DE102015202501B4 - time-of-flight sensor - Google Patents

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Abstract

Lichtlaufzeitsensor (22) mit mehreren Lichtlaufzeitpixel (23), die in einem Pixelarray angeordnet sind,wobei die Lichtlaufzeitpixel (23) in einem lichtempfindlichen Bereich Modulationsgates (Garn, Gbm) zur elektrischen Modulation dieses Bereiches aufweisen,dadurch gekennzeichnet,dass innerhalb des Pixelarrays eine Vielzahl von Modulationstreiber (38) zur Bereitstellung von Modulationssignalen (ModA, ModB) für die Modulationsgates (Garn, Gbm) angeordnet sind, dass Takt- und Potenzialleitungen vorgesehen sind, die ein Taktsignals (CLK) sowie zwei Modulations-Gleichspannungen (VmodH, VmodL) an die Modulationstreiber (38) im Pixelarray heranführen.Time-of-flight sensor (22) with a plurality of light-time-of-flight pixels (23), which are arranged in a pixel array, the light-time-of-flight pixels (23) in a light-sensitive area having modulation gates (yarn, Gbm) for electrical modulation of this area, characterized in that within the pixel array a plurality of modulation drivers (38) for providing modulation signals (ModA, ModB) for the modulation gates (Garn, Gbm) are arranged, that clock and potential lines are provided, a clock signal (CLK) and two modulation DC voltages (VmodH, VmodL). introduce the modulation driver (38) in the pixel array.

Description

Die Erfindung betrifft einen Lichtlaufzeitsensor und eine Lichtlaufzeitkamera nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to a time-of-flight sensor and a time-of-flight camera according to the species of the independent claims.

Mit Lichtlaufzeitsensor bzw. Lichtlaufzeitkamera sollen Systeme umfasst sein, die Entfernungen aus der Phasenverschiebung einer emittierten und empfangenen Strahlung gewinnen. Als Lichtlaufzeit bzw. 3D-TOF-Kameras sind insbesondere PMD-Kameras mit Photomischdetektoren (PMD) geeignet, wie sie u.a. in den Anmeldungen EP 1 777 747 A1 , US 6 587 186 B2 und auch DE 197 04 496 A1 beschrieben und beispielsweise von der Firma ‚ifm electronic GmbH‘ oder ‚PMD-Technologies GmbH‘ als Frame-Grabber O3D bzw. als CamCube zu beziehen sind. Die PMD-Kamera erlaubt insbesondere eine flexible Anordnung der Lichtquelle und des Detektors, die sowohl in einem Gehäuse als auch separat angeordnet werden können.The time-of-flight sensor or time-of-flight camera is intended to encompass systems that obtain distances from the phase shift of an emitted and received radiation. PMD cameras with photomixing detectors (PMD) are particularly suitable as time-of-flight cameras or 3D-TOF cameras, such as those in the applications EP 1 777 747 A1 , U.S. 6,587,186 B2 and also DE 197 04 496 A1 described and can be obtained, for example, from 'ifm electronic GmbH' or 'PMD Technologies GmbH' as a frame grabber O3D or as a CamCube. In particular, the PMD camera allows a flexible arrangement of the light source and the detector, which can be arranged either in one housing or separately.

Aus der DE 10 2012 204 512 A1 ist ferner ein Lichtlaufzeitsensor zur Phasenmessung bekannt, bei dem die Lichtlaufzeitpixel als Photomischdetektoren ausgebildet und mit Modulationstreibern verbunden sind. Die Modulationstreiber sind mit mindestens einem Phasenschieber verbunden und erlauben, dass Laufzeitpixel in unterschiedlichen Bereichen auf dem Lichtlaufzeitsensor mit unterschiedlichen Phasenlagen betrieben werden können.From the DE 10 2012 204 512 A1 a time-of-flight sensor for phase measurement is also known, in which the light-time-of-flight pixels are designed as photomixing detectors and are connected to modulation drivers. The modulation drivers are connected to at least one phase shifter and allow time-of-flight pixels in different areas on the time-of-flight sensor to be operated with different phase angles.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Entfernungsmessung eines Lichtlaufzeitkamerasystems zu verbessern.The object of the invention is to improve the distance measurement of a time-of-flight camera system.

