DE102017122038A1

DE102017122038A1 - Sensor und Betriebsverfahren

Info

Publication number: DE102017122038A1
Application number: DE102017122038.0A
Authority: DE
Inventors: Daniel Dietze
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2017-09-22
Filing date: 2017-09-22
Publication date: 2019-03-28
Also published as: JP2020536303A; US11525730B2; WO2019057904A1; CN111433913B; US20200264041A1; CN111433913A; JP7101767B2

Abstract

In einer Ausführungsform des Betriebsverfahrens ist eine Anschlussleitung (61) eines Sensors (1) an eine externe Ansteuereinheit (7) angeschlossen. Eine Bereitschaftssteuerschaltung (62) bestimmt einerseits, ob die Anschlussleitung (61) extern von der Ansteuereinheit (7) angesprochen wird, und andererseits, ob die Anschlussleitung (61) von einer Aktiv-Statusleitung (OUT) angesprochen wird. Die Bereitschaftssteuerschaltung (62) versetzt den Sensor (1) genau dann in einen Bereitschaftsmodus (STANDBY) oder gibt ein entsprechendes Steuersignal aus, wenn die Anschlussleitung (61) nicht von der Aktiv-Statusleitung (OUT) angesprochen wird, aber extern von der Ansteuereinheit (7) angesprochen oder angewiesen wird, in den Standby-Modus (STANDBY) zu gehen.

Description

Es wird ein Sensor angegeben. Darüber hinaus wird ein Betriebsverfahren für einen solchen Sensor angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe liegt darin, einen Sensor anzugeben, der einen niedrigen Energieverbrauch aufweist.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch einen Sensor und durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Sensor einen oder mehrere Sensorchips. Der mindestens eine Sensorchip ist zur Detektion einer Strahlung eingerichtet. Bei dem Sensorchip kann es sich um einen mehrkanaligen Sensorchip oder um einen einkanaligen Sensorchip, auch als Fotodiode bezeichnet, handeln. Bevorzugt ist der Sensorchip eine einkanalige Fotodiode, insbesondere eine PIN-Fotodiode. Der Sensorchip kann auf Silizium basieren, alternativ aber auch auf anderen Halbleitermaterialsystemen wie Ge, InGaAs oder InGaP.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Sensor eine Elektronikeinheit. Die Elektronikeinheit ist beispielsweise in einem Träger des Sensors integriert. Bei einem solchen Träger kann es sich um eine bedruckte Leiterplatte und/oder um ein Schaltkreissubstrat etwa basierend auf Silizium handeln, zum Beispiel um einen integrierten Schaltkreis, kurz IC, oder um einen Mikrocontroller. Alternativ kann die Elektronikeinheit eine separate Komponente darstellen, die an dem Sensorchip und/oder an dem Träger angebracht ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet die Elektronikeinheit eine digitale, bidirektionale Anschlussleitung. Das heißt, die Anschlussleitung ist für digitale Signale eingerichtet, sowohl in Richtung weg von dem Sensor als auch in Richtung hin zu dem Sensor. Bei dieser Anschlussleitung handelt es sich bevorzugt um die einzige bidirektionale Anschlussleitung der Elektronikeinheit und des Sensors. Diese Anschlussleitung kann der primäre und/oder der einzige Datenausgang des Sensors sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Elektronikeinheit eine Bereitschaftssteuerschaltung. Über die Bereitschaftssteuerschaltung ist der Sensor in einen aktiven Betrieb schaltbar, in dem Signale von dem Sensorchip aufgenommen und von dem Sensor abgegeben werden. Weiterhin kann der Sensor über die Bereitschaftssteuerschaltung in einen Bereitschaftsmodus, auch als Standby bezeichnet, geschaltet werden. Im Standby-Modus liefert der Sensor keine Signale. Im Standby-Modus ist ein mittlerer Energieverbrauch, insbesondere ein mittlerer Stromverbrauch, des Sensors gegenüber dem aktiven Betrieb reduziert, beispielsweise um mindestens einen Faktor 10 oder 100.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Elektronikeinheit eine Aktiv-Statusleitung. Die Aktiv-Statusleitung ist dazu eingerichtet, anzuzeigen, ob der Sensor aktiv Daten sendet. Es ist möglich, dass ein Signal der Aktiv-Statusleitung, bei der es sich bevorzugt um eine intern in der Elektronikeinheit verlaufende Leitung oder Kontaktstelle handelt, an der Anschlussleitung ausgegeben wird. Das heißt, an der Anschlussleitung und an der Aktiv-Statusleitung kann zeitweise das gleiche Signal anliegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Anschlussleitung dazu eingerichtet, an eine externe Ansteuereinheit angeschlossen zu werden. Bei der externen Ansteuereinheit handelt es sich bevorzugt um eine im Feld programmierbare Logikgatter-Anordnung, auch als Field Programmable Gate Array oder kurz FPGA bezeichnet, oder um einen Mikrocontroller oder auch um einen Computer. Es ist möglich, dass über die Ansteuereinheit die Signale aus dem Sensor ausgelesen werden. Über die Ansteuereinheit wird bestimmt, ob der Sensor in einem Standby-Modus oder in einen aktiven Modus betrieben wird. Das heißt, die Ansteuereinheit bestimmt, ob von dem Sensor Messdaten erhoben werden sollen oder nicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Bereitschaftssteuerschaltung dazu eingerichtet, zu bestimmen, ob die Anschlussleitung extern von der Ansteuereinheit angesprochen wird, wenn die Anschlussleitung nicht intern von der Aktiv-Statusleitung angesprochen wird. Die Bereitschaftssteuerschaltung versetzt den Sensor genau dann in den Bereitschaftsmodus gleich Standby-Modus, wenn die Anschlussleitung von der Ansteuereinheit angesprochen wird und die Aktiv-Statusleitung die Anschlussleitung nicht anspricht.
Darüber hinaus wird ein Betriebsverfahren für einen solchen Sensor angegeben. Mit dem Betriebsverfahren wird einer oder werden mehrere Sensoren betrieben, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen angegeben. Merkmale des Sensors sind daher auch für das Betriebsverfahren offenbart und umgekehrt.
