DE102007012624B3

DE102007012624B3 - Apparatus to generate a three-dimensional distance image eliminates or corrects measurement errors through false reflections and the like

Info

Publication number: DE102007012624B3
Application number: DE102007012624A
Authority: DE
Inventors: Hermann Hoepken; Francesco Mirandola
Original assignee: SCHMERSAL K A HOLDING KG; KA Schmersal Holding GmbH and Co KG
Current assignee: SCHMERSAL K A HOLDING KG; KA Schmersal Holding GmbH and Co KG
Priority date: 2007-03-16
Filing date: 2007-03-16
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2027-03-17

Abstract

The apparatus to generate a three-dimensional distance image has a lamp (1) to deliver light waves and an opto-electronic sensor (2) to detect reflected light from object points. An amplitude modulator (7) gives amplitude modulation for two integration cycles at different frequencies in the light wave. It is linked to an evaluation unit (8) to detect a distance value from a comparison of the phases of the light wave caught in a focal point (4) and the transmitted light wave. A fault signal is generated if the comparison lies outside a measurement tolerance.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Aufnahme eines dreidimensionalen Abstandsbildes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 6.The The invention relates to a device and a method for receiving a three - dimensional distance image according to the preamble of Claim 1 or 6.

Zur räumlichen Erfassung von Objekten in einem Erfassungsraum sind Verfahren unter Verwendung einer Lichtlaufzeitmessung (TOF-Messung, engl. time of flight) bekannt, bei dem Licht zu einem Objekt ausgesandt und die Laufzeit eines vom Objekt reflektierten Lichtstrahls gemessen wird. Durch Punkt- bzw. pixelweise Abtastung ist die Aufnahme eines dreidimensionalen Abstandsbildes des Objekts bzw. eines Erfassungsraums möglich.to spatial Capture of objects in a detection space are under Using a time of flight measurement (TOF measurement, time of Flight), in which light emitted to an object and the Running time of a reflected light beam from the object is measured. By point or pixel-by-pixel scanning, the recording of a three-dimensional Distance image of the object or a detection space possible.

Bei der Lichtlaufzeitmessung werden Lichtwellen von einem Objekt reflektiert und aufgrund ihrer endlichen Ausbreitungsgeschwindigkeit über den zurückzulegenden Weg wird eine Zeitverzögerung verursacht. Aus der Zeitverzögerung kann abhängig vom eingesetzten Verfahren der Laufzeitmessung die Information über den Abstand zum Objekt direkt oder aus der entstehenden Phasendifferenz der gesendeten und der empfangenen reflektierten Signale zurückgewonnen werden, so daß man zwischen einem direkten Verfahren und einem Verfahren unter Vergleich der Phasenlage zwischen gesendetem und empfangenem Licht unterscheiden kann.at The light transit time measurement reflects light waves from an object and because of their finite velocity of propagation over the to be covered Way becomes a time delay caused. From the time delay can depend on used methods of transit time measurement information about the Distance to the object directly or from the resulting phase difference of the transmitted and received reflected signals so that you can between a direct method and a method under comparison distinguish the phase relationship between transmitted and received light can.

Allen Verfahren liegt die Beziehung v = d/t = 2R/t zugrunde, bei der v die Ausbreitungsgeschwindigkeit der gesendeten Welle, t die gemessene Laufzeit und d die zurückgelegte Distanz zwischen Sender-Objekt-Empfänger ist, die sich zu 2R vereinfacht, sofern es sich um einen Sender/Empfänger handelt und R der Abstand zwischen Sender/Empfänger und dem Objekt ist.All procedures are related v = d / t = 2R / t basis, where v is the propagation velocity of the transmitted wave, t is the measured transit time and d is the distance traveled between the transmitter-object receiver, which simplifies to 2R, if it is a transmitter / receiver and R is the distance between transmitter / receiver Receiver and the object is.

