DE102018117259A1

DE102018117259A1 - Abstandserfassungssensor und verfahren zum betreiben eines derartigen sensors

Info

Publication number: DE102018117259A1
Application number: DE102018117259.1A
Authority: DE
Inventors: Chul Seung Lee
Original assignee: Hyundai Autron Co Ltd
Current assignee: Hyundai Mobis Co Ltd
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2018-07-17
Publication date: 2019-04-04
Also published as: CN109581401B; KR20190037884A; US11255968B2; KR102019382B1; CN109581401A; US20190101648A1

Abstract

Ein Abstandserfassungssensor weist einen Strom-Spannungswandler auf, der dazu ausgebildet ist, einen Strom, der einem von einem Ziel reflektierten Erfassungssignal entspricht, in eine Spannung umzuwandeln, einen Verstärker, der dazu ausgebildet ist, die umgewandelte Spannung zu verstärken, einen Komparator, der dazu ausgebildet ist, einen Ausgangswert des Verstärkers mit einem Bezugswert zu vergleichen, um einen Empfangsimpuls zu erzeugen, eine Bezugswertauswahleinrichtung, die dazu ausgebildet ist, einen von mehreren Bezugswerten als Bezugswert auszuwählen, und einen Zeit-Digital-Wandler, der dazu ausgebildet ist, eine Laufzeit- (TOF-) Dauer in Reaktion auf den von dem Komparator ausgegebenen Empfangsimpuls zu berechnen. Die Bezugswertauswahleinrichtung ändert verschiedene Bezugswerte, die jeweils kontinuierlichen Empfangsimpulsen entsprechen, kontinuierlich.

Description

QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Die vorliegende nicht-vorläufige US-Patentanmeldung beansprucht gemäß 35 USC § 119 die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2017-0127671 , die am 29. September 2018 eingereicht wurde und deren Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf Abstandserfassungssensoren und auf Verfahren zum Betreiben derartiger Sensoren.
HINTERGRUND
Ein Abstandserfassungssensor ist ein Sensor, der dazu ausgebildet ist, einen Abstand zu einem Objekt zu messen. Ein Strahlungsimpuls wird auf ein Messziel gestrahlt. Ein Abstand zu dem Messziel wird auf der Basis einer zeitlichen Differenz von der Ausstrahlung eines Strahlungsimpulses bis zum Empfangen eines von dem Messziel reflektierten Lichts (Lichtempfangsimpuls), das auf dem Strahlungsimpuls basiert, berechnet, was als Impuls-Laufzeit- (engl. Time Of Flight - TOF)-Schema bezeichnet wird. Ein Abstandsmesssensor, bei dem ein Impuls-Laufzeit-Schema angewandt wird, wird in der Praxis häufig eingesetzt.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung stellt einen Abstandserfassungssensor bereit, mit dem eine Zeitverzerrung während der Abstandsmessung minimiert wird, sowie ein Verfahren zum Betreiben des Abstandserfassungssensors.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung stellen einen Abstandserfassungssensor bereit. Der Abstandserfassungssensor weist einen Strom-Spannungswandler auf, der dazu ausgebildet ist, einen Strom, der einem von einem Ziel reflektierten Erfassungssignal entspricht, in eine Spannung umzuwandeln, einen Verstärker, der dazu ausgebildet ist, die umgewandelte Spannung zu verstärken, einen Komparator, der dazu ausgebildet ist, einen Ausgangswert des Verstärkers mit einem Bezugswert zu vergleichen, um einen Empfangsimpuls zu erzeugen, eine Bezugswertauswahleinrichtung, die dazu ausgebildet ist, einen von mehreren Bezugswerten als Bezugswert auszuwählen, und einen Zeit-Digital-Wandler, der dazu ausgebildet ist, eine Laufzeit- (TOF-)Dauer in Reaktion auf den von dem Komparator ausgegebenen Empfangsimpuls zu berechnen. Die Bezugswertauswahleinrichtung ändert verschiedene Bezugswerte, die jeweils kontinuierlichen Empfangsimpulsen entsprechen, kontinuierlich.