In mindestens einer Ausführungsform des Betriebsverfahrens ist die Anschlussleitung an die externe Ansteuereinheit, die keinen Bestandteil des Sensors darstellt, angeschlossen. Die Bereitschaftssteuerschaltung bestimmt einerseits, ob die Anschlussleitung extern von der Ansteuereinheit angesprochen wird, und andererseits, ob die Anschlussleitung von der Aktiv-Statusleitung angesprochen wird. Die Bereitschaftssteuerschaltung versetzt den Sensor genau dann in einen Bereitschaftsmodus oder gibt ein entsprechendes Steuersignal aus, wenn die Anschlussleitung nicht von der Aktiv-Statusleitung angesprochen wird, aber extern von der Ansteuereinheit angesprochen oder angewiesen wird, in den Standby-Modus zu gehen.
Bei Sensoren, insbesondere bei optischen Sensoren, die im Bereich der mobilen Elektronik oder im Bereich der in Kleidung integrierten Elektronik, auch als die Bereiche Mobile und Wearables bezeichnet, eingesetzt werden, stellt ein Energieverbrauch eine kritische Größe dar und muss zur Verlängerung einer Batterielebensdauer oder einer Akkulaufzeit minimiert werden. Eine weit verbreitete Methode ist es dabei, den Sensor bei Nichtgebrauch in einen Standby-Modus zu versetzen, der durch einen wesentlich niedrigeren Stromverbrauch gekennzeichnet ist. Mit dem hier beschriebenen Betriebsverfahren lässt sich der Sensor in einen Standby-Modus versetzen, ohne dass aufwändige zusätzliche bauliche Maßnahmen an dem Sensor getroffen werden müssen.
Eine Möglichkeit, einen Sensor oder ein IC-basiertes Bauteil in einen Standby-Modus zu versetzen, liegt darin, eine zusätzliche, dedizierte Anschlussstelle für den Standby-Modus an dem betreffenden IC vorzusehen. Wenn eine angelegte Spannung an dieser Anschlussstelle von außen geändert wird, beispielsweise von niedrig auf hoch oder von hoch auf niedrig, wird der Standby-Modus aktiviert oder deaktiviert. Hierzu muss jedoch auch eine dedizierte physikalische Verbindung zwischen einer Steuereinheit wie einem Controller, beispielsweise ein FPGA oder ein Mikrocontroller, und der Standby-Anschlussstelle hergestellt werden.
Eine andere Möglichkeit liegt darin, einen Sensor zu verwenden, der über eine eigene Kommunikationsschnittstelle verfügt, beispielsweise eine I2C-Schnittstelle. Ein solcher Sensor ist direkt über ein Kommunikationsprotokoll aktivierbar und deaktivierbar und somit in den Standby-Modus schaltbar. Jedoch ist eine Kommunikationsschnittstelle mit vergleichsweise aufwändigen Logikeinheiten an dem Sensor verbunden, weshalb eine dedizierte Kommunikationsschnittstelle vergleichsweise kostenintensiv ist.
Bei diesen Realisierungsformen ist also entweder eine zusätzliche Leitung zur Standby-Anschlussstelle gezogen oder es ist eine Kommunikationsschnittstelle vorhanden, über die ein vergleichsweise komplexes Kommunikationsprotokoll bearbeitbar ist. Diese Erfordernisse erhöhen den technischen Aufwand und/oder den Strombedarf des Sensors. Mit dem hier beschriebenen Sensor sind weder eine zusätzliche Anschlussstelle zur Ansteuerung des Standby-Modus noch eine Kommunikationsschnittstelle mit Kommunikationsprotokoll erforderlich.
Bei dem hier beschriebenen Sensor ist es somit möglich, den Standby-Modus über einen sensorfunktionsbedingt bereits vorhandenen digitalen Ausgang zu aktivieren, ohne dass eine zusätzliche Verbindung zur Ansteuereinheit gelegt werden muss. Dazu wird in einer bevorzugten Ausführungsform die Anschlussleitung an einem Ausgang als bidirektionaler Anschluss im Open-Drain-Modus ausgelegt und insbesondere mit einem Pull-Up-Widerstand, beispielsweise um 10 kQ, mit einer Versorgungsspannung verbunden. Wenn der Ausgang inaktiv ist, zieht der Pull-Up-Widerstand die Anschlussstelle auf hohes Potential, auch als High bezeichnet. Sobald der Ausgang aktiviert wird, zieht der Open-Drain-Transistor der Ausgangsstufe die Anschlussstelle auf niedriges Potential, auch als Low bezeichnet. Damit lässt sich die normale Funktion des digitalen Ausgangs des Sensors ohne Einschränkung weiterhin realisieren.
Um den Standby-Modus zu aktivieren, kann die damit verbundene Ansteuereinheit, bevorzugt ein FPGA oder ein Mikrocontroller, seinerseits diese Anschlussstelle auf niedriges Potential ziehen. Eine einfache Logikschaltung in Form der Bereitschaftssteuerschaltung, beispielsweise bestehend aus lediglich drei Invertern, einem RS-Flip-Flop und einem UND-Gatter, erkennt nun, dass die Anschlussstelle aufgrund der Ansteuereinheit auf niedrigem Potential ist, obwohl der Ausgang sensorseitig inaktiv ist und aktiviert entsprechend den Standby-Modus oder gibt eine entsprechenden Steuerbefehl aus.
Sobald die Ansteuereinheit die Anschlussstelle freigibt, wird diese durch den Pull-Up-Widerstand wieder auf hohes Potential gezogen und die Logik in der Bereitschaftssteuerschaltung in der Elektronikeinheit deaktiviert den Standby-Modus. Da es beim Umschalten des Ausgangs von aktiv auf inaktiv kurzzeitig zur Situation kommen kann, dass die Anschlussstelle noch auf niedrigem Potential ist, obwohl der Ausgang bereits inaktiv ist, wird etwa ein RS-Flip-Flop eingesetzt, um zu verhindern, dass fälschlicherweise der Standby-Modus aktiviert wird. Das RS-Flip-Flop wird bevorzugt aktiv, sobald der Ausgang inaktiv und der Anschluss auf hohem Potential ist, entsprechend einem Leerlauf. Bevorzugt wird erst dann das Aktivieren des Standby-Modus ermöglicht.