Unter Berücksichtigung von s(t) = Asin(2πft)für das ausgesendete Lichtsignal mit A als Amplitude und f als Frequenz des modulierten Lichts und r(t) = Asin(2πft – ϕ) für das reflektierte, empfangene Lichtsignal mit einer Phasenverschiebung ϕ mit ϕ = 2R/v ergibt sich die Phasenverschiebung als proportional zur Entfernung zu R = vϕ/4πf Taking into account s (t) = Asin (2πft) for the emitted light signal with A as the amplitude and f as the frequency of the modulated light and r (t) = Asin (2πft - φ) for the reflected, received light signal with a phase shift φ with φ = 2R / v the phase shift is proportional to the distance to R = vφ / 4πf

Systeme die eine Auswertung der Phasenlage des reflektierten Lichts zur Laufzeitberechnung nutzen, sind als PMDs bekannt. Durch Fremdreflektionen des gesendeten amplitudenmodulierten Lichts kann die Laufstrecke des Lichts zwischen Sender und dem zu messenden Objekt merklich verlängert werden, wodurch eine scheinbar verlängerte Meßstrecke gemessen wird. Zudem mischt sich die Phaseninformation der Wegstrecke ohne Fremdreflektionen, d.h. der „realen" doppelten Wegstrecke zwischen Sender/Empfänger und Objekt mit der später eintreffenden Phaseninformation der verlängerten Meßstrecke zwischen Sender/Empfänger-Fremdreflektion-Objekt. Das direkte Verfahren mit einer Messung der Lichtlaufzeit, TOF, kennt dieses Problem nicht, da die erste reflektierte Lichtwelle den Laufzeitzähler anhält und somit die durch Fremdreflektionen verzögerten Lichtwellen nicht mehr die Messung beeinflussen können.systems an evaluation of the phase position of the reflected light to Using runtime calculations are known as PMDs. By foreign reflections of the transmitted amplitude modulated light, the running distance of the light between the transmitter and the object to be measured noticeably be extended causing a seemingly prolonged measuring distance is measured. In addition, the phase information of the route mixes without extraneous reflections, i. the "real" double distance between transmitter / receiver and Object with the later arriving Phase information of the extended measuring section between transmitter / receiver external reflection object. The direct method with a measurement of the light transit time, TOF, does not know this problem, since the first reflected light wave the runtime counter persists and thus the light waves delayed by external reflections no longer can influence the measurement.

Die Anwendung eines solchen PMD-Systems ist aus diesem Grund in der Sicherheitstechnik zur Automatisierung und einer Anwendung im Bereich des Personenschutzes nicht möglich, da nicht sicher erkannt werden kann, ob durch irgendwelche Fremdreflektionen an Flächen im Erfassungsraum das Meßergebnis derart verfälscht ist, daß der errechnete Abstand eines Objekts in Bezug auf einen zuvor definierten Sicherheitsbereich unzulässig verfälscht wird.The Application of such a PMD system is for this reason in the Safety technology for automation and an application in the field of personal protection not possible, because it can not be reliably detected, whether by any third-party reflections on surfaces in the detection area the measurement result falsified like that is that the calculated distance of an object with respect to a previously defined Security area inadmissible falsified becomes.

Aus WO 98/10255 A1 ist eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 bzw. 6 bekannt, bei der bzw. bei dem Bildpunktelemente als photonische Mischelemente ausgebildet sind.Out WO 98/10255 A1 is a device or a method according to the preambles of claims 1 and 6, respectively, are known in which or at the pixel elements are designed as photonic mixing elements.

