WO2019243292A1 - Lichtlaufzeitkamerasystem mit einer einstellbaren optischen ausgangsleistung - Google Patents

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WO2019243292A1
WO2019243292A1 PCT/EP2019/065945 EP2019065945W WO2019243292A1 WO 2019243292 A1 WO2019243292 A1 WO 2019243292A1 EP 2019065945 W EP2019065945 W EP 2019065945W WO 2019243292 A1 WO2019243292 A1 WO 2019243292A1
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Samuel Freywald
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    • H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • H04N23/74—Circuitry for compensating brightness variation in the scene by influencing the scene brightness using illuminating means

Definitions

  • Such time-of-flight camera systems or 3D TOF sensors relate to systems which obtain time-of-flight information from the phase shift of an emitted and received radiation.
  • PMD cameras with photomixing detectors are particularly suitable as the light propagation time or 3D TOF cameras, as described, for example, in DE 197 04 496 C2 and by 'ifm electronic GmbH' or 'pmdtechnologies ag' as a frame grabber 03D or as CamCube.
  • the PMD camera in particular allows a flexible arrangement of the light source and the detector, which can be arranged both in a housing and separately.
  • the term camera or camera system should also include cameras or devices with at least one reception pixel.
  • the object of the invention is to improve the performance of time-of-flight camera systems without endangering eye safety.
  • FIG. 1 schematically shows a time-of-flight camera system
  • FIG. 2 shows a modulated integration of charge carriers generated
  • Figure 3 shows a first embodiment, in the camera and lighting
  • FIG. 4 schematically, camera and lighting modulation signals corresponding to the embodiment according to FIG. 3,
  • FIG. 5 shows a second exemplary embodiment with a counter
  • FIG. 6 schematically shows camera and lighting modulation signals corresponding to the embodiment according to FIG. 5.
  • FIG. 7 shows a pulse sequence of an entire integration time
  • Figure 8 pulse groups of the total integration time.
  • the same reference symbols designate the same or comparable components.
  • FIG. 1 shows a measurement situation for an optical distance measurement with a time-of-flight camera, as is known for example from DE 197 04 496 A1.
  • the time-of-flight camera system 1 comprises a transmission unit or a
  • Illumination module 10 with an illumination 12 and an associated one
  • the light transit time sensor 22 has at least one transit time pixel, preferably also a pixel array, and is in particular designed as a PMD sensor.
  • Receiving optics 25 typically exist to improve the
  • Beam shaping optics 15 of the transmission unit 10 can be designed, for example, as reflectors or lens optics. In a very simple embodiment, optical elements can also be dispensed with on both the receiving and transmitting sides.
  • the measuring principle of this arrangement is based on the fact that starting from the
  • Phase shift of the emitted and received light, the transit time and thus the distance traveled by the received light can be determined.
  • the light source 12 and the light propagation time sensor 22 are acted upon by a modulator 30 together with a specific modulation signal M 0 with a basic phase position fo.
  • a phase shifter 35 is also provided between the modulator 30 and the light source 12, with which the base phase fo of the modulation signal Mo of the light source 12 is defined by
  • Phase positions (p var can be shifted.
  • This signal S pi or the electromagnetic radiation is reflected by an object 40 in the illustrated case and is due to the distance traveled
  • Infrared light-emitting diodes are preferably suitable as the illumination source or light source 12.
  • other radiation sources in other frequency ranges are also conceivable, in particular light sources in the visible frequency range are also possible.
  • the basic principle of phase measurement is shown schematically in Figure 2.
  • the upper curve shows the time course of the modulation signal Mo with which the lighting 12 and the light transit time sensor 22 are controlled.
  • the light reflected by the object 40 strikes the light transit time sensor 22 as the received signal S P 2 in accordance with its light propagation time ti_ out of phase Df ( ⁇ i_).
  • the light propagation time sensor 22 collects the photonically generated charges q over a plurality of modulation periods in the phase position of the modulation signal Mo in a first accumulation gate Ga and in a phase position shifted by 180 ° Mo + 180 ° in a second
  • the phase shift Df ( ⁇ i_) and thus a distance d of the object can be determined from the ratio of the charges qa, qb collected in the first and second gates Ga, Gb.