Vorteilhaft ist ein Lichtlaufzeitsensor mit mehreren Lichtlaufzeitpixel (23), die in einem Pixelarray angeordnet sind vorgesehen,
bei dem die Lichtlaufzeitpixel in einem lichtempfindlichen Bereich Modulationsgates zur elektrischen Modulation dieses Bereiches aufweisen, wobei innerhalb des Pixelarrays eine Vielzahl von Modulationstreiber zur Bereitstellung von Modulationssignalen für die Modulationsgates angeordnet sind. Über Takt- und Potenzialleitungen werden die für die Erzeugung der Modulationssignale notwendigen Eingangssignale, nämlich ein Taktsignal (CLK) sowie zwei Modulations-Gleichspannungen (VmodH, VmodL) an die Modulationstreiber (38) im Pixelarray herangeführt.
A time-of-flight sensor with a plurality of light-time-of-flight pixels (23) arranged in a pixel array is advantageously provided,
in which the light propagation time pixels in a light-sensitive area have modulation gates for electrical modulation of this area, a large number of modulation drivers for providing modulation signals for the modulation gates being arranged within the pixel array. The input signals required for generating the modulation signals, namely a clock signal (CLK) and two modulation DC voltages (VmodH, VmodL) are fed to the modulation driver (38) in the pixel array via clock and potential lines.

Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass die kapazitive Last welche die erfindungsgemäßen Signalleitungen treiben muss deutlich geringer ist als die Last üblicher Modulationssignalleitungen. Dies erlaubt ein neuartiges Design des Lichtlaufzeitsensors mit beispielsweise enger verbauten und/oder schmaleren Signalleitungen. Dies reduziert einerseits den Platzbedarf und andererseits auch die Eigenkapazität dieser Leitungen und somit auch kapazitiven Einflüsse auf das hochfrequent zu übertragende Signal.This procedure has the advantage that the capacitive load which has to drive the signal lines according to the invention is significantly lower than the load of conventional modulation signal lines. This allows a novel design of the time-of-flight sensor with, for example, narrower and/or narrower signal lines. On the one hand, this reduces the space requirement and, on the other hand, also the intrinsic capacitance of these lines and thus also capacitive influences on the signal to be transmitted at high frequency.

Ein derartiges Vorgehen hat zudem den Vorteil, dass die Struktur und der Aufbau der Signalleitungen ohne größere Anpassungen auf unterschiedlich große Pixelmatrizen angepasst bzw. skaliert werden kann. Übliche Modulationsdatenleitungen können nicht in dieser einfachen Art skaliert werden, da sich insbesondere bei sehr großen Pixel das Signal über eine Spalten- oder Zeilenlänge u.a. aufgrund von lastbedingten Leitungsverlusten stark verändert und dem gegenwirkende Vorkehrungen getroffen werden müssen.Such a procedure also has the advantage that the structure and construction of the signal lines can be adapted or scaled to pixel matrices of different sizes without major adaptations. Conventional modulation data lines cannot be scaled in this simple way, since the signal changes greatly over a column or line length, particularly in the case of very large pixels, due to line losses caused by load, and counteracting precautions must be taken.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to the drawings.

Es zeigen schematisch:

  • 1 ein Lichtlaufzeitkamerasystem,
  • 2 eine modulierte Integration erzeugter Ladungsträger,
  • 3 eine aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung eines Lichtlaufzeitpixels,
  • 4 ein erfindungsgemäßes Lichtlaufzeitpixel,
  • 5 unterschiedliche Spannungsversorgungen der Lichtlaufzeitpixel,
  • 6 eine einfache Treiberschaltung,
  • 7 eine Treiberschaltung mit Buffer,
  • 8 eine Treiberschaltung mit einer Frequenzverdopplung,
  • 9 eine Treiberschaltung mit einem Takteingang.
They show schematically:
  • 1 a time-of-flight camera system,
  • 2 a modulated integration of generated charge carriers,
  • 3 an arrangement of a time-of-flight pixel known from the prior art,
  • 4 a time-of-flight pixel according to the invention,
  • 5 different voltage supplies for the light runtime pixels,
  • 6 a simple driver circuit,
  • 7 a driver circuit with buffer,
  • 8th a driver circuit with a frequency doubling,
  • 9 a driver circuit with a clock input.

Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.In the following description of the preferred embodiments, the same reference symbols designate the same or comparable components.

1 zeigt eine Messsituation für eine optische Entfernungsmessung mit einer Lichtlaufzeitkamera, wie sie beispielsweise aus der DE 197 04 496 bekannt ist. 1 shows a measurement situation for an optical distance measurement with a time-of-flight camera, such as that from DE 197 04 496 is known.

Das Lichtlaufzeitkamerasystem 1 umfasst eine Sendeeinheit bzw. ein Beleuchtungsmodul 10 mit einer Beleuchtung 12 und einer dazugehörigen Strahlformungsoptik 15 sowie eine Empfangseinheit bzw. Lichtlaufzeitkamera 20 mit einer Empfangsoptik 25 und einem Lichtlaufzeitsensor 22.The time-of-flight camera system 1 comprises a transmission unit or an illumination module 10 with an illumination 12 and associated beam-shaping optics 15 and a receiving unit or time-of-flight camera 20 with a receiving optics 25 and a time-of-flight sensor 22.

Der Lichtlaufzeitsensor 22 weist ein Array aus mehreren Lichtlaufzeitpixel 23 auf und ist insbesondere als PMD-Sensor ausgebildet. Die Empfangsoptik 25 besteht typischerweise zur Verbesserung der Abbildungseigenschaften aus mehreren optischen Elementen. Die Strahlformungsoptik 15 der Sendeeinheit 10 kann beispielsweise als Reflektor oder Linsenoptik ausgebildet sein. In einer sehr einfachen Ausgestaltung kann ggf. auch auf optische Elemente sowohl empfangs- als auch sendeseitig verzichtet werden.The time-of-flight sensor 22 has an array of multiple light-time-of-flight pixels 23 and is designed in particular as a PMD sensor. The Emp Capture optics 25 typically consist of several optical elements to improve the imaging properties. The beam-shaping optics 15 of the transmission unit 10 can be designed, for example, as a reflector or lens optics. In a very simple embodiment, it is also possible to dispense with optical elements both on the receiving and on the transmitting side.

Das Messprinzip dieser Anordnung basiert im Wesentlichen darauf, dass ausgehend von der Phasenverschiebung des emittierten und empfangenen Lichts die Laufzeit und somit die zurückgelegte Wegstrecke des empfangenen Lichts ermittelt werden kann. Zu diesem Zwecke werden die Lichtquelle 12 und der Lichtlaufzeitsensor 22 über einen Modulator 30 gemeinsam mit einem bestimmten Modulationssignal Mo mit einer Basisphasenlage φ0 beaufschlagt. Im dargestellten Beispiel ist ferner zwischen dem Modulator 30 und der Lichtquelle 12 ein Phasenschieber 35 vorgesehen, mit dem die Basisphase φ0 des Modulationssignals M0 der Lichtquelle 12 um definierte Phasenlagen φvar verschoben werden kann. Für typische Phasenmessungen werden vorzugsweise Phasenlagen von φvar = 0°, 90°, 180°, 270° verwendet.The measuring principle of this arrangement is essentially based on the fact that the propagation time and thus the distance covered by the received light can be determined based on the phase shift of the emitted and received light. For this purpose, the light source 12 and the time-of- flight sensor 22 are supplied via a modulator 30 together with a specific modulation signal M o with a basic phase position φ 0 . In the example shown, a phase shifter 35 is also provided between the modulator 30 and the light source 12, with which the base phase φ 0 of the modulation signal M 0 of the light source 12 can be shifted by defined phase positions φ var . For typical phase measurements, phase angles of φ var =0°, 90°, 180°, 270° are preferably used.