Aus DE 100 21 590 A1 ist eine optoelektronische Vorrichtung zur Detektion von Objekten in einem Überwachungsbereich bekannt. Zum Überwachen eines fehlerfreien Betriebs werden durch eine Sendepause getrennt unterschiedlich modulierte Lichtsignale in den Überwachungsbereich ausgesendet.Out DE 100 21 590 A1 For example, an opto-electronic device for detecting objects in a surveillance area is known. For monitoring a fault-free operation, differently modulated light signals are emitted into the monitored area separately by a transmission pause.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Aufnahme eines dreidimensionalen Abstandsbildes eines Erfassungsraumes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 6 zu schaffen, mit der bzw. dem eine einfache Möglichkeit gegeben ist, Fehlmessungen aufgrund von Fremdreflektionen oder dergleichen zu detektieren und diese auszutasten bzw. zu korrigieren.task The invention is therefore a device or a method for receiving a three-dimensional distance image of a detection space According to the preamble of claim 1 or 6 to create, with the or the one simple way is given, incorrect measurements due to foreign reflections or the like to detect and disable this or correct.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 6 gelöst.These The object is solved by the features of claims 1 and 6, respectively.

Hierdurch wird eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Aufnahme eines dreidimensionalen Abstandsbildes eines Erfassungsraumes geschaffen, bei der bzw. dem eine Lichtquelle als aktive Beleuchtungseinrichtung vorgesehen ist, die zum Senden einer Lichtwelle in den Erfassungsraum ausgestaltet ist. Es wird ein bildpunktauflösender optoelektronischer Sensor verwendet, der die an Objektpunkten im Erfassungsraum reflektierten Lichtwellen detektiert. Für die Bildpunktelemente des Sensors ist eine Integrationszeit über eine Steuereinheit einstellbar, während der die Lichtwelle erfaßt wird. Ein Amplitudenmodulator moduliert die ausgesendete Lichtwelle für zumindest zwei aufeinanderfolgende Integrationszyklen mit unterschiedlichen Frequenzen in der Amplitude. Der Amplitudenmodulator ist sowohl mit der Lichtquelle als auch mit einer Auswerteeinheit verbunden, die aus einem Vergleich der Phasenlage der in einem Bildpunkt erfaßten Lichtwelle zu der Phase der ausgesendeten Lichtwelle eine entfernungsabhängige Phasenverschiebung erfaßt und daraus einen Abstandswert für jede erfaßte Lichtwelle bei beiden Integrationszyklen ermittelt.As a result, a device or an Ver provided for receiving a three-dimensional distance image of a detection space, in which or a light source is provided as an active lighting device, which is designed to send a light wave in the detection space. A pixel-resolving opto-electronic sensor is used which detects the light waves reflected at object points in the detection space. For the pixel elements of the sensor, an integration time via a control unit is adjustable, during which the light wave is detected. An amplitude modulator modulates the emitted light wave for at least two consecutive integration cycles with different frequencies in amplitude. The amplitude modulator is connected both to the light source and to an evaluation unit which detects a distance-dependent phase shift from a comparison of the phase position of the light wave detected in a pixel to the phase of the emitted light wave and determines therefrom a distance value for each detected light wave in both integration cycles.

Aus einem Vergleich der errechneten Abstandswerte für einen Bildpunkt der zwei aufeinanderfolgenden Integrationszyklen ist ein Fehlersignal ableitbar, da bei dem Vorhandensein von Fremdreflektionen ein Unterschied der beiden ermittelten Abstandswerte vorliegt.Out a comparison of the calculated distance values for one pixel of the two successive integration cycles, an error signal can be derived, there is a difference in the presence of extraneous reflections two determined distance values is present.