In Ausführungsbeispielen kann der Abstandserfassungssensor ferner ein photoempfindliches Element aufweisen, das dazu ausgebildet ist, das Erfassungssignal zu erzeugen.
In Ausführungsbeispielen kann der Strom-Spannungswandler einen Transimpedanzverstärker aufweisen.
In Ausführungsbeispielen kann der Abstandserfassungssensor ferner einen Kondensator und einen Widerstand aufweisen, die zwischen einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss des Strom-Spannungswandlers parallel geschaltet sind.
In Ausführungsbeispielen kann der Zeit-Digitalwandler einen Zähler aufweisen, der dazu ausgebildet ist, ein Intervall zwischen einem Sendeimpuls und einem Empfangsimpuls zu zählen.
In Ausführungsbeispielen kann der Zähler ein Intervall von einem Anstiegszeitpunkt des Sendeimpulses zu einem Anstiegszeitpunkt des Empfangsimpulses zählen.
In Ausführungsbeispielen kann die Bezugswertauswahleinrichtung einen Bezugswert zu einem Abfallzeitpunkt eines vorangehenden Empfangsimpulses ändern.
In Ausführungsbeispielen können kontinuierliche Sendeimpulse, die den kontinuierlichen Empfangsimpulsen entsprechen, zum Ziel gesendet werden. Die Anzahl der kontinuierlichen Sendeimpulse kann drei oder mehr betragen.
In Ausführungsbeispielen kann der Abstandserfassungssensor ferner einen digitalen Signalprozessor aufweisen, der dazu ausgebildet ist, Laufzeitdauern, die jeweils den kontinuierlichen Sendeimpulsen entsprechen, zu berechnen und zu speichern.
In Ausführungsbeispielen kann der digitale Signalprozessor aus den Laufzeitdauern eine Spitzenzeit berechnen und unter Verwendung der Spitzenzeit einen Abstand zum Ziel berechnen.
In Ausführungsbeispielen kann der Abstandserfassungssensor ferner einen Temperatursensor aufweisen, der dazu ausgebildet ist, eine Temperatur zu messen. Der digitale Signalprozessor kann unter Verwendung der Temperatur den Abstand kompensieren.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung stellen ein Verfahren zum Betreiben eines Abstandserfassungssensors bereit. Das Betriebsverfahren umfasst das Senden von kontinuierlichen Sendeimpulsen zu einem Ziel, das Ändern eines Bezugswerts, der jedem der Sendeimpulse entspricht, das kontinuierliche Empfangen eines Signals, das jedem Sendeimpuls entsprechend dem geänderten Bezugswert entspricht, das Berechnen einer Laufzeit- (TOF-) Spitzenzeit aus den empfangenden Empfangsimpulsen, die jeweils den Sendeimpulsen entsprechen, und das Berechnen eines Abstands zum Ziel aus der Laufzeit-Spitzenzeit.
In Ausführungsbeispielen kann das Betriebsverfahren ferner das Empfangen von Erfassungssignalen, die jeweils den Sendeimpulsen entsprechen, von einem photoempfindlichen Element; das Umwandeln eines Stroms, der jedem der empfangenen Erfassungssignale entspricht, in eine Spannung; und das Verstärken der umgewandelten Spannungen umfassen.
In Ausführungsbeispielen kann das Betriebsverfahren ferner das Messen einer Temperatur; und das Kompensieren des Abstands entsprechend der gemessenen Temperatur umfassen.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung ergibt sich anhand der angehängten Zeichnungen und der beigefügten ausführlichen Beschreibung. Die hier dargestellten Ausführungsformen sind lediglich beispielhaft und nicht einschränkend gegeben, wobei identische Bezugszeichen auf identische oder ähnliche Elemente verweisen. Die Zeichnungen sind nicht zwangsläufig maßstabgetreu, die Betonung liegt stattdessen auf die Veranschaulichung von Aspekten der vorliegenden Offenbarung.

1 ist ein Blockschaltbild eines Abstandserfassungssensors gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung.