  • Lighting drivers, 3D ToF leaners, lenses, etc. have material and
  • the object of the invention is to camera individual power variations
  • optical output power should be as fine and linearly adjustable as possible.
  • the eye safety standards provide that pulse sequences or pulse groups in the wavelength range between 400 nm to 1050 nm can be summed up below 5 ps.
  • the power setting is linear for these pulse lengths. Pulse sequences longer than 5 ps are used with a factor depending on the pulse sequence length fourth power treated. Adjusting the power, for example, using pulse width modulation, which also allows pulses longer than 5 ps, would be highly non-linear and very complex.
  • the power setting to consider only pulses less than 5 ps and to set a so-called duty cycle or the pulse width for the power setting. Since the pulse width affects each individual pulse, the power within a pulse group IG, the time length or the group time tic of which is less than or equal to 5 ps, can be set, so that the power adjustment takes place linearly in accordance with eye safety standards.
  • the pulse width adjustment can thus be used for the linear adjustment of the optical output power f.
  • FIG. 3 shows a time-of-flight camera system in which the modulator 30 or
  • Modulation signal Mo with a pulse-pause ratio or duty cycle of 50% and for the lighting 10 provides a modulation signal MO.PWM which is variable in pulse width in the same cycle.
  • the signal can also measure distance in the
  • Phase position (p var can be set.
  • FIG. 4 shows an example of a modulation signal Mo, MO.PWM of 50 MHz and a corresponding modulation period of 20 ns, so that 250 switch-on pulses and 250 pauses are distributed over the period of the pulse group of 5 ps shown.
  • Switch-on pulses and pauses are of the same length in the modulation signal Mo for the time-of-flight sensor 22 and are then 10 ns each.
  • the pulse widths of the modulation signal MO.PWM for the lighting 10 can be shortened, with the duty cycle upwards however remains limited to 50%. Thus, only a shortening and no increase in the pulse width can be considered. In the present example, pulse widths of ⁇ 10 ns.
  • Figure 5 shows an embodiment in which instead of a uniform
  • Changing the pulse width over all pulses can be selected using a counter.
  • Such a PWM setting is shown by way of example in FIG. 6, in which in the case shown the 3rd, 4th, 5th, 6th and 249th pulse was selected by the counter and the pulse width was reduced.
  • the total duration of emission of a light propagation time fc nt camera system is not limited to a 5 ps - group but is governed by the need for the task or integration time - duration ti nt of the light transit time sensor.
  • An integration time of 1 ms is shown as an example in FIG. With a modulation signal of 50 MHz, 50,000 individual pulses PER occur during this period.
  • the total emission duration t, nt can then, as shown in FIG. 8, in 200
  • Pulse groups IG can be divided.
  • 5 ps pulse groups are taken into account for setting or regulating the energy.
  • the energy of the radiated power is preferably set to 80% to 90% of the upper limit according to eye safety. So according to the example above between 31 and 35 nJ. This also results in a
  • Such a procedure is important if the time-of-flight cameras are set to constant 3D performance, particularly in the production process. In this way, technical variations in production can be compensated for in a simple manner. For example, the light transmission of the optical elements can fluctuate, the radiation geometry can be different, the quantum efficiency of the time-of-flight sensor can vary, etc.
  • time-of-flight cameras with the same radiation energy have different 3D perfomance, which appears, for example, through different measuring accuracies.
  • the time-of-flight camera systems are preferably not optimized with regard to the maximum possible radiation power, but rather with regard to a constant 3D performance. For example, during an initial calibration in a production line to ensure
  • the radiated power may also be reduced, although the eye safety limit value has not been exceeded.
  • the emitted energy E of the maximum energy E ma xi nt is initially in a range of 80% to 90%.
  • the output can be increased or reduced by changing the pulse widths.

Abstract

Lichtlaufzeitkamera mit einer Beleuchtung zur Ausendung eines modulierten Lichts, einem Lichtlaufzeitsensor, einer Beleuchtungsschaltung zum Betreiben der Beleuchtung, mit einem Taktgeber zur Erzeugung eines Modulationssignals, wobei der Lichtlaufzeitsensor mit einem Duty-Cycle von 50 % und die Beleuchtung zur Leistungseinstellung mit einem phasensynchronen PWM-Signal betrieben wird.