Beispielhaft sei die Verwendung der Frequenzen zur Amplitudenmodulation der aktiven Lichtquelle bei zwei aufeinanderfolgenden Integrationszyklen von 20 MHz und 15 MHz genannt. Das Meßergebnis der beiden ermittelten Abstandwerte aus der Phasendifferenz zwischen der gesendeten und der empfangenen Phasenlage jedes einzelnen Bildpunkts wird um eine Größe von 25% des Wertes in Bezug auf die Grundfrequenz verschoben. Der gemessene Abstandswert sollte bei Nicht-Vorhandensein von Fremdreflektionen abgesehen von Toleranzabweichungen gleich sein. Im Falle von Fremdreflektionen oder dergleichen ist der Unterschied signifikant bemerkbar. Daraus ist ein Fehlersignal für die Bildpunkte erzeugbar, bei denen diese signifikante Abweichung auftritt. Dadurch können die Bildpunkte, bei denen ein Fehlersignal vorliegt, ausgetastet werden. Ferner ist neben der Erkennung von Fremdreflektionen durch die Dynamisierung über die wechselnde Modulationsfrequenz eine Möglichkeit zu der notwendigen Fehlererkennung zum Einsatz des Meßsystems innerhalb einer sicherheitsgerichteten Applikation gegeben. Die Elektronik jedes einzelnen Bildpunkts zur Erkennung der Phasenlage als auch die komplette Taktkette zur Ausgabe der Information wird durch die Umtastung der Modulationsfrequenz nach jedem kompletten Integrationszyklus mit anderen Eingangswerten beaufschlagt. Nach der Berechnung zur Erfassung der Abstandswerte müssen diese bei einer korrekt funktionierenden Vorrichtung zu einem gleichen Ergebnis innerhalb von geringen Fehlertoleranzen führen. Auch eine fehlerhafte Vorrichtung beispielsweise mit defekten Bildpunktelementen oder defekten Teilen der anschließenden Auswertelektronik führt nach der Berechnung mit unterschiedlichen Parametern für die geänderte Modulationsfrequenz zu anderen, d.h. „springenden", Ergebnissen der Werte für den Abstand. Wenn für ein Bildpunktelement unterschiedliche Abstandswerte bei unterschiedlicher Modulationsfrequenz ermittelt werden, sind die Bildpunktelemente als fehlerhaft zu behandeln.exemplary let's use the frequencies for amplitude modulation of the active Light source for two consecutive integration cycles of 20 MHz and 15 MHz. The measurement result of the two determined Distance values from the phase difference between the sent and the received phase angle of each pixel is a Size of 25% the value shifted with respect to the fundamental frequency. The measured Distance value should be in case of non-existence of foreign reflections except for tolerance deviations equal be. In the case of extraneous reflections or the like, the difference is significantly noticeable. This is an error signal for the pixels producible, where this significant deviation occurs. Thereby can the pixels where an error signal is present, blanked become. Furthermore, in addition to the detection of extraneous reflections by the dynamization over the changing modulation frequency one way to the necessary Error detection for use of the measuring system within a safety-related application given. The electronics of each pixel for detection the phase position as well as the complete clock chain for the output of the Information is lost by keying the modulation frequency every other integration cycle with different input values. After calculating the distance values, these must be for a properly functioning device to a same Result within low fault tolerances. Also a faulty device, for example, with defective pixel elements or defective parts of the subsequent evaluation electronics leads to the calculation with different parameters for the changed modulation frequency to others, i. "Jumping", results of Values for the distance. If for a pixel element different distance values at different Modulation frequency are determined, the pixel elements to treat as faulty.

Um die fehlerhafte Erfassung von Abstandswerten weiter zu verbessern, ist es bevorzugt vorgesehen, daß die Phasenlage der Modulation der ausgesendeten Lichtwelle um einen vordefinierten Winkel, beispielsweise 180°, umgetastet wird.Around to further improve the erroneous detection of distance values, it is preferably provided that the Phase of the modulation of the emitted light wave by one predefined angle, for example, 180 °, is keyed.

Auch hiermit wird die Aufnahmekette zur Aufnahme des dreidimensionalen Abstandsbilds dynamisiert. Aus unterschiedlichen Abstandswerten für zwei ausgesendete Lichtwellen, von denen eine eine um 180° umgetastete Phasenlage aufweist, kann auf eine fehlerhafte Messung für das Bildpunktelement geschlossen werden.Also hereby the recording chain for recording the three-dimensional Distance image dynamized. From different distance values for two emitted light waves, one of which is reversed by 180 ° Phase has closed, can be concluded on a faulty measurement for the pixel element become.

