DE102014007466B3

DE102014007466B3 - Vorrichtung und Verfahren zur Vebesserung des Cpk-Wertes bei der Fertigung von CMOS Fotodedektoren für die schnelle Lichtlaufzeitmessung

Info

Publication number: DE102014007466B3
Application number: DE102014007466.8A
Authority: DE
Inventors: Arnd Ten Have
Original assignee: Elmos Semiconductor SE
Current assignee: Elmos Semiconductor SE
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2015-08-06
Anticipated expiration: 2034-05-20

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft eine Methode zur Verminderung der Fertigungsfehler bei einem lichtlaufzeitbasierenden Messsystem. Bei einem System, das das erfindungsgemäße Verfahren ausführt erzeugt ein Fotodetektor Ladungsträger beim Auftreffen eines durch ein Objekt reflektierten Laser-Pulses auf denselben. Dabei werden die Ladungsträger in drei Integratoren gesammelt und zwar in einem ersten Integrator bis zu einem Zeitpunkt, der nach dem Beginn des Wiedereintreffens des reflektierten Laserpulses liegt und vor dem Zeitpunkt des Eintreffens des Endes des reflektierten Laser-Pulses. In einem zweiten Integrator werden die Ladungsträger beispielsweise ab diesem Zeitpunkt gesammelt und bis zu einem Zeitpunkt gesammelt, der nach dem Zeitpunkt des Eintreffens des Endes des reflektierten Pulses liegt. Während eines dritten Zeitraums werden die Ladungsträger gesammelt, die ausschließlich auf das Umgebungslicht zurückzuführen sind. Durch insbesondere zyklisches Vertauschen der Integratoren wird eine Datenbasis geschaffen, die zur Schätzung des realen Wertes verwendet wird. Hierdurch kann der jeweilige Fertigungsfehler geschätzt werden. Die Fehler der Integratoren werden somit ermittelt und können beim Ergebnis berücksichtigt werden.

Description

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur dreidimensionalen Vermessung des Abstands a von einem oder mehreren Objekten (O₁ bis O_M) mittels Lichtlaufzeit bekannt. So offenbart die DE19833207A1 ein Verfahren zur Aufnahme eines dreidimensionalen Abstandsbildes von räumlichen Objekten unter Einsatz eines bildpunktauflösenden optoelektronischen Sensors mit einem an jedem Bildpunktelement vorhandenen elektronischen Kurzzeitintegrator. Dabei ist die Integrationszeit einstellbar. Das in der DE19833207A1 und der EP104036661 offenbarte Verfahren besteht aus folgenden Schritten:

– das Objekt wird mit einem Lichtimpuls vorgegebener Lichtimpulsdauer Δ_L beleuchtet,
– von Objektpunkten zurückgestreute Lichtimpulse werden an zugehörigen Bildpunkten des Sensors innerhalb einer vorgegebenen kurzen Integrationszeit Δ_A, mit Δ_A ≤ Δ_L, erfasst, wobei der Zeitpunkt für den Beginn der Integrationszeit Δ_A vor dem Eintreffen des ersten zurückgestreuten Lichtimpulses liegt, der dem nächstliegenden Objektpunkt entspricht,
– aus den entsprechend ihrer unterschiedlichen Laufzeiten resultierenden unterschiedlichen aufgenommenen Intensitäten der zurückgestreuten Lichtimpulse werden Abstandswerte ermittelt.

Ein ähnliches Verfahren ist aus der EP167852361 bekannt. Diese Schrift offenbart einen Abstandssensor zur Erfassung eines Abstands zu einem Objektpunkt. Der offenbarte Abstandssensor umfasst

– eine elektromagnetischen Strahlungsquelle zur Bestrahlung des Objektpunkts mit einem Strahlungspuls in einem Bestrahlungszeitfenster,
– eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung von durch den Objektpunkt reflektierter elektromagnetischer Strahlung in einem Erfassungszeitfenster, das in vorbestimmter zeitlicher Beziehung zu dem Bestrahlungszeitfenster steht,
– eine Photoelektrode zum, Abgeben von Photoelektronen auf die reflektierte elektromagnetische Strahlung hin,
– einen Elektronendetektor zum Umwandeln der abgegebenen Photoelektronen in ein Erfassungssignal, das eine Menge der von dem Objektpunkt reflektierten elektromagnetischen Strahlung anzeigt,
– eine Auswerteeinrichtung zur Ermittlung des Abstands zu dem Objektpunkt aus dem Erfassungssignal,
– eine Gegenelektrode, die zusammen mit der Fotoelektrode eine Kapazität bildet,
– eine Einrichtung zum Verbinden der Gegenelektrode mit einem vorbestimmten Potential vor dem Erfassungszeitfenster und zum Trennen derselben von dem vorbestimmten Potential während des Erfassungszeitfensters, so dass die Kapazität während des Erfassungszeitfensters entladen wird,
– eine Einrichtung zum Verbinden der Fotoelektrode mit Masse während des Erfassungszeitfensters und mit dem vorbestimmten Potential im Anschluss an das Erfassungszeitfenster,
– eine Einrichtung zum Auslesen einer über die Kapazität abfallenden Spannung nach dem Erfassungszeitfenster, um ein Erfassungssignal zu erhalten.