2 ist ein Zeitdiagramm, das ein Verfahren zur Erfassung einer Laufzeit in einem Zeit-Digital-Wandler gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
3 veranschaulicht Zeitfolgen vor und nach dem Durchlaufen eines Komparators gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung.
4 veranschaulicht eine Vorgehensweise zur Berechnung einer Spitzenzeit eines Erfassungssignals in einem digitalen Signalprozessor gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung.
5 veranschaulicht ein Verfahren zum Betreiben eines Abstandserfassungssensors gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die Vorteile und Merkmale der vorliegenden Offenbarung und die Verfahren, mit denen diese erreicht werden, ergeben sich aus den nachfolgenden beispielhaften Ausführungsformen, die anhand der beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben sind. Es ist jedoch anzumerken, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die nachfolgenden beispielhaften Ausführungsformen beschränkt ist und in verschiedenen Formen implementiert werden kann. Dementsprechend sind die beispielhaften Ausführungsformen lediglich zur Offenbarung der vorliegenden Offenbarung gegeben und geben dem Fachmann die Kategorie der vorliegenden Offenbarung an.
In der Beschreibung ist zu verstehen, dass ein Element, wenn es als „auf” einer anderen Schicht oder einem anderen Substrat liegend bezeichnet wird, direkt auf dem anderen Element liegen kann oder auch Zwischenelemente vorhanden sein können. In den Zeichnungen kann die Dicke der Elemente zur Übersichtlichkeit der Veranschaulichung übertrieben sein.
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Querschnittansichten beschrieben, die beispielhafte Zeichnungen der Erfindung sind. Die beispielhaften Zeichnungen können durch Herstellungstechniken und/oder Herstellungstoleranzen verändert werden. Dementsprechend sind die beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung nicht auf die in den Zeichnungen gezeigten spezifischen Ausgestaltungen beschränkt und umfassen Änderungen, die auf dem Verfahren zur Herstellung der Halbleitervorrichtung basieren. Ein in einem rechten Winkel gezeigter geätzter Bereich kann z.B. in einer abgerundeten Form oder mit einer vorbestimmten Krümmung ausgebildet werden. In den Zeichnungen gezeigte Bereiche haben somit schematische Merkmale. Die Formen der in den Zeichnungen gezeigten Bereiche verdeutlichen spezifische Formen von Bereichen in einem Element und schränken die Erfindung nicht ein. Auch wenn Begriffe wie eine erste, ein erster, ein erstes, eine zweite, ein zweiter, ein zweites und eine dritte, ein dritter, ein drittes zur Beschreibung verschiedener Elemente in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, sind die Elemente nicht auf diese Begriffe beschränkt. Diese Begriffe werden lediglich dazu genutzt, ein Element von einem anderen Element zu unterscheiden. Eine hier beschriebene und dargestellte Ausführungsform umfasst eine dazu komplementäre Ausführungsform.
Die in der Beschreibung verwendeten Begriffe dienen lediglich der Beschreibung besonderer Ausführungsformen und sollen die Erfindung nicht einschränken. Die in der Beschreibung verwendeten Singularformen „ein“, „eine“ und „der“, „die“, „das“ sollen auch die Pluralformen beinhalten, sofern der Kontext nicht deutlich etwas anderes angibt. Es ist ferner zu verstehen, dass die Begriffe „umfassen“ und/oder „umfassend“, wenn sie in der Beschreibung verwendet werden, das Vorliegen genannter Merkmalen, ganzer Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Komponenten angeben, jedoch das Vorliegen oder das Hinzufügen von einem oder mehreren weiteren Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen daraus nicht ausschließen.
Die vorliegende Offenbarung wird nun nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung gezeigt sind, ausführlicher beschrieben.
1 ist ein Blockschaltbild eines Abstandserfassungssensors 100 gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung. Mit Bezug auf 1 weist der Abstandserfassungssensor 100 einen Strom-Spannungswandler (TIA) 110, einen Verstärker (PGA) 120, einen Komparator 130, eine Bezugswertauswahleinrichtung 140, einen Zeit-Digitalwandler (TDC) 150, einen Temperatursensor 160 und einen digitalen Signalprozessor (DSP) 170 auf.
