungsdetektors 30 zunächst das Umgebungslicht gemessen, bevor die Messbereiche 51, 52, 53 mittels der
Strahlungsquelle 10 beleuchtet werden. Der Messwert für das Umgebungslicht wird in einem Speicher der Steuereinheit hinterlegt und anschließend bei der Auswertung des mittels des Strahlungsdetektors übertragenen Empfangssignals
berücksichtigt. Somit wird vorteilhafterweise das Signal-zu- Rauschverhältnis bei der Detektion der reflektierten
elektromagnetischen Strahlung erhöht.
Die Figur 2A zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer pixelierten
Strahlungsquelle 10 und einer Steuereinheit 40 einer
Abstandsmessvorrichtung 1. Die Strahlungsquelle 10 umfasst einen ersten Pixel 101, einen zweiten Pixel 102 und einen dritten Pixel 103, die separat voneinander betreibbar sind. Beispielsweise sind der erste Pixel 101, der zweite Pixel 102 und der dritte Pixel 103 Teil eines gemeinsamen
Halbleiterchips, der in einem gemeinsamen
Herstellungsverfahren, beispielsweise mittels Epitaxie, hergestellt ist. Die Pixel 101, 102, 103 umfassen einen aktiven Bereich 13, welcher beispielsweise zusammenhängend ausgebildet sein kann. Insbesondere können einzelne Pixel mittels einer selektiven lokalen Stromeinprägung in dem aktiven Bereich separat voneinander betreibbar sein. Alternativ kann der aktive Bereich 13 unterschiedlicher Pixel 101, 102, 103 nicht zusammenhängend ausgebildet sein.
Beispielsweise kann zumindest der aktive Bereich zwischen benachbarten Pixeln 101, 102, 103 durchtrennt sein. Die
Strahlungsquelle 10 ist auf einer Steuereinheit 40
angeordnet, mittels der die Pixel 101, 102, 103 separat voneinander angesteuert und betrieben werden. Die
Steuereinheit 40 umfasst unter anderem Transistoren 401, mittels denen die Pixel 101, 102, 103 einzeln ein- und ausgeschaltet werden können. In Abstrahlrichtung R sind den Pixeln 101, 102, 103 Konverter 11 nachgeordnet, die dazu eingerichtet sind, zumindest einen Teil der innerhalb des aktiven Bereichs 13 erzeugten elektromagnetischen Strahlung L in Strahlung eines längeren Wellenlängenbereichs zu
konvertieren.
Beispielsweise ist die Strahlungsquelle 10 dazu eingerichtet, Primärstrahlung LI in einem ersten, beispielsweise blauen, Wellenlängenbereich zu erzeugen, wobei zumindest ein Teil der Primärstrahlung LI mittels des Konverters 11 in
Sekundärstrahlung L2 in einem ersten Wellenlängenbereich, insbesondere gelben Wellenlängenbereich, umgewandelt wird. Insbesondere kann eine solche Strahlungsquelle 10 in
Kombination mit einem Strahlungsdetektor 30 verwendet werden, welcher einen Wellenlängenfilter 31 umfasst, welcher für Sekundärstrahlung L2 zumindest teilweise reflektierend und/oder absorbierend ausgebildet ist. Vorteilhafterweise kann eine derartige Strahlungsquelle 10 zum Beleuchten des Objektbereichs 5 mit optoelektronischer Strahlung L eines weißen Farbortes eingerichtet sein, wobei ausschließlich reflektierte elektromagnetische Strahlung L eines vorgebbaren Wellenlängenbereichs detektiert wird. Die Figur 2B zeigt eine Schnittansicht einer Strahlungsquelle 10 und einer Steuereinheit 40, einer optischen
Abstandsmessvorrichtung gemäß eines zweiten
Ausführungsbeispiels. Im Unterschied zu dem in Figur 2A dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die
Strahlungsquelle 10 mehrere Pixel 101, 102, 103, die nicht zusammenhängend ausgebildet sind. Insbesondere können die Pixel 101, 102, 103 mittels unterschiedlicher
Herstellungsverfahren hergestellt sein. Die Pixel 101, 102, 103 sind separat voneinander betreibbar und sind jeweils elektrisch leitend mit der Steuereinheit 40 verbunden. Die Pixel 101, 102, 103 weisen jeweils einen aktiven Bereich 13 auf, in welchem im bestimmungsgemäßen Betrieb
elektromagnetische Strahlung L erzeugt wird. Die
Strahlungsquelle 10 ist Stoffschlüssig fest mit der
Steuereinheit 40 verbunden, so dass die mechanische
Verbindung zwischen der Strahlungsquelle 10 und der
Steuereinheit 40 nur unter Zerstörung der Steuereinheit 40 oder der Strahlungsquelle 10 gelöst werden kann.