Entsprechend des eingestellten Modulationssignals sendet die Lichtquelle 12 ein intensitätsmoduliertes Signal Sp1 mit der ersten Phasenlage p1 bzw. p1 = φ0 + φvar aus. Dieses Signal Sp1 bzw. die elektromagnetische Strahlung wird im dargestellten Fall von einem Objekt 40 reflektiert und trifft aufgrund der zurückgelegten Wegstrecke entsprechend phasenverschoben Δφ(tL) mit einer zweiten Phasenlage p2 = φ0 + φvar + Δφ(tL) als Empfangssignal Sp2 auf den Lichtlaufzeitsensor 22. Im Lichtlaufzeitsensor 22 wird das Modulationssignal Mo mit dem empfangenen Signal Sp2 gemischt, wobei aus dem resultierenden Signal die Phasenverschiebung bzw. die Objektentfernung d ermittelt wird.According to the set modulation signal, the light source 12 emits an intensity-modulated signal S p1 with the first phase position p1 or p1=φ 0var . This signal S p1 or the electromagnetic radiation is reflected by an object 40 in the illustrated case and, due to the distance covered, arrives as a received signal with a phase shift Δφ(t L ) with a second phase position p2=φ 0var +Δφ(t L ). S p2 to the time-of-flight sensor 22. In the time-of-flight sensor 22, the modulation signal Mo is mixed with the received signal S p2 , the phase shift or the object distance d being determined from the resulting signal.

Als Beleuchtungsquelle bzw. Lichtquelle 12 eignen sich vorzugsweise Infrarot-Leuchtdioden. Selbstverständlich sind auch andere Strahlungsquellen in anderen Frequenzbereichen denkbar, insbesondere kommen auch Lichtquellen im sichtbaren Frequenzbereich in Betracht.Infrared light-emitting diodes are preferably suitable as the illumination source or light source 12 . Other radiation sources in other frequency ranges are of course also conceivable, in particular light sources in the visible frequency range can also be considered.

Das Grundprinzip der Phasenmessung ist schematisch in 2 dargestellt. Die obere Kurve zeigt den zeitlichen Verlauf des Modulationssignals M0 mit der die Beleuchtung 12 und der Lichtlaufzeitsensor 22 angesteuert werden. Das vom Objekt 40 reflektierte Licht trifft als Empfangssignal Sp2 entsprechend seiner Lichtlaufzeit tL phasenverschoben Δφ(tL) auf den Lichtlaufzeitsensor 22. Der Lichtlaufzeitsensor 22 sammelt die photonisch erzeugten Ladungen q über mehrere Modulationsperioden in der Phasenlage des Modulationssignals M0 in einem ersten Integrationsknoten Ga und in einer um 180° verschobenen Phasenlage Mo + 180° in einem zweiten Integrationsknoten Gb. Aus dem Verhältnis der im ersten und zweiten Gate Ga, Gb gesammelten Ladungen qa, qb lässt sich die Phasenverschiebung Δφ(tL) und somit eine Entfernung d des Objekts bestimmen.The basic principle of phase measurement is shown schematically in 2 shown. The upper curve shows the time profile of the modulation signal M 0 with which the lighting 12 and the time-of-flight sensor 22 are controlled. The light reflected by the object 40 hits the time-of-flight sensor 22 as a received signal S p2 with a phase shift Δφ(t L ) according to its time-of-flight t L . The time-of-flight sensor 22 collects the photonically generated charges q over several modulation periods in the phase position of the modulation signal M 0 in a first integration node Ga and in a phase shifted by 180° Mo + 180° in a second integration node Gb. The phase shift Δφ(t L ) and thus a distance d of the object can be determined from the ratio of the charges qa, qb collected in the first and second gates Ga, Gb.

Zur phasensynchronen Aufteilung der Ladungen auf die ersten und zweiten Integrationsknoten Ga, Gb bzw. in den A- und B-Kanal sind im lichtempfindlichen Bereich des Lichtlaufzeitpixels wenigstens zwei Modulationsgates Gam, Gbm angeordnet, die im Gegentakt betrieben werden. Das erste Modulationsgate Garn wird beispielsweise mit einem Modulationssignal ModA eines so genannten A-Kanals und das zweite Modulationsgate Gbm mit einem im Gegentakt laufenden, also um 180° verschobenen, Modulationssignal ModB eines B-Kanals verbunden.At least two modulation gates Gam, Gbm, which are operated in push-pull, are arranged in the light-sensitive area of the light transit time pixel for the phase-synchronous distribution of the charges to the first and second integration nodes Ga, Gb or in the A and B channels. The first modulation gate Yarn is connected, for example, to a modulation signal ModA of a so-called A-channel and the second modulation gate Gbm to a modulation signal ModB of a B-channel running in push-pull, ie shifted by 180°.