Ähnliche Verfahren sind aus der DE 10 2008 018 718 A1 , der DE 10 2007 036 973 A1 und der DE 10 2008 018 718 B4 bekannt.
Aus der WO2007031102A1 , der DE 10 2009 020 218 B3 , der DE 10 2012 206 089 A1 , der US20130092824A1 und der DE 10 2011 076 635 B3 sind geeignete Detektoren für diese Systeme mit einem eingebauten Drift-Feld durch eine Wannenkonstruktion bekannt.
Auch die DE 10 2009 037 596 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung für einen solchen Sensor.
Die Problematik der Flugzeit-Sensorik wird auch behandelt in „Neuartige CMOS-Fotodetektoren für die schnelle Flugzeit-Sensorik” Photonik 3/2012 Seiten 42 bis 45. Weitere Informationen zum Detektor sind unter A. Spiekermann et al. ”CMOS 3D Image Sensor Based an Pulse Modulated Time-of-Flight Principle and Intrinsic Lateral Drift-Filed photodiode Pixels” Proceedings of the ESSCIRC (ESSCIRC) 2011 auf den Seiten 111 bis 114 zu finden. Über diese Techniken wurde an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Universität Duisburg Essen eine Arbeit unter dem Titel ”Photodetektoren und Auslesekonzepte für 3D-Time-of-Flight-Bildsensoren in 0,35 μm-Standard-CMOS-Technologie” von A. Spiekermann angefertigt.
Aus allen diesen Schriften in Summe ist bekannt, dass es günstig ist, mittels dreier Messungen den mittelern Abstand zu einem Objekt oder mehreren Objekten O₁ bis O_M zu ermitteln. Hierbei wird vorzugsweise ein Lichtpuls L_p auf das zu vermessende Objekt oder die zu vermessenden Objekte O₁ bis O_M gesendet, von diesen reflektiert und von einem Fotodetektor F aufgefangen. Das Besondere ist, dass der zum Fotodetektor F gehörende Integrator I mit einem Torsignal für eine Integrationszeit Δ_E für das zu empfangende Lichtsignal, den reflektierten Lichtpuls L_pr, empfindlich, d. h. integrierend, geschaltet werden kann. Verwendet man nun drei Integratoren I₁, I₂, I₃ so kann der erste Integrator I₁ beispielsweise während einer ersten Integrationszeit Δ_E1 während des Aussendens, d. h. währen der Lichtimpulsdauer Δ_L, des Lichtpulses L_p in einen integrierenden Zustand gebracht werden, in dem die durch den Fotodetektor F erzeugten Ladungsträger gesammelt werden. Die von Objektpunkten zurückgestreuten Lichtimpulse werden an zugehörigen Bildpunkten eines ersten Integrators I₁ des Fotodetektors F innerhalb der besagten, vorgegebenen, kurzen ersten Integrationszeit Δ_E1, mit Δ_E1 ≤ Δ_L, erfasst, wobei der erste Zeitpunkt t_s1 für den Beginn der ersten Integrationszeit Δ_E1 vor dem Eintreffen des ersten zurückgestreuten Lichtimpulses L_pr1 zum Eintreffzeitpunkt t_LE liegt, der dem nächstliegenden Objektpunkt O₁ entspricht. Die zweite Integrationseinrichtung L₂ des Fotodetektors F wird für einen zweiten Integrationszeitraum Δ_E2 auf empfangend geschaltet. Die von Objektpunkten O₁ bis O_N zurückgestreuten Lichtimpulse L_pr1 bis L_prN werden durch die zweite Integrationseinheit I₂ des Fotodetektors F innerhalb einer vorgegebenen kurzen zweiten Integrationszeit Δ_E2, mit Δ_E2 ≤ Δ_L, erfasst, wobei der zweite Zeitpunkt t_s2 für den Beginn der zweiten Integrationszeit Δ_E2 nach dem Zeitpunkt t_LE des Eintreffen des ersten zurückgestreuten Lichtimpulses L_pr1 und vor dem Zeitpunkt t_LS des Eintreffens des Endes des Lichtpulses liegt, der dem am entferntesten noch zu erfassenden Objektpunkt O_N plus der Lichtpulsdauer Δ_L entspricht. Vorzugsweise liegt der zweite Zeitpunkt t_s2 für den Beginn der zweiten Integrationszeit Δ_E2 vor dem dritten Zeitpunkt t_e3 des Endes der ersten Integrationszeit Δ_E1 oder fällt mit diesem zusammen. Vorzugsweise liegt der dritte Zeitpunkt t_e3 des Endes der ersten Integrationszeit Δ_E1 nach dem Eintreffzeitpunkt t_LE des ersten zurückgestreuten Lichtimpulses L_pr1 und vor dem Zeitpunkt t_LS des Eintreffens des Endes des Lichtpulses L_prN liegt, der der Reflektion am entferntesten noch zu erfassenden Objektpunkt O_N plus der Lichtpulsdauer Δ_L entspricht. Vorzugsweise liegt der vierte Zeitpunkt t_e4 des Endes der zweiten Integrationszeit Δ_E2 nach dem Eintreffzeitpunkt t_LE des ersten zurückgestreuten Lichtimpulses L_pr1 und nach dem Zeitpunkt t_LS des Eintreffens des Endes des Lichtpulses L_prN, der der Reflektion am entferntesten noch zu erfassenden Objektpunkt O_N plus der Lichtpulsdauer Δ_L entspricht.
Die dritte Integrationseinrichtung I₃ des Fotodetektors F wird für einen dritten Zeitraum Δ_E3 auf empfangend geschaltet. Die von Objektpunkten O₁ bis O_M zurückgestreuten Lichtimpulse L_pr1 bis L_prN werden durch die dritten Integrationseinheit I₃ des Fotodetektors F innerhalb einer vorgegebenen kurzen dritten Integrationszeit Δ_E3, mit Δ_E3 ≤ Δ_L, nicht erfasst, da der Zeitpunkt t_s3 für den Beginn der dritten Integrationszeit Δ_E3 des dritten Integrators I₃ nach dem Eintreffzeitpunkt t_LE des ersten zurückgestreuten Lichtimpulses L_pr1 und nach dem Zeitpunkt t_LS des Eintreffens des Endes des Lichtpulses L_prN, der der Reflektion am entferntesten noch zu erfassenden Objektpunkt O_N plus der Lichtpulsdauer Δ_L entspricht, liegt. Somit erfasst die dritte Integrationseinrichtung I₃ im Wesentlichen nur das Umgebungslicht, während die erste Integrationseinrichtung I₁ das Umgebungslicht und den Beginn der Überlagerung der eintreffenden Lichtpulse L_pr1 bis L_prN und die zweite Integrationseinrichtung I2 das Umgebungslicht und das Ende der Überlagerung der eintreffenden Lichtpulse L_pr1 bis L_prN erfasst.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Integrationseinrichtungen (I₁, I₂, I₃) symmetrisch matchend ausgeführt werden. Ein solche Vorrichtung ist in der DE 10 2009 037 596 A1 offenbart.
Stattdessen ist es aber auch denkbar, jede Integrationseinrichtung (I₁, I₂, I₃) mit einem eigenen Fotodetektor zu versehen. Eine geeignete Vorrichtung aus Fotodetektor und Integrationseinrichtung ist in DE 10 2012 206 089 A1 offenbart.
Durch die mittlere Lichtlaufzeit Δ_LF des Lichtpulses L_p der Lichtpulslänge Δ_L zum Objekt O₁ bis O_N und zurück, kommt es in Abhängigkeit von der mittleren Lichtlaufzeit Δ_LF und damit vom mittleren Abstand a zum Objekt O₁ bis O_N zu einer Veränderung des ersten Integrationsergebnisses IT₁ der ersten Integrationseinrichtung I₁ des Fotodetektors F in der ersten Integrationszeit Δ_E1 im Vergleich zum zweiten Integrationsergebnis IT₂ der zweiten Integrationseinrichtung I₂ des Fotodetektors F in der zweiten Integrationszeit Δ_E2. Mit steigendem mittleren Anstand a der Objekte O₁ bis O_N nimmt das Verhältnis von IT₁/IT₂ zugunsten von IT₂ ab.
Da das dritte Integrationsergebnis IT₃ der dritten Integrationseinrichtung I₃ des Fotodetektors F in der dritten Integrationszeit Δ_E3 nur das Umgebungslicht erfasst, kann die Lichtlaufzeit Δ_LF des Lichtpulses L_p der Lichtpulslänge Δ_L zum Objekt O₁ bis O_N und zurück in Abhängigkeit vom Verhältnis (IT₁ – IT₃)/(IT₂ - IT₃) und damit der mittlere Abstand a zu den Objekten (O₁ bis O_M) nun leicht ermittelt werden.
Dies setzt voraus, dass die drei Integrationseinrichtungen I₁, I₂, I₃ des Fotodetektors F sich gleichartig verhalten und gleichartig durch den Fotodetektor F mit photoinduzierten Ladungsträgern versorgt werden, was aber real nicht der Fall ist. Vielmehr zeigen die Fotodetektoren kristallrichtungsabhängige Kennlinien und die Integrationseinheiten werden, da beispielsweise in der DE 10 2009 037 596 A1 um je 90° zueinander gedreht, ebenfalls keine identischen Integrationseigenschaften aufweisen. Hieraus resultieren Fehler, die das Messergebnis beeinträchtigen und die C_pk-Werte der Systemkennwerte eines deratigen Lichtlaufzeitmesssystems verschlechtern.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, die C_pk-Werte der Systemkennwerte eines deratigen Lichtlaufzeitmesssystems zu verbessern und somit eine bessere Fertigbarkeit eines erfindungsgemäßen Lichtlaufzeitdetektors sicherzustellen.
Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Systems bestehend aus mindestens einem Lichtlaufzeitdetektor mit mehreren, typischerweise jedoch drei Integratoren (I₁, I₂, I₃) zur Sammlung fotoinduzierter Ladungsträger eines Fotodetektors (F) zur Messung einer Lichtlaufzeit (Δ_LF). Hierbei ist hervorzuheben, dass es auch denkbar ist, mehrere Fotodetektoren (F) zu benutzen. Besonders vorteilhaft ist die Benutzung eines Fotodetektors pro Integrator (I₁, I₂, I₃). Im Folgenden wird von einem Fotodetektor (F) und drei Integratoren (I₁, I₂, I₃) ausgegangen, ohne die Anzahl dieser darauf zu beschränken. Die drei Integratoren (I₁, I₂, I₃) sammeln entsprechend ihrem Quantenwirkungsgrad zumindest einen Teil der im Fotodetektor (F) durch das empfangene Licht erzeugten photoinduzierten Ladungsträger. Dieser Integrationsprozess wird dabei nur bei Aktivität eines der dem jeweiligen Integrator (I₁, I₂, I₃) jeweils zugehörigen, mindestens drei Torsignale (S_t1, S_t2, S_t3) durchgeführt. Diese mindestens drei Aktivitäten sind zeitlich gestaffelt. Eine solche Staffelung ist beispielsweise, wie oben bereits beschrieben, beispielsweise schon aus den Offenbarungen DE 10 2009 037 596 A1 oder DE 10 2008 018 718 A1 bekannt. Im Gegensatz zu diesem Stand der Technik wird nun jedoch der Zeitpunkt der Aktivität während einer Messkampagne (M_K) geändert. Die Integratorrollen (IR₁, IR₂, IR₃) der Integratoren (I₁, I₂, I₃) werden in einer Messkampagne aus N, vorzugsweise mindestens drei Messequenzen (M₁, M₂, M₃) vertauscht. Hierfür werden nacheinander mehrere Messungen in Form von Messsequenzen (M₁ bis M₃) innerhalb einer Messkampagne (M_K) durchgeführt. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass eine Messkampagne (M_K) aus drei Messsequenz en (M₁ bis M₃) besteht. Eine andere Anzahl N an Messsequenzen (M₁ bis M_N) je Messkampagne (M_K) ist jedoch möglich. Jeder der drei Integratoren (I₁, I₂, I₃) wird durch sein Torsignal (S_t1, S_t2, S_t3) in jeder der beispielhaften drei Messsequenzen (M₁ bis M₃) für einem anderen Zeitraum (Δ_E1, Δ_E2, Δ_E3) bezogen auf den jeweiligen Zeitpunkts t₀ des Beginns der jeweiligen Messsequenz (M₁, M₂, M₃) aktiv. Die Konfiguration wird also verwürfelt. Da der Zeitpunkt der Aktivität des Torsignals (S_t1, S_t2, S_t3) die Funktion, also seine Integratorrolle, bestimmt, ändert damit der jeweilige Integrator (I₁, I₂, I₃) seine Funktion von Messsequenz (M_i) zu Messsequenz (M_j mit i ≠ j). Er nimmt jeweils eine andere Integratorrolle (IR₁, IR₂, IR₃) ein. Somit ist der Wert des Integrators am Ende jeder Messsequenz (M_i) in diesem Beispiel stets ein anderer. Durch Rückzuordnung der so ermittelten Integrationsergebnisse (IT₁, IT₂, IT₃) stehen für jede Integratorrolle (IR₁, IR₂, IR₃) drei Messwerte von je drei Messwerttypen (MW₁, MW₂, MW₃), die mit verschiedenen Integratoren gewonnen wurden, zur Verfügung. Diese können dann für jede Integratorrolle (IR₁, IR₂, IR₃) Bemittelt werden, wodurch sich parasitäre Elemente und Fertigungstoleranzen der physikalischen Integratoren (I₁, I₂, I₃) ausmitteln. Eine Integratorrolle repräsentiert im Sinne dieser Offenbarung also einen virtuellen Integrator mit einem verringerten Fehler.
