DE102015215626B3 - Sensor circuit and optical rangefinder with a non-linear photoreceiver - Google Patents

Sensor circuit and optical rangefinder with a non-linear photoreceiver Download PDF

Info

Publication number
DE102015215626B3
DE102015215626B3 DE102015215626.5A DE102015215626A DE102015215626B3 DE 102015215626 B3 DE102015215626 B3 DE 102015215626B3 DE 102015215626 A DE102015215626 A DE 102015215626A DE 102015215626 B3 DE102015215626 B3 DE 102015215626B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
linear
photoreceiver
light
optical rangefinder
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102015215626.5A
Other languages
German (de)
Inventor
Michael Sommer
Jens Prima
Matthias Franke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PMDtechnologies AG
Original Assignee
PMDtechnologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by PMDtechnologies AG filed Critical PMDtechnologies AG
Priority to DE102015215626.5A priority Critical patent/DE102015215626B3/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102015215626B3 publication Critical patent/DE102015215626B3/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/491—Details of non-pulse systems
    • G01S7/4912—Receivers
    • G01S7/4913—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4914—Circuits for detection, sampling, integration or read-out of detector arrays, e.g. charge-transfer gates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/32—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S17/36—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated with phase comparison between the received signal and the contemporaneously transmitted signal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/491—Details of non-pulse systems
    • G01S7/4912—Receivers
    • G01S7/4915—Time delay measurement, e.g. operational details for pixel components; Phase measurement
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S17/894—3D imaging with simultaneous measurement of time-of-flight at a 2D array of receiver pixels, e.g. time-of-flight cameras or flash lidar

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

Optischer Entfernungsmesser mit einer Sensorschaltung für eine Lichtlaufzeitmessung, mit einem nichtlinearen Photoempfänger (NP), wobei der nichtlineare Photoempfänger (NP) wenigstens ein Empfangselement (PE) und eine Diode (D) aufweist, mit einem Sourcefolger (SF), der eine Spannung (Ud) des Photoempfängers überträgt, und mit einem dem Sourcefolger (SF) nachgeschalteten Frequenzfilter (FF).Optical rangefinder with a sensor circuit for a light transit time measurement, with a non-linear photoreceiver (NP), wherein the non-linear photoreceiver (NP) at least one receiving element (PE) and a diode (D), with a source follower (SF) having a voltage (Ud ) of the photoreceiver, and with a source follower (SF) downstream frequency filter (FF).

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Entfernungsmesser mit einem nichtlinearen Photoempfänger nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an optical rangefinder with a non-linear photoreceiver according to the preamble of claim 1.

Optische Entfernungsmesser sind beispielsweise aus der EP 1 777 747 A1 als sogenannte PMD-Kamera bekannt, bei der Entfernungen über die laufzeitbedingte Verschiebung eines emittierten und empfangenen Lichts ermittelt wird. Die Phasenverschiebung wird bestimmt, in dem das empfangene modulierte Licht elektrisch mit dem Referenzsignal multiplikativ gemischt wird. Ein vergleichbarer Ansatz ist beispielsweise auch aus der DE 10 2009 037 596 A1 bekannt.Optical rangefinders are for example from the EP 1 777 747 A1 known as so-called PMD camera, is determined in the distances over the transit time-related shift of an emitted and received light. The phase shift is determined by multiplicatively mixing the received modulated light with the reference signal. A similar approach is for example also from the DE 10 2009 037 596 A1 known.

Aus der DE 101 12 834 C1 ist ferner eine Schaltung für eine Lichtlaufzeitmessung mit einem MSM-Fotodiodenpaar zum Empfang eines hochfrequenten Lichtsignals bekannt. Die Signalmischung erfolgt, indem an diesem Diodenpaar eine hochfrequente Wechselspannung als Gegentakt-Schaltspannung angelegt wird, wobei das Mischprodukt über ein im Anschlusskreis einer Diode des Fotodiodenpaars liegenden Tiefpassfilter abgreifbar ist.From the DE 101 12 834 C1 Furthermore, a circuit for a light transit time measurement with an MSM photodiode pair for receiving a high-frequency light signal is known. The signal mixing takes place by applying a high-frequency AC voltage as a push-pull switching voltage to this diode pair, wherein the mixed product can be tapped off via a low-pass filter located in the terminal circuit of a diode of the pair of photodiodes.