3 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung zur Ansteuerung von Lichtlaufzeitpixel 23 eines Lichtlaufzeitsensors 22. Über den Modulator 30 wird ein Modulationssignal Mo bzw. ein entsprechendes Taktsignal CLK erzeugt und einem Modulationstreiber 38 zur Verfügung gestellt. Der Modulationstreiber 38 erzeugt ausgehend vom anliegenden Taktsignal CLK und der anliegenden High- und Low-Gleichpannung ein A- und B-Kanal Modulationssignal ModA, ModB für jede Pixelspalte des Lichtlaufzeitsensors 22. 3 1 shows an arrangement known from the prior art for controlling time-of-flight pixels 23 of a time-of-flight sensor 22. A modulation signal Mo or a corresponding clock signal CLK is generated via the modulator 30 and made available to a modulation driver 38. The modulation driver 38 generates an A- and B-channel modulation signal ModA, ModB for each pixel column of the time-of-flight sensor 22, based on the clock signal CLK that is present and the high and low DC voltage that is present.

Erfindungsgemäß ist es, wie in 4 gezeigt, vorgesehen, die A- und B-Modulationssignale ModA, ModB nicht global für jede Spalte zu erzeugen, sondern im jeden Lichtlaufzeitpixel 23 individuell. Hierzu ist in jedem Pixel eine Treiberschaltung 38 angeordnet, die aus den anliegenden High- und Low-Gleichspannungen und dem Taktsignal CLK die jeweiligen Modulationssignale ModA, ModB erzeugt. Um den schaltungstechnischen Aufwand gering zu halten, kann dem pixelindividuellen Treiber 38 auch ein inverses Taktsignal CLKN zugeführt werden. Der in 4 mit PMD gekennzeichnete Bereich soll den Bereich des Pixels darstellen, in dem die Modulationsgates Gam, Gbm und die Integrationsknoten Ga, Gb des Lichtlaufzeitpixels 23 angeordnet sind.According to the invention, as in 4 shown, provided that the A and B modulation signals ModA, ModB are not generated globally for each column, but in each light transit time pixel 23 individually. For this purpose, a driver circuit 38 is arranged in each pixel, which generates the respective modulation signals ModA, ModB from the applied high and low DC voltages and the clock signal CLK. In order to keep the circuit complexity low, the pixel-specific driver 38 can also be supplied with an inverse clock signal CLKN. the inside 4 The area marked PMD is intended to represent the area of the pixel in which the modulation gates Gam, Gbm and the integration nodes Ga, Gb of the light transit time pixel 23 are arranged.

Das erfindungsgemäße Vorgehen hat unter anderem den Vorteil, dass die Signalzuführung platzsparender durchgeführt werden kann. In der üblichen Ausgestaltung gemäß 3 ist es wie in 5 a) gezeigt notwendig, die das Modulationssignal ModA, ModB führenden Signalleitungen in einem möglichst großen Abstand anzuordnen, um parasitäre Kapazitäten und ein dadurch bedingtes Übersprechen zwischen den Leitungen möglichst gering zu halten.The procedure according to the invention has the advantage, among other things, that the signal can be fed in in a more space-saving manner. According to the usual design 3 is it like in 5 a) shown necessary to arrange the signal lines carrying the modulation signal ModA, ModB at the greatest possible distance in order to keep parasitic capacitances and the resulting crosstalk between the lines as low as possible.

