;pacenet - Bibliographic data
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`2/8/2019, 11
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`54A
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`Notice
`
`This translation is machine-generated. It cannot be guaranteed that it is intelligible, accurate,
`
`complete, reliable or fit for specific purposes. Critical decisions, such as commercially relevant or
`
`financial decisions, should not be based on machine-translation output.
`
`CLAIMS DE102013207148
`
`1 .
`
`A light transit time camera (20) for a light transit time camera system (1), characterized in that the
`
`light transit time camera (20) is designed to receive a preferred light polarization.
`
`2.
`
`Illumination (10) for a light transit time camera system (1), characterized in that the illumination
`
`(1 O) is designed to emit a polarized light.
`
`3.
`
`The lighting (10) of claim 2, wherein a light source of the illumination produces a polarized light.
`
`4.
`
`Illumination (10) according to one of Claims 2 or 3, in which a polarization filter (28) is arranged in
`the outlet beam of the illumination.
`
`5.
`
`A light transit time camera system (1) with a time of flight camera (20) and a light (10) according to
`
`one of the preceding claims.
`
`08-02-2019
`
`1
`
`

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`“9’
`
`51.7%
`
`”mm”
`Patent- und Markenamt
`
`H||Hii||||HIiHIHIIHIH|H||1|H||||HHIHIHIliHilllHiIHlillHliliHlliHlilHIHII‘IH‘IIIHilHiIIiHIHIIHHIIHII‘
`
`(10) DE 10 2013 207 148 A1 2013.11.07
`
`(12>
`
`Offenlegungssch rift
`
`(21) Aktenzeichen: 10 2013 207148.5
`(22) Anmeldetag: 19.04.2013
`(43) Offenlegungstag: 07.11.2013
`
`(51) Int Cl-1 GO1S 7/499 (2013.01)
`G013 17/89 (2013-01)
`6015 7/493 (2013.01)
`6018 7/481 (2013.01)
`G01B 11/24 (2013.01)
`
`
`(66) Innere Prioritét:
`10 2012 207 330.2
`
`03.05.2012
`
`(72) Erfinder:
`Forster, Florian, Dr., 88069, Tettnang, DE
`
`
`
`(71) Anmelder:
`ifm electronic gmbh, 45128, Essen, DE
`
`PrUfungsantrag geméfS § 44 PatG ist gestellt.
`
`Die folgenden Angaben sind den vom Anmelder eingereichten Unterlagen entnommen
`
`(54) Bezeichnung: Lichtlaufzeitkamerasystem
`
`(57) Zusammenfassung: Lichtlaufzeitkamera (20) oder Be-
`leuchtung (10) fUr ein Lichtlaufzeitkamerasystem (1), bei
`der die Lichtlaufzeitkamera (20) for den Empfang einer be—
`vorzugten Lichtpolarisation ausgebildet ist und/oder die Be-
`leuchtung (10) fijreine Abstrahlung eines polarisierten Lichts
`ausgebildet ist.
`
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`40
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`