Somit ermöglichen der hier beschriebene Sensor und das hier beschriebene Betriebsverfahren die Integration eines Standby-Modus in einem integrierten Schaltkreis des Sensors, also der Elektronikeinheit und der Bereitschaftssteuerschaltung, ohne eine zusätzliche Kontaktstelle zur Kontaktierung sowie ohne eine komplexe Kommunikationsschnittstelle zu benötigen. Die in dem Sensor verwendete Logik ist zudem platzsparend und stromsparend in dem integrierten Schaltkreis des Sensors umsetzbar und in einer Vielzahl verschiedener Sensoren, insbesondere in Verbindung mit unterschiedlichen Sensorchips, verwendbar. Weiterhin ist es möglich, dass der integrierte Schaltkreis des Sensors, insbesondere die Elektronikeinheit, sowie die angeschlossene Ansteuereinheit die Anschlussleitung nie gegeneinander treiben können, sondern immer in die gleiche Richtung. Somit sind Kollisionen der Elektronik des Sensors und der Ansteuereinheit bevorzugt ausgeschlossen.
Speziell bei Displays für Anwendungen im Bereich der virtuellen Realität werden üblicherweise mehrere Dutzend Sensoren benötigt, um die erforderliche Präzision bei der Ortsbestimmung des Displays zu gewährleisten. Damit stellen die Kosten für die Sensoren oder der Aufwand für zusätzliche Signalleitungen hin zu dezidierten Standby-Anschlussstellen eine signifikanten Kostenfaktor des Displays dar. Mit dem hier beschriebenen Sensor ist der Verschaltungsaufwand bei vergleichsweise geringen Kosten des Sensors klein haltbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Sensor nur durch die Anschlussleitung bidirektional angeschlossen. Insbesondere ist der Sensor damit frei von einer Kommunikationsschnittstelle, in der ein Kommunikationsprotokoll implementiert ist. Damit wird insbesondere kein Zeitsignal, auch als Clock bezeichnet, an den Sensor übertragen. Das heißt, der Sensor kann frei von einem sogenannten Kommunikationsinterface und/oder einem Interfaceblock sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist an die Anschlussleitung ein Potentialgeber angeschlossen, beispielsweise über eine Versorgungsspannung. Bei dem Potentialgeber handelt es sich insbesondere um einen Pull-Up-Widerstand, einen Pull-Down-Widerstand oder eine aktive Stromquelle mit einem limitierten Maximalstrom. Über den Potentialgeber ist die Anschlussleitung, ohne dass Signale von der Ansteuereinheit oder der Elektronikeinheit vorliegen, auf ein definiertes Potential ziehbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein Signal, das von der Anschlussleitung abgeleitet ist, auf ein niedriges Potential gesetzt, wenn die Aktiv-Statusleitung auf einem hohen Potential ist und/oder wenn die Ansteuereinheit an der Anschlussleitung aktiv ist. Dies kann bedeuten, dass der Potentialgeber unwirksam ist, wenn die Aktiv-Statusleitung und/oder die Ansteuereinheit an der Anschlussleitung aktiv sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Signal von der Anschlussleitung über den Potentialgeber genau dann auf ein hohes Potential gesetzt, wenn die Aktiv-Statusleitung auf niedrigem Potential ist und außerdem die Ansteuereinheit an der Anschlussleitung inaktiv ist. Mit anderen Worten ist es möglich, dass an der Anschlussleitung über den Potentialgeber ein hohes Potential anliegt, wenn weder die Aktiv-Statusleitung noch die Anschlussleitung aktiv sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Bereitschaftsmodus und damit der Standby-Modus nur dann aktiviert, wenn die Ansteuereinheit an der Anschlussleitung aktiv ist. Dies wird durch die Elektronikeinheit des Sensors erkannt.
Die vorgenannten Ausführungsformen sind für den Fall beschrieben, dass die Anschlussleitung von dem Potentialgeber im Leerlauf auf ein hohes Potential gesetzt wird. Genauso ist es möglich, dass der Potentialgeber im Leerlauf die Anschlussstelle auf ein niedriges Potential setzt. Die obigen Ausführungen zu den Zuständen High und Low sind dann entsprechend anzupassen.
Die Bereitschaftssteuerschaltung und andere Komponenten der Elektronikeinheit können im gleichen IC verwirklicht sein. Das heißt, die gesamte Elektronikeinheit kann in einem einzigen Bauteil integriert sein. Alternativ ist es möglich, dass die Elektronikeinheit in mehreren unterschiedlichen Komponenten untergebracht ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Potentialgeber in dem Sensor integriert. Das heißt, der Potentialgeber ist ein fester Bestandteil des Sensors und beispielsweise in der Elektronikeinheit mit Bereitschaftssteuerschaltung untergebracht. Alternativ ist es möglich, dass der Potentialgeber in der Ansteuereinheit integriert ist oder auch, dass der Potentialgeber eine von der Ansteuereinheit und dem Sensor verschiedene, separate Komponente ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein Zustand an dem Potentialgeber an der Anschlussleitung zeitverzögert in der Bereitschaftssteuerschaltung verarbeitet. Die Zeitverzögerung wird beispielsweise durch einen nicht-invertierenden Schmitt-Trigger, durch ein RS-Flip-Flop, durch einen Tiefpassfilter, durch ein RC-Glied und/oder durch eine Reihenschaltung von Invertierern erreicht. Im Falle von Invertierern liegt bevorzugt eine gerade Anzahl von Invertierern vor, die in Reihe geschaltet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein Signal an der Aktiv-Statusleitung gleich einer Einhüllenden eines digitalisierten Signals des Sensorchips. Mit anderen Worten ist die Aktiv-Statusleitung bevorzugt genau dann aktiv, wenn digitale Daten des Sensorchips an die Ansteuereinheit übermittelt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sendet die Ansteuereinheit als einziges Signal das Ansprechen der Anschlussleitung zum Setzen des Bereitschaftsmodus an den Sensor. Das heißt, von der Ansteuereinheit werden dann keine anderen Signale, etwa Taktgeber, an den Sensor übermittelt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Sensor genau drei elektrische Anschlüsse