Aus der DE 36 40 449 C1 ist eine Einrichtung bekannt, die eine Entfernung aus der Laufzeit eines gesendeten und empfangenen Lichtimpuls ermittelt, wobei zur Referenzierung ein Teil des ausgesendeten Lichtimpuls auf eine Empfangsdiode geleitet wird. Aus der zeitlichen Differenz zwischen Referenz- und Empfangsimpuls lässt sich in bekannter Weise eine Entfernung bestimmen.From the DE 36 40 449 C1 a device is known which determines a distance from the transit time of a transmitted and received light pulse, wherein for referencing a portion of the emitted light pulse is passed to a receiving diode. From the time difference between reference and received pulse can be determined in a known manner, a distance.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Entfernungsmessung zu vereinfachen.The object of the invention is to simplify the distance measurement.

Die Aufgabe wird durch einen optischen Entfernungsmesser gemäß Anspruch 1 gelöst.The object is achieved by an optical rangefinder according to claim 1.

Vorteilhaft ist eine Sensorschaltung für eine Lichtlaufzeitmessung vorgesehen, mit einem nichtlinearen Photoempfänger, der wenigstens ein lineares Empfangselement und einen nichtlinearen Übertrager aufweist, und mit einem dem Empfangselement nachgeschalteten Frequenzfilter.Advantageously, a sensor circuit is provided for a light transit time measurement, with a non-linear photoreceiver having at least one linear receiving element and a non-linear transformer, and with a frequency filter downstream of the receiving element.

Diese Schaltung hat den Vorteil, dass das modulierte Licht bereits am Photoempfänger mit einem nicht phasenverschobenen Referenzsignal der Lichtquelle optisch additiv gemischt wird. Durch Abstimmung des nichtlinearen Photoempfängers mit dem nachfolgenden Frequenzfilter ist es möglich, am Ausgang der Schaltung ein Signal vorzugsweise ein Gleichspannungssignal abzugreifen, das im Wesentlichen linear von der Phasenverschiebung des empfangen Lichts abhängt.This circuit has the advantage that the modulated light is already optically additive mixed at the photoreceiver with a non-phase-shifted reference signal of the light source. By tuning the non-linear photoreceiver with the subsequent frequency filter, it is possible to pick off a signal preferably a DC signal at the output of the circuit, which depends substantially linearly on the phase shift of the received light.

Besonders vorteilhaft ist das lineare Empfangselement als Photodiode oder Phototransistor und der nichtlineare Übertrager als Diode ausgebildet.Particularly advantageously, the linear receiving element is designed as a photodiode or phototransistor and the non-linear transformer as a diode.

In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Photodiode und die Diode in einer anti-seriellen Schaltung aufgebaut.In a preferred embodiment, the photodiode and the diode are constructed in an anti-serial circuit.

Vorteilhaft ist es den Frequenzfilter als Band- oder Tiefpass auszugestalten.It is advantageous to design the frequency filter as a band pass or low pass.

Insbesondere für eine Array-Anordnung ist es vorteilhaft zwischen dem Frequenzfilter und dem nichtlinearen Photoempfänger einen Sourcefolger anzuordnen der ggf. über einen Schalter aktiv geschaltet werden kann.In particular, for an array arrangement, it is advantageous to arrange a source follower between the frequency filter and the non-linear photoreceiver, which can optionally be activated via a switch.