Die Figur 3 zeigt die Signalamplitude S von
elektromagnetischer Strahlung L, die von unterschiedlichen Pixeln 101, 102, 103 emittiert wird und mittels des
Strahlungsdetektors 30 nach einer Zeit T detektiert wird. Zur Ermittlung des Abstands A wird mittels der Steuereinheit 40 die Strahlungsquelle 10 derart betrieben, dass der erste Pixel 101, der zweite Pixel 102 und der dritte Pixel 103 elektromagnetische Strahlung L emittieren, die sich in zumindest einer Eigenschaft unterscheidet. Dabei wird die elektromagnetische Strahlung L des ersten Pixels 101, des zweiten Pixels 102 und des dritten Pixels 103 mittels einer Projektionsoptik 20 unterschiedlichen Messbereichen 51, 52, 53 zugeordnet. Aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften ist die elektromagnetische Strahlung L den einzelnen
Messbereichen 51, 52, 53 im Objektbereich 5 und den einzelnen Pixeln 101, 102, 103 eindeutig zuordenbar. Mittels des
Strahlungsdetektors 30 wird zumindest ein Teil der in den Messbereichen 51, 52, 53 reflektierten elektromagnetischen Strahlung L detektiert. Mittels der Steuereinheit wird die Laufzeit des Signals des ersten Pixels tlOl, die Laufzeit des Signals des zweiten Pixels tl02 und die Laufzeit des Signals des dritten Pixels tl03 gemessen. Dabei wird die Laufzeit des Signals des ersten Pixels tlOl ab der Emission der
elektromagnetischen Strahlung L mittels des ersten Pixels 101 bis zur Detektion der im Objektbereich 51 reflektierten elektromagnetischen Strahlung L mittels des
Strahlungsdetektors 30 gemessen. In gleicher Weise wird die Laufzeit der von dem zweiten Pixel 102 und der von dem dritten Pixel 103 emittierten elektromagnetischen Strahlung L gemessen .
Die emittierte elektromagnetische Strahlung L des ersten Pixels 101, des zweiten Pixels 102 und des dritten Pixels 103 unterscheiden sich in der Modulation der ersten Frequenz, der Phase, der Modulation der Amplitude A und/oder der Pulsweite P. Insbesondere ist die reflektierte elektromagnetische
Strahlung L anhand dieser Eigenschaften den einzelnen Pixeln 101, 102, 103 und den einzelnen Bereichen 51, 52, 53
eindeutig zuordenbar. Insbesondere kann es sich bei der
Modulation um eine Pseudonoise-Sequenz handeln, mittels der die einem Messbereich 51, 52, 53 zugeordnete
elektromagnetische Strahlung L dem Messbereich 51, 52, 53 eindeutig zuordenbar ist. Die detektierte elektromagnetische Strahlung L weist eine kleinere Amplitude S als die
emittierte elektromagnetische Strahlung L auf. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102017114565.6, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichen
I Optische Abstandsmessvorrichtung
5 Objektbereich
10 Strahlungsquelle
II Konverter
13 aktiver Bereich
20 Projektionsoptik
25 Objektiv
30 Strahlungsdetektor
31 Wellenlängenfilter
40 Steuereinheit
51 erster Messbereich
52 zweiter Messbereich
53 dritter Messbereich
101, 102 Pixel
300 Detektionsbereich
401 Transistor
A Abstand
AI Abstand der ersten Messbereichs
A2 Abstand des zweiten Messbereichs
A3 Abstand des dritten Messbereichs
P Pulsweite
S Signalamplitude
L elektromagnetische Strahlung
LI Primärstrahlung
L2 Sekundärstrahlung
t Laufzeit
T Zeit
tlOl Laufzeit des Signals des ersten Pixels tl02 Laufzeit des Signals des zweiten Pixels tl03 Laufzeit des Signals des dritten Pixels

Claims