Ein Konfigurationssignal (KS) legt dabei für die drei Integratoren (I₁, I₂, I₃) fest, ob die Integratorrolle (IR₁, IR₂, IR₃) des jeweiligen Integrators (I₁, I₂, I₃) in der jeweiligen Messsequenz (M_i) eine erste Integratorrolle (IR₁), eine zweite Integratorrolle (IR₂) oder eine dritte Integratorrolle (IR₃) ist. Wie bereits erwähnt, sind dabei auch mehr als drei Integratorrollen (IR₁, IR₂, IR₃) möglich, was im Folgenden bei der Beschreibung einer beispielhaften Lösung stillschweigend als bekannt vorausgesetzt wird. Der Vollständigkeit halbe sei erwähnt, dass eine Messsequenz (M_i) jeweils zu einem Zeitpunkt t₀ beginnen soll und zu einem Zeitpunkt t_m enden soll, um diese Begriffe eindeutig festzulegen. Jeder der beispielhaft drei Integratoren (I₁, I₂, I₃) erzeugt ein zugehöriges Integratorausgangssignal (S₁, S₂, S₃). Dieses Integratorausgangssignal (S₁, S₂, S₃) hängt von der durch den mindestens einen Fotodetektor (F) empfangen Lichtleistung ab. Hierzu integriert der Integrator (I₁, I₂, I₃) für die Dauer der Aktivität seines zugehörigen Torsignals (S_t1, S_t2, S_t3) die durch den Fotodetektor (F) während dieser Aktivität des besagten zugehörigen Torsignals (S_t1, S_t2, S_t3) erzeugten photoinduzierten Ladungsträger auf. Da die Torsignale (S_t1, S_t2, S_t3) nur während der der Messsequenz (M_i) aktiv sind, geschieht dies vorzugsweise nur in dieser Zeit. Vorzugsweise werden die drei Torsignale (S_t1, S_t2, S_t3) so gestaltet, dass jedes der Torsignale (S_t1, S_t2, S_t3) jeden der zugehörigen drei Integratoren (I₁, I₂, I₃) während einer Messsequenz (M_i) mindestens einmal aktiviert. Dabei nimmt vorzugsweise jeder der drei Integratoren (I₁, I₂, I₃) innerhalb einer Messsequenz eine andere Integratorrolle (IR₁, IR₂, IR₃) ein, wodurch typischer, aber nicht notwendigerweise für jeder dieser Integratorrollen (IR₁, IR₂, IR₃) in einer Messsequenz (M_i) jeweils ein Integrationsergebnis (IT₁, IT₂, IT₃) erhalten wird. Jedes Integrationsergebnis (IT₁, IT₂, IT₃) kann dann am Ende einer Messsequenz (M_i) basierend auf der aktuell für diese Messsequenz (M_i) durch das Konfigurationssignal (KS) bestimmten Konfiguration einer bestimmten Integratorrolle (IR₁, IR₂, IR₃) und damit einem bestimmten Messwert (MW₁, MW₂, MW₃) zugeordnet werden.
Um nun die Lichtlaufzeit zu messen, sendet ein Lichtsender beginnend zu einer Sendestartzeit (T_s0) für die Lichtimpulsdauer (Δ_L) einen Lichtpuls (L_p) aus. Dieser Lichtpuls (L_p) wird an einem Objekt (O₁) als reflektierter Lichtpuls (L_pr) reflektiert. An mehreren Objekten (O₁ bis O_M) findet die Reflektion in Form mehrerer sich überlagernder Lichtpulse (L_pr1 bis L_prM) statt. Diese können wie ein einzelner reflektierter Lichtpuls (L_pr) behandelt werden. Das im Folgenden beschriebene Verfahren ist nicht in der Lage, mehrere Objekte aufzulösen, sondern liefert nur einen gewichteten Mittelwert.
Nach einer mittleren Lichtlaufzeit (Δ_LF) fällt dieser reflektierte Lichtpuls (L_pr, L_pr1 bis L_prM) auf den besagten Fotodetektor (F). Sofern das Torsignal (S_t1, S_t2, S_t3) eines der Integratoren (I₁, I₂, I₃) aktiv ist, integriert dieser Integrator die photoinduzierten Ladungsträger des Fotodetektors (F) auf.
Wie bereits beschrieben, nehmen die beispielhaft drei Integratoren (I₁, I₂, I₃) während einer Messsequenz (M_i) unterschiedliche Integratorrollen (IR₁, IR₂, IR₃) ein. Diese unterscheiden sich, wie beschrieben, durch den Zeitraum der Aktivität des jeweiligen Torsignals (S_t1, S_t2, S_t3) innerhalb einer Messsequenz (M_i), also die jeweilige Integrationszeit (Δ_E1, Δ_E2, Δ_E3).
Dies kann so zusammengefasst werden, dass das Torsignal des Integrators in der ersten Integratorrolle (IR₁) während einer ersten Integrationszeit (Δ_E1) aktiv ist und das Torsignal des Integrators in der zweiten Integratorrolle (IR₂) während einer zweiten Integrationszeit (Δ_E2) aktiv ist und das Torsignal des Integrators in der dritten Integratorrolle (IR₃) während einer dritten Integrationszeit (Δ_E3) aktiv ist. Welcher der drei Integratoren dabei in welcher Integratorrolle (IR₁, IR₂, IR₃) sich befindet, wird durch das Konfigurationssignal (KS) für die jeweilige Messsequenz (M_i) festgelegt.
Der Zeitpunkt (t_s1) des Beginns der ersten Integrationszeit (Δ_E1) des Integrators in der ersten Integratorrolle (IR₁) liegt dabei zu einem Zeitpunkt vor dem Zeitpunkt T_s0 + Δ_L. Dieser Zeitpunkt bezieht sich hierbei auf den Beginn der der jeweiligen Messsequenz (M_i), den Zeitpunkt (t₀).
Der dritte Zeitpunkt (t_e3) des Endes der ersten Integrationszeit (Δ_E1) des Integrators in der ersten Integratorrolle (IR₁) liegt nach einem Zeitpunkt T_s0 + Δ_LF und vor einem Zeitpunkt T_s0 + Δ_LF + Δ_L. Die erste Integrationszeit (Δ_E1) beginnt also vor dem Eintreffen des Beginns des reflektierten Lichtpulses (L_pr, L_r1 bis L_rM) und endet nach dem Eintreffen des reflektierten Lichtpulses (L_pr, L_r1 bis L_rM) zu einem Eintreffzeitpunkt (t_LE) und vor dem Zeitpunkt t_LS des Eintreffens des Endes des reflektierten Lichtpulses (L_pr, L_r1 bis L_rM) zu einem Zeitpunkt t_LE + Δ_L. Dabei sammelt der Integrator in der ersten Integratorrolle (IR₁) eine erste Ladungsmenge (Q_i1).
Der Zeitpunkt (t_s2) des Beginns der zweiten Integrationszeit (Δ_E2) des Integrators in der zweiten Integratorrolle (IR₂) liegt nach einem Zeitpunkt T_s0 + Δ_LF und vor einem Zeitpunkt T_s0 + Δ_L + Δ_LF.
Der vierter Zeitpunkt (t_e4) des Endes der zweiten Integrationszeit (ΔE2) des Integrators in der zweiten Integratorrolle (IR₂) liegt nach einem Zeitpunkt T_s0 + Δ_L + Δ_LF. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Länge mehrerer, vorzugsweise aller Integrationszeiten (Δ_E1, Δ_E2, Δ_E3) gleich lang ist. Ansosnsten sind Korrekturfaktoren und/oder Korrekturfunktionen bei der Berechnung des Abstands unter Umständen notwendig.
Der vierte Zeitpunkt (t_e4) des Endes der zweiten Integrationszeit (Δ_E2) des Integrators in der zweiten Integratorrolle (IR₂) liegt nach einem Zeitpunkt T_s0 + Δ_LF + Δ_L. Die zweite Integrationszeit (Δ_E2) beginnt also nach dem Eintreffen des Beginns des reflektierten Lichtpulses (L_pr, L_r1 bis L_rM) zu einem Eintreffzeitpunkt (t_LE) und vor dessen Ende und endet nach dem Zeitpunkt des Eintreffens des Endes des reflektierten Lichtpulses (L_pr, I_r1 bis L_rM) zu einem Zeitpunkt t_LE + Δ_L. Dabei sammelt der Integrator in der zweiten Integratorrolle (IR₂) eine zweite Ladungsmenge (Q_i2).
Der Zeitpunkt (t_s3) des Beginns der dritten Integrationszeit (Δ_E3) des Integrators in der dritten Integratorrolle (IR₃) liegt nach einem Zeitpunkt T_s0 + Δ_L + Δ_LF.
Der fünfte Zeitpunkt (t_e5) des Endes der dritten Integrationszeit (Δ_E3) des Integrators in der dritten Integratorrolle (IR₃) liegt dabei nach einem Zeitpunkt T_s0 + ΔL + Δ_LF + Δ_E3. Dabei sammelt der Integrator in der dritten Integratorrolle (IR₃) eine dritte Ladungsmenge (Q_i3).
Der Endzeitpunkt (t_m) der jeweiligen Messsequenz (M_i) liegt dabei später oder gleichzeitig zum fünften Zeitpunkt (t_e5).
Aufgrund der während einer Messsequenz (M_i) durch die Integratoren gesammelten Ladungsmengen (Q_i1, Q_i2, Q_i3) geben die Integratoren (I₁, I₂, I₃) nun jeweils ein Integrationsausgangssignal (S₁, S₂, S₃) aus, das mit der jeweils gesammelten Ladungsmenge korreliert. Dieses kann mit Hilfe des Konfigurationssignals (KS) nun einem Integratorrollenausgangssignal (SR₁, SR₂, SR₃), das jeweils mit genau einer Integratorrolle (IR₁, IR₂, IR₃) korreliert, für die Dauer der Messsequenz (M_i) zugeordnet werden. Zum Ende der Messsequenz (M_i), typischerweise wenn alle Tor-Signale (S_t1, S_t2, S_t3) inaktiv sind, wird das Integrationsergebnis, das in Form des jeweiligen Integratorrollenausgangssignals (SR₁, SR₂, SR₃) vorliegt, abgetastet und beispielsweise in einem analogen und/oder digitalen Speicher (MEM) als integratorrollenspezifisches Messergebnis (MW₁, MW₂, MW₃) abgelegt. Das besondere des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nun, dass die Messergebnisse (MW₁, MW₂, MW₃) für jede der mindestens drei Integratorrollen (IR₁, IR₂, IR₃) für jede der drei Messsequenzen (M₁, M₂, M₃) einer Messkampagne (M_K) in zu jeweils einem mittleren Messwert (MMW₁, MMW₂, MMW₃) je Integratorrolle (IR₁, IR₂, IR₃) und Messkampagne M_K zusammengefasst werden. Die Schätzung eines verbesserten Messwertes, hier eines gemittelten Messwertes (MMW₁, MMW₁, MMW₁) stellt einen wesentlichen Gedanken der Erfindung dar.