Description

Lichtlaufzeitkamerasystem mit einer einstellbaren optischen Ausgangsleistung
Derartige Lichtlaufzeitkamerasysteme bzw. 3D-TOF-Sensoren betreffen Systeme, die eine Laufzeitinformation aus der Phasenverschiebung einer emittierten und empfangenen Strahlung gewinnen. Als Lichtlaufzeit bzw. 3D-TOF-Kameras sind insbesondere PMD-Kameras mit Photomischdetektoren (PMD) geeignet, wie sie beispielsweise in der DE 197 04 496 C2 beschrieben und von der Firma 'ifm electronic GmbH’ oder 'pmdtechnologies ag' als Frame-Grabber 03D bzw. als CamCube zu beziehen sind. Die PMD-Kamera erlaubt insbesondere eine flexible Anordnung der Lichtquelle und des Detektors, die sowohl in einem Gehäuse als auch separat angeordnet werden können. Selbstverständlich sollen mit dem Begriff Kamera bzw. Kamerasystem auch Kameras bzw. Geräte mit mindestens einem Empfangspixel mit umfasst sein.
Aufgabe der Erfindung ist es die Performanz von Lichtlaufzeitkamerasystemen zu verbessern ohne Augensicherheit zu gefährden.
Die Aufgabe wird in vorteilhafter Weise durch das erfindungsgemäße Verfahren und dem System nach Gattung der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 schematisch ein Lichtlaufzeitkamerasystem,
Figur 2 eine modulierte Integration erzeugter Ladungsträger,
Figur 3 ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem Kamera und Beleuchtung
unterschiedlich moduliert werden
Figur 4 schematisch Kamera- und Beleuchtungsmodulationssignale entsprechend Ausführung gemäß Figur 3,
Figur 5 ein zweites Ausführungsbeispiel mit Zähler,
Figur 6 schematisch Kamera- und Beleuchtungsmodulationssignale entsprechend Ausführung gemäß Figur 5.
Figur 7 eine Impulsfolge einer gesamten Integrationszeit,
Figur 8 Impulsgruppen der gesamten Integrationszeit. Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
Figur 1 zeigt eine Messsituation für eine optische Entfernungsmessung mit einer Lichtlaufzeitkamera, wie sie beispielsweise aus der DE 197 04 496 A1 bekannt ist.
Das Lichtlaufzeitkamerasystem 1 umfasst eine Sendeeinheit bzw. ein
Beleuchtungsmodul 10 mit einer Beleuchtung 12 und einer dazugehörigen
Strahlformungsoptik 15 sowie eine Empfangseinheit bzw. Lichtlaufzeitkamera 20 mit einer Empfangsoptik 25 und einem Lichtlaufzeitsensor 22.
Der Lichtlaufzeitsensor 22 weist mindestens ein Laufzeitpixel, vorzugsweise auch ein Pixel-Array auf und ist insbesondere als PMD-Sensor ausgebildet. Die
Empfangsoptik 25 besteht typischerweise zur Verbesserung der
Abbildungseigenschaften aus mehreren optischen Elementen. Die
Strahlformungsoptik 15 der Sendeeinheit 10 kann beispielsweise als Reflektor oder Linsenoptik ausgebildet sein. In einer sehr einfachen Ausgestaltung kann ggf. auch auf optische Elemente sowohl empfangs- als auch sendeseitig verzichtet werden.
Das Messprinzip dieser Anordnung basiert darauf, dass ausgehend von der
Phasenverschiebung des emittierten und empfangenen Lichts die Laufzeit und somit die zurückgelegte Wegstrecke des empfangenen Lichts ermittelt werden kann. Zu diesem Zwecke werden die Lichtquelle 12 und der Lichtlaufzeitsensor 22 über einen Modulator 30 gemeinsam mit einem bestimmten Modulationssignal M0 mit einer Basisphasenlage fo beaufschlagt. Im dargestellten Beispiel ist ferner zwischen dem Modulator 30 und der Lichtquelle 12 ein Phasenschieber 35 vorgesehen, mit dem die Basisphase fo des Modulationssignals Mo der Lichtquelle 12 um definierte
Phasenlagen (pvar verschoben werden kann. Für typische Phasenmessungen werden vorzugsweise Phasenlagen von (pvar = 0°, 90°, 180°, 270° verwendet.