Bevorzugt wird die Lichtwelle bei dem ersten Integrationzyklus mit einer Frequenz zwischen 15 und 25 MHz, vorzugsweise 20 MHz, moduliert, um eine maximal meßbare Distanz D mit

von mehr als 7,5 m zu erhalten. Während des zweiten Integrationszyklus wird mit einer niedrigeren Frequenz zwischen 10 und 20 MHz, insbesondere bevorzugt mit 15 MHz, moduliert, um einerseits noch die geforderte maximale Meßdistanz zu erreichen und zum anderen eine signifikante Abweichung bei Fremdreflektionen oder dergleichen bei einer ungefähr 25%-Änderung der Frequenz zu erreichen. Für die Änderung der Frequenz ist eine 20%- bis 30%-Änderung bevorzugt.In the first integration cycle, the light wave is preferably modulated with a frequency between 15 and 25 MHz, preferably 20 MHz, by a maximum measurable distance D with

of more than 7.5 m. During the second integration cycle is modulated with a lower frequency between 10 and 20 MHz, particularly preferably 15 MHz, on the one hand still to achieve the required maximum measuring distance and on the other a significant deviation in external reflections or the like with an approximately 25% change in Frequency to reach. For changing the frequency, a 20% to 30% change is preferred.

Bevorzugt wird die Integrationszeit durch die Steuereinheit kontinuierlich an die Licht- und Reflektionsverhältnisse der Applikation angepaßt, um einerseits bei dunklen Objekten die Phasenverschiebungen des reflektierten Lichtes an den einzelnen Bildpunktelementen deutlich oberhalb des Rauschens der Elektronik erfassen zu können, d.h. durch eine lange Integrationszeit liegt das zur Auswertung vorhandene elektrische Signal des Bildpunktelements oberhalb eines „Rauschschwellwertes", als andererseits auch bei stark reflektierenden Objekten unterhalb der Überlaufs der Ladungsintegrationskondensatoren der Bildpunktelemente zu bleiben, d.h. durch eine kurze Integrationszeit liegt das zur Auswertung vorhandene elektrische Signal des Bildpunktelementes unterhalb Auswertung vorhandene elektrische Signal des Bildpunktelementes unterhalb eines „Überlaufschwellwertes", um auch diese Objekte im gleichen Meßzyklus noch erfassen zu können.The integration time is preferably continuously adapted by the control unit to the light and reflection conditions of the application in order to be able to detect the phase shifts of the reflected light at the individual pixel elements significantly above the noise of the electronics in the case of dark objects, ie by a long integration time Evaluation existing electrical signal of the pixel element above a "noise threshold", as to remain on the other hand, even with highly reflective objects below the overflow of the charge integration capacitors of the pixel elements, ie by a short integration time is off Evaluation existing electrical signal of the pixel element below evaluation existing electrical signal of the pixel element below an "overflow threshold" to even these objects in the same measurement cycle can still detect.

Um eine ausreichende Dynamik zu realisieren, ist der optoelektronische Sensor vorzugsweise ein CMOS-Sensor.Around To realize sufficient dynamics is the optoelectronic Sensor preferably a CMOS sensor.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The The invention will be described below with reference to the accompanying drawings illustrated embodiments explained in more detail.

1 zeigt einen direkten Strahlengang in einer prinzipiellen Darstellung; 1 shows a direct beam path in a schematic representation;

2 zeigt einen Strahlengang mit Fremdreflektionen in einer prinzipiellen Darstellung; 2 shows a beam path with external reflections in a schematic representation;

3 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Prinzipschaltung. 3 shows the device according to the invention in a circuit principle.