Wie bereits erwähnt, bestimmt das besagte Konfigurationssignal (KS), welcher der drei Integratoren (I₁, I₂, I₃), welche der drei Integratorrollen (IR₁, IR₂, IR₃) in der jeweiligen Messsequenz (M_i) einnimmt. Jedes der drei Integratorausgangssignale (S₁, S₂, S₃) der mindestens drei Integratoren (I₁, I₂, I₃) wird entsprechend dem Konfigurationssignal (KS) einem Integratorrollenausgangssignal (SR₁, SR₂, SR₃) für die Dauer der jeweiligen Messsequenz (M_i) zugeordnet. Die Konfiguration in Form des Konfigurationssignals (KS) ist dabei bei zumindest zwei Messsequenzen (M_i, M_j), besser bei allen drei Messsequenzen (M₁, M₂, M₃) innerhalb einer Messkampagne (M_K) unterschiedlich.
Insbesondere ist es in einer speziellen Ausprägung der Erfindung vorteilhaft, wenn jeder der beispielhaft drei Integratoren (I₁, I₂, I₃) jede der beispielhaft drei Integratorrollen (IR₁, IR₂, IR₃) innerhalb einer Messkampagne (M_K) von beispielhaft drei Messsequenzen (M₁, M₂, M₃) einmal einnimmt und/oder gleich oft einnimmt.
Ebenso ist es besonders günstig, wenn jede mögliche Integratorrolle (IR₁, IR₂, IR₃) eines Integrators (I₁, I₂, I₃) innerhalb zumindest einer Messsequenz (M_i) nur einmal und/oder besser genau einmal in der Menge der beispielhaft drei Integratoren (I₁, I₂, I₃) vergeben ist.
Um das System zu Beginn einer Messsequenz in einen definierten Zustand zu versetzen, ist es vorteilhaft, wenn die beispielhaft drei Integratoren (I₁, I₂, I₃) einzeln, in Teilen oder als Gesamtheit durch ein oder mehrere Reset-Signale in einen vorbestimmten Ausgangszustand zurückversetzt werden. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass ein jeweils der Integration dienender Kondensator entladen wird oder ein digitaler Speicherwert gelöscht wird. Es ist besonders günstig, wenn diese durch ein Reset-Signal vor dem Beginn der ersten Integrationszeit Δ_E1 des Integrators in der ersten Integratorrolle IR₁, dem Zeitpunkt t_s1, in mindestens einer und/oder jeder der beispielhaft drei Messsequenzen (M₁, M₂, M₃) zurückgesetzt werden.
Sofern mehrere Messsequenzen (M₁ bis M_N) innerhalb einer Messkampagne (M_K) durchgeführt werden, sollten für die Mittelung mindestens zwei Messsequenzen in der besagten Messkampagne durchgeführt werden. In einer Messkampagne (MK) wird daher typischerweise eine Anzahl von N Messsequenzen (M₁ bis M_N) mit N > 1 durchgeführt.
Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn zur Ermittlung eines gemittelten Messwertes (MMW₁, MMW₂, MMW₃) für eine Integratorrolle (IR₁, IR₂, IR₃) für eine Messkampagne (M_K) eine Mittelung über die Messwerte (MW₁, MW₂, MW₃) der Integratorrollenausgangssignale (SR₁, SR₂, SR₃) der beispielhaft 3 innerhalb einer Messkampagne M_K durchgeführten Messsequenzen (M₁, M₂, M₃) für die betreffende Integratorrolle (IR₁, IR₂, IR₃) erfolgt. Durch eine solche Mittelung werden die Fertigungstoleranzen der Integratoren (I₁, I₂, I₃) und ggf. der jeweils zugehörigen Fotodetektoren (F) wie beschrieben ausgeglichen.
Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Anzahl der Integrationsergebnisse (IT₁, IT₂, IT₃) eines Integrators (I₁, I₂, I₃) in einer bestimmten Integratorrolle (IR₁, IR₂, IR₃) und auf diese bezogen innerhalb einer Messkampagne M_K für alle Integratoren (I₁, I₂, I₃) gleich ist.
Daher ist es für das hier diskutierte Beispiel mit drei Integratorrollen (IR₁, IR₂, IR₃) besonders günstig, wenn die Anzahl N der Messsequenzen (M₁ bis M_N) während einer Messkampagne (M_K) drei beträgt oder durch 3 teilbar ist.
In bestimmten Anwendungsfällen mag es günstig sein, wenn nicht nur Mittelwerte gebildet werden, sondern auch die Integrationsergebnisse (IT₁, IT₂, IT₃) und/oder die Messwerte (MW₁, MW₂, MW₃) miteinander verglichen werden. Daher kann es günstig sein, wenn das Konfigurationssignal (KS) ein Zufallssignal oder Pseudozufallssignal ist. Damit alle Integratorrollen mit der gleichen Wahrscheinlichkeit eingenommen werden ist es wichtig, dass die Wahrscheinlichkeit für einen Integrator (I₁, I₂, I₃) eine bestimmte Integratorrolle (IR₁, IR₂, IR₃) einzunehmen der Kehrwehrt der Anzahl der Integratorrollen (IR₁, IR₂, IR₃), in diesem Beispiel ein Drittel, ist. Sofern die Pseudozufallszahl mit einem einfach primitiven Polynom mittels eines oder mehrerer rückgekoppelter Schieberegister erzeugt wird, werden nicht alle Zahlen tatsächlich ausgegeben. Daher weicht die Wahrscheinlichkeit in diesem Fall leicht ab, was durch einen Korrekturfaktor berücksichtigt werden muss. In diesem Fall sollte die die Wahrscheinlichkeit für einen Integrator (I₁, I₂, I₃) eine bestimmte Integratorrolle (IR₁, IR₂, IR₃) einzunehmen nicht mehr als 10% relativ bezogen auf die zuvor dargestellten Werte nach oben oder unten von diesen Werten abweichen.
Das Konfigurationssignal (KS) besteht daher vorzugsweise aus einer vorgegebenen, beispielsweise konstruktiv festgelegten Sequenz verschiedener Konfigurationen. Nach jeder Messsequenz (M_i) nimmt das Konfigurationssignal (KS) vorzugsweise einen neuen Wert ein und stellt damit eine neue Konfiguration ein. Nicht immer muss die Konfiguration am Ende einer Messsequenz (M_i) gewechselt werden. Zwei aufeinanderfolgende Konfigurationen zweier aufeinander folgender Messsequenzen (M_i, M_j) können auch gleich sein. Innerhalb einer Messkampagne (M_K) ist es aber vorteilhaft, wenn mindestens zwei aufeinanderfolgende Konfigurationen, charakterisiert durch den Zustand des Konfigurationssignals (KS) und der zugeordneten Integratorrollen (IR₁, IR₂, IR₃) zu den Integratoren (I₁, I₂, I₃), ungleich sind. Unterschiedliche Konfigurationen zeigen sich also insbesondere durch eine unterschiedliche Zuordnung der Integrationszeiten (Δ_E1, Δ_E2, Δ_E3) zu den Integratoren (I₁, I₂, I₃) in mindestens zwei verschiedenen Messsequenzen (M_i, M_j mit i ≠ j).
Daher ist es auch möglich, dass innerhalb einer Messkampagne (M_K) in einer oder mehreren Messsequenzen (M_i) zwei Integratoren (I₁, I₂, I₃) die gleiche Integratorrolle (IR₁, IR₂, IR₃) einnehmen, was den Vergleich der Messergebnisse (MW₁, MW₂, MW₃) und Integrationsergebnisse (IT₁, IT₂, IT₃) ermöglicht.
Dabei werden beispielsweise aus den Integrationsergebnissen (IT₁, IT₂, IT₃) und/oder den Messwerten (MW₁, MW₂, MW₃) einer Messsequenz (M_i), in der mindestens zwei Integratoren (I₁, I₂, I₃) die gleiche Integratorrolle (IR₁, IR₂, IR₃) eingenommen haben, Messwerte (MD₁₂, MD₂₃, MD₃₁) über die Unterschiede zwischen diesen Integratoren (I₁, I₂, I₃) abgeleitet. Auch können Korrekturfaktoren und/oder Korrekturwerte zur Korrektur dieser Integratoren (I₁, I₂, I₃) und/oder folgender Integrationsergebnisse (IT₁, IT₂, IT₃) und/oder Messwerte (MW₁, MW₂, MW₃) dieser Integratoren (I₁, I₂, I₃) in jeweils diesen Integratorrollen (IR₁, IR₂, IR₃) abgeleitet werden.
Für den Fall, dass mehr als drei Integratoren verwendet werden, ist es sinnvoll, wenn die Anzahl der Integratoren (I₁, I₂, I₃) durch die Anzahl der Integratorrollen (IR₁, IR₂, IR₃), insbesondere durch drei im Falle der beispielhaften drei Integratorrollen (IR₁, IR₂, IR₃), teilbar ist. In Bezug auf die DE 10 2009 037 596 A1 bedeutet dies, dass deren Konfiguration mit vier Integratoren ungünstig ist. (siehe z. B. 4 der DE 10 2009 037 596 A1 ) Eine günstigere Form wäre die eines Sechsecks mit sechs Integratoren, da sich mit einem Sechseck eine Fläche parkettieren lässt und gleichzeitig das zuvor beschriebene Schema mit drei Integratorrollen (IR₁, IR₂, IR₃) durchführen lässt. Eine Sechseckform weist also eine besonders hohe Symmetrie und damit eine hohe Fehlertoleranz auf.
Im Falle einer dermaßen erhöhten Anzahl von Integratoren, ist es sinnvoll, wenn die Menge der Integratoren (I₁, I₂, I₃) sich in einer Messsequenz (M_i) innerhalb einer Messkampagne (M_K) gleichmäßig auf die möglichen Integratorrollen (IR₁, IR₂, IR₃), insbesondere auf drei beispielhaften Integratorrollen (IR₁, IR₂, IR₃), aufteilt. Insofern ist es günstig, wenn die Anzahl der Integratorrollen (IR₁, IR₂, IR₃) eine ganzzahligen Teiler der Anzahl der Integratoren (I₁, I₂, I₃) darstellt. Werden beispielsweise N Integratoren (I₁, I₂, I₃) und N Integratorrollen (IR₁, IR₂, IR₃) beispielsweise rollierend miteinander gepaart, so sind in einer Messkampagne (M_K) vorzugsweise N Messsequenzen (M_i) sinnvoll, um jeden Integrator (I₁, I₂, I₃) einmal in jeder Integratorrolle (IR₁, IR₂, IR₃) zu vermessen. Sofern alle Kombinationen aus d Integratorrollen (IR₁, IR₂, IR₃) und e Integratoren (I₁, I₂, I₃) einmal vorkommen sollen, so sind d^e Messequenzen (M_i) gefordert, was aber, wie leicht zu erkennen ist, schnell ausufert.
Schließlich bleibt noch zu erwähnen, dass der Beginn t_s2 der zweiten Integrationszeit Δ_E2 des Integrators in der zweiten Integratorrolle IR₂ mit dem dritten Zeitpunkt t_e3 des Endes der ersten Integrationszeit ΔE₁ des Integrators in der ersten Integratorrolle IR₁ korrelieren sollte, um den Messbereich nicht einzuschränken.
1 zeigt eine Anordnung aus Fotodetektor (F), Torsignalen (S_t1, S_t2, S_t3), die das Gate jeweils eines Transfertransistors bilden, und den jeweiligen Integratorausgangssignalen (S₁, S₂, S₃). Eine solche Struktur der 1 kann auch der 4 der DE 10 2009 037 596 A1 entnommen werden und entspricht daher dem nicht beanspruchten Stand der Technik.
2 zeigt ein Schema zum erfindungsgemäßen Betreiben eines solchen Fotodetektors (F) mit Auswertung. Die 2 zeigt zwei Messkampagnen (M_K) aus einer Folge von Messkampagnen (M_K). Jeder der Messkampagnen (M_K) ist in jeweils beispielhaft drei Messsequenzen (M₁, M₂, M₃) unterteilt. Jede Messsequenz (M₁, M₂, M₃) beginnt mit dem Zeitpunkt t₀ und endet mit dem Zeitpunkt t_m. Zum Sendestart (T_S0) beginnt der Lichtsender einen Lichtpuls (L_p) auszusenden. Dieser hat eine Lichtpulsdauer (Δ_L). Dieser Vorgang widerholt sich in jeder Messsequenz (M₁, M₂, M₃). Der Lichtpuls wird an einem nicht gezeichneten Objekt reflektiert und erreicht nach Reflektion und Rücklauf verschoben um einen Zeitraum der mittleren Lichtlaufzeit Δ_LF wieder das Messsystem, dass das erfindungsgemäße Verfahren durchführt. Das Messsystem erzeugt nun ein erstes Torsignal (S_t1) für die Aktivierung des ersten Integrators (I₁). Aufgrund des nicht gezeigten Konfigurationssignals (KS) befindet sich dieser in der ersten Messsequenz (M₁) in der ersten Integratorrolle (IR₁), die eingezeichnet ist. Daher wird das erste Torsignal (S_t1) des ersten Integrators (I₁) während der ersten Integrationszeit Δ_E1 aktiv, die der ersten Integratorrolle (IR₁) zugeordnet ist.