Entsprechend des eingestellten Modulationssignals sendet die Lichtquelle 12 ein intensitätsmoduliertes Signal Spi mit der ersten Phasenlage p1 bzw. p1 = fo + (pvar aus. Dieses Signal Spi bzw. die elektromagnetische Strahlung wird im dargestellten Fall von einem Objekt 40 reflektiert und trifft aufgrund der zurückgelegten
Wegstrecke entsprechend phasenverschoben Df(ίi_) mit einer zweiten Phasenlage P2 = fo + (pVar + Df(ίi_) als Empfangssignal SP2 auf den Lichtlaufzeitsensor 22. Im Lichtlaufzeitsensor 22 wird das Modulationssignal M0 mit dem empfangenen Signal Sp2 gemischt, wobei aus dem resultierenden Signal die Phasenverschiebung bzw. die Objektentfernung d ermittelt wird.
Als Beleuchtungsquelle bzw. Lichtquelle 12 eignen sich vorzugsweise Infrarot- Leuchtdioden. Selbstverständlich sind auch andere Strahlungsquellen in anderen Frequenzbereichen denkbar, insbesondere kommen auch Lichtquellen im sichtbaren Frequenzbereich in Betracht.
Das Grundprinzip der Phasenmessung ist schematisch in Figur 2 dargestellt. Die obere Kurve zeigt den zeitlichen Verlauf des Modulationssignals Mo mit der die Beleuchtung 12 und der Lichtlaufzeitsensor 22 angesteuert werden. Das vom Objekt 40 reflektierte Licht trifft als Empfangssignal SP2 entsprechend seiner Lichtlaufzeit ti_ phasenverschoben Df(ίi_) auf den Lichtlaufzeitsensor 22. Der Lichtlaufzeitsensor 22 sammelt die photonisch erzeugten Ladungen q über mehrere Modulationsperioden in der Phasenlage des Modulationssignals Mo in einem ersten Akkumulationsgate Ga und in einer um 180° verschobenen Phasenlage Mo + 180° in einem zweiten
Akkumulationsgate Gb. Aus dem Verhältnis der im ersten und zweiten Gate Ga, Gb gesammelten Ladungen qa, qb lässt sich die Phasenverschiebung Df(ίi_) und somit eine Entfernung d des Objekts bestimmen.
Alle Komponenten eines 3D-ToF-Kamerasystem wie Beleuchtung,
Beleuchtungstreiber, 3D-ToF-lmager, Linse, usw. besitzen Material und
Herstellungstoleranzen. Für ein 3D-ToF-Kamerasystem wirken sich diese Toleranzen in unterschiedlicher Leistung des individuellen Kamerasystems aus. Darüber hinaus sind bei Verwendung von Lasern in einem 3D-ToF-Kamerasystem die zulässigen Limits der optischen Ausgangsleistung im Hinblick auf Augensicherheit entsprechend der geltenden Richtlinien und Normen zu berücksichtigen.
Aufgabe der Erfindung ist es, Kamera individuelle Leistungsstreuungen zu
kompensieren. Hierbei sollte die optische Ausgangsleistung möglichst fein und linear einstellbar sein.
Die Augensicherheitsnormen sehen vor, dass Pulsfolgen bzw. Impulsgruppen im Wellenlängenbereich zwischen 400 nm bis 1050 nm unterhalb von 5 ps aufsummiert werden können. Für diese Pulslängen erfolgt die Leistungseinstellung linear. Längere Pulsfolgen als 5 ps werden in Abhängigkeit der Pulsfolgenlänge mit einem Faktor zur vierten Potenz behandelt. Eine Einstellung der Leistung beispielsweise mit Hilfe einer Pulsweitenmodulation, die auch Pulse länger als 5 ps erlaubt, wäre hochgradig nichtlinear und sehr komplex.
Erfindungsgemäß ist es für die Leistungseinstellung daher vorgesehen, nur Pulse kleiner 5 ps zu betrachten und für die Leistungseinstellung einen so genannten Duty- Cycle bzw. die Pulsweite einzustellen. Da sich die Pulsweite auf jeden einzelnen Puls auswirkt, kann somit die Leistung innerhalb einer Impulsgruppe IG, deren zeitliche Länge bzw. deren Gruppenzeit tic kleiner oder gleich 5 ps ist eingestellt werden, sodass gemäß Augensicherheitsnormen die Leistungsanpassung linear erfolgt. Somit kann die Pulsweiten-Anpassung zur linearen Abstimmung der optischen Ausgangsleistung f genutzt werden. Hierbei gilt:
Energie:
Figure imgf000005_0001
Leistung:
Figure imgf000005_0002
Figur 3 zeigt ein Lichtlaufzeitkamerasystem bei dem der Modulator 30 bzw.