Erfindungsgemäß ist ein optischer Entfernungsmesser mit einer Sensorschaltung vorgesehen,
mit einer modulierbaren Lichtquelle zur Aussendung eines Lichtsignals,
mit einem nichtlinearen Photoempfänger zum Empfang des ausgesendeten und von einem Objekt reflektierten Lichtsignals,
mit einem mit der Lichtquelle verbundenen Modulator,
mit einem Lichtleitelement, das einen Teil des von der Lichtquelle emittierten Lichtsignals auf den nichtlineare Photoempfänger überträgt,
wobei der Photoempfänger und der Frequenzfilter derart aufeinander abgestimmt sind,
dass am Ausgang des Frequenzfilters ein Signal bzw. Spannung anliegt, die einer Phasenverschiebung zwischen ausgesendeten und empfangenen Signal entspricht. According to the invention, an optical rangefinder is provided with a sensor circuit,
with a modulatable light source for emitting a light signal,
with a non-linear photoreceiver for receiving the emitted and reflected by an object light signal,
with a modulator connected to the light source,
with a light-guiding element which transmits a part of the light signal emitted by the light source to the non-linear photoreceiver,
wherein the photoreceiver and the frequency filter are tuned to each other,
that at the output of the frequency filter, a signal or voltage is applied, which corresponds to a phase shift between the transmitted and received signal.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der Entfernungsmesser mit einem Photosensor ausgestaltet, bei dem die Sensorschaltung auf einem Halbleiterbauelement aufgebaut ist,
und wobei die Lichtführung im Entfernungsmesser derart gestaltet ist, dass eine erste Seite des Photosensors vom empfangenen, phasenverschobene Lichtsignal
und eine zweite Seite des Photosensors von einem Teil des ausgesendeten Lichtsignals beleuchtet wird. In a further embodiment, the rangefinder is configured with a photosensor in which the sensor circuit is constructed on a semiconductor component,
and wherein the light guide in the rangefinder is configured such that a first side of the photosensor from the received, phase-shifted light signal
and a second side of the photosensor is illuminated by a portion of the emitted light signal.

Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass die Lichtführung kompakt und effizient ausgestaltet werden kann.This approach has the advantage that the light guide can be made compact and efficient.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.The invention will be explained in more detail by means of embodiments with reference to the drawings.

Es zeigen:Show it:

1 schematisch einen erfindungsgemäßen optischen Entfernungsmesser, 1 schematically an optical rangefinder according to the invention,

2 eine additive Mischung des empfangenen Lichtsignals mit einem Referenzsignal, 2 an additive mixture of the received light signal with a reference signal,

3 eine Sensorschaltung, 3 a sensor circuit,

4 einen Photoempfänger für vorderseitige Beleuchtung, 4 a photoreceiver for front lighting,

5 einen Photoempfänger für vorder- und rückseitiger Beleuchtung. 5 a photoreceiver for front and back lighting.

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

Kerngedanke der Erfindung ist es, für eine TOF-Messung das Empfangssignal nicht, wie üblich, mit einem Referenzsignal multiplikativ zu mischen, sondern dass Empfangssignal mit dem Referenzsignal optisch additiv zu überlagern. Die Demodulation des Signals und Entfernungsbestimmung erfolgt dann durch Ausnutzung eines nichtlinearen Verhaltens des Photoempfängers.The core idea of the invention is not to mix the received signal, as usual, multiplicatively with a reference signal for a TOF measurement, but to superimpose the received signal with the reference signal in an optically additive manner. The demodulation of the signal and distance determination then takes place by utilizing a nonlinear behavior of the photoreceiver.

Die additive Mischung stellt sich wie folgt dar:
Das optische Referenzsignal ist gegeben durch: Y0 = A0·cos(ω0t) Das verzögerte TOF-Signal ist gegeben durch: Y1 = A1·cos(ω1t + Δφ) The additive mixture is as follows:
The optical reference signal is given by: Y0 = A0 · cos (ω 0 t) The delayed TOF signal is given by: Y1 = A1 · cos (ω 1 t + Δφ)

Werden beide Signale von einem Empfänger mit der Empfindlichkeit R gleichzeitig empfangen, so ist der resultierende Photostrom gegeben durch: I = R·[Y0 + Y1] = R·[A0·cos(ω0t) + A1·cos(ω1t + Δφ)] If both signals are simultaneously received by a receiver with the sensitivity R, the resulting photocurrent is given by: I = R * Y0 + Y1] = R * A0 * cos (ω 0 t) + A1 * cos (ω 1 t + Δφ)]