Patentansprüche
1. Optische Abstandsmessvorrichtung (1) umfassend
- eine pixelierte Strahlungsquelle (10) mit zumindest zwei Pixeln (101, 102) ,
- einen Strahlungsdetektor (30), welcher dazu
eingerichtet ist, von der Strahlungsquelle (10)
emittierte und in Messbereichen (51, 52, 53)
reflektierte elektromagnetische Strahlung (L) zu
detektieren, und
- eine Steuereinheit (40), welche dazu eingerichtet ist, die Strahlungsquelle (10) zu betreiben und elektrische Signale vom Strahlungsdetektor (30) zu empfangen, wobei
- unterschiedliche Messbereiche (51, 52, 53) mittels der pixelierten Strahlungsquelle (10) mit
elektromagnetischer Strahlung (L) mit paarweise
unterschiedlichen Eigenschaften beleuchtbar sind,
- der Strahlungsdetektor (30) einen Wellenlängenfilter (31) umfasst, wobei der Wellenlängenfilter (31)
elektromagnetische Strahlung (L) eines
Wellenlängenbereiches, welcher vom Wellenlängenbereich der von der pixelierten Strahlungsquelle (10)
emittierten elektromagnetischen Strahlung (L)
unterschiedlich ist, zumindest teilweise reflektiert und/oder absorbiert.
2. Optische Abstandsmessvorrichtung (1) nach dem vorherigen Anspruch,
bei der die Pixel (101, 102) der pixelierten
Strahlungsquelle (10) mittels der Steuereinheit (40) jeweils individuell betreibbar sind, und
die Pixel (101, 102) elektromagnetische Strahlung (L) mit paarweise unterschiedlichen Eigenschaften emittieren .
3. Optische Abstandsmessvorrichtung (1) nach einem der
vorherigen Ansprüche
umfassend eine Projektionsoptik (20), bei der
- die Projektionsoptik (20) der pixelierten
Strahlungsquelle (10) in einer Abstrahlrichtung (R) nachgeordnet ist,
- die Projektionsoptik (20) von der pixelierten
Strahlungsquelle (10) emittierte elektromagnetische Strahlung (L) den Messbereichen (51, 52, 53) zuordnet, wobei
- jedem Messbereich (51, 52, 53) die elektromagnetische Strahlung (L) zumindest eines Pixels (101, 102)
zugeordnet ist.
4. Optische Abstandsmessvorrichtung (1) nach einem der
vorherigen Ansprüche,
bei der die von den Pixeln (101, 102) emittierte
Strahlung pulsweitenmoduliert ist und die
unterschiedlichen Eigenschaften folgende Kenngrößen umfassen: Amplitude, Frequenz, Phase und/oder Pulsdauer.
5. Optische Abstandsmessvorrichtung (1) nach einem der
vorherigen Ansprüche,
bei der der Strahlungsdetektor (30) eine Mehrzahl von Detektionsbereichen (300) aufweist, die in einer
lateralen Ebene nebeneinander angeordnet sind.
6. Optische Abstandmessvorrichtung (1) nach einem der
vorherigen Ansprüche, bei der
- die pixelierte Strahlungsquelle (10) dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung (L) im sichtbaren Wellenlängenbereich zu emittieren, und
- der Strahlungsdetektor (30) dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung (L) im sichtbaren
Wellenlängenbereich zu detektieren.
Optische Abstandsmessvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der
- die pixelierte Strahlungsquelle (10) dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung (L) in mehreren
Wellenlängenbereichen zu emittieren, und
- der Strahlungsdetektor (30) einen Wellenlängenfilter (31) umfasst, wobei der Wellenlängenfilter (31) für zumindest einen Teil der von der pixelierten
Strahlungsquelle (10) emittierten elektromagnetischen Strahlung (L) reflektierend und/oder absorbierend ausgestaltet ist.