Taktgeber 30 für die Lichtlaufzeitkamera 20 bzw. Lichtlaufzeitsensor 22 ein
Modulationssignal Mo mit einem Puls-Pausen-Verhältnis bzw. Duty-Cycle von 50 % sowie für die Beleuchtung 10 phasensynchron im gleichen Takt ein in der Pulsweite veränderbares Modulationssignal MO.PWM bereitstellt. Zur Durchführung von
Entfernungsmessungen kann das Signal wie bereits ausgeführt auch in der
Phasenlage (pvar eingestellt werden.
Figur 4 zeigt beispielhaft ein Modulationssignal Mo, MO.PWM von 50 MHz und einer entsprechenden Modulationsperiode von 20 ns, so dass sich in dem Zeitraum der gezeigten Impulsgruppe von 5 ps 250 Einschaltpulse und 250 Pausen verteilen. Einschaltpulse und Pausen sind im Modulationssignal Mo für den Lichtlaufzeitsensor 22 gleich lang und betragen dann jeweils 10 ns.
Für die Einstellung der Sendeenergie können die Pulsweiten des Modulationssignals MO.PWM für die Beleuchtung 10 verkürzt werden, wobei der Duty-Cycle nach oben jedoch auf 50 % begrenzt bleibt. Es kommt somit nur eine Verkürzung und keine Vergrößerung der Pulsweite in Betracht. Im vorliegenden Beispiel also Pulsweiten von < 10 ns.
Figur 5 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der anstatt einer gleichmäßigen
Veränderung der Pulsweite über alle Pulse über einen Zähler zu reduzierende Pulse ausgewählt werden.
Eine derartige PWM-Einstellung ist beispielhaft in Figur 6 gezeigt, bei der im gezeigten Fall der 3., 4., 5., 6. und 249. Puls durch den Zähler ausgewählt wurde und in der Pulsweite reduziert wurde.
Die gesamte Emissionsdauer fcnt eines Lichtlaufzeitkamerasystems beschränkt sich nicht auf eine 5 ps - Gruppe, sondern richtet sich nach der für die Aufgabenstellung notwendigen Integrationszeit bzw. - dauer tint des Lichtlaufzeitsensors. Beispielhaft ist in Figur 7 eine Integrationszeit von 1 ms gezeigt. Bei einem Modulationssignal von 50 MHz erfolgen in diesem Zeitraum 50.000 Einzelimpulsen PER.
Die gesamte Emissionsdauer t,nt kann, wie in Figur 8 gezeigt, dann in 200
Impulsgruppen IG aufgeteilt werden.
Kernidee der Erfindung ist es, wie bereits beschrieben, die Leistung der
abgestrahlten Leistung anhand von Pulsweitenänderungen innerhalb der 5 ps- Impulsgruppen einzustellen.
Gemäß Vorschriften für Augensicherheit für einen Klasse 1 Laser darf die
Gesamtenergie Emax,int bei einer Emissionsdauer von 1 ms einen Wert von 7,85 pJ nicht übersteigen. Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, diese Gesamtenergie Emax,int auf die während Emissionsdauer t,nt möglichen 5 ps-lmpulsgruppen
gleichmäßig zu verteilen. D.h. im Beispiel gemäß Figur 8
39 nj
Figure imgf000006_0001
ergibt sich hiernach eine maximale Impulsgruppenenergie Emax,iG Von 39 nJ. Zur Einstellung oder Regelung der Energie werden erfindungsgemäß 5 ps- Impulsgruppen berücksichtigt. Vorzugsweise wird die Energie der abgestrahlten Leistung auf 80 % bis 90 % der gemäß Augensicherheit oberen Grenze eingestellt. Also gemäß obigen Beispiel zwischen 31 und 35 nJ. So ergibt sich auch ein
Regelungsspielraum nach oben.