Das Messsystem erzeugt des Weiteren ein zweites Torsignal (S_t2) für die Aktivierung des zweiten Integrators (I₂). Aufgrund des nicht gezeigten Konfigurationssignals (KS) befindet sich dieser in der ersten Messsequenz (M₁) in der zweiten Integratorrolle (IR₂), die ebenfalls eingezeichnet ist. Daher wird das zweite Torsignal (S_t2) des zweiten Integrators (I₂) während der zweiten Integrationszeit (Δ_E2) aktiv, die der zweiten Integratorrolle (IR₂) zugeordnet ist.
Schließlich erzeugt Messsystem ein drittes Torsignal (S_t3) für die Aktivierung des dritten Integrators (I₃). Aufgrund des nicht gezeigten Konfigurationssignals (KS) befindet sich dieser in der ersten Messsequenz (M₁) in der dritten Integratorrolle (IR₃), die ebenfalls eingezeichnet ist. Daher wird das dritte Torsignal (S_t3) des dritten Integrators (I₃) während der dritten Integrationszeit (Δ_E3) aktiv, die der dritten Integratorrolle (IR₃) zugeordnet ist.
Während der ersten Integrationszeit (Δ_E1) in der ersten Messsequenz (M₁) erfasst der erste Integrator (I₁), der gerade die erste Integratorrolle (IR₁) wahrnimmt, die Ladungsmenge (Q₁₁), die durch den nicht gezeichneten Fotodetektor (F) aus dem empfangenen reflektierten Lichtpuls (L_pr) und dem Umgebungslicht während der ersten Integrationszeit (Δ_E1) erzeugt wird.
Während der zweiten Integrationszeit (Δ_E2) in der ersten Messsequenz (M₁) erfasst der zweite Integrator (I₂), der gerade die zweite Integratorrolle (IR₂) wahrnimmt, die Ladungsmenge (Q₁₂), die durch den nicht gezeichneten Fotodetektor (F) aus dem empfangenen reflektierten Lichtpuls (L_pr) und dem Umgebungslicht während der zweiten Integrationszeit (Δ_E2) erzeugt wird.
Während der dritten Integrationszeit (Δ_E3) in der ersten Messsequenz (M₁) erfasst der dritte Integrator (I₃), der gerade die dritte Integratorrolle (IR₃) wahrnimmt, die Ladungsmenge (Q₁₃), die durch den nicht gezeichneten Fotodetektor (F) aus dem empfangenen reflektierten Lichtpuls (L_pr) und dem Umgebungslicht während der dritten Integrationszeit (Δ_E3) erzeugt wird. Da die Ladungen (Q₁₁, Q₁₂, Q₁₃) durch die Integratoren (I₁, I₂, I₃), typischerweise Kondensatoren und/oder Integratorschaltungen etc., in einen Pegel umgesetzt werden, steigen deren Integratorausgangssignale (S₁, S₂, S₃) während der Aktivität der jeweiligen Torsignale (S_t1, S_t2, S_t3) an. Der Anstieg wird dabei durch das Umgebungslicht und die Intensität des aufgefangenen, reflektierten Pulses bestimmt. Der am Ende der jeweiligen Integrationszeit (Δ_E1, Δ_E2, Δ_E3) erreichte Pegel des Integratorausgangssignals (S₁, S₂, S₃) wird im Idealfall bis zum Ende der jeweiligen Messsequenz beibehalten und stellt das jeweilige Integrationsergebnis (IT₁, IT₂, IT₃) für den jeweiligen Integrator (I₁, I₂, I₃) bezogen auf diese Messsequenz (M₁) dar. Aufgrund des nicht gezeigten Konfigurationssignals (KS) kann nun jedes der Integratorausgangssignale (S₁, S₂, S₃) für die Dauer der Messsequenz (M₁) einem Integratorrollenausgangssignal (SR₁, SR₂, SR₃) zugeordnet werden. Vorzugsweise am Ende der ersten Messsequenz (M₁) wird das Integrationsergebnis (IT₁, IT₂, IT₃) dem jewiligen Messwert (MW₁, MW₂, MW₃) zugeordnet.
Am Ende der ersten Messsequenz (M₁) werden die Integrationsergebnisse vorzugsweise durch ein nicht gezeichnetes Reset-Signal gelöscht, was die Integratorausgangssignale (S₁, S₂, S₃) und die Integratorrollenausgangssignale (SR₁, SR₂, SR₃) zurücksetzt. Das nicht gezeichnete Konfigurationssignal (KS) wird zum Ende der ersten Messsequenz (M₁) zum Zeitpunkt (t_m) und damit zum Beginn der zweiten Messsequenz (M₂) zu deren Zeitpunkt (t₀) geändert. Damit ändert sich die Zuordnung von Integratoren (I₁, I₂, I₃), Integrationsergebnissen (IT₁, IT₂, IT₃) und Integratorausgangssignalen (S₁, S₂, S₃) auf der einen Seite zu Integratorrollen (IR₁, IR₂, IR₃), Messwerten (MW₁, MW₂, MW₃) und Integratorrollenausgangssignalen (IR₁, IR₂, IR₃) auf der anderen Seite entsprechend der neuen Konfiguration, die durch das Konfigurationssignal (KS) festgelegt ist. In dem Beispiel übt nun in der zweiten Messsequenz (M₂) der erste Integrator (I₁) die dritte Integratorrolle (IR₃) aus, der zweite Integrator (I₂) die erste Integratorrolle (IR₁) aus und der dritte Integrator (I₃) die zweite Integratorrolle (IR₂) aus. Dementsprechend werden die Integrationszeiten (Δ_E1, Δ_E2, Δ_E3) neu zugeordnet. Auf diese Weise wird vorzugsweise mit jeder neuen Messsequenz M_i einen neue Permutation der Zuordnungen als Konfiguration eingestellt, sodass vorzugsweise währen einer Messkampagne jeder der Integratoren (I1, I2, I3) jede der Integratorrollen (IR₁, IR₂, IR₃) mindestens einmal, vorzugsweise gleich oft, einnimmt. Das gleiche gilt vorzugsweise für die Zuordnung der Integratorausgangssignale (S₁, S₂, S₃) in Bezug auf die Integratorrollenausgangssignale (SR₁, SR₂, SR₃) und für die Integrationsergebnisse (IT₁, IT₂, IT₃) in Bezug auf die Messwerte (MW₁, MW₂, MW₃).
Da die Ergebnisse in Form der Integratorausgangssignale (S₁, S₂, S₃) nun ebenfalls anders zugeordnet sind, können diese entsprechend dem Konfigurationssignal (KS) den richtigen Integratorrollenausgangssignalen (SR₁, SR₂, SR₃) durch Umsortieren mittels eines geeigneten Multiplexers zugeordnet werden.
Wie leicht zu erkennen ist, kann durch Mittelwertbildung nun ein verbesserter Messwert für die jeweiligen Integrationszeiten in der gesamten Messkampagne (M_k) erzielt werden.
Hierzu wird innerhalb einer Messkampagne (M_K) das erste Integrationsergebnis (IT₁) in der ersten Messsequenz (M₁) mit dem zweiten Integrationsergebnis (IT₂) in der zweiten Messsequenz (M₂) und mit dem dritten Integrationsergebnis (IT₃) in der dritten Messsequenz (M₃) addiert und das Ergebnis durch drei geteilt, was einen verbesserten Wert (MMW₂) für die erste Integrationszeit (Δ_E1) in der jeweiligen Messkampagne (M_K) ergibt, der weniger von Fertigungsstreuungen innerhalb des Messsystems abhängig ist. Dies gescheiht so, dass die verschiedenen ersten Messwerte (MW₁) der Messsequenzen (M₁, M₂, M₃) der Messkampagne (M_K), die ja den relevanten Integrationsergebnissen (IT₁, IT₂, IT₃) der Messsequenzen (M₁, M₂, M₃) der Messkampagne (M_K) entsprechen, aufsummiert und durch ihre Anzahl, in diesem Beispiel 3, geteilt werden.
Des Weiteren wird innerhalb einer Messkampagne (M_K) das zweite Integrationsergebnis (IT₂) in der ersten Messsequenz (M₁) mit dem dritten Integrationsergebnis (IT₃) in der zweiten Messsequenz (M₂) und mit dem ersten Integrationsergebnis (IT₁) in der dritten Messsequenz (M₃) addiert und das Ergebnis durch drei geteilt, was einen verbesserten Wert (MMW₂) für die zweite Integrationszeit (Δ_E2) in der jeweiligen Messkampagne (M_K) ergibt, der ebenfalls weniger von Fertigungsstreuungen innerhalb des Messsystems abhängig ist. Dies gescheiht so, dass die verschiedenen zweiten Messwerte (MW₂) der Messsequenzen (M₁, M₂, M₃) der Messkampagne (M_K), die ja den relevanten Integrationsergebnissen (IT₁, IT₂, IT₃) der Messsequenzen (M₁, M₂, M₃) der Messkampagne (M_K) entsprechen, aufsummiert und wieder durch ihre Anzahl, in diesem Beispiel 3, geteilt werden.
Schließlich wird innerhalb einer Messkampagne (M_K) das dritte Integrationsergebnis (IT₃) in der ersten Messsequenz (M₁) mit dem ersten Integrationsergebnis (IT₁) in der zweiten Messsequenz (M₂) und mit dem zweiten Integrationsergebnis (IT₂) in der dritten Messsequenz (M₃) addiert und das Ergebnis durch drei geteilt, was nun einen verbesserten Wert (MMW₃) für die dritte Integrationszeit (Δ_E3) in der jeweiligen Messkampagne (M_K) ergibt, der ebenfalls weniger von Fertigungsstreuungen innerhalb des Messsystems abhängig ist. Dies gescheiht so, dass die verschiedenen dritten Messwerte (MW₃) der Messsequenzen (M₁, M₂, M₃) der Messkampagne (M_K), die ja den relevanten Integrationsergebnissen (IT₁, IT₂, IT₃) der Messsequenzen (M₁, M₂, M₃) der Messkampagne (M_K) entsprechen, aufsummiert und wieder durch ihre Anzahl, in diesem Beispiel 3, geteilt werden.
Da der dritte verbesserte Wert (MMW₃) sich auf das Integrationsergebnis der dritten Integrationszeit Δ_E3 bezieht und damit nur das Umgebungslicht erfasst, kann die Lichtlaufzeit Δ_LF des Lichtpulses L_p der Lichtpulslänge Δ_L zum Objekt O₁ bis O_N und zurück nun in Abhängigkeit vom Verhältnis (MMW₁ – MMW₃)/(MMW₂ – MMW₃) mit erhöhter Genauigkeit für diese Messkampagne (M_K) ermittelt werden.
Mit der nächsten Messkampagne (M_K) wird dieser Vorgang dann jeweils wiederholt.
3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Fotodetektor (F) und drei Torsignalen (S_t1, S_t2, S_t3). Die Integratoren, beispielsweise mit einem Pol gegen Masse geschaltete Kondensatoren, sind nicht eingezeichnet. Der andere Pol jedes Integrators (I₁, I₂, I₃) kann über ein Transfergate, das an das Torsignal (S_t1, S_t2, S_t3) angeschlossen ist und daher mit dem gleichen Bezugszeichen markiert ist, mit dem Fotodetektor (F) verbunden werden. Dieser Andere Pol ist in diesem Beispiel das jeweilige Integratorausgangssignal (S₁, S₂, S₃).
4 zeigt eine beispielhafte Parkettierung mit einer Vorrichtung nach 3. Die Verdrahtung der Torsignale (S_t1, S_t2, S_t3) und der Integratorausgangssignale (S₁, S₂, S₃)., die nicht über die Fotodetektoren laufen darf, ist nicht eingezeichnet.
5 zeigt die Vorrichtung aus 3 mit einer anderen Anordnung der Torsignale (S_t1, S_t2, S_t3) und der Integratorausgangssignale (S₁, S₂, S₃).
Bezugszeichenliste