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`DE 10 2013 207148 A1
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`2013.11.07
`
`Beschreibung
`
`[0001] Die Erfindung betrifft ein Lichtlaufzeitkamera—
`system, das zumindest fiir einen Empfang einer be-
`vorzugten Polarisationsrichtung ausgebildet ist nach
`Gattung des unabhangigen Anspruchs.
`
`[0002] Als Tiefenbildkamera wird insbesondere eine
`PMD-Lichtlaufzeitkamera vorgeschlagen, wie sie u.a.
`in den Anmeldungen EP 1 777 747, US 6 587 186
`und auch DE 197 04 496 als Photomischdetektoren
`
`beschrieben und beispielsweise von der Firma ,ifm
`electronic gmbh' als OBD-Kamera zu beziehen sind.
`Die PMD-Kamera erlaubt insbesondere eine flexible
`
`Anordnung der Lichtquelle und des Detektors, die so-
`wohl in einem Gehéuse als auch separat angeordnet
`werden konnen. Mit PMD-Lichtlaufzeitkamera sollen
`
`insbesondere auoh aquivalente Systeme mit umfasst
`sein, die eine Entfernungsinformation aus einer Pha-
`senverschiebung des gesendeten und empfangenen
`Lichts gewinnen.
`
`[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, die Genauigkeit
`der Entfernungsmessung zu verbessern.
`
`[0004] Die Aufgabe wird in vorteilhafter Weise durch
`die Vorrichtungen nach Gattung der unabhangigen
`Anspriiche gelost.
`
`[0005] Vorteilhaft ist eine Lichtlaufzeitkamera ftir ein
`Lichtlaufzeitkamerasystem vorgesehen, bei dem die
`Beleuchtung polarisiertes Licht aussendet und die
`Lichtlaufzeitkamera fiir den Empfang einer bevor—
`zugten Lichtpolarisation ausgebildet ist. Durch die-
`ses Vorgehen konnen beispielsweise Mehrwegaus-
`breitungen, z.B. durch reflektierende Oberflachen,
`durch geeignete Wahl der Polarisationsrichtung an
`der Lichtlaufzeitkamera ausgeblendet werden, und
`somit die Genauigkeit der Entfernungsmessung ver-
`bessert werden.
`
`[0006] So kann zum einen die Polarisationsrichtung
`der Beleuchtung auf die Polarisationsrichtung der
`Lichtlaufzeitkamera fijr ein besonders gtinstiges Si-
`gnal-Rauschverhaltnis abgestimmt werden. Zum an-
`deren besteht die Moglichkeit, bei einer Lichtlaufzeit-
`kamera ohne bevorzugte Polarisationsrichtung, die
`Polarisation der Beleuchtung so einzustellen, dass
`storende Lichtreflektionen an Oberflachen reduziert
`werden.
`
`[0007] Besonders giinstig ist es, wenn eine Licht-
`quelle der Beleuchtung ein polarisiertes Licht erzeugt
`und/oder im Austrittstrahl der Beleuchtung ein Pola—
`risationsfilter angeordnet ist.
`
`[0008] Vorteilhaft ist auch ein Lichtlaufzeitkamera—
`system mit mindestens einer der oben genannten
`Lichtlaufzeitkamera und/oder Beleuchtung vorgese—
`hen.
`
`[0009] Nachfolgend wird die Erfindung anhand von
`Ausfflhrungsbeispielen unter Bezugnahme auf die
`Zeichnungen naher erlautert.
`
`[0010] Es zeigen:
`
`Ei_g,___f£__ schematisch ein erfindungsgeméfies
`[0011]
`Lichtlaufzeitkamerasystem,
`
`[0012] Fig. 2 eine storende MehnNegausbreitung
`
`[0013] Fig. 3 einen Aufbau einer Lichtlaufzeitkamera
`und Beleuchtung an einem Fahrzeug,
`
`[0014] Ei_g,__§ einen Aufbau gemaB _Eig_____3 in Seiten-
`ansicht,
`
`5'2 eine lndustrieapplikation mit einem
`[0015] Fig,
`Lichtlaufzeitkamerasystem,
`
`[0016] _Eig_,__§ eine lndustrieapplikation mit einem se-
`paraten Beleuchtungsmodul.
`
`[0017] Bei der nachfolgenden Beschreibung der be-
`vorzugten Ausfiihrungsformen bezeichnen gleiche
`Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Kompo-
`nenten.
`
`[0018] Eiggj zeigt eine Messsituation fur eine opti-
`sche Entfernungsmessung mit einer Lichtlaufzeitka—
`mera, wie sie beispielsweise aus der DE 197 O4 496
`bekannt ist.
`
`[0019] Das Lichtlaufzeitkamerasystem 1 umfasst ei-
`ne Sendeeinheit bzw. eine Beleuchtung 10 mit ei-
`ner Lichtquelle 12 und einer dazugehorigen Strahl-
`formungsoptik 15 sowie eine Empfangseinheit bzw.
`Lichtlaufzeitkamera 20 mit einer Empfangsoptik 25
`und einem Lichtlaufzeitsensor 22. Der Lichtlaufzeit-
`
`sensor 22 weist mindestens ein Pixel, vorzugswei-
`se jedoch ein Pixel-Array, auf und ist insbesonde-
`re als PMD-Sensor ausgebildet. Die Empfangsoptik
`25 besteht typisoherweise zur Verbesserung der Ab-
`bildungseigenschaften aus mehreren optischen Ele-
`menten. Die Strahlformungsoptik 15 der Sendeein-
`heit 10 ist vorzugsweise als Reflektor ausgebildet.
`
`[0020] Das Messprinzip dieser Anordnung basiert
`im Wesentlichen darauf, dass ausgehend von der
`Phasenverschiebung des emittierten und empfange-
`nen Lichts die Laufzeit und somit die zuriickgelegte
`Wegstrecke des empfangenen Lichts ermittelt wer-
`den kann. Zu diesem Zwecke werden die Lichtquel-
`le 12 und der Lichtlaufzeitsensor 22 fiber einen Mo-
`
`dulator 30 gemeinsam mit einer bestimmten Modu-
`lationsfrequenz M(p1) mit einer ersten Phasenlage
`p1 beaufschlagt. Entsprechend der Modulationsfre—
`quenz sendet die Lichtquelle 12 ein amplitudenmodu—
`|iertes Signal S(p1) mit der ersten Phaselage p1 aus.
`Dieses Signal bzw. die elektromagnetische Strahlung
`
`2/10
`
`