Ein solches Vorgehen ist wichtig, wenn insbesondere im Produktionsprozess die Lichtlaufzeitkameras auf gleichbleibende 3D-Performanz eingestellt wird. So können in einfacher Art und Weise technisch bedingte Streuungen in der Produktion ausgeglichen werden. Beispielsweise können die optischen Elemente in ihrer Lichtdurchlässigkeit schwanken, die Abstrahlgeometrie unterschiedlich ausgeprägt sein, die Quanteneffizienz des Lichtlaufzeitsensors variieren etc.
Dies hat zur Folge, dass Lichtlaufzeitkameras mit derselben Abstrahlenergie unterschiedliche 3D-Perfomanz aufweisen, die beispielsweise durch unterschiedliche Messgenauigkeiten in Erscheinung tritt.
Erfindungsgemäß ist es daher vorgesehen, die Lichtlaufzeitkamerasysteme vorzugsweise nicht im Hinblick auf eine maximal mögliche Abstrahlleistung zu optimieren, sondern im Hinblick auf eine gleichbleibende 3D-Performanz. So kann bei einer Erstkalibration in einer Produktionslinie zur Sicherstellung einer
gleichbleibenden Performanz die abgestrahlte Leistung ggf. auch reduziert werden, obwohl der Augensicherheitsgrenzwert nicht überschritten wurde.
Ferner kann es vorgesehen sein, dass bei einer Erstinbetriebnahme bzw. in einer Produktionsphase das Lichtlaufzeitkamerasystem die abgestrahlte Energie E zunächst in einem Bereich von 80 % bis 90 % der maximal zulässigen Energie Emax.int liegt. In der Produktionsphase kann dann durch Verändern der Pulsweiten die Leistung erhöht oder reduziert werden. Bezugszeichen
1 Lichtlaufzeitkamerasystem
10 Beleuchtungsmodul
12 Beleuchtung
20 Empfänger, Lichtlaufzeitkamera
22 Lichtlaufzeitsensor
30 Modulator, Taktgeber,
31 Zähler,
35 Phasenschieber, Beleuchtungsphasenschieber 40 Objekt
f, Df(ίi_) laufzeitbedingte Phasenverschiebungpvar Phasenlage
fo Basisphase
Mo Modulationssignal
p1 erste Phase
p2 zweite Phase
Sp1 Sendesignal mit erster Phase
Sp2 Empfangssignal mit zweiter Phase
Ga, Gb Integrationsknoten
d Objektdistanz
q Ladung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Lichtlaufzeitkamerasystems (1 ), wobei das Lichtlaufzeitkamerasystems (1 ) für eine Entfernungsmessung anhand einer Phasenverschiebung eines ausgesendeten und empfangenen, modulierten Lichts ausgebildet ist,
bei dem ein erstes Modulationssignal (Mo) für einen Lichtlaufzeitsensor (22) und ein zweites Modulationssignal (Mo, red) für eine Beleuchtung (10) erzeugt wird, wobei die Modulationssignale (Mo, MO.PWM) Einschaltimpulse und Pausen aufweisen
wobei für eine Entfernungsmessung die Beleuchtung (10) für eine
vorgegebenen Emissionsdauer (tjnt) betrieben wird,
wobei eine maximale Abstrahlenergie (Emaxjnt) der Beleuchtung (10) für die vorgegebene Emissionsdauer (tjnt) festgelegt ist und die Emissionsdauer (t,nt) in Impulsgruppen (IG) mit vorgegebener Gruppenzeitdauer (tic) aufgeteilt wird, wobei sich die maximale Abstrahlenergie (Emaxjc) für jede Impulsgruppe (IG) aus dem Verhältnis der maximalen Abstrahlenergie (Emaxjnt) und Anzahl (his) der Impulsgruppen (IG) innerhalb der Emissionsdauer (t,nt) entsprechend:
max,mt,
-•max,IG ergibt
nie
wobei die Abstrahlenergie (Emaxjnt) für die gesamte Emissionsdauer (tjnt) dadurch eingestellt wird, dass innerhalb einer jeden Impulsgruppe (IG) die Pulsweite wenigstens eines Einschaltpulses im Modulationssignal (M0,PWM) für die Beleuchtung (10) verändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
bei dem initial in einem Erstbetrieb und/oder in einer Produktionsphase des Lichtlaufzeitkamerasystems (1 ) die Beleuchtung (10) mit einer reduzierten Pulsweite betrieben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
bei dem in der Produktionsphase die Abstrahlenergie im Hinblick auf eine maximale Abstrahlenergie oder einer vorgegebenen 3D-Perfomanz eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die
Abstrahlenergie während des Betriebes kontrolliert und auf einen
vorgegebenen Sollwert geregelt wird.