Erfindungsgemäß findet die eigentliche Mischung und Umwandlung des empfangenen Lichtsignals in eine Spannung in einer Diode statt, mit deren typischen Kennlinienfunktion: Id = I0·(exp( Vd / N·Vt) – 1) mit N: Emissionskoeffizient, Vt: Temperaturspannung, I0: ReststromAccording to the invention, the actual mixing and conversion of the received light signal into a voltage takes place in a diode with its typical characteristic curve function: I d = I 0 * (exp (Vd / N * Vt) - 1) with N: emission coefficient, Vt: temperature voltage, I 0 : residual current

Umgekehrt beträgt der Spannungsabfall über der Diode bei einem bestimmten Strom Id:

Figure DE102015215626B3_0002
Conversely, the voltage drop across the diode at a given current Id is:
Figure DE102015215626B3_0002

Die Taylorreihenentwicklung von

Figure DE102015215626B3_0003
The Taylor series evolution of
Figure DE102015215626B3_0003

Für die Mischung ist der quadratische Term maßgeblich. Dieser erzeugt nach der binomischen Formel die Mischfrequenzen:

Figure DE102015215626B3_0004
The quadratic term is decisive for the mixture. This generates the mixing frequencies according to the binomial formula:
Figure DE102015215626B3_0004

Dieses quadratische Mischprodukt wird dann mit einem Filter ausgefiltert. Bei homodyner Mischung entsteht ein DC-Anteil, der die Information enthält, der HF-Anteil wird herausgefiltert.This square mixed product is then filtered out with a filter. In Homodyner mixture creates a DC component containing the information, the HF content is filtered out.

Selbstverständlich ist auch eine heterodyne Mischung denkbar, bei der die Phasenverschiebung aus der Mischfrequenz über ein Bandpass gewonnen wird.Of course, a heterodyne mixture is conceivable in which the phase shift is obtained from the mixing frequency via a bandpass.

1 zeigt einen erfindungsgemäßen optischen Entfernungsmesser 1 mit einer modulierbaren Lichtquelle 10 und einem Empfänger 20. Die Lichtquelle 10 ist mit einem Modulator 30 verbunden, der ein Modulationssignal M0 mit der Phasenlage φ0 erzeugt. Im Betrieb sendet die Lichtquelle 10 ein Lichtsignal Sp1 mit einer ersten Phasenlage p1/φ0 aus, das dann beispielsweise von einem Objekt 40 reflektiert und mit einer laufzeitbedingten Phasenlage p2/φ1 vom Empfänger 20 empfangen wird. Der Empfänger 20 weist eine Empfangsoptik 25 auf, die das empfangene Lichtsignal Sp2 auf den Photosensor 22 abbildet. Zusätzlich zum empfangenen Signal Sp2 wird über einen Lichtleiter 15 ein Teil des ausgesendeten Lichts Sp1 als Referenzsignal mit der Phasenlage φ0 auf den Photosensor 22 gelenkt, so dass der Photosensor 22 die Summe aus Empfangslicht Sp2 und Referenzlicht Sp1 empfängt. 1 shows an optical rangefinder according to the invention 1 with a modulatable light source 10 and a receiver 20 , The light source 10 is with a modulator 30 connected, which generates a modulation signal M 0 with the phase position φ 0 . In operation, the light source sends 10 a light signal S p1 with a first phase position p1 / φ 0 , which then for example from an object 40 reflected and with a delay-related phase position p2 / φ 1 from the receiver 20 Will be received. The recipient 20 has a receiving optics 25 on, the received light signal S p2 on the photosensor 22 maps. In addition to the received signal S p2 is via a light guide 15 a part of the emitted light S p1 as a reference signal with the phase position φ 0 to the photosensor 22 steered so that the photosensor 22 receives the sum of received light Sp2 and reference light Sp1.