1 zeigt einen Strahlengang, wie er bei einer Vorrichtung zur Aufnahme eines dreidimensionalen Abstandsbildes auftreten kann. Von einer Lichtquelle 1 als aktiver Beleuchtungseinrichtung wird eine in der Amplitude mit fester Frequenz modulierte Lichtwelle in einen Erfassungsraum ausgesendet. Ein optoelektronischer Sensor 2 detektiert die an einem Objekt 3 im Erfassungsraum reflektierten Lichtwellen. Der Sensor 2 umfaßt eine Vielzahl von Bildpunktelementen 4, die in Form einer Matrix bzw. eines „Arrays" angeordnet sind. Die Bildpunktelemente 4 des Sensors 2 sind seriell zeilenweise oder auch wahlfrei auslesbar, wobei unter wahlfrei jede Reihenfolge – auch zeilenweise – zu verstehen ist. Für die Bildpunktelemente 4 ist eine Integrationszeit durch eine in 3 gezeigte Steuereinheit 5 einstellbar. Ferner kann die Steuereinheit 5 die Lichtquelle 1 steuern, so daß eine Korrelation zwischen Aussenden der Lichtwellen durch die Lichtquelle 1 und dem Erfassen von Lichtwellen in den einzelnen Bildpunkten des optoelektronischer Sensors 2 über die Steuereinheit 5 möglich ist. 1 shows a beam path, as it can occur in a device for receiving a three-dimensional distance image. From a light source 1 As an active illumination device, a light wave modulated in the fixed-frequency amplitude is emitted into a detection space. An optoelectronic sensor 2 detects the on an object 3 reflected in the detection space light waves. The sensor 2 includes a plurality of pixel elements 4 which are arranged in the form of a matrix or an "array." The pixel elements 4 of the sensor 2 are serial read line by line or also optionally, whereby under arbitrary each order - also line by line - is to be understood. For the pixel elements 4 is an integration time by an in 3 shown control unit 5 adjustable. Furthermore, the control unit 5 the light source 1 control, so that a correlation between emission of light waves by the light source 1 and detecting light waves in the individual pixels of the optoelectronic sensor 2 via the control unit 5 is possible.

Aus 2 ist ersichtlich, daß Fremdreflexionen, d.h. Reflexionen, die nicht alleine am zu erfassenden Objekt 3 auftreten, den Lichtweg der ausgesendeten Lichtwelle verlängern und es durch diese Reflektionen an einem Objekt 6 zu einer Fehlmessung kommt. Die Phaseninformation der „realen" doppelten Wegstrecke zwischen Lichtquelle 1 und Objekt 3 mischt sich innerhalb eines Bildpunkts 4 des optoelektronischer Sensors 2 mit der zusätzlich verschobenen Phaseninformation der verlängerten Meßstrecke zwischen Lichtquelle 1, dem Objekt 6 und Objekt 3.Out 2 It can be seen that extraneous reflections, ie reflections that are not alone on the object to be detected 3 occur, extend the light path of the emitted light wave and it through these reflections on an object 6 comes to a wrong measurement. The phase information of the "real" double distance between light source 1 and object 3 mixes within a pixel 4 of the optoelectronic sensor 2 with the additionally shifted phase information of the extended measuring path between the light source 1 , the object 6 and object 3 ,

3 zeigt einen schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Aufnahme eines dreidimensionalen Abstandsbildes, bei der ein Amplitudenmodulator 7 vorgesehen ist. Der Amplitudenmodulator 7 moduliert die Amplitude der ausgesendeten Lichtwelle mit unterschiedlicher Frequenz in zumindest zwei aufeinanderfolgenden Integrationszyklen, d.h. der Amplitudenmodulator 7 prägt der ausgesendeten Lichtwelle während eines Integrationszyklus eine Helligkeitsmodulation mit konstanter Frequenz auf. Der Amplitudenmodulator 7 kann Teil der Steuereinheit 5 oder separat von dieser ausgestaltet sein. 3 shows a schematic structure of a device for receiving a three-dimensional distance image, in which an amplitude modulator 7 is provided. The amplitude modulator 7 modulates the amplitude of the transmitted light wave with different frequency in at least two consecutive integration cycles, ie the amplitude modulator 7 imposes a constant frequency brightness modulation on the emitted lightwave during an integration cycle. The amplitude modulator 7 can be part of the control unit 5 or be designed separately from this.