5. Lichtlaufzeitkamerasystem (1 ) mit einer Beleuchtung (10) zur Ausendung
eines modulierten Lichts und einem Lichtlaufzeitsensor (22) zum Empfang des ausgesendeten und von einer Szene (40) reflektierten Lichts,
mit einem Modulator (30) zur Erzeugung eines Modulationssignals,
wobei das Lichtlaufzeitkamerasystem (1 ) zur Durchführung eines der vorgenannten Verfahren ausgebildet ist.
6. Verwendung eines der Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 4 oder Vorrichtung gemäß Anspruch 5 in einer Produktionslinie dergestalt, dass die abgestrahlte Energie im Hinblick auf eine vorgegebene 3D-Perfomanz eingestellt wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3572843B1 (de) * 2017-12-22 2024-01-10 Sony Semiconductor Solutions Corporation Signalerzeugungsvorrichtung

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021102870A1 (de) 2021-02-08 2022-08-11 Ifm Electronic Gmbh iTOF-Entfernungsmesssystem mit einem VCSEL im roten Spektralbereich
DE102021114295A1 (de) 2021-06-02 2022-12-08 Infineon Technologies Ag Verfahren und vorrichtung zum bestimmen eines intensitätswertes, der eine intensität von licht, das von einem objekt in einer szene reflektiert wird, darstellt

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19704496A1 (de) 1996-09-05 1998-03-12 Rudolf Prof Dr Ing Schwarte Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Phasen- und/oder Amplitudeninformation einer elektromagnetischen Welle
DE102010037744B3 (de) * 2010-09-23 2011-12-08 Sick Ag Optoelektronischer Sensor
DE102014210177B3 (de) * 2014-05-28 2015-07-16 Ifm Electronic Gmbh Lichtlaufzeitsensor

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19739409A1 (de) * 1997-08-28 1999-03-11 Siemens Ag Optische Sendeeinrichtung
EP1298449A3 (de) * 2001-09-21 2005-04-27 Leuze electronic GmbH + Co. Optischer Sensor
JP2010515577A (ja) * 2007-01-05 2010-05-13 ジーエスアイ・グループ・コーポレーション マルチパルス・レーザー加工のためのシステム及び方法
DE102011081561A1 (de) * 2011-08-25 2013-02-28 Ifm Electronic Gmbh Lichtlaufzeitkamerasystem mit Signalpfadüberwachung
CN104919332B (zh) * 2012-12-17 2017-04-05 Pmd技术股份公司 具有运动识别的光飞行时间照相机
US10771714B2 (en) * 2014-02-25 2020-09-08 Ams Sensors Singapore Pte. Ltd. Image sensor modules including primary high-resolution imagers and secondary imagers
DE102015221326A1 (de) * 2015-10-30 2017-05-04 pmdtechnologies ag Lichtlaufzeitkamerasystem
WO2017130996A1 (ja) * 2016-01-29 2017-08-03 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 距離測定装置
DE102016213217A1 (de) * 2016-07-20 2018-01-25 pmdtechnologies ag Lichtlaufzeitkamerasystem

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19704496A1 (de) 1996-09-05 1998-03-12 Rudolf Prof Dr Ing Schwarte Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Phasen- und/oder Amplitudeninformation einer elektromagnetischen Welle
DE19704496C2 (de) 1996-09-05 2001-02-15 Rudolf Schwarte Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Phasen- und/oder Amplitudeninformation einer elektromagnetischen Welle
DE102010037744B3 (de) * 2010-09-23 2011-12-08 Sick Ag Optoelektronischer Sensor
DE102014210177B3 (de) * 2014-05-28 2015-07-16 Ifm Electronic Gmbh Lichtlaufzeitsensor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3572843B1 (de) * 2017-12-22 2024-01-10 Sony Semiconductor Solutions Corporation Signalerzeugungsvorrichtung

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