In der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird hingegen nicht das treibende Modulationssignal ModA, ModB an die Pixel 23 herangeführt, sondern die High- und Low-Gleichspannungen VmodL, VmodH. Da diese Leitungen keine Wechselspannung führen ist die Anordnung unkritisch. Es ist sogar von Vorteil, diese Leitungen möglichst nah beieinander zu führen, um eine möglichst hohe Kapazität zwischen den Leitungen zu bilden. Diese intrinsische Kapazität ist insbesondere als Blockkapazität nützlich, welche die High- und Low-Gleichspannungen stabilisiert.In the embodiment according to the invention, however, it is not the driving modulation signal ModA, ModB that is fed to the pixels 23, but rather the high and low direct voltages VmodL, VmodH. Since these lines do not carry AC voltage, the arrangement is not critical. It is even advantageous to run these lines as close together as possible in order to form as high a capacitance as possible between the lines. This intrinsic capacitance is particularly useful as a blocking capacitance that stabilizes the high and low DC voltages.

5 b) zeigt eine Leitungsführung mit zwei nach benachbarten High-/Low-Gleichspannungsleitungen. In 5 c) ist eine Variante gezeigt, bei der die High-/Low-Gleichspannungsleitungen H, L in vier Quadranten angeordnet und über einen Isolator SiO2 elektrisch voneinander isoliert sind. Da durch dieses Vorgehen die Last im Wesentlichen durch die Gleichspannungsleitungen getragen wird, besteht die Möglichkeit die Taktsignalleitungen, die jetzt im Wesentlichen nur ein hochfrequentes Signal und keine Last tragen, schmaler auszubilden und/oder auch enger anzuordnen. 5 b) shows a line routing with two adjacent high/low DC voltage lines. In 5c) a variant is shown in which the high/low DC voltage lines H, L are arranged in four quadrants and are electrically isolated from one another via an insulator SiO 2 . Since the load is essentially borne by the DC voltage lines as a result of this procedure, there is the possibility of making the clock signal lines, which now essentially only carry a high-frequency signal and no load, narrower and/or also to arrange them more closely.

6 zeigt einen sehr einfachen Aufbau einer möglichen pixelindividuellen Treiberschaltung 38, bei der zwei invertierende OPs von einem Takt- und inversen Taktsignal CLK, CLKN angesteuert werden und Modulationssignale ModA, ModB für den A- und B-Kanal bereitstellen. 6 shows a very simple structure of a possible pixel-specific driver circuit 38, in which two inverting OPs are driven by a clock and inverse clock signal CLK, CLKN and provide modulation signals ModA, ModB for the A and B channels.

7 zeigt eine Treiberschaltung mit Buffern, die jeweils aus zwei Invertern aufgebaut sind. Besonders vorteilhaft können hier die Transistorgeometrien aufeinander abgestimmt werden, um beispielsweise Variationen im Taktsignal, insbesondere des Dutycycles, über Temperatur oder Prozessschwankungen zu minimieren. 7 shows a driver circuit with buffers, which are each made up of two inverters. The transistor geometries can be matched to one another in a particularly advantageous manner in order, for example, to minimize variations in the clock signal, in particular the duty cycle, as a result of temperature or process fluctuations.

8 zeigt eine weitere Ausgestaltung bei der die Modulationssignale ModA, ModB über eine XOR-/XNOR-Treiberschaltung realisiert werden. Durch Verschieben des zweiten Taktsignals CLK90 um 90° statt um 180° lässt sich in einfacher Art und Weise die Frequenz des ankommenden Taktsignals verdoppeln. 8th shows a further embodiment in which the modulation signals ModA, ModB are implemented via an XOR/XNOR driver circuit. By shifting the second clock signal CLK90 by 90° instead of by 180°, the frequency of the incoming clock signal can be doubled in a simple manner.

9 zeigt eine weitere Anordnung bei der zur Bereitstellung der Modulationssignale ModA, ModB nur ein Taktsignal CLK an die Treiberschaltung 38 herangeführt werden muss. Die Treiberschaltung 38 besteht aus einem XOR- und XNOR-Gatter, wobei auf einem Eingang das Taktsignal CLK und auf dem anderen ein konstantes Bezugspotenzial anliegt. 9 FIG. 1 shows a further arrangement in which only one clock signal CLK has to be fed to the driver circuit 38 in order to provide the modulation signals ModA, ModB. The driver circuit 38 consists of an XOR and XNOR gate, with the clock signal CLK being present at one input and a constant reference potential being present at the other.