Eine Auswerteeinheit 8 ist vorgesehen, die aus einem Vergleich der Phasenlage der in einem Bildpunktelement 4 erfaßten Lichtwelle, die aus dem Erfassungsraum reflektiert wird, und der Phasenlage der Modulation der ausgesendeten Lichtwelle einen Abstandswert für jeden Integrationszyklus ermittelt. Für die Durchführung des Vergleichs ist die Auswerteeinheit 8 mit dem Amplitudenmodulator 7 bzw. der Steuereinheit 5 verbunden. Die Auswerteeinheit 8 erhält die für die bei dem jeweiligen Integrationszyklus verwendete Modulationsfrequenz der ausgesendeten Lichtwellen und liest die Phasenlageninformation jedes Bildpunktelements 4 des Sensors 2 aus. Die Auswerteeinheit 8 kann die Information über die Phasenlage der ausgesendeten Lichtwellen vom Amplitudenmodulator 7 oder einem Frequenzgenerator 9 innerhalb der Steuereinheit 5 erhalten.An evaluation unit 8th is provided, which consists of a comparison of the phase position of in a pixel element 4 detected light wave, which is reflected from the detection space, and the phase position of the modulation of the emitted light wave determines a distance value for each integration cycle. The evaluation unit is to carry out the comparison 8th with the amplitude modulator 7 or the control unit 5 connected. The evaluation unit 8th obtains the modulation frequency of the emitted light waves used for the respective integration cycle and reads the phase angle information of each pixel element 4 of the sensor 2 out. The evaluation unit 8th can the information about the phase angle of the emitted light waves from the amplitude modulator 7 or a frequency generator 9 within the control unit 5 receive.

Sofern ein Objekt 6 den Lichtlaufweg der ausgesendeten und erfaßten Lichtwelle verlängert, ermittelt die Auswerteeinheit 8 aus dem Phasenvergleich zwischen ausgesendeter und am Bildpunktelement 4 erfaßter Lichtwelle einen unterschiedlichen Abstandswert für die unterschiedlichen Frequenzen der amplitudenmodulierten Lichtwellen. Wenn bei zwei aufeinanderfolgenden Integrationszyklen die ausgesendete Lichtwelle mit unterschiedlichen Frequenzen amplitudenmoduliert wird, beispielsweise einmal mit 20 MHz und einmal mit 15 MHz, so wird eine unterschiedliche Phasenlage für die beiden Integrationszyklen aufgrund der unterschiedlichen Frequenzen der Modulation ermittelt. Die Auswerteeinheit 8 kann ein Fehlersignal für das Bildpunktelement 4 liefern, wenn nach der Berechnung des Abstandes aus der Phasenlage und der Modulationsfrequenz der Vergleich dieser Werte zu einer außerhalb der zugestandenen Meßtoleranz liegenden Abweichung zwischen den beiden Abstandswerten führt. Es wird demnach die Phaseninformation ein und desselben Bildpunktelements 4 für die beiden Integrationszyklen mit unterschiedlicher Modulationsfrequenz bestimmt. Aus dem Vergleich der Phasenlage und Modulationsfrequenz aus der Steuereinheit 5 mit der erfaßten Phasenlage an dem Bildpunktelement 4 läßt sich der Abstandswert für dieses Bildpunktelement 4 jeweils bestimmen.If an object 6 extends the light path of the transmitted and detected light wave, determines the evaluation 8th from the phase comparison between emitted and at the pixel element 4 detected light wave a different distance value for the different frequencies of the amplitude modulated light waves. If, during two consecutive integration cycles, the emitted lightwave is amplitude modulated with different frequencies, for example once at 20 MHz and once at 15 MHz, a different phase position is determined for the two integration cycles due to the different frequencies of the modulation. The evaluation unit 8th may be an error signal for the pixel element 4 if, after the calculation of the distance from the phase position and the modulation frequency, the comparison of these values leads to a deviation between the two distance values which is outside the permitted measuring tolerance. It therefore becomes the phase information of one and the same pixel element 4 determined for the two integration cycles with different modulation frequency. From the comparison of the phase position and modulation frequency from the control unit 5 with the detected phase position on the pixel element 4 can the distance value for this pixel element 4 determine each.