A

mittlerer Abstand zu den Objekten O₁ bis O_M

Δ_A

Integrationszeit zur Messung der Reflektion des Lichtpulses L_p

Δ_E

Torsignal, um den Integrator I des Fotodetektors F für das zu empfangende Lichtsignal, den reflektierten Lichtpuls L_pr, empfindlich zu schalten

Δ_E1

erste Integrationszeit oder erstes Torsignal der ersten Integratorrolle IR₁, um den Integrator in der ersten Integratorrolle IR₁ für das durch den Fotodetektor F zu empfangende Lichtsignal, also den reflektierten Lichtpuls L_pr, empfindlich zu schalten. In der ersten Integrationszeit integriert der Integrator in der ersten Integratorrolle IR₁ die durch den Fotodetektor F erzeugten photoinduzierten Ladungsträger auf.

Δ_E2

zweite Integrationszeit oder zweites Torsignal der zweiten Integratorrolle IR₂, um den Integrator in der zweiten Integratorrolle IR₂ für das durch den Fotodetektor F zu empfangende Lichtsignal, also den reflektierten Lichtpuls L_pr, empfindlich zu schalten. In der zweiten Integrationszeit integriert der Integrator in der zweiten Integratorrolle (IR₂) die durch den Fotodetektor F erzeugten photoinduzierten Ladungsträger auf. Δ_E3 dritte Integrationszeit oder drittes Torsignal der dritten Integratorrolle IR₃, um den Integrator in der dritten Integratorrolle IR₃ für das durch den Fotodetektor F zu empfangende Lichtsignal, also den reflektierten Lichtpuls L_pr, empfindlich zu schalten. In der dritten Integrationszeit integriert der Integrator in der dritten Integratorrolle IR₃ die durch den Fotodetektor F erzeugten photoinduzierten Ladungsträger auf. Hierbei wird vorzugsweise nur das Umgebungslicht gemessen.

Δ_L

Lichtimpulsdauer des Lichtpulses L_p

Δ_LF

mittlere Lichtlaufzeit des Lichtpulses L_p der Lichtpulslänge Δ_L zum Objekt O₁ bis O_N und zurück.

F

Fotodetektor

I

Integrator (allgemein)

I₁

erster Integrator

I₂

zweiter Integrator

I₃

dritter Integrator

IR₁

erste Integratorrolle. Jeder Integrator (I₁, I₂, I₃) hat vorzugsweise innerhalb einer Messsequenz (M_i mit 1 ≤ i ≤ N) eine unterschiedliche Integratorrolle. Die erste Integratorrolle im Sinne dieser Offenbarung ist die der Integration der durch den Fotodetektor F erzeugten photoinduzierten Ladungsträger während der ersten Integrationszeit Δ_E1.

IR₂

zweite Integratorrolle. Jeder Integrator (I₁, I₂, I₃) hat vorzugsweise innerhalb einer Messsequenz (M_i mit 1 ≤ i ≤ N) eine unterschiedliche Integratorrolle. Die zweite Integratorrolle im Sinne dieser Offenbarung ist die der Integration der durch den Fotodetektor F erzeugten photoinduzierten Ladungsträger während der zweiten Integrationszeit Δ_E2.

IR₃

dritte Integratorrolle. Jeder Integrator (I₁, I₂, I₃) hat vorzugsweise innerhalb einer Messsequenz (M_i mit 1 ≤ i ≤ N) eine unterschiedliche Integratorrolle. Die dritte Integratorrolle im Sinne dieser Offenbarung ist die der Integration der durch den Fotodetektor F erzeugten photoinduzierten Ladungsträger während der dritten Integrationszeit Δ_E3.

IT₁

erstes Integrationsergebnis der ersten Integrationseinrichtung I₁ des Fotodetektors F innerhalb einer Messsequenz M_i in der konfigurationsgemäß zugehörigen Integrationszeit (Δ_E1, Δ_E2, Δ_E3).

IT₂

zweites Integrationsergebnis der zweiten Integrationseinrichtung I₂ des Fotodetektors F innerhalb einer Messsequenz M_i in der konfigurationsgemäß zugehörigen Integrationszeit (Δ_E1, Δ_E2, Δ_E3).

IT₃

drittes Integrationsergebnis der dritten Integrationseinrichtung I₃ des Fotodetektors F innerhalb einer Messsequenz M_i in der konfigurationsgemäß zugehörigen Integrationszeit (Δ_E1, Δ_E2, Δ_E3).

KS

Konfigurationssignal. Das Konfigurationssignal bestimmt, welche der mindestens drei Integratorrollen IR₁, IR₂, IR₃ die mindestens drei Integratoren I₁, I₂, I₃ in der jeweiligen Messsequenz M_i von N Messsequenzen mit 1 ≤ i ≤ N einer Messkampagne M_K einnehmen.

L_p

Lichtpuls

L_pr

an den Objekten O₁ bis O_M reflektierter Lichtpuls L_p

L_pr1

am nächstgelegenen Objekt O₁ erster reflektierter Lichtpuls L_p

L_prM

am fernsten Objekt O_M M-ter reflektierter Lichtpuls L_p

M

Messsequenz

M₁

erste Messsequenz

MD₁₂

Messwert über den einen Unterschied zwischen einem ersten Integrator (I₁) und einem zweiten Integrator (I₂) bezogen auf eine gleiche Integratorrolle, die hier nicht näher spezifiziert wird. Es handelt sich also nur um ein Beispiel für einen von mehreren möglichen Messwert zur Charakterisierung der beiden Integratoren.

MD₂₃

Messwert über den einen Unterschied zwischen einem zweiten Integrator (I₂) und einem dritten Integrator (I₃) bezogen auf eine gleiche Integratorrolle, die hier nicht näher spezifiziert wird. Es handelt sich also nur um ein Beispiel für einen von mehreren möglichen Messwert zur Charakterisierung der beiden Integratoren.

MD₃₁

Messwert über den einen Unterschied zwischen einem dritten Integrator (I₃) und einem ersten Integrator (I₁) bezogen auf eine gleiche Integratorrolle, die hier nicht näher spezifiziert wird. Es handelt sich also nur um ein Beispiel für einen von mehreren möglichen Messwert zur Charakterisierung der beiden Integratoren.

M_i

i-te Messsequenz mit 1 ≤ i ≤ N und i ≠ j

M_j

j-te Messsequenz mit 1 ≤ j ≤ N und i ≠ j

M_K

Messkampagne aus N Messsequenzen M₁ bis M_N

M_N

N-te Messsequenz

MEM

Speicher

MMW₁

gemittelter erster Messwert MW₁ für die erste Integratorrolle IR₁, wobei die Mittelung über eine Messkampagne M_K erfolgt. (Wie zu jeder Messsequenz M_i einer Messkampagne die Messwerte MW₁ aus den beispielhaft der Integrationsergebnissen IT₁, IT₂, IT₃ ermittelt werden, kann dem text entnommen werden.)

MMW₂

gemittelter zweiter Messwert MW₂ für die zweite Integratorrolle IR₂, wobei die Mittelung über eine Messkampagne M_K erfolgt. (Wie zu jeder Messsequenz M_i einer Messkampagne, die Messwerte MW₂ aus den beispielhaft der Integrationsergebnissen IT₁, IT₂, IT₃ ermittelt werden, kann dem text entnommen werden.)

MMW₃

gemittelter dritter Messwert MW₁ für die dritte Integratorrolle IR₃, wobei die Mittelung über eine Messkampagne M_K erfolgt. (Wie zu jeder Messsequenz M_i einer Messkampagne die Messwerte MW₂ aus den beispielhaft der Integrationsergebnissen IT₁, IT₂, IT₃ ermittelt werden, kann dem text entnommen werden.)

MW₁

erster Messwert für die erste Integratorrolle IR₁, wobei dieser erste Messwert immer zum Ende einer Messsequenz (M₁ bis M_N) zum Endzeitpunkt t_m der jeweiligen Messsequenz M_i (mit 1 ≤ i ≤ N) dem ersten Integratorrollenausgangssignal SR₁ entnommen wird, sodass am Ende einer Messkampagne M_K mit N Messsequenzen (M₁ bis M_N) N erste Messwerte MW₁ erfasst worden sind. Typischerweise werden die ersten Messwerte MW₁ unmittelbar aufintegriert und mit einem konstanten Faktor geteilt, sodass sich der gemittelte erste Messwert MMW₁ unmittelbar ergibt.