In 2 ist des Vorgehens gezeigt. Das Referenzsignal SP1 und das laufzeitverschobene Signal SP2 werden optisch additiv gemischt. Dies erfolgt vorzugsweise über ein linear arbeitendes Empfangselement (LE), beispielsweise eine Photodiode.In 2 is shown the procedure. The reference signal SP1 and the time-shifted signal SP2 are mixed optically additive. This preferably takes place via a linearly operating receiving element (LE), for example a photodiode.

Das Mischsignal wird über einen nichtlinearen Übertrager an einen Frequenzfilter weitergegeben, der den die Phaseninformation tragenden Frequenzanteil herausfiltert. Bei einer homodynen Mischung trägt der Gleichstromanteil die Phaseninformation, so dass der Frequenzfilter als Tiefpass ausgebildet sein kann. Ansonsten ist ggf. ein Bandpass geeignet.The mixed signal is transmitted via a non-linear transformer to a frequency filter, which filters out the phase information carrying frequency component. In a homodyne mixture, the DC component carries the phase information, so that the frequency filter can be designed as a low-pass filter. Otherwise, a bandpass may be appropriate.

3 zeigt eine Sensorschaltung für einen Photosensor 22, bei der ein nichtlineare Photoempfänger NP aus wenigstens einem linearen Empfangselement LE, hier eine Photodiode PD und einem anti-seriell geschalteten nichtlinearen Übertrager NÜ, hier eine Diode D, aufgebaut ist. Die Spannung VPD wird mit Hilfe eines Sourcefolgers SF an einen Frequenzfilter FF übertragen. 3 shows a sensor circuit for a photosensor 22 , in which a non-linear photoreceptor NP from at least one linear receiving element LE, here a photodiode PD and an anti-serially connected non-linear transformer NÜ, here a diode D, is constructed. The voltage V PD is transmitted to a frequency filter FF by means of a source follower SF.

Für eine Verwendung des nichtlinearen Empfängers NP in einem Pixelarray ist es vorteilhaft, den Sourcefolger SF über einen Schalter S zu aktivieren. Selbstverständlich sind auch andere Schaltungsvarianten denkbar. Insbesondere ist die Schaltung nicht auf eine anti-serielle Diodenschaltung beschränkt. Als linear arbeitendes Empfangselement LE kann beispielsweise auch ein Phototransistor vorgesehen sein.For use of the nonlinear receiver NP in a pixel array, it is advantageous to activate the source follower SF via a switch S. Of course, other circuit variants are conceivable. In particular, the circuit is not limited to an anti-serial diode circuit. As a linearly operating receiving element LE, for example, a phototransistor can be provided.

Ebenso muss die nachfolgende elektronische Komponente nicht zwingend als Sourcefolger realisiert werden. Auch andere Schaltungen, beispielsweise OPV-Schaltungen, die den Empfangskreis nicht belasten sind denkbar. Wird die Schaltung nicht in einem Pixelarray betrieben, so kann ggf. auch auf den Sourcefolger verzichtet werden.Likewise, the subsequent electronic component does not necessarily have to be realized as a source follower. Other circuits, such as OPV circuits that do not burden the receiving circuit are conceivable. If the circuit is not operated in a pixel array, it may also be possible to dispense with the source follower.

4 zeigt schematisch einen Photosensor 22 bei dem auf einem Halbleiterbauelement/Chip die Sensorschaltung realisiert ist. Erfindungsgemäß wird der Photosensor 22 wie bereits in 1 dargestellt mit dem entfernungsbedingt phasenverschobenen TOF-Lichtsignal Sp2 sowie mit einem Referenzlicht Sp1 beleuchtet. 4 schematically shows a photosensor 22 in which the sensor circuit is realized on a semiconductor component / chip. According to the invention, the photosensor 22 as already in 1 shown illuminated with the distance-dependent phase-shifted TOF light signal Sp2 and with a reference light Sp1.