auf. Insbesondere sind neben der Anschlussleitung zwei Spannungsanschlüsse für eine hohe Spannung und eine niedrige Spannung vorhanden. Bei einem der Spannungsanschlüsse kann es sich um einen Erdanschluss, auch als Ground, GND oder VSS bezeichnet, handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Sensor genau vier elektrische Anschlüsse auf. Insbesondere sind neben der Anschlussleitung eine weitere Datenausgangsleitung für die digitalisierten Signale des Sensorchips vorhanden sowie zwei Spannungsanschlüsse für eine hohe Spannung und eine niedrige Spannung. Bei einem der Spannungsanschlüsse kann es sich um einen Erdanschluss, auch als Ground, GND oder VSS bezeichnet, handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform arbeitet die Anschlussleitung in einem Open-Drain-Modus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein mittleres Aktiv-Zeitintervall der Ansteuereinheit, mit der die Anschlussleitung von der Aktiv-Statusleitung angesprochen wird, bei mindestens 200 µs oder 2 ms oder 20 ms. Alternativ oder zusätzlich liegt dieses Zeitintervall bei höchstens 1 min oder 10 s. Mit anderen Worten wird der Standby-Modus im Vergleich zu für elektronische Bauteile üblichen Taktraten lange aktiviert. Insbesondere werden von der Ansteuereinheit keine schneller modulierten Signale an den Sensor übermittelt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Bereitschaftssteuerschaltung elektronisch kompakt gestaltet. Dies bedeutet insbesondere, dass die Bereitschaftssteuerschaltung höchstens 25 oder 15 oder 10 Logikgatter umfasst. Beispielsweise beinhaltet die Bereitschaftssteuerschaltung genau drei Inverter, genau ein RS-Flip-Flop und genau ein UND-Gatter und ansonsten keine Logikgatter.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Sensor für ein 3D-Positonserfassungssystem eingerichtet. 3D steht für dreidimensional. Das heißt, der Sensor ist bestimmungsgemäß ein Teil eines Positionserfassungssystems. Ein solches 3D-Postiiosnsrfassungssysetm dient insbesondere dazu, Lage und/oder Position im Raum einer sich bewegenden Komponente wie ein Display, das etwa von einem Benutzer getragen wird, und/oder von Kontrolleinheiten, etwa für Computerspiele, zu erkennen und entsprechend bevorzugt eine Spielumgebung aus dem Bereich der virtuellen Realität zur Verfügung zu stellen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden mehrere der Sensoren in dem 3D-Positionserfassungsystem verwendet. Beispielsweise liegt die Anzahl der Sensoren bei mindestens fünf oder 10 oder 20 oder 30. Alternativ oder zusätzlich liegt die Anzahl der Sensoren bei höchstens 200 oder 100.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das 3D-Postionserfassungssystem eine oder mehrere Strahlungsquellen. Bevorzugt sind mehrere Strahlungsquellen vorhanden. Die mindestens eine Strahlungsquelle ist zur Erzeugung der von den Sensoren zu detektierenden Strahlung eingerichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das 3D-Positoinserfassungssystem mindestens ein Benutzergerät. Bei dem Benutzergerät handelt es sich bevorzugt um ein am Kopf des Benutzers getragenes Anzeigegerät, auch als Head Mounted Display oder kurz HMD bezeichnet. Insbesondere ist das Benutzergerät zur Darstellung dreidimensionaler Bilder für Anwendungen im Bereich der virtuellen Realität gestaltet. Pro Benutzer ist bevorzugt genau ein solches Benutzergerät vorgesehen, wobei zusätzliche Benutzergeräte etwa in Form von sogenannten Controllern vorhanden sein können. Im Falle mehrerer Benutzer sind die Benutzergeräte bevorzugt eindeutig dem jeweiligen Benutzer zugeordnet. Es ist zeitgleich bevorzugt nur genau ein Benutzer oder sind zeitgleich nur genau zwei Benutzer vorhanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Sensoren in dem Benutzergerät oder in den Benutzergeräten verbaut. Die vorgenannten Anzahlen an Sensoren gelten bevorzugt pro Benutzergerät. Die Sensoren sind bevorzugt irreversibel verbaut. Pro Sensor ist insbesondere genau ein Sensorchip vorhanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Sensoren dazu eingerichtet, Winkel zwischen dem Benutzergerät und der Strahlungsquelle zu bestimmen. Über diese Bestimmung der Winkel sind eine räumliche Position und/oder eine Ausrichtung des Benutzergeräts ermittelbar. Das heißt, durch das Zusammenspiel der Sensoren mit der mindestens einen Strahlungsquelle ist eine präzise Lokalisierung des Benutzergeräts bevorzugt in Echtzeit möglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem 3D-Positionserfassungssystem um ein System für virtuelle Realität, auch als VR-System bezeichnet. Beispielsweise handelt es sich bei dem VR-System um SteamVR-Tracking oder SteamVR2 von Valve, etwa verwendet von HTC Vive. Insbesondere ist das 3D-Positionserfassungssystem aufgebaut, wie in der Druckschrift US 2016/0131761 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt durch Rückbezug aufgenommen wird, insbesondere die 8, 28a und 28b sowie die Absätze 81 bis 89 und 122 und außerdem Anspruch 1.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der zu detektierenden Strahlung um nahinfrarote Strahlung. Eine Wellenlänge maximaler Intensität der Strahlung liegt bevorzugt bei mindestens 780 nm oder 810 nm und/oder bei höchstens 1050 nm oder 940 nm oder 860 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der zu detektierenden Strahlung wenigstens zum Teil um eine Laserstrahlung. Die Laserstrahlung ist bevorzugt flächenförmig gestaltet. Das heißt, an einer ebenen Projektionsfläche erscheint die Laserstrahlung als eine durchgehende, bevorzugt gerade Linie. Insbesondere wird gescannt, wie in der Druckschrift US 2016/0131761 A1 beschrieben, siehe etwa Absatz 73, dessen Offenbarungsgehalt durch Rückbezug aufgenommen wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der Laserstrahlung um eine gepulste Laserstrahlung. Eine Wiederholungsrate liegt dabei bevorzugt bei mindestens 1 MHz, siehe die