MW₂

zweiter Messwert für die zweite Integratorrolle IR₂, wobei dieser zweite Messwert immer zum Ende einer Messsequenz (M₁ bis M_N) zum Endzeitpunkt t_m der jeweiligen Messsequenz M_i (mit 1 ≤ i ≤ N) dem zweiten Integratorrollenausgangssignal SR₂ entnommen wird, sodass am Ende einer Messkampagne M_K mit N Messsequenzen (M₁ bis M_N) N zweite Messwerte MW₂ erfasst worden sind. Typischerweise werden die zweiten Messwerte MW₂ unmittelbar aufintegriert und mit einem konstanten Faktor geteilt, sodass sich der gemittelte zweite Messwert MMW₂ unmittelbar ergibt.

MW₃

dritter Messwert für die dritte Integratorrolle IR₃, wobei dieser dritte Messwert immer zum Ende einer Messsequenz (M₁ bis M_N) zum Endzeitpunkt t_m der jeweiligen Messsequenz M_i (mit 1 ≤ i ≤ N) dem dritten Integratorrollenausgangssignal SR₃ entnommen wird, sodass am Ende einer Messkampagne M_K mit N Messsequenzen (M₁ bis M_N) N dritte Messwerte MW₃ erfasst worden sind. Typischerweise werden die dritten Messwerte MW₃ unmittelbar aufintegriert und mit einem konstanten Faktor geteilt, sodass sich der gemittelte dritte Messwert MMW₃ unmittelbar ergibt.

N

Anzahl der Messsequenzen M_i innerhalb einer Messkampagne M_K.

O₁

erstes Objekt, dass den Lichtpuls L_p reflektiert

O_N

N-tes Objekt, das den Lichtpuls L_p reflektiert.

S₁

erstes Integratorausgangssignal des ersten Integrators I₁

S₂

zweites Integratorausgangssignal des zweiten Integrators I₂

S₃

drittes Integratorausgangssignal des dritten Integrators I₃

S_t1

erstes Torsignal des ersten Integrators I₁, um die Integration der durch den Fotodetektor F erzeugten fotoinduzierten Ladungsträger, die durch das zu empfangende Lichtsignal, den reflektierten Lichtpuls L_pr, erzeugt wurden, zu aktivieren.

S_t2

zweites Torsignal des zweiten Integrators I₂, um die Integration der durch den Fotodetektor F erzeugten fotoinduzierten Ladungsträger, die durch das zu empfangende Lichtsignal, den reflektierten Lichtpuls L_pr, erzeugt wurden, zu aktivieren.

S_t3

drittes Torsignal des dritten Integrators I₃, um die Integration der durch den Fotodetektor F erzeugten fotoinduzierten Ladungsträger, die im Wesentlichen durch das Umgebungslicht erzeugt wurden, zu aktivieren.

SR₁

erstes Integratorrollenausgangssignal. Das erste Integratorrollenausgangssignal ist in dem beispielhaften Fall gleich dem ersten Integratorausgangssignal S₁ des ersten Integrators I₁, wenn der erste Integrator I₁ die erste Integratorrolle IR₁ inne hat, bzw. gleich dem zweiten Integratorausgangssignal S₂ des zweiten Integrators I₂, wenn der zweite Integrator I₂ die erste Integratorrolle IR₁ inne hat, bzw. gleich dem dritten Integratorausgangssignal S₃ des dritten Integrators I₃, wenn der dritte Integrator I₃ die erste Integratorrolle IR₁ inne hat.

SR₂

zweites Integratorrollenausgangssignal. Das zweite Integratorrollenausgangssignal ist in dem beispielhaften Fall gleich dem ersten Integratorausgangssignal S₁ des ersten Integrators I₁, wenn der erste Integrator I₁ die zweite Integratorrolle IR₂ inne hat, bzw. gleich dem zweiten Integratorausgangssignal S₂ des zweiten Integrators I₂, wenn der zweite Integrator I₂ die zweite Integratorrolle IR₂ inne hat, bzw. gleich dem dritten Integratorausgangssignal S₃ des dritten Integrators I₃, wenn der dritte Integrator I₃ die zweite Integratorrolle IR₂ inne hat.

SR₃

drittes Integratorrollenausgangssignal. Das dritte Integratorrollenausgangssignal ist in dem beispielhaften Fall gleich dem ersten Integratorausgangssignal S₁ des ersten Integrators I₁, wenn der erste Integrator I₁ die dritte Integratorrolle IR₃ inne hat, bzw. gleich dem zweiten Integratorausgangssignal S₂ des zweiten Integrators I₂, wenn der zweite Integrator I₂ die dritte Integratorrolle IR₃ inne hat, bzw. gleich dem dritten Integratorausgangssignal S₃ des dritten Integrators I₃, wenn der dritte Integrator I₃ die dritte Integratorrolle IR₃ inne hat.

t_e3

dritter Zeitpunkt des Endes der ersten Integrationszeit Δ_E1

t_e4

vierter Zeitpunkt des Endes der zweiten Integrationszeit Δ_E2

t_e5

fünfter Zeitpunkt des Endes der dritten Integrationszeit Δ_E3

t_LE

Eintreffzeitpunkt des ersten zurückgestreuten Lichtimpulses L_pr1

t_LS

Zeitpunkt des Eintreffens des Endes des M-ten reflektierten Lichtpulses L_prM, der am entferntesten noch zu erfassenden Objektpunkt O_M reflektiert wurde, plus der Lichtpulsdauer Δ_L.

t_s1

Beginn der ersten Integrationszeit Δ_E1 des Integrators in der ersten Integratorrolle IR₁

t_s2

Beginn der zweiten Integrationszeit Δ_E2 des Integrators in der zweiten Integratorrolle IR₂

t_s3

Zeitpunkt für den Beginn der dritten Integrationszeit Δ_E3 des Integrators in der dritten Integratorrolle IR₃