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`DE 10 2013 207148 A1
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`
`wird im dargestellten Fall von einem Objekt 40 reflek—
`tiert und trifft aufgrund der zuriickgelegten Wegstre—
`cke entsprechend phasenverschoben mit einer zwei-
`ten Phasenlage p2 als Empfangssignal S(p2) auf den
`Lichtlaufzeitsensor 22. lm Lichtlaufzeitsensor 22 wird
`
`das Modulationssignal M(p1) mit dem empfangenen
`Signal S(p2), gemischt, wobei aus dem resultieren—
`den Signal die Phasenverschiebung bzw. die Objek-
`tentfernung d ermittelt wird.
`
`[0021] Bevorzugt ist die Lichtlaufzeitkamera 20 mit
`einem Polarisationsfilter 28 ausgestaltet, der im We-
`sentlichen nur Licht
`in einer bevorzugten Polarisa-
`tionsrichtung durchlasst. Insbesondere ist auch die
`Beleuchtung fflr die Emission eines polarisierten
`Lichts ausgebildet. Die Beleuchtung weist hierzu bei-
`spielsweise einen Polarisationsfilter 28 auf und/oder
`die Lichtquelle 12 selbst hat bereits lichtpolarisieren-
`de Eigenschaften.
`
`[0022] Der Vorteil einer solchen Anordnung besteht
`insbesondere darin, dass storende Mehrwegsignale,
`wie sie in 5:5;ng dargestellt sind, ausgeblendet wer-
`den konnen.
`In der Fig. 2a) ist ein Lichtlaufzeitka-
`merasystem 1 gezeigt, bei dem die Beleuchtung 10
`und die Lichtlaufzeitkamera 20 in einem gemeinsa-
`men Gehause angeordnet sind. Die Polarisation von
`Beleuchtung 10 und Lichtlaufzeitkamera 20 ist gleich
`ausgerichtet. Das polarisierte Licht trifft auf ein Objekt
`40 und wird mit gleicher Polarisationsrichtung an die
`Lichtlaufzeitkamera 20 zuriickreflektiert.
`
`[0023] Die Polarisationsrichtung des zuriickreflek—
`tierten Lichts ist im Wesentlichen abhangig von den
`Oberflacheneigenschaften des Objekts 40. Bei einer
`ideal diffusen Lichtstreuung wird das Licht unpolari-
`siert in alle Raumrichtungen abgestrahlt. Bei einer
`ideal spiegelnden Reflektion wird das Licht weiter-
`hin polarisiert in eine Raumrichtung abgestrahlt. Ty-
`pischerweise erfolgt die Lichtemission jedoch inner-
`halb dieser beiden Extreme zwischen spekularer Re-
`flektion und diffuser Streuung. D.h., dass bei glénzen-
`den Oberflachen die einstrahlende Polarisationsrich-
`
`tung im emitiertem Licht als Vorzugsrichtung mit dem
`groBten Energieanteil erhalten bleibt.
`lm dargestell-
`ten Fall lauft der primére Lichtweg 100 mit der glei-
`chen Polarisationsrichtung Pol-100 zuriick.
`
`[0024] Da die Beleuchtung 10 das modulierte Licht
`in einen gréBeren Raumbereich ausstrahlt,
`ist es
`méglich, dass das Licht an sekundaren Objekten
`45, die ggf. sogar auBerhalb des Erfassungsbereich
`der Lichtlaufzeitkamera 20 liegen konnen, derart re-
`flektiert wird, dass das Licht iiber einen sekundaren
`Lichtweg 105 auf den Lichtlaufzeitsensor 22 gelangt
`und sich mit dem Licht aus dem primaren Lichtweg
`100 Uberlagert. Diese Uberlagerung fiihrt dann im Er-
`gebnis zu einem fehlerhaften Objektabstand.
`
`erfindungsgemaBe Vorgehen
`[0025] Durch das
`kann diese Uberlagerung vorteilhaft unterdriickt wer-
`den.
`lm dargestellten Fall gemals Fig. 2b) wird das
`Licht senkrecht polarisiert ausgestrahlt und empfan—
`gen. Das Licht [iber den primaren Lichtweg 100 wird
`wie beschrieben, bei spekularer Reflektion auch mit
`senkrechter Polarisation Pol—100 empfangen. Das
`Licht iiber den sekundaren Lichtweg 105 wird in der
`Mehrzahl der Falle und insofern mit hoher Wahr-
`
`scheinlichkeit in einer von der urspriJnglichen Pola-