Druckschrift US 2016/0131761 A1 , etwa Absatz 83. Impulsdauern können vergleichsweise groß sein und beispielsweise mindestens 50 ns oder 100 ns oder 300 ns und/oder höchstens 0,5 µs oder 2 µm oder 5 µs betragen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Strahlung im Betrieb über einen Raumbereich, in dem sich das Benutzergerät bestimmungsgemäß befindet, hinweggefahren. Dabei werden bevorzugt mehrere aufeinanderfolgende Impulse der Laserstrahlung erzeugt. Beispielsweise erfolgt ein solches Durchfahren des Raumbereichs, auch als Sweep bezeichnet, in vertikaler Richtung und in horizontaler Richtung, insbesondere jeweils linienförmig, sodass sich eine Scan-Linie der Strahlungsquelle horizontal und/oder vertikal über den gewünschten Raumbereich hinweg bewegt, siehe auch die Druckschrift US 2016/0131761 A1 , Absätze 71 und 110, deren Offenbarungsgehalt durch Rückbezug aufgenommen wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Abrastern des Raumbereichs derart gestaltet, sodass mehrere aufeinanderfolgende Impulse der Laserstrahlung auf den betreffenden Sensorchip treffen. Das heißt, zur Bestimmung des Winkels gelangen mehrere Laserimpulse auf den betreffenden Sensorchip, siehe auch die Druckschrift US 2016/0131761 A1 , etwa Absätze 84 und 119, deren Offenbarungsgehalt durch Rückbezug aufgenommen wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird von dem betreffenden Sensorchip ein Intensitätshistogramm der auftreffenden Strahlung, insbesondere Impulse, detektiert, siehe auch die Druckschrift US 2016/0131761 A1 , etwa die Absätze 84 und 119, deren Offenbarungsgehalt durch Rückbezug aufgenommen wird. Das heißt, eine Intensität aufeinanderfolgender Impulse wird gemessen. Eine Auswertung der Intensitäten der Impulse oder des zeitlichen Verlaufs der Strahlung und damit das Erstellen des Intensitätshistogramms kann innerhalb des Sensors erfolgen, beispielsweise in einer Elektronik des Trägers. Alternativ erfolgt diese Auswertung außerhalb des Sensors, etwa in dem Benutzergerät oder in einem Computer, der mit dem Benutzergerät bevorzugt über eine drahtlose Datenverbindung verbunden ist. Aus dem Intensitätshistogramm wird der Winkel relativ zur zugehörigen Strahlungsquelle ermittelt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Benutzergerät um eine Brille für den Bereich der virtuellen Realität mit einem oder mit mehreren Displays zur Darstellung dreidimensionaler Bilder. Damit kann es sich bei dem Benutzergerät um ein HMD handeln.
Nachfolgend werden ein hier beschriebener Sensor und ein hier beschriebenes Betriebsverfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:

1 und 2 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Sensoren,
3 eine schematische Darstellung eines 3D-Positoinserfassungssystems mit hier beschriebenen Sensoren,
4 schematische Unteransichten auf elektrische Anschlussstellen von Ausführungsbeispielen von Sensoren,
5, 6 und 8 schematische Darstellungen von Schaltungen für Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen Sensoren, und
7 und 9 schematische Darstellungen von Signalverläufen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Sensoren.

In 1 ist eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Sensors 1 gezeigt. Der Sensor 1 umfasst einen Träger 3 wie einen Siliziumträger. Bevorzugt umfasst der Träger 3 eine Elektronikeinheit 6, etwa als IC. Auf dem Träger 3 befindet sich ein Sensorchip 2 mit einer dem Träger 3 abgewandten Chipoberseite 21, bei der es sich auch um eine Detektionsseite handelt. Über Chipseitenwände 22 wird bevorzugt kein Signal detektiert. Bei dem Sensorchip 2 handelt es sich bevorzugt um eine PIN-Silizium-Fotodiode wie BPW34S des Herstellers OSRAM.
Ferner weist der Sensor 1 einen Vergusskörper 4 auf. Eine dem Träger 3 abgewandte Lichteintrittsseite 41 ist glatt, eben und planar. Ein Winkel φ zwischen der Lichteintrittsseite und dem ebenfalls glatt, eben und strahlungsdurchlässig gestalteten Seitenwänden 42 des Vergusskörpers 4 liegt bevorzugt zwischen 95° und 110°, beispielsweise bei 100°. Bevorzugt bedeckt der Vergusskörper 4 die Chipoberseite 21 vollständig und erstreckt sich in Draufsicht gesehen ringsum um den Sensorchip 2 herum, insbesondere mit einer gleichmäßigen Breite.
Der Sensor 1 kann zusätzliche nicht gezeichnete Komponenten wie Spektralfilter aufweisen, sodass nur die zu detektierende Strahlung zu dem Sensorchip 2 gelangt und andere Wellenlängen absorbiert oder reflektiert werden. Beispielsweise ist der Vergusskörper 4 absorbierend für sichtbares Licht.
In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Sensors 1 gezeigt. Dabei ist die Lichteintrittsseite 41 ganzflächig mit einer Aufrauung 44 versehen. Durch die Aufrauung 44 ist eine Lambert'sche Streuung der Strahlung R an einer Innenseite der Lichteintrittsseite 41 hin zum Sensorchip 2 erreichbar. Die Seitenwände 42 sind senkrecht zur Lichteintrittsseite 41 orientiert, wie dies auch beim Ausführungsbeispiel der 1 der Fall sein kann. Im Übrigen gelten die Ausführungen zu 1 entsprechend.
In 3A ist perspektivisch ein 3D-Positionserfassungssystem 10 illustriert. Das System 10 umfasst mehrere Strahlungsquellen 11, die horizontal und vertikal eine flächenförmige Laserstrahlung R im nahinfraroten Spektralbereich emittieren und vertikal und horizontal linienförmig scannen, auch als SWEEP bezeichnet, zum Beispiel bei einer Repititionsrate von 50 Hz oder 60 Hz.
Ein Benutzer 14 trägt ein Benutzergerät 12, das mehrere der Sensoren umfasst, wobei die Sensoren in 3A nicht eingezeichnet sind. Das System 10 ist insbesondere konfiguriert, wie in der Druckschrift US 2016/0131761 A1 beschrieben. Dieses System ermöglicht eine hohe zeitliche Auflösung, sodass ein Zeitunterschied zwischen einer Bewegung des Benutzers 14 und einer Neuerfassung der Position des Benutzers 14 relativ klein ist, um das Auftreten von Bewegungskrankheit zu minimieren oder zu unterbinden.