Auch ist es denkbar, die Treiberschaltungen gemäß 8 und 9 zu kombinieren, so dass ein Eingang der Logikgatter auf das Bezugspotenzial und dem um 90° verschobenen Taktsignal CLK90 umgeschaltet werden kann. So ist es in einfacher Art und Weise möglich zwischen zwei Frequenzen umzuschalten. Insbesondere ist es denkbar, dass das 90° Taktsignal CLK90 nicht im Pixel selbst, sondern bereits global außerhalb des Pixels auf ein Bezugspotenzial umgeschaltet wird.It is also conceivable that the driver circuits according to 8th and 9 to combine so that an input of the logic gate can be switched to the reference potential and the clock signal CLK90 shifted by 90°. It is thus possible in a simple manner to switch between two frequencies. In particular, it is conceivable that the 90° clock signal CLK90 is switched over to a reference potential not in the pixel itself, but already globally outside the pixel.

Des Weiteren ist es auch möglich, die Treiberschaltung im Pixelarray mit mehreren Pixeln zu teilen. Insbesondere ist es von Vorteil, die Treiberschaltung mit benachbarten Pixeln zu teilen. Beispielsweise kann die Treiberschaltung zwei bis vier Pixel in unmittelbarer Umgebung mit einem Modulationssignal versorgen.Furthermore, it is also possible to share the driving circuit in the pixel array with multiple pixels. In particular, it is advantageous to share driver circuitry with neighboring pixels. For example, the driver circuit can supply two to four pixels in the immediate vicinity with a modulation signal.

BezugszeichenlisteReference List

11
Lichtlaufzeitkamerasystemtime-of-flight camera system
1010
Beleuchtungsmodullighting module
1212
Beleuchtunglighting
2020
Empfänger, LichtlaufzeitkameraReceiver, time-of-flight camera
2222
Lichtlaufzeitsensortime-of-flight sensor
2323
Lichtlaufzeitpixeltime-of-flight pixels
3030
Modulatormodulator
3535
Phasenschieber, BeleuchtungsphasenschieberPhase shifter, lighting phase shifter
φ, Δφ(tL)φ, Δφ(tL)
laufzeitbedingte Phasenverschiebungruntime-related phase shift
φvarφvar
Phasenlagephasing
φ0φ0
Basisphasebase phase
M0M0
Modulationssignalmodulation signal
p1p1
erste Phasefirst phase
p2p2
zweite Phasesecond phase
Sp1Sp1
Sendesignal mit erster PhaseTransmission signal with first phase
Sp2Sp2
Empfangssignal mit zweiter PhaseReceive signal with second phase
di.e
Objektdistanzobject distance
VmodHVmodH
High-GleichspannungHigh DC voltage
VmodLVmodL
Low-Gleichpannunglow DC voltage
Ga, Gbga, gb
Modulationsgatesmodulation gates
ModAModA
Modualtionssignal A-KanalModulation signal A channel
ModBModB
Modualtionssingal B-KanalModulation signal B-channel
CLKCLK
Taktsignalclock signal
CLKNCLKN
inverses Taktsignalinverse clock signal

Claims (9)