Der Strom-Spannungswandler (TIA) 110 kann dazu ausgebildet sein, einen Strom, der von einem photoempfindlichen Element ausgegeben wird, das ein Erfassungssignal (reflektierten Impuls) empfängt, in eine Spannung umzuwandeln. Das photoempfindliche Element kann eine Photodiode aufweisen. In Ausführungsbeispielen kann der Strom-Spannungswandler 110 einen Transimpedanzverstärker (engl. Transimpedance Amplifier-TIA) aufweisen. Wie in 1 gezeigt, kann der Strom-Spannungswandler 110 einen Kondensator C und einen Widerstand R aufweisen, die zwischen einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss parallel geschaltet sind.
Der Verstärker (PGA) 120 kann dazu ausgebildet sein, eine Ausgangsspannung des Strom-Spannungswandlers 110 zu verstärken. In Ausführungsbeispielen kann es sich bei dem Verstärker 120 um einen geregelten Verstärker handeln. Bei dem geregelten Verstärker kann es sich z.B. um einen programmierbaren Operationsverstärker (engl. Programmable Gain Amplifier - PGA) handeln.
Der Komparator 130 kann dazu ausgebildet sein, eine Ausgangsspannung des Verstärkers 120 mit einem Bezugswert zu vergleichen, um einen Empfangsimpuls zu erzeugen.
Die Bezugswertauswahleinrichtung 140 kann dazu ausgebildet sein, einen von mehreren Bezugswerten TH1, TH2 und TH3 auszuwählen. In beispielhaften Ausführungsformen kann die Bezugswertauswahleinrichtung 140 die mehreren Bezugswerte TH1, TH2 und TH3 auf der Basis eines vorbestimmten Algorithmus kontinuierlich (oder sequentiell) auswählen und ausgeben.
In beispielhaften Ausführungsformen kann die Bezugswertauswahleinrichtung 140 Differenzbezugswerte ändern, die jeweils kontinuierlichen Empfangsimpulsen entsprechen. Die kontinuierlichen Empfangsimpulse können kontinuierlich gesendeten Impulsen entsprechen, die jeweils von einem Ziel reflektiert werden.
In einigen Ausführungsformen kann die Bezugswertauswahleinrichtung 140 in Reaktion auf einen Empfangsimpuls, der von dem Komparator 130 ausgegeben wird, einen Bezugswert ändern. In anderen Ausführungsformen kann die Bezugswertauswahleinrichtung 140 die mehreren Bezugswerte TH1, TH2 und TH3 in regelmäßigen Zeitintervallen ausgeben. Auch wenn in 1 die drei Bezugswerte TH1, TH2 und TH3 gezeigt sind, sollte zu verstehen sein, dass die Anzahl der Bezugswerte der vorliegenden Offenbarung nicht als durch die veranschaulichenden Ausführungsformen beschränkt zu interpretieren ist.
Der Zeit-Digitalwandler (engl. Time-to-Digital Converter-TDC) 150 kann dazu ausgebildet sein, eine Laufzeit- (TOF-)Dauer zwischen einem Sendeimpuls und einem Empfangsimpuls zu zählen und einen gezählten Wert auszugeben. Der Zeit-Digitalwandler 150 kann z.B. dazu ausgebildet sein, die Laufzeitdauer für eine Zeitperiode von dem Zeitpunkt, an dem ein Sendeimpuls von einem Objekt gesendet wird, bis zu dem Zeitpunkt, an dem ein Ausgangswert von dem Komparator 130 empfangen wird, zu zählen. In Ausführungsbeispielen kann der Zeit-Digitalwandler 150 einen Schnellzähler aufweisen.
Der Temperatursensor 160 kann dazu ausgebildet sein, eine Temperatur des Abstandserfassungssensors 100 zu messen.
Der digitale Signalprozessor (engl. Digital Signal Processor - DSP) 170 kann dazu ausgebildet sein, einen Abstand zu einem Objekt entsprechend dem gezählten Wert zu berechnen, der von dem Zeit-Digitalwandler 150 ausgegeben wird. Der digitale Signalprozessor 170 kann auch dazu ausgebildet sein, den berechneten Abstand entsprechend der gemessenen Temperatur von dem Temperatursensor 160 zu korrigieren.