Optische Abstandsmessvorrichtung (1) nach dem vorherigen Anspruch, bei der die pixelierte Strahlungsquelle (10) dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung (L) in mehreren Wellenlängenbereichen zu emittieren, wobei in der Strahlungsquelle erzeugt elektromagnetische
Strahlung zumindest teilweise mittels eines Konverters (11) in elektromagnetische Strahlung eines anderen
Wellenlängenbereichs umgewandelt wird.
Optische Abstandsmessvorrichtung (l)nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei der die Steuereinheit (40) dazu eingerichtet ist, den mittleren Abstand (A) der Messbereiche (51, 52, 53) zu der Abstandsmessvorrichtung (1) zu ermitteln. Verfahren zum Betreiben einer optischen
Abstandmessvorrichtung umfassend
- eine pixelierte Strahlungsquelle (10) mit zumindest zwei Pixeln (101, 102) ,
- einer Projektionsoptik (20), welche der
Strahlungsquelle (10) in Abstrahlrichtung (R)
nachgeordnet ist,
- einem Strahlungsdetektor (30), und
- einer Steuereinheit (40), welche dazu eingerichtet ist, die Strahlungsquelle (10) zu betreiben und
elektrische Signale vom Strahlungsdetektor (30) zu empfangen, wobei
- unterschiedliche Messbereiche mit elektromagnetischer Strahlung mit paarweise unterschiedlichen Eigenschaften beleuchtet werden,
- zumindest ein Teil der elektromagnetischen Strahlung (L) in den Messbereichen (51, 52, 53) reflektiert wird,
- zumindest ein Teil der reflektierten
elektromagnetischen Strahlung mittels des
Strahlungsdetektors (30) detektiert wird,
- mittels der Steuereinheit (40) jeweils der mittlere Abstand (A) der Messbereiche (51, 52, 53) zu der
Abstandsmessvorrichtung (1) ermittelt wird, und
- der Strahlungsdetektor (30) einen Wellenlängenfilter (31) umfasst, wobei der Wellenlängenfilter (31)
elektromagnetische Strahlung (L) eines
Wellenlängenbereiches, welcher vom Wellenlängenbereich der von der pixelierten Strahlungsquelle (10)
emittierten elektromagnetischen Strahlung (L)
unterschiedlich ist, zumindest teilweise reflektiert und/oder absorbiert.
11. Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch,
wobei die in den Messbereichen (51, 52, 53) reflektierte elektromagnetische Strahlung (L) anhand der
Eigenschaften eindeutig den Messbereichen (51, 52, 53) zuordenbar ist.
12. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die pixelierte Strahlungsquelle (10) mittels der Steuereinheit (40) derart betrieben wird, dass die von den Pixeln (101, 102) emittierte Strahlung
pulsweitenmoduliert ist und die unterschiedlichen
Eigenschaften folgende Kenngrößen umfassen: Amplitude, Frequenz, Phase und/oder Pulsdauer.
13. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei zur Ermittlung des Abstands (A) mittels der
Steuereinheit (40) eine Laufzeit (t) gemessen wird, wobei die Laufzeit (t) die Zeitspanne von der Emission der elektromagnetischen Strahlung (L) eines Pixels (101, 102) bis zur Detektion der dem Pixel (101, 102)
eindeutig zuordenbaren reflektierten elektromagnetischen Strahlung (L) ist.
14. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei mehrere Pixel (101, 102) der pixelierten
Strahlungsquelle (10) gleichzeitig betrieben werden.
15. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
wobei mittels des Strahlungsdetektors (30) das
Umgebungslicht gemessen wird, bevor die Messbereiche
(51, 52, 53) mittels der pixelierten Strahlungsquelle
(10) beleuchtet werden.
16. Verfahren zum Betreiben einer Abstandsmessvorrichtung (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei
- der Strahlungsdetektor (30) eine Vielzahl von
Detektionsbereichen (300) aufweist, und
- mittels eines Objektivs (25) zumindest ein Messbereich (51, 52, 53) auf die Detektionsbereiche (300) abgebildet wird .
17. Verfahren zum Betreiben einer Abstandsmessvorrichtung (1) gemäß dem vorherigen Anspruch,
wobei die mittels des Strahlungsdetektors (30)
detektierten Signale zur Aufnahme eines Bildes zumindest eines Messbereichs und zur Bestimmung des Abstands (A) genutzt werden.
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