Dabei emittiert jede Strahlungsquelle 11, als auch Lighthouse bezeichnet, beispielsweise einen Infrarot-Blitz mit einer Dauer T, um einen Startzeitpunkt t0 festzulegen, siehe 3B oder auch die 28a und 28b samt zugehöriger Beschreibung in der Druckschrift US 2016/0131761 A1 . Dem Infrarot-Blitz folgt die vertikale und horizontale Laserabrasterung. Der Infrarot-Blitz wird auch als SYNC bezeichnet. Ein Zeitunterschied zwischen diesem SYNC und einer Detektionszeit des SWEEPs erlaubt die Berechnung des Winkels des betreffenden Sensors relativ zur Strahlungsquelle 11.
Zusätzliche Signale können in einer Impulslänge und/oder Impulsfolge des Infrarot-Blitzes SYNC codiert sein. Zu einer Untergrundunterdrückung ist das optische Signal bevorzugt moduliert, sodass ein Impulszug entsteht, wobei eine Modulationsfrequenz bevorzugt mindestens 1 MHz beträgt. Ein Winkel zwischen dem Benutzergerät 12 und der zugehörigen Strahlungsquelle 11 ergibt sich aus einer von dem betreffenden Sensor gemessenen Intensitätssignal I, insbesondere aus dem Zeitpunkt eines Centroids C in dem Signal I.
In 4A ist eine Unteransicht auf elektrische Kontaktflächen 31 des Sensors 1 gezeigt. Es sind zwei Kontaktflächen 31 für eine Versorgungsspannung VSS, VDD vorhanden. Ferner sind zwei Datenleitungen 61, 64 vorhanden, auch als OUT und DOUT bezeichnet, über die die von dem Sensorchip 2 gewonnenen Daten digitalisiert ausgegeben werden. Die Datenleitung OUT 61 ist zudem als bidirektionale Anschlussleitung 61 gestaltet, an der ein Signal Y anliegen kann.
Demgegenüber weist der Sensor der 4B nur die beiden Kontaktflächen 31 für die Versorgungsspannung VSS, VDD auf und zusätzlich die Anschlussleitung 61 als Datenausgangsleitung OUT. Die Sensordaten werden somit digitalisiert über die Anschlussleitung 61 ausgegeben.
In 5 ist schematisch ein Schaltungsaufbau für ein hier beschriebenes Betriebsverfahren dargestellt. Der Sensor 1 umfasst insbesondere in dem Träger 3 die Elektronikeinheit 6. Die Elektronikeinheit 6 beinhaltet eine Bereitschaftssteuerschaltung 62, mit dem der Sensor 1 in einen Standby-Modus STDBY schaltbar ist. An der Anschlussleitung 61 wird von der Elektronikeinheit 6 eine Dateneinhüllende OUT für die digitalisierten Daten DOUT ausgegeben, entsprechend zum Beispiel der Aktiv-Statusleitung OUT.
Die Anschlussleitung 61 ist an einen Pull-Up-Widerstand 63 angebunden, der an eine Versorgungsspannung VDD angeschlossen ist. Weiterhin befindet sich an der Anschlussleitung 61 eine externe Ansteuereinheit 7, insbesondere integriert in das Benutzergerät 12, in 5 nicht illustriert. Bei der Ansteuereinheit 7 handelt es sich etwa um einen FPGA. Damit ist der Sensor frei von einer vollausgestatteten Kommunikationsschnittstelle und umfasst insbesondere keinen Treiberblock wie eine I2C-Einheit.
Die Anschlussleitung 61 ist bevorzugt als Open-Drain-Verbindung gestaltet. Beispielsweise kann hierfür ein bidirektionaler Ausgangstreiber verwendet werden.
Durch diesen Aufbau ist die Bereitschaftssteuerschaltung 62 lediglich als kleiner Logikblock ausführbar und es ist effizient detektierbar, ob die Anschlussstelle 61 extern oder intern betrieben wird, woraus die Bedingungen für die Aktivierung des Standby-Modus abgeleitet werden. Ein Ausgang STDBY der Bereitschaftssteuerschaltung 62 kann mit dem Logikblock eines bevorzugt in dem Sensor bereits existierenden Standby-Schaltkreises verbunden sein.
In der Ausführung der 5 sind der bidirektionale Treiber und der Logikblock während des Standby-Modus durch die Ansteuereinheit 7 aktiv anzusteuern.
In 6 ist schematisch eine weitere Realisierungsmöglichkeit der Bereitschaftssteuerschaltung 62 illustriert. Über die Anschlussleitung 61 wird dabei ein Signal Y direkt vom Potentialgeber 63 eingeprägt. Das Signal Y wird einerseits an einem Invertierer angelegt, andererseits an einen RS-Flip-Flop, ebenso wie das Signal der Aktiv-Statusleitung OUT. Der Ausgang des RS-Flip-Flops sowie das invertierte Signal Y werden an ein UND-Gatter geleitet. Optional wird über eine Doppelinvertiererstufe eine Verzögerung erzeugt, um Störimpulse zu unterdrücken. Hieraus ergibt sich ein Signal DIS, über das der Standby-Modus aktiviert wird.
Ein beispielhafter Signalverlauf hierzu ist in 7 entlang einer Zeitachse t illustriert. Oben gezeichnet ist das Signal OUT der Aktiv-Statusleitung, entsprechend einer Einhüllenden, innerhalb der Daten an dem Datenausgang 64, DOUT anliegen. Ist das Signal OUT auf hohem Potential, high, ist der Modus MODE des Sensors 1 auf aktiv, ACTIVE. Ist das Signal OUT auf high, so wird das Signal Y, das an der Anschlussleitung 61 anliegt, auf niedriges Potential, low, gezogen. Dies erfolgt mit einer leichten Zeitverzögerung.
Weiterhin wird das Signal Y auf low gezogen, wenn an der Anschlussleitung 61 der FPGA 7 ein aktives Signal sendet, wiederum mit einer leichten Zeitverzögerung. In diesem Zeitbereich, wenn das Signal des FPGA 7 auf high ist, wird der Modus MODE auf STANDBY gesetzt. Ansonsten entspricht der Modus MODE einem Leerlauf, IDLE. Das resultierende Steuersignal DIS zum Aktivieren des Standby-Modus, vergleiche 6, ist in 7 als Zeitverlauf ganz unten eingetragen.