5 zeigt eine Variante, bei der der Photosensor 22 von der Vorderseite mit dem phasenverschobenen TOF-Lichtstrahl SP2 und von der Rückseite mit dem modulierten Referenzlicht SP1 beleuchtet wird. Vorteilhaft kann es vorgesehen sein, den Chip auf der Rückseite zumindest im Bereich lichtempfindlichen Fläche des Photosensors 22 auszudünnen. Bei ausreichender Signalstärke des Referenzlichts kann ggf. auch auf eine Ausdünnung des Halbleitermaterials abgesehen werden. 5 shows a variant in which the photosensor 22 is illuminated from the front with the phase-shifted TOF light beam S P2 and from the back with the modulated reference light S P1 . Advantageously, it can be provided, the chip on the back at least in the range of photosensitive surface of the photosensor 22 thin out. If the signal strength of the reference light is sufficient, thinning of the semiconductor material may possibly be dispensed with.

Grundsätzlich könnte die Lichtführung auf die Vorder- und Rückseite auch vertauscht werden, so dass die Vorderseite mit Referenzlicht SP1 und die Rückseite mit dem phasenverschobenen Lichtsignal SP2 beleuchtet wird.In principle, the light guidance on the front and rear sides could also be reversed so that the front side is illuminated with reference light S P1 and the rear side with the phase-shifted light signal S P2 .

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
optischer Entfernungsmesseroptical rangefinder
10 10
Lichtquellelight source
15 15
Lichtleiteroptical fiber
2020
Empfänger receiver
2222
Photosensor photosensor
2525
Empfangsoptik receiving optics
4040
Objekt object
NÜ, DNÜ, D
nichtlinearer Übertrager, Diode non-linear transformer, diode
NPNP
nichtlinearer Photoempfänger nonlinear photoreceiver
M0 M 0
Modulationssignal  modulation signal
FFFF
Frequenzfilter frequency filter
p1p1
1. Phasenlage 1st phase position
p2p2
2. Phasenlage 2nd phase position
LE, PDLE, PD
lineares Empfangselement, Photodiode linear receiver, photodiode
SFSF
Source Folger Source follower
Sp1Sp1
Sendesignal mit 1. Phase Transmission signal with 1st phase
Sp2sp2
Empfangssignal mit 2. Phase Received signal with 2nd phase
ΔφΔφ
Phasendifferenz phase difference
φ0 φ 0
Phasenlage Modulationssignal Phase position modulation signal

Claims (8)