Bei den internen Schaltungen des Abstandserfassungssensors 100 kann im Allgemeinen eine Abstandserfassungsschaltung (TIA/Komparator/TDC) zur Messung der Laufzeit verwendet werden. Diese Schaltungen stoßen auf das Problem, keine Änderung des Betrags eines reflektierten Signals erfassen zu können, was ihre Einschränkung darstellt. Wenn das reflektierte Signal klein wird, wird dementsprechend durch einen vorgegebenen Schwellenwert eine zeitliche Verzerrung verursacht. Dies wird als Zeitversatzfehler bezeichnet, wobei eine Abstandsverzerrung in diesem Ausmaß auftritt.
Dagegen kann der Abstandserfassungssensor 100 gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung drei oder mehr Empfangsimpulse von einem (nicht gezeigten) Sendeanschluss empfangen, Reflexionsimpulse, die den Sendeimpulsen entsprechen, empfangen, die Bezugswerte TH1, TH2 und TH3 für die empfangenen drei oder mehr Empfangsimpulse für jeden der Empfangsimpulse ändern und einen Zeitstempel für jeden der geänderten Werte TH1, TH2 und TH3 speichern. Dadurch kann der Abstandserfassungssensor 100 das Maximum einer quadratischen Funktion berechnen und den Zeitversatzfehler durch einen Zeitwert an einer berechneten Impulsspitze minimieren.
2 ist ein Zeitdiagramm, das ein Verfahren zur Erfassung einer Laufzeit in einem Zeit-Digitalwandler 150 gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
Der Abstandserfassungssensor 100 kann ein als Stromsignal durch den TIA 110 eingegebenes Sensorsignal in ein Spannungssignal umwandeln, das Spannungssignal unter Verwendung des geregelten Verstärkers 120 für die feine Signalverstärkung verstärken, das verstärkte Signal mit einem Bezugswert des Komparators 130 vergleichen, der in ein High-/Low-Signal umzuwandeln ist, und das umgewandelte Signal als Eingabe des Zeit-Digitalwandlers (TDC) 150 senden. Wie in 2 gezeigt, kann eine Laufzeitdauer als Intervall für das gesendete Signal erfasst werden. In Ausführungsbeispielen kann die Laufzeitdauer ein von einem präzisen Zähler gezählter Wert sein. Die in 2 gezeigte Laufzeit kann von einem Anstiegszeitpunkt eines Anfangsimpulses zu einem Anstiegszeitpunkt eines Endimpulses dauern. Der Startimpuls kann ein Sendeimpuls und der Endimpuls ein Empfangsimpuls sein.
3 veranschaulicht Zeitfolgen vor und nach dem Durchlaufen des Komparators 300 gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung. 3(a) zeigt insbesondere kontinuierliche Sendeimpulse vor dem Durchlaufen des Komparators 130 und entsprechende empfangene Reflexionsimpulse. Die empfangenen Reflexionsimpulse haben eine kleinere Amplitude als die Sendeimpulse.
3(b) zeigt Empfangsimpulse durch kontinuierlich ausgewählte Bezugswerte TH1, TH2 und TH3 nach dem Durchlaufen des Komparators 130. In Ausführungsbeispielen kann ein Änderungszeitpunkt eines Bezugswerts ein Abfallzeitpunkt eines vorangehenden Bezugswerts sein. Es ist jedoch zu verstehen, dass der Änderungszeitpunkt des Bezugswerts nicht als durch die veranschaulichenden Ausführungsformen beschränkt zu interpretieren ist. Die Bezugswerte TH1, TH2 und TH3 können z.B. unter Berücksichtigung des Zeitpunkts, an dem Sendeimpulse kontinuierlich erzeugt werden, geändert werden.