`risation abweichenden Richtung an die Lichtlaufzeit-
`kamera 1, 20 zuriickreflektiert und wird somit nicht
`durch den Polarisationsfilter 28 der Lichtlaufzeitka-
`
`mera 20 durchgelassen.
`
`insbesondere auch
`[0026] Dieses Vorgehen hat
`dann einen Vorteil, wenn das polarisierte Licht am
`sekundaren Objekt 45 diffus reflektiert und somit un-
`polarisiert weiter geleitet wird. Zwar hat das unpolari-
`sierte Licht auf dem sekundaren Lichtweg 105 auch
`einen Anteil in der Polarisationsrichtung der Lichtlauf-
`zeitkamera 20, die Intensitat ist jedoch um GréBen-
`ordnungen kleiner als derAnteil im primaren Lichtweg
`100.
`
`[0027] Fig. 3 zeigt ein Anwendungsbeispiel fiir ein
`Kraftfahrzeug. Die Beleuchtung 10 ist im dargestell-
`ten Fall
`im Frontbereich des Fahrzeugs und die
`Lichtlaufzeitkamera 20 im oberen Bereich der Wind—
`
`schutzscheibe angeordnet. Durch geeignete Ausrich-
`tung der Polarisationsrichtung konnen insbesonde—
`re unerwiinschte Mehrwegausbreitung durch nasse
`Fahrbahnoberflachen vermieden werden. Auch ist
`
`es denkbar, die Polarisationsrichtung so auszulegen,
`dass fiir den primaren Lichtlaufweg 100 ein mog-
`lichst hohes Riicksignal empfangbar ist. Beispiels-
`weise konnte die Polarisation im Hinblick auf den
`
`Brewster-Winkel von Wasser optimiert werden.
`
`[0028] Fig. 4 zeigt beispielhaft den Aufbau gemaB
`Eiggfi in einer Seitenansicht.
`
`[0029] In einer weiteren Ausgestaltung kann es auch
`vorgesehen sein, dass nur die Lichtlaufzeitkamera
`20 fijr einen Empfang einer bevorzugten Polarisati-
`onsrichtung ausgebildet ist. Der Polarisationsfilter 28
`der Lichtlaufzeitkamera 20 ist dabei vorzugsweise so
`ausgerichtet, dass das empfangende Lichtsignal ein
`giinstiges Signal zu Rauschverhaltnis aufweist bzw.
`der Anteil des Nutzlichts gegentiber einem Hinter-
`grundlicht vergroBert wird.
`
`[0030] In EEQLE ist eine typische lndustrieapplikati-
`on gezeigt, Beleuchtung 10 und Lichtlaufzeitkamera
`20 sind als Lichtlaufzeitkamerasystem 1 in einem ge-
`meinsamen Gehause angeordnet. Das System 1 ist
`so ausgerichtet, dass ein Arbeitsbereich eines Ro-
`boters 500 und zu manipulierende Objekte 40 er-
`fasst werden konnen. Das System ist ferner mit ei-
`nem Steuergerat 510 des Roboters 500 verbunden
`
`3/10
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`
`und erlaubt eine Steuerung des Roboters anhand des
`er‘fassten Raummodells.
`
`[0031] In Fig. 5 ist eine weitere Anwendung gezeigt,
`bei der die Beleuchtung 10 separat von der Licht-
`laufzeitkamera 20 angeordnet ist. Beide Komponen—
`ten 10, 20 sind so ausgerichtet, dass ein Arbeitsbe—
`reich eines Roboters 500 und die zu manipulieren-
`den Objekten 40 beleuchtet und erfasst werden kén-
`nen. Die Lichtlaufzeitkamera 20 ist mit der Beleuch-
`
`tung 10 und einem Steuergerét 510 des Roboters
`500 verbunden. Die Polarisationsrichtungen der Be-
`leuchtung 10 und der Lichtlaufzeitkamera 20 sind hin-
`sichtlich eines méglichst maximalen Nutzsignals ab-
`gestimmt. Insbesondere kann vorteilhaft auch die Po-
`sition von Beleuchtung 10 und/oder Lichtlaufzeitka-
`mera 20 so aufeinander abgestimmt sein, dass még-
`lichst geringe Reflektionsverluste und ein méglichst
`hohes Nutzsignal erreichbar sind.
`
`[0032] In einer weiteren Ausgestaltung kénnen Be-
`leuchtung 10 und Lichtlaufzeitkamera 20 zwar in se-
`paraten Gehéusen jedoch in unmittelbarer Néhe an-
`geordnet sein.
`
`4/10
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`