Optischer Entfernungsmesser mit einer Sensorschaltung für eine Lichtlaufzeitmessung, mit einem nichtlinearen Photoempfänger (NP), wobei der nichtlineare Photoempfänger (NP) wenigstens ein lineares Empfangselement (LE) und einen nichtlinearen Übertrager (NÜ) aufweist, und mit einem dem nichtlinearen-Photoempfänger (NP) nachgeschalteten Frequenzfilter (FF), mit einer modulierbaren Lichtquelle (10) zur Aussendung eines Lichtsignals (Sp1), mit einem nichtlinearen Photoempfänger (NP) zum Empfang des ausgesendeten und von einem Objekt (40) reflektierten Lichtsignals (Sp2), mit einem mit der Lichtquelle (10) verbundenen Modulator (30), dadurch gekennzeichnet, dass der optische Entfernungsmesser ein Lichtleitelement (15) aufweist, das einen Teil des von der Lichtquelle (10) ausgesendeten Lichtsignals (Sp1) auf den nichtlinearen Photoempfänger (NP) überträgt, wobei der nichtlinearen Photoempfänger (NP) und der Frequenzfilter (FF) derart aufeinander abgestimmt sind, dass am Ausgang des Frequenzfilters (FF) ein Signal (U(Δφ)) anliegt, die einer Phasenverschiebung (Δφ) zwischen ausgesendeten und empfangenen Signal (Sp1, Sp2) entspricht.Optical rangefinder with a sensor circuit for a light transit time measurement, with a non-linear photoreceiver (NP), the non-linear photoreceiver (NP) having at least one linear receiver element (LE) and one non-linear transmitter (NÜ), and one nonlinear photoreceiver (NP) downstream frequency filter (FF), with a modulatable light source ( 10 ) for emitting a light signal (Sp1), with a non-linear photoreceiver (NP) for receiving the emitted and from an object ( 40 ) reflected light signal (Sp2), with one with the light source ( 10 ) connected modulator ( 30 ), characterized in that the optical rangefinder is a light-guiding element ( 15 ), which forms part of the light source ( 10 ) transmitted light signal (Sp1) to the non-linear photoreceiver (NP), wherein the non-linear photoreceiver (NP) and the frequency filter (FF) are matched to one another such that at the output of the frequency filter (FF) a signal (U (Δφ)) is present which corresponds to a phase shift (Δφ) between emitted and received signal (Sp1, Sp2). Optischer Entfernungsmesser nach Anspruch 1, bei dem das lineare Empfangselement (LE) als Photodiode (D) oder Phototransistor ausgebildet ist.An optical rangefinder according to claim 1, wherein the linear receiving element (LE) as a photodiode (D) or phototransistor is formed. Optischer Entfernungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der nichtlineare Übertrager (NÜ) als Diode (D) ausgebildet ist.An optical rangefinder according to claim 1 or 2, wherein the non-linear transformer (NÜ) is formed as a diode (D). Optischer Entfernungsmesser nach Anspruch 3, bei dem der Photoempfänger (NP) als eine anti-serielle-Schaltung der Diode (LE, D) und der Photodiode (LE, PD) aufgebaut ist.An optical rangefinder according to claim 3, wherein said photoreceptor (NP) is constructed as an anti-serial circuit of said diode (LE, D) and said photodiode (LE, PD). Optischer Entfernungsmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Frequenzfilter (FF) als Bandpass oder Tiefpass ausgebildet ist. Optical rangefinder according to one of the preceding claims, wherein the frequency filter (FF) is formed as a bandpass or low pass. Optischer Entfernungsmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwischen dem Photoempfänger (NP) und dem Frequenzfilter (FF) ein Sourcefolger (SF) geschaltet ist, der eine Spannung (VPD) des Photoempfängers (NP) überträgt. An optical rangefinder according to any one of the preceding claims, wherein a source follower (SF) is connected between the photoreceiver (NP) and the frequency filter (FF) and transmits a voltage (V PD ) of the photoreceiver (NP). Optischer Entfernungsmesser nach Anspruch 6 mit einem Schalter (S) zur Aktivierung des Sourcefolgers (SF).Optical rangefinder according to claim 6 with a switch (S) for activating the source follower (SF). Optischer Entfernungsmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Photosensor (22) bei dem die Sensorschaltung auf einem Halbleiterbauelement aufgebaut ist, wobei die Lichtführung im Entfernungsmesser derart gestaltet ist, dass eine erste Seite des Photosensors (22) vom phasenverschobene Lichtsignal (SP2) und eine zweite Seite des Photosensors (22) von einem Teil des ausgesendeten Lichtsignals (SP1) beleuchtet wird.Optical rangefinder according to one of the preceding claims, with a photosensor ( 22 ) in which the sensor circuit is constructed on a semiconductor component, wherein the light guide in the rangefinder is designed such that a first side of the photosensor ( 22 ) (By the phase-shifted light signal S P2) and a second side of the photosensor ( 22 ) is illuminated by a part of the emitted light signal (S P1 ).
DE102015215626.5A 2015-08-17 2015-08-17 Sensor circuit and optical rangefinder with a non-linear photoreceiver Active DE102015215626B3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015215626.5A DE102015215626B3 (en) 2015-08-17 2015-08-17 Sensor circuit and optical rangefinder with a non-linear photoreceiver

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015215626.5A DE102015215626B3 (en) 2015-08-17 2015-08-17 Sensor circuit and optical rangefinder with a non-linear photoreceiver

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015215626B3 true DE102015215626B3 (en) 2016-09-15

Family

ID=56801303

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015215626.5A Active DE102015215626B3 (en) 2015-08-17 2015-08-17 Sensor circuit and optical rangefinder with a non-linear photoreceiver