4 veranschaulicht eine Vorgehensweise zur Berechnung einer Spitzenzeit eines Erfassungssignals in einem digitalen Signalprozessor 170 gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung. Mit Bezug auf 4 wird für ein von dem Komparator 130 ausgegebenes Signal, d.h. einen Empfangsimpuls, eine quadratische Funktion (y = at² + bt + c) erstellt. Ein Spitzenpunkt für ein Eingangssignal kann unter Verwendung der quadratischen Funktion berechnet werden, und ein Zeitwert (t_Spitze = -b/2a) kann unter Verwendung von y' = 2at +b (ein Differentialwert der quadratischen Funktion) berechnet werden.
Eine Gleichung der quadratischen Funktion für das Eingangssignal lautet: $[\begin{matrix} a & b & c \end{matrix}] [\begin{array}{l} t_{0}^{2} & t_{1}^{2} & t_{2}^{2} \\ t_{0} & t_{1} & t_{2} \\ 1 & 1 & 1 \end{array}] = [\begin{matrix} V_{0} & V_{1} & V_{2} \end{matrix}]$
In der obigen Gleichung sind V₀, V₁, und V₂ Bezugswerte (TH1, TH2 und TH3, die in 3 gezeigt sind). Dementsprechend kann die Spitzenzeit (t_Spitze) durch die nachfolgende Gleichung ausgedrückt werden. $t_{S p i t z e} = \frac{- b}{2 a} = \frac{V_{0} (t_{1}^{2} - t_{2}^{2}) - V_{1} (t_{0}^{2} - t_{2}^{2}) + V_{2} (t_{0}^{2} - t_{2}^{2})}{V_{0} (t_{1} - t_{2}) - V_{1} (t_{0} - t_{2}) + V_{2} (t_{0} - t_{1})}$
Der Abstandserfassungssensor 100 gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung kann einen Abstandsfehler auf die Reduzierung einer Signalamplitude reduzieren und eine ansteigende Flanke während der Implementierung des TDC für eine Reduzierung einer Schaltungsgröße erfassen, einen Bezugswert unter Verwendung von drei oder mehr Impulsen ändern und Zeitinformationen für jeden geänderten Bezugswert speichern, wodurch eine quadratische Funktion erstellt wird.
5 veranschaulicht ein Verfahren zum Betreiben eines Abstandserfassungssensors gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung. Mit Bezug auf die 1 bis 5 kann der Abstandserfassungssensor 100 wie folgt betrieben werden.
Es können kontinuierliche Sendeimpulse zu einem Ziel gesendet werden (S110). Die von dem Ziel reflektierten Impulse, d.h. die Erfassungssignale, können von einem photoempfindlichen Element im Abstandserfassungssensor 100 empfangen werden. Ein Bezugswert, der jedem der empfangenen Erfassungssignale entspricht, kann in der Bezugswertauswahleinrichtung 140 geändert werden (S120). Der Komparator 130 kann das von dem photoempfindlichen Element empfangene Erfassungssignal mit dem von der Bezugswertauswahleinrichtung 140 geänderten Bezugswert vergleichen, um einen digitalen Wert auszugeben, der der Laufzeitdauer entspricht (S130). Der digitale Signalprozessor 170 kann die Laufzeit-Spitzenzeit für das Erfassungssignal aus den digitalen Laufzeit-Werten berechnen, die anhand der geänderten Bezugswerte erhalten werden (S140). Der digitale Signalprozessor 170 kann unter Verwendung der Laufzeit-Spitzenzeit und der Temperatur einen Abstand zum Ziel berechnen/korrigieren (S150).
Wie der Fachmann erkennen kann, können Schritte und/oder Vorgänge gemäß der vorliegenden Offenbarung in anderen Ausführungsformen für andere Zeiträume oder dergleichen in einer anderen Reihenfolge oder parallel oder gleichzeitig erfolgen.