Claims

Device for taking a three-dimensional distance image with a light source ( 1 ), which is designed to transmit a light wave into a detection space, an optoelectronic sensor ( 2 ), which detects the light waves reflected at object points in the detection space, wherein the sensor ( 2 ) a plurality of pixel elements ( 4 ), which are selectively readable and for the pixel elements ( 4 ) an integration time by a control unit ( 5 ), characterized in that an amplitude modulator ( 7 ) is provided which modulates the emitted light wave in amplitude for two successive integration cycles with different frequency, and an evaluation unit ( 8th ) with the amplitude modulator ( 7 ) is compared with the from a comparison of the phase position of in a pixel element ( 4 ) detected light wave and the phase angle of the emitted light wave, a distance value for each of the two integration cycles can be determined, and the evaluation unit ( 8th ) for a comparison of the distance values for a pixel element ( 4 ) is configured on the two consecutive integration cycles, and an error signal for the pixel element ( 4 ) from the evaluation unit ( 8th ) is available if the comparison results in a deviation between the distance values outside of the measurement tolerance.

Device according to Claim 1, characterized in that the amplitude modulator ( 7 ) for keying the modulation of the emitted light wave, in response to a signal of the control unit ( 5 ) is designed to a predefined angle.

Device according to Claim 1 or 2, characterized in that the amplitude modulator ( 7 ) for a frequency modulation of the light wave of m MHz and n MHz, in dependence on a signal of the control unit ( 5 ), wherein the difference between m and n is between about 20 to 30%.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the control unit ( 5 ) Signals of the pixel elements ( 4 ) to adjust the integration time.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the sensor ( 2 ) is a CMOS sensor.

Method for recording a three-dimensional distance image in a detection space using a pixel-resolving and optionally readable opto-electronic sensor ( 2 ), comprising the steps of illuminating the detection space with a light source ( 1 ) emitted light waves, detecting light waves reflected at object points in the detection space on pixel elements ( 4 ) of the sensor ( 2 ) over an integration time, characterized by selecting two different modulation frequencies of the emitted light waves for two consecutive integration cycles and determining distance values from a comparison of the phase position of the in a pixel element ( 4 ) detected light waves and the phase of the emitted light waves for each of the two consecutive integration cycles, detecting an error for a pixel element ( 4 ) in the presence of a deviation of the two successive integration cycles for the pixel element that is outside the permitted measuring tolerance ( 4 ) determined distance values.

Method according to Claim 6, characterized that the Phase of the modulation by a predetermined angle between the two integration cycles are keyed.

Method according to claim 6 or 7, characterized that as Modulation frequency for one of the two integration cycles, m MHz and in the other of the two integration cycles, n MHz is chosen, the difference between m and n being between about 20 to 30%.

Method according to one of claims 6 to 7, characterized that the Integration cycles on light and reflection conditions in the detection space below Use of a noise threshold and an overflow threshold for the integration time customized become.

Method according to one of claims 6 to 9, characterized in that as a sensor ( 2 ) a CMOS sensor is used.