Gemäß 7 liegen kurz nach Zurücksetzen des Signals OUT auf Null am Ende des ACTIVE-Modus die Werte OUT = 0 = Y vor. Dies ist die gleiche Signalkonstellation, OUT = 0 = Y, die erforderlich ist, um den Standby-Modus zu aktivieren. Um diese Übergangsregion am Ende des Aktiv-Modus nicht fälschlich als Signal zum Aktivieren des Standby-Modus zu verwenden, erfolgt bevorzugt eine Filterung etwa über ein RS-Flip-Flop.
In 6 wurde ein Beispiel für die Logikschaltung dargestellt. Jedoch sind auch andere Gatterkombinationen möglich, um die gleiche Logiktabelle zu erzielen. Damit kann das gewünschte Verhalten mit unterschiedlichen Anordnungen und Ansteuerungen realisiert werden. Die beiden Invertierer nach der eigentlichen Logik, siehe 6, erzeugen genug Verzögerung, um Probleme während des Umschaltens, wie in Verbindung mit 7 erläutert, zu vermeiden. Der gleiche Effekt ist auch durch einen Tiefpassfilter, etwa als RC-Filter, anstelle der beiden Invertierer erreichbar.
In den Ausführungsbeispielen ist je die Beschaltung der Anschlussleitung 61 als Open-Drain mit einem Pull-Up-widerstand dargestellt. Das gleiche Prinzip kann auch mit einem Pull-Down-Widerstad realisiert werden, sodass die Polarität des Ausgangs wenn gewünscht invertiert werden kann. Die Logikschaltung muss in diesem Fall entsprechend angepasst werden. Weiterhin kann anstatt eines passiven Widerstands für den Potentialgeber 63 auch eine aktive Stromquelle eingesetzt werden, beispielsweise mittels eines Transistors oder einer Transistorschaltung, bei der ein Maximalstrom limitiert ist, beispielsweise auf 100 µA. Die Treiber 62, 7 arbeiten dann gegebenenfalls gegen diese Stromquelle, um die Anschlussleitung 61 auf Masse zu ziehen.
In den 8 und 9 ist eine weitere beispielhafte Realisierung dargestellt. Die Zeitverläufe der 9A korrespondieren zur 8A und entsprechend 9B zur 8B. Dabei bezieht sich 8A auf den Standby-Modus. 8B bezieht sich insbesondere auf den Modus, wenn der Sensor 1 aktiv ist.
An dem Sensorchip liegt ein optisches Signal I an. Im aktiven Modus wird aus dem optischen Signal I ein Datenausgangsignal DOUT generiert. Wird von der Ansteuereinheit 7 der Standby-Modus angefordert, so erfolgt keine Datenausgabe.
Die in 8 beispielhaft genannten Werte und Schaltungen für die Ansteuereinheit 7, die Bereitschaftssteuerschaltung 62 sowie für den Potentialgeber 63 können entsprechend in allen anderen Ausführungsbeispielen herangezogen werden, beispielsweise mit einer Toleranz von höchstens 50 %.
Somit lässt sich mit dem hier beschriebenen Betriebsverfahren eine Standby-Schaltung mit existierenden Chip-Designs realisieren. Eine Ausgangsleitung wird damit zu einem Open-Drain-bidirektionalen Anschluss umgewandelt. Dies erfolgt beispielsweise über einen externen oder internen Pull-Up-Widerstand, etwa in der Größenordnung um 10 kΩ, oder mit einem Pull-Up-Strom, der optional von dem FPGA der Ansteuereinheit 7 bereitgestellt wird, und der beispielsweise um 130 µA beträgt. Dazu ist lediglich ein kleiner Logikblock in dem Sensor 1 erforderlich, um das Signal zur Standby-Anfrage zu erkennen, beispielsweise gebildet aus nur drei Invertern, einem Flip-Flop und einem UND-Gatter.
Der Standby-Modus kann also aktiviert werden, indem die Anschlussleitung für die Einhüllende der Daten OUT durch die Ansteuereinheit 7 auf niedriges Potential gezogen wird. Dies ist insbesondere nur dann möglich, wenn das Signal OUT für die Dateneinhüllende im Leerlauf IDLE ist, sodass keine Dateneinhüllende generiert wird. Dies sollte in entsprechenden Anwendungen im Regelfall gegeben sein. Die Standby-Aktivierung ist bevorzugt nur möglich, nachdem der Ausgang einmal getriggert wurde, da der initiale Zustand des Flip-Flops nach einem Einschalten schlecht definiert ist.
Durch die hier beschriebene Schaltung und Betriebsweise erfolgt ein zusätzlicher Stromverbrauch insbesondere durch den Pull-Up-Widerstand von ungefähr 300 µA, jedoch nur, wenn der Standby-Modus aktiviert ist. Abklingzeiten der Einhüllenden OUT betragen insbesondere höchstens 200 ns, beispielsweise bei einer Kapazität von 30 pF und einer Last von 10 kΩ. Eine Anstiegszeit der ansteigende Flanke ist bevorzugt determiniert durch die Treiberstärke des Ausgangstreibers und liegt beispielsweise um 20 ns.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: Sensor
2: Sensorchip
21: Chipoberseite
22: Chipseitenwand
3: Träger
31: Trägerkontaktfläche
4: Vergusskörper
41: Lichteintrittsseite
42: Seitenwand
44: Aufrauung
45: elektrische Kontaktstelle
5: Bonddraht
6: Elektronikeinheit
61: bidirektionale Anschlussleitung
62: Bereitschaftssteuerschaltung (Standby)
63: Potentialgeber (Pull-Up-Widestand)
64: Datenleitung (DOUT)
7: Ansteuereinheit
10: 3D-Positionserfassungssystem
11: Strahlungsquelle
12: Benutzergerät
OUT: Aktiv-Statusleitung
I: optische Signalstärke
R: Strahlung
GND: Erdkontakt (Ground)
VDD: Versorgungsspannung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2016/0131761 A1 [0044, 0046, 0047, 0048, 0049, 0050, 0059, 0060]

Claims

Sensor (1) mit - mindestens einem Sensorchip (2) zur Detektion einer Strahlung (R), und - einer Elektronikeinheit (6) mit einer digitalen, bidirektionalen Anschlussleitung (61) und mit einer Bereitschaftssteuerschaltung (62) sowie mit einer Aktiv-Statusleitung (OUT), wobei - die Anschlussleitung (61) dazu eingerichtet ist, an eine externe Ansteuereinheit (7) angeschlossen zu werden, und - die Bereitschaftssteuerschaltung (62) dazu eingerichtet ist zu bestimmen, ob die Anschlussleitung (61) extern von der Ansteuereinheit (7) angesprochen wird, wenn die Anschlussleitung (61) nicht von der Aktiv-Statusleitung (OUT) angesprochen wird, und den Sensor (1) genau dann in einen Bereitschaftsmodus zu versetzen.