Lichtlaufzeitsensor (22) mit mehreren Lichtlaufzeitpixel (23), die in einem Pixelarray angeordnet sind, wobei die Lichtlaufzeitpixel (23) in einem lichtempfindlichen Bereich Modulationsgates (Garn, Gbm) zur elektrischen Modulation dieses Bereiches aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Pixelarrays eine Vielzahl von Modulationstreiber (38) zur Bereitstellung von Modulationssignalen (ModA, ModB) für die Modulationsgates (Garn, Gbm) angeordnet sind, dass Takt- und Potenzialleitungen vorgesehen sind, die ein Taktsignals (CLK) sowie zwei Modulations-Gleichspannungen (VmodH, VmodL) an die Modulationstreiber (38) im Pixelarray heranführen.Time-of-flight sensor (22) with a plurality of light-time-of-flight pixels (23) which are arranged in a pixel array, the light-time-of-flight pixels (23) having modulation gates (yarn, Gbm) in a light-sensitive area for electrical modulation of this area, characterized in that within the pixel array a large number of modulation drivers (38) for providing modulation signals (ModA, ModB) for the modulation gates (Garn, Gbm) are arranged, that clock and potential lines are provided that a clock signal (CLK) and two modulation DC voltages (VmodH, VmodL). introduce the modulation driver (38) in the pixel array. Lichtlaufzeitsensor (22) nach Anspruch 1, bei dem die Modulationstreiber (38) Gruppen von Lichtlaufzeitpixel (23) zugeordnet sind und die Modulationstreiber (38) diese Gruppe gemeinsam mit Modulationssignalen (ModA, ModB) versorgen.Time of flight sensor (22) after claim 1 In which the modulation drivers (38) are assigned to groups of light transit time pixels (23) and the modulation drivers (38) supply this group together with modulation signals (ModA, ModB). Lichtlaufzeitsensor (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Modulationstreiber (38) ein bis vier Lichtlaufzeitpixel (23) mit Modulationssignalen (ModA, ModB) versorgen.Time-of-flight sensor (22) according to one of the preceding claims, in which the modulation drivers (38) supply one to four light-time-of-flight pixels (23) with modulation signals (ModA, ModB). Lichtlaufzeitsensor (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Modulationstreiber (38) zur Frequenzverdopplung des eingehenden Taktsignals (CLK) ein XNOR- und XOR-Gatter aufweist, wobei an jeweils einem Eingang der Gatter ein Taktsignal (CLK) und am jeweils anderen Eingang ein um 90° verschobenes Taktsignal (CLKN) anliegt.Time-of-flight sensor (22) according to one of the preceding claims, in which the modulation driver (38) for doubling the frequency of the incoming clock signal (CLK) has an XNOR and XOR gate, with a clock signal (CLK) at one input of the gate and a clock signal at the other A clock signal (CLKN) shifted by 90° is present at the input. Lichtlaufzeitsensor (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Modulationstreiber (38) ein XNOR- und XOR-Gatter aufweist, wobei an jeweils einem Eingang der Gatter ein Taktsignal (CLK) und am jeweils anderen Eingang ein konstantes Bezugspotenzial anliegt.Time-of-flight sensor (22) according to one of the preceding claims, in which the modulation driver (38) has an XNOR and XOR gate, a clock signal (CLK) being present at one input of each gate and a constant reference potential being present at the other input. Lichtlaufzeitsensor (22) nach Anspruch 4 und 5, mit wenigstens einem Schaltelement, das mit einer Schaltsignalleitung verbunden ist, und zur Umschaltung der Signalleitung auf das konstante Bezugspotenzial oder das um 90° verschobene Taktsignal (CLKN) ausgebildet ist.Time of flight sensor (22) after claim 4 and 5 Is formed with at least one switching element which is connected to a switching signal line, and for switching the signal line to the constant reference potential or the clock signal (CLKN) shifted by 90°. Lichtlaufzeitsensor (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Potenzialleitungen für die Modulationsgleichspannung (VmodH, VmodL) räumlich eng neben- oder untereinander angeordnet werden und einen Abstand von kleiner 1 µm aufweisen.Time-of-flight sensor (22) according to one of the preceding claims, in which the potential lines for the modulation DC voltage (VmodH, VmodL) are arranged spatially close together or one below the other and have a spacing of less than 1 µm. Lichtlaufzeitsensor (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Treiberschaltung (38) eine Buffer-Schaltung aufweist, welche bzgl. der temperatur- und prozessvariationsabhängigen Dutycyclevariation optimiert ist.Time-of-flight sensor (22) according to one of the preceding claims, in which the driver circuit (38) has a buffer circuit which is optimized with regard to the temperature and process variation-dependent duty cycle variation. Lichtlaufzeitkamera (20) mit einem Lichtlaufzeitsensor (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Modulator (30) zur Erzeugung eines Taktsignals (CLK) oder inversen Taktsignals (CLKN).Time-of-flight camera (20) with a time-of-flight sensor (22) according to one of the preceding claims, with a modulator (30) for generating a clock signal (CLK) or inverse clock signal (CLKN).
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