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`DE 10 2013 207 148 A1
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`2013.11.07
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`ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
`
`Diese Liste der vom Anmelder aufgefahrten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschlieB/ich
`zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent— bzw.
`Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA [Jbernimmt keinerlei Haftung far etwaige Fehler oderAus/assungen.
`
`Zitierte Patentliteratur
`
`- EP 1777747 [9992]
`- US 6587186 Iflfifii-B]
`- DE 19704496 [$19.92, $3.913]
`
`5/10
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`

`

`DE 10 2013 207 148 A1
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`2013.11.07
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`Patentanspriiche
`
`1. Lichtlaufzeitkamera (20) fUr ein Lichtlaufzeitka—
`merasystem (1), dadurch gekennzeichnet, dass die
`Lichtlaufzeitkamera (20) fUr den Empfang einer be—
`vorzugten Lichtpolarisation ausgebildet ist.
`
`2. Beleuchtung (10) fUr ein Lichtlaufzeitkamera-
`system (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Be-
`leuchtung (10) fUr eine Abstrahlung eines polarisier-
`ten Lichts ausgebildet ist.
`
`3. Beleuchtung (10) nach Anspruch 2, bei dem ei-
`ne Lichtquelle der Beleuchtung ein polarisiertes Licht
`erzeugt.
`
`4. Beleuchtung (10) nach einem der Ansprflche 2
`Oder 3, bei dem im Austrittstrahl der Beleuchtung ein
`Polarisationsfilter (28) angeordnet ist.
`
`5. Lichtlaufzeitkamerasystem (1) mit einer Licht-
`Ia ufzeitkamera (20) und einer Beleuchtung (10) nach
`einem der vorhergehenden AnsprUche.
`
`Es folgen 4 Blatt Zeichnungen
`
`6/10
`
`

`

`DE 10 2013 207 148 A1
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`2013.11.07
`
`Anhéngende Zeichnungen
`
`
`
`40
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`Fig. 1
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`7/10
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`

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`DE 10 2013 207148 A1
`
`2013.11.07
`
`100
`
`1, 10, 20
`
`40
`
`
`
`105
`
`Pol-105
`
`
`
`40
`
`Pol—100
`
`b)
`
`Fig. 2
`
`8/10
`
`

`

`DE 10 2013 207 148 A1
`
`2013.11.07
`
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`Fig. 3
`
`
`
`Fig. 4
`
`9/10
`
`

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`DE 10 2013 207 148 A1
`
`2013.11.07
`
`1, 10, 20
`
`510
`
`500
`
`Fig. 5
`
`510
`
`500
`
`Fig. 6
`
`10/10
`
`