Betriebsverfahren für einen Sensor (1) nach dem vorherigen Anspruch, wobei - die Anschlussleitung (61) an die externe Ansteuereinheit (7) angeschlossen ist, - die Bereitschaftssteuerschaltung (62) bestimmt, ob die Anschlussleitung (61) extern von der Ansteuereinheit (7) angesprochen wird, - die Bereitschaftssteuerschaltung (62) bestimmt, ob die Anschlussleitung (61) von der Aktiv-Statusleitung (OUT) angesprochen wird, und - die Bereitschaftssteuerschaltung (62) den Sensor (1) genau dann in einen Bereitschaftsmodus versetzt, wenn die Anschlussleitung (61) nicht von der Aktiv-Statusleitung (OUT) angesprochen wird und extern von der Ansteuereinheit (7) angesprochen wird.
Betriebsverfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei - der Sensor (1) nur durch die Anschlussleitung (61) bidirektional angeschlossen und frei von einer Kommunikationsschnittstelle mit einem Kommunikationsprotokoll ist, - die Anschlussleitung (61) ab einen Potentialgeber (63) angeschlossen ist, - ein Signal (Y) von der Anschlussleitung (61) auf ein niedriges Potential gesetzt wird, entweder wenn die Aktiv-Statusleitung (OUT) auf einem hohem Potential ist oder die Ansteuereinheit (7) an der Anschlussleitung (61) aktiv ist, - das Signal (Y) von der Anschlussleitung (61) über den Potentialgeber (63) genau dann auf ein hohes Potential gesetzt wird, wenn die Aktiv-Statusleitung (OUT) auf niedrigem Potential ist und außerdem die Ansteuereinheit (7) an der Anschlussleitung (61) inaktiv ist, und - der Bereitschaftsmodus nur dann aktiviert wird, wenn die Ansteuereinheit (7) an der Anschlussleitung (61) aktiv ist.
Betriebsverfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Potentialgeber (63) ein Pull-Up-Widerstand, ein Pull-Down-Widerstand oder eine aktive Stromquelle mit limitiertem Maximalstrom ist.
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei der Potentialgeber (63) in dem Sensor (1) integriert ist.
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der Potentialgeber (63) in der Ansteuereinheit (7) integriert ist, und wobei die Ansteuereinheit (7) eine im Feld programmierbare Logikgatter-Anordnung ist.
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei ein Zustand an dem Potentialgeber (63) an der Anschlussleitung (61) zeitverzögert in der Elektronikeinheit (6) und/oder der Bereitschaftssteuerschaltung (62) verarbeitet wird, und wobei die Zeitverzögerung durch einen nicht-invertierenden Schmitt-Trigger, durch ein RS-Flip-Flop, durch einen Tiefpassfilter, durch ein RC-Glied und/oder durch eine Reihenschaltung von 2n Invertierern erreicht wird und n eine natürliche Zahl ist.
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei ein Signal an der Aktiv-Statusleitung (OUT) gleich einer Einhüllenden eines digitalisierten Signals des Sensorchips (2) ist, und wobei die Ansteuereinheit (7) als einziges Signal das Ansprechen der Anschlussleitung (61) zum Setzen des Bereitschaftsmodus an den Sensor (1) sendet.
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei der Sensor (1) genau vier elektrische Anschlüsse aufweist: die Anschlussleitung (61, OUT), eine weitere Datenausgangsleitung (DOUT), zwei Spannungsanschlüsse (VSS, VDD) .
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei der Sensor (1) genau drei elektrische Anschlüsse aufweist: die Anschlussleitung (61, OUT) zwei Spannungsanschlüsse (VSS, VDD).
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei die Anschlussleitung (61) in einem Open-Drain-Modus arbeitet.
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11, wobei ein mittleres Aktiv-Zeitintervall der Ansteuereinheit (7), mit der die Anschlussleitung (61) von der Aktiv-Statusleitung (OUT) angesprochen wird, bei mindestens 200 µs liegt.
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 12, wobei die Bereitschaftssteuerschaltung (62) höchstens 25 Logikgatter umfasst.
Betriebsverfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Bereitschaftssteuerschaltung (62) genau drei Inverter, genau ein RS-Flip-Flop und genau ein UND-Gatter umfasst und ansonsten keine Logikgatter beinhaltet.
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 12, wobei - ein 3D-Positionserfassungssystem (10) mindestens eine Strahlungsquelle (11) zur Erzeugung der von den mehreren Sensoren (1) zu detektierenden Strahlung (R) und mindestens ein Benutzergerät (12) umfasst, - die Sensoren (1) in dem Benutzergerät (12) verbaut sind, - die Sensoren (1) dazu eingerichtet sind, Winkel zwischen dem Benutzergerät (12) und der Strahlungsquelle (11) zu bestimmen, sodass über die Winkel eine räumliche Position und eine Ausrichtung des Benutzergeräts (12) ermittelbar sind.
Betriebsverfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei - das 3D-Positionserfassungssystem (10) mindestens fünf der Sensorchips (2) umfasst, - die zu detektierende Strahlung (R) gepulste, flächenförmige und nahinfrarote Laserstrahlung ist, - im Betrieb die Strahlung (R) über einen Raumbereich, in dem sich das Benutzergerät (12) befindet, hinweggefahren wird, sodass mehrere aufeinanderfolgende Impulse der Laserstrahlung auf den betreffenden Sensorchip (2) treffen, und - von dem betreffenden Sensorchip (2) ein Intensitätshistogramm der auftreffenden Impulse detektiert wird, aus dem einer der Winkel zur zugehörigen Strahlungsquelle (11) ermittelt wird, und - das Benutzergerät (12) ein Brille für den Bereich virtuelle Realität mit zumindest einem Display zur Darstellung dreidimensionaler Bilder ist.