t₀

Beginn einer Messsequenz M_i

t_m

Endzeitpunkt der Messsequenz M_i

T_s0

Sendestartzeit, Beginn der Aussendung des Lichtpulses L_p durch die Lichtquelle

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Systems bestehend aus mindestens einem Lichtlaufzeitdetektor mit mehreren, mindestens jedoch drei Integratoren (I₁, I₂, I₃) zur Sammlung fotoinduzierter Ladungsträger mindestens eines Fotodetektors (F) zur Messung einer Lichtlaufzeit (Δ_LF) umfassend die Schritte a. Aussenden eines Lichtpulses (L_p) beginnend mit einer Sendestartzeit (T_s0) und für die Lichtimpulsdauer (Δ_L), b. Reflektion dieses Lichtpulses (L_p) an einem oder mehreren Objekten (O₁ bis O_M) als reflektierter Lichtpuls (L_pr, L_pr1 bis L_prN), c. Erzeugen von photoinduzierten Ladungsträgern (Q_ph) durch den zumindest einen Fotodetektor (F) bei Einfall des reflektieren Lichtpulses (L_pr, L_pr1 bis L_prN) im zeitlichen Mittel nach einer mittleren Lichtlaufzeit (Δ_LF) auf diesen zumindest einen Fotodetektor (F), d. Integration der durch den Fotodetektor (F) erzeugten photoinduzierten Ladungsträger (Q_ph) in den besagten Integratoren (I₁, I₂, I₃) währed der Aktivität eines jeweils dem jeweiligen Integrator (I₁, I₂, I₃) zugehörigen Torsignals (S_t1, S_t2, S_t3), e. Erzeugen je eines Torsignals (S_t1, S_t2, S_t3) je Integrator (I₁, I₂, I₃), f. Festlegen einer Konfiguration für die Dauer einer Messsequenz (M_i mit 1 ≤ i ≤ N), g. Zuweisen je einer Integratorrolle (IR₁, IR₂, IR₃) zu je einem der besagten Integratoren (I₁, I₂, I₃) für die Dauer dieser Messsequenz (M_i) in Abhängigkeit von der Konfiguration in dieser Messsequenz (M_i), h. Aktivieren der Torsignale (S_t1, S_t2, S_t3) für den jeweiligen Integrationszeitraum (Δ_E1, Δ_E2, Δ_E3) nur für die Integratorrolle (IR₁, IR₂, IR₃) für mindestenens einen Integrationszeitraum (Δ_E1, Δ_E2, Δ_E3) während der Messsequenz (M_i mit 1 ≤ i ≤ N), wobei jeder Integrationszeitraum (Δ_E1, Δ_E2, Δ_E3) mit genau einer Integratorrolle (IR₁, IR₂, IR₃) korrespondiert, i. Aktivieren des Torsignals des Integrators in der ersten Integratorrolle (IR₁) während einer ersten Integrationszeit (Δ_E1), j. Aktivieren des Torsignals des Integrators in der zweiten Integratorrolle (IR₂) während einer zweiten Integrationszeit (Δ_E2), k. Aktivieren des Torsignals des Integrators in der dritten Integratorrolle (IR₃) während einer dritten Integrationszeit (Δ_E3), l. Erzeugen je eines Integratorausgangssignal (S₁, S₂, S₃) und/oder eines entsprechenden Wertes für jeden der mindestens drei Integratoren (I₁, I₂, I₃), wobei das Integratorausgangssignal (S₁, S₂, S₃) und/oder der entsprechende Wert von der während der Aktivität des dem jeweiligen Integrator (I₁, I₂, I₃) zugehörigen Torsignals (S_t1, S_t2, S_t3) während der der Messsequenz (M_i) durch den mindestens einen Fotodetektor (F) empfangen Lichtleistung integriert abhängt, m. Rückzuordnung der Integratorausgangssignale (S₁, S₂, S₃) oder der entprechenden Werte zu je einem Integratorrollenausgangssignal (SR₁, SR₂, SR₃) oder einem entsprechenden Wert in Abhängigkeit von der Konfiguration in dieser Messsequenz (M_i) und Umwandlung in je einen Messwert (MW₁, MW₂, MW₃) und/oder Erfassung je eines Integrationsergebnisses (IT₁, IT₂, IT₃) basierend auf je einem Integratorausgangssignal (S₁, S₂, S₃) oder dem entsprechenden Wert und Rückzuordnung der Integrationsergebnisse (IT₁, IT₂, IT₃) zu je einen Messwert (MW₁, MW₂, MW₃) je Integratorrollen (IR₁, IR₂, IR₃) und Messsequenz (M_i), n. Schätzung je eines verbesserten Messwertes (MMW₁, MMW₂, MMW₃) je Integratorrolle (IR₁, IR₂, IR₃) und Messkampagne (M_K) auf Basis der besagten Messergebnisse (MW₁, MW₂, MW₃) für jede der mindestens drei Integratorrollen (IR₁, IR₂, IR₃) für eine Anzahl von N Messsequenzen (M₁ bis M_N) einer Messkampagne (M_K), wobei die Schätzung mit Hilfe eines statistischen Verfahrens erfolgt, o. Durchführen der vorhergehenden Schritte für die nächste Messsequenz (M_i), wobei die Konfiguration bei zumindest zwei Messsequenzen (M_i, M_j) innerhalb einer Messkampagne (M_K) unterschiedlich ist, p. wobei der Zeitpunkt (t_s1) des Beginns der ersten Integrationszeit (Δ_E1) des Integrators in der ersten Integratorrolle (IR₁) zu einem Zeitpunkt vor dem Zeitpunkt (T_s0 + Δ₁) bezogen auf den Beginn der der jeweiligen Messsequenz (M_i) zum Zeitpunkt (t₀) liegt und q. wobei der dritte Zeitpunkt (t_e3) des Endes der ersten Integrationszeit (Δ_E1) des Integrators in der ersten Integratorrolle (IR₁) zu einem dritten Zeitpunkt (t_e3) nach einem Zeitpunkt T_s0 + Δ_LF und vor einem Zeitpunkt T _s0 + Δ_LF + ΔL bezogen auf den Beginn der der jeweiligen Messsequenz (M_i) zum Zeitpunkt (t₀) liegt und r. wobei der Zeitpunkt (t_s2) des Beginns der zweiten Integrationszeit (Δ_E2) des Integrators in der zweiten Integratorrolle (IR₂) zu einem vierten Zeitpunkt (t_e4) vor einem Zeitpunkt T_s0 + Δ_LF und vor einem Zeitpunkt T_s0 + ΔL + Δ_LF bezogen auf den Beginn der der jeweiligen Messsequenz (M_i) zum Zeitpunkt (t₀) liegt und s. wobei ein vierter Zeitpunkt (t_e4) des Endes der zweiten Integrationszeit (Δ_E2) des Integrators in der zweiten Integratorrolle (IR₂) zu einem Zeitpunkt (t_e4) nach einem Zeitpunkt T_s0 + ΔL + Δ_LF bezogen auf dem Beginn der der jeweiligen Messsequenz (M_i) zum Zeitpunkt (t₀) liegt und t. wobei der Zeitpunkt (t_s3) für den Beginn der dritten Integrationszeit (Δ_E3) des Integrators in der dritten Integratorrolle (IR₃) zu einem Zeitpunkt (t_s3) nach einem Zeitpunkt T_s0 + ΔL + Δ_LF bezogen auf den Beginn der Aussendung des Lichtpulses (L_p) zum Zeitpunkt (t₀) liegt und u. wobei ein fünfter Zeitpunkt (t_e5) des Endes der dritten Integrationszeit (Δ_E3) des Integrators in der dritten Integratorrolle (IR₃) zu einem Zeitpunkt (t_e5) nach einem Zeitpunkt T_s0 + ΔL + Δ_LF + Δ_E3 bezogen auf dem Beginn der Aussendung des Lichtpulses (L_p) zum Zeitpunkt (t₀) liegt und v. wobei der Endzeitpunkt (t_m) der jeweiligen Messsequenz (M_i) später oder gleichzeitig zum fünften Zeitpunkt (t_e5) liegt.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch a. wobei die Schätzung zumindest eines verbesserten Messwertes (MMW_I) für eine Messkampagne (M_K) durch Mittelung der zugehörigen N Messwerte (MW_I) über eine Anzahl von N Messsequenzen (M₁ bis M_N) für die zugehörige Integratorrolle (IR_I) erfolgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche a. wobei jeder der mindestens drei Integratoren (I₁, I₂, I₃) jede der zumindest drei Integratorrollen (IR₁, IR₂, IR₃) innerhalb einer Messkampagne (M_K) mit einer Anzahl von N > 2 Messsequenzen (M₁ bis M_N) mindestens einmal einnimmt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche a. wobei jede mögliche Integratorrolle (IR₁, IR₂, IR₃) eines Integrators (I₁, I₂, I₃) innerhalb zumindest einer Messsequenz (M_i) nur einmal in der Menge der mindestens drei Integratoren (I₁, I₂, I₃) vergeben ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche a. wobei die mindestens drei Integratoren (I₁, I₂, I₃) einzeln in Teilen oder als Gesamtheit, insbesondere durch ein oder mehrere Reset-Signale, in einen vorbestimmten Ausgangszustand zurückversetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 5 a. wobei die mindestens drei Integratoren (I₁, I₂, I₃) vor dem Beginn t_s1 der ersten Integrationszeit Δ_E1 des Integrators in der ersten Integratorrolle IR₁ in mindestens einer und/oder jeder Messsequenz (M₁ bis M_N) zurückgesetzt werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche a. wobei in einer Messkampagne (M_K) eine Anzahl von N Messsequenzen (M₁ bis M_N) mit N > 1 durchgeführt werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche a. wobei zur Ermittlung eines verbesserten Messwertes (MMW₁, MMW₂, MMW₃) für eine Integratorrolle (IR₁, IR₂, IR₃) für eine Messkampagne M_K eine Mittelung über die Messwerte (MW₁, MW₂, MW₃) der Integratorrollenausgangssignale (SR₁, SR₂, SR₃) der N innerhalb einer Messkampagne M_K durchgeführten Messsequenzen (M₁ bis M_N) für die betreffende Integratorrolle (IR₁, IR₂, IR₃) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8 a. wobei die Anzahl der Messwerte (MW₁, MW₂, MW₃) eines Integrators (I₁, I₂, I₃) in einer Integratorrolle (IR₁, IR₂, IR₃) innerhalb einer Messkampagne M_K für alle Integratoren (I₁, I₂, I₃) gleich ist.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 3 a. wobei die Anzahl N der Messsequenzen (M₁ bis M_N) während einer Messkampagne (M_K) durch 3 teilbar ist.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 3 a. wobei die Anzahl N der Integratorrollen (IR₁, IR₂, IR₃) während einer Messsequenz (M_i) einen ganzzahligen Teiler der Anzahl der Integratoren (I₁, I₂, I₃) darstellt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche a. wobei die Konfiguration bei einem Konfigurationswechsel zufällig, insbesondere durch eine Zufallssignal oder Pseudozufallssignal, bestimmt wird und wobei die Wahrscheinlichkeit für einen Integrator (I₁, I₂, I₃) eine bestimmte Integratorrolle (I₁, I₂, I₃) einzunehmen der Kehrwehrt der Anzahl der Integratorrollen (I₁, I₂, I₃), insbsondere ein Drittel) ist und/oder nicht mehr als 10% relativ bezogen auf diese Werte nach oben oder unten von diesem Wahrscheinlichkeitswert abweicht.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche a. wobei nach jeder Messsequenz (M_i) eine neue Konfiguration eingestellt wird, wobei zwei aufeinanderfolgende Konfigurationen auch gleich sein können, mindestens zwei aufeinanderfolgende Konfigurationen innerhalb einer Messkampagne (M_K) ungleich sein müssen.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche a. wobei innerhalb einer Messkampagne (M_K) in zumindest einer Messsequenz (M_i) zwei Integratoren (I₁, I₂, I₃) die gleiche Integratorrolle (I₁, I₂, I₃) einnehmen
Verfahren nach Anspruch 14 a. wobei aus Messwerten (MW₁, MW₂, MW₃) zumindest einer Messsequenz (M_i), in der mindestens zwei Integratoren (I₁, I₂, I₃) die gleiche Integratorrolle (IR₁, IR₂, IR₃) eingenommen haben, Messwerte (MD₁₂, MD₂₃, MD₃₁) über die Unterschiede zwischen diesen Integratoren (I₁, I₂, I₃) abgeleitet werden und/oder Korrekturfaktoren und/oder Korrekturwerte zur Korrektur dieser Integratoren (I₁, I₂, I₃) und/oder folgender Messwerte (MW₁, MW₂, MW₃) dieser Integratoren (I₁, I₂, I₃) in jeweils diesen Integratorrollen (IR₁, IR₂, IR₃) abgeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 11 a. wobei die Menge der mindestens drei Integratoren (I₁, I₂, I₃) sich in zumindest einer Messsequenz (M_i) innerhalb einer Messkampagne (M_K) gleichmäßig auf die möglichen Integratorrollen (IR₁, IR₂, IR₃), insbesondere auf drei mögliche Integratorrollen (IR₁, IR₂, IR₃), aufteilt
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche a. wobei der Beginn t_s2 der zweiten Integrationszeit Δ_E2 des Integrators in der zweiten Integratorrolle IR₂ mit dem dritten Zeitpunkt t_e3 des Endes der ersten Integrationszeit Δ_E1 des Integrators in der ersten Integratorrolle IR₁ korreliert.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche a. wobei die zeitliche Länge der ersten Integrationszeit Δ_E1 nicht mehr als 25% und/oder nicht mehr als 10% und/oder nicht mehr als 5% und/oder nicht mehr als 1% von der die zeitlichen Länge der zweiten Integrationszeit Δ_E2 abweicht und/oder b. wobei die zeitliche Länge der dritten Integrationszeit Δ_E3 nicht mehr als 25% und/oder nicht mehr als 10% und/oder nicht mehr als 5% und/oder nicht mehr als 1% von der die zeitlichen Länge der zweiten Integrationszeit Δ_E2 abweicht und/oder c. wobei die zeitliche Länge der ersten Integrationszeit Δ_E1 nicht mehr als 25% und/oder nicht mehr als 10% und/oder nicht mehr als 5% und/oder nicht mehr als 1% von der die zeitlichen Länge der dritten Integrationszeit Δ_E3 abweicht.
System ausgebildet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche
System nach dem vorhergehenden Anspruch wobei das System mindestens einen sechseckigen Fotodetektor (F) umfasst.
System nach Anspruch 20 wobei sich an jeder der Außenkannten des sechseckigen Fotodetektors (F) sich je ein Transfergate befindet, und wobei immer zwei Transfergates mit einem von die besagten Torsignalen (S₁, S₂, S₃) angesteuert werden.
System nach dem Anspruch 21 wobei immer zwei gegenüberliegende und/oder zwei nebeneinanderliegende Transfergates mit einem gemeinsamen Torsignal (S₁, S₂, S₃) verbunden sind und von diesem angesteuert werden.