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102015215626B3 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3640449C1 (en) * 1986-11-27 1988-06-30 Messerschmitt Boelkow Blohm Device for determining the distance between two objects, in particular two motor vehicles
DE10112834C1 (en) * 2001-03-16 2002-11-28 Hilti Ag Direct signal mixing device for modulated light detection signal and HF AC voltage uses anti-serial diode pair
DE102009037596A1 (en) * 2009-08-14 2011-05-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Concept for optical distance measurement

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3640449C1 (en) * 1986-11-27 1988-06-30 Messerschmitt Boelkow Blohm Device for determining the distance between two objects, in particular two motor vehicles
DE10112834C1 (en) * 2001-03-16 2002-11-28 Hilti Ag Direct signal mixing device for modulated light detection signal and HF AC voltage uses anti-serial diode pair
DE102009037596A1 (en) * 2009-08-14 2011-05-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Concept for optical distance measurement

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1529194B1 (en) Method and device for optically measuring distance
AT412023B (en) METHOD AND DEVICE FOR ELECTROOPTIC DISTANCE MEASUREMENT
EP3489712B1 (en) Radar system and method for operating the same
DE10022054B4 (en) Optical distance sensor
WO2012041607A1 (en) Light propagation time camera
EP3474039B1 (en) Distance measuring opto-electronic sensor
DE10251889A1 (en) Receiver for angle modulated optical signals has optical resonator to which optical signal is fed and in front of which optical output coupling device for light reflected from resonator is arranged
DE102013207649A1 (en) Time of flight camera system
WO2013174613A1 (en) Light transit time camera system
DE102011078338A1 (en) Light for time-of-flight camera for optical distance measurement of object, has switching amplifier connected with light source, and switch connected with pause circuit by resonator, where pause circuit controls switch based on input signal
DE102015215626B3 (en) Sensor circuit and optical rangefinder with a non-linear photoreceiver
EP1635452B1 (en) Apparatus for delay-sensitive measurement of a signal
DE3530011C2 (en)
DE102013207654B4 (en) Time-of-flight camera system
DE102011081568B3 (en) Optical receiver for light transit time apparatus e.g. photonic mixer device, has photo detector connected with reference potential over input resistance of current-voltage converter, and smoothing capacitor for smoothing photocurrent
DE102011081560B4 (en) Time-of-flight camera system with signal path monitoring
EP3508874A1 (en) Calibrating device for a tof camera device
DE102013207648A1 (en) Method of operating light-time camera system such as three dimensional-time of flight camera system, involves determining phase shift for further modulation frequency, and determining distance value from last two measured phase shifts
WO2020192979A1 (en) Photoconductive multichannel terahertz receiving antenna, receiver, terahertz system and terahertz method
DE102016214167B4 (en) Time of flight camera system
EP0288418B1 (en) Optical information transmission method with heterodyne reception
DE102013207650B4 (en) Time-of-flight camera system
DE102010003411A1 (en) Time-of-flight camera e.g. photo mixture detector camera, operating method, involves detecting phase shift of electromagnetic radiation for two various modulation frequencies, where difference of detected phase shifts is formed
DE102010063579A1 (en) Optical range finder has reset devices that are controlled so as to control discharge of accumulation gates when voltage of accumulation gates reaches or exceeds threshold value
EP3267226B1 (en) Distance-measuring opto-electronic sensor and method for detecting determining the distance from objects

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: PMDTECHNOLOGIES AG, DE

Free format text: FORMER OWNER: PMDTECHNOLOGIES GMBH, 57076 SIEGEN, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: SCHUHMANN, JOERG, DIPL.-PHYS. DR. RER. NAT., DE

R020 Patent grant now final
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: PMDTECHNOLOGIES AG, DE

Free format text: FORMER OWNER: PMDTECHNOLOGIES AG, 57076 SIEGEN, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: SCHUHMANN, JOERG, DIPL.-PHYS. DR. RER. NAT., DE