In Abhängigkeit von den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung können einige oder alle Schritte und/oder Vorgänge zumindest teilweise unter Verwendung von einem oder mehreren Prozessorablaufbefehlen, einem oder mehreren Programmen, einer oder mehreren interaktiven Datenstrukturen, einer oder mehreren Client- und/oder Serverkomponenten implementiert oder in anderer Weise ausgeführt werden, wobei ein derartiger Befehl bzw. derartige Befehlen, ein derartiges Programm bzw. derartige Programme, eine derartige interaktive Datenstruktur oder derartige interaktive Datenstrukturen, derartige Client- und/oder Serverkomponenten in einem oder in mehreren nicht flüchtigen, computerlesbaren Medien gespeichert werden. Das nichtflüchtige, computerlesbare Medium bzw. die mehreren nichtflüchtigen, computerlesbaren Medien kann/können in Software, Firmware, Hardware und/oder in einer Kombination daraus instanziiert werden. Die Funktionalität aller hier erläuterten „Module“ kann darüber hinaus in Software, Firmware, Hardware und/oder in einer Kombination daraus implementiert sein.
Das nichtflüchtige, computerlesbare Medium bzw. die mehreren nichtflüchtigen, computerlesbaren Medien und/oder die Mittel zur Implementierung/Ausführung eines oder mehrerer Vorgänge/Schritte/Module von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann/können ohne Einschränkung anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (engl. Application-Specific Integrated Circuit - ASIC), integrierte Standardschaltungen, Controller, die entsprechende Befehle ausführen, einschließlich Mikrocontroller und/oder eingebettete Controller, feldprogrammierbare Gate-Arrays (engl. Field-Programmable Gate Arrays - FPGA), komplexe programmierbare Logikbausteine (engl. Complex Programmable Logic Device - CPLD) und dergleichen umfassen.
Der Abstandserfassungssensor 100 gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung kann die Zeitverschiebung durch das Empfangen von mehreren Sendeimpulsen und die Bildung von Bezugswerten, die sich voneinander unterscheiden, kompensieren, wenn Empfangsimpulse empfangen werden, die jeweils den mehreren Sendeimpulsen entsprechen. Der Abstandserfassungssensor 100 gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung kann bei einem System zur Lichterfassung und Entfernungsmessung (engl. Light Detection and Ranging - LIDAR) für Fahrzeuge angewandt werden.
Wie oben beschrieben, kann ein Abstandserfassungssensor gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung drei oder mehr kontinuierliche Impulse senden, Reflexionsimpulse empfangen, die den gesendeten Impulsen entsprechen, Bezugswerte für die drei oder mehr empfangenen Impulse für jeden Empfangsimpuls ändern und einen Zeitstempel für jeden der geänderten Werte speichern. Dadurch kann der Abstandserfassungssensor das Maximum einer quadratischen Funktion berechnen und den Zeitversatzfehler durch einen Zeitwert an einer berechneten Impulsspitze minimieren.
Auch wenn die vorliegende Offenbarung und deren Vorteile ausführlich beschrieben worden sind, ist zu verstehen, dass zahlreiche Modifikationen, Ersetzungen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Gedanken und dem Umfang der durch die nachfolgenden Ansprüche definierten Offenbarung abzuweichen.
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

KR 1020170127671 [0001]

Claims

Abstandserfassungssensor, der Folgendes aufweist: einen Strom-Spannungswandler, der dazu ausgebildet ist, einen Strom, der einem von einem Ziel reflektierten Erfassungssignal entspricht, in eine Spannung umzuwandeln; einen Verstärker, der dazu ausgebildet ist, die umgewandelte Spannung zu verstärken; einen Komparator, der dazu ausgebildet ist, einen Ausgangswert des Verstärkers mit einem Bezugswert zu vergleichen, um einen Empfangsimpuls zu erzeugen; eine Bezugswertauswahleinrichtung, die dazu ausgebildet ist, einen von mehreren Bezugswerten als Bezugswert auszuwählen; und einen Zeit-Digital-Wandler, der dazu ausgebildet ist, eine Laufzeit- (TOF-) Dauer in Reaktion auf den von dem Komparator ausgegebenen Empfangsimpuls zu berechnen, wobei die Bezugswertauswahleinrichtung verschiedene Bezugswerte, die jeweils kontinuierlichen Empfangsimpulsen entsprechen, kontinuierlich verändert.
Abstandserfassungssensor nach Anspruch 1, der ferner Folgendes aufweist: ein photoempfindliches Element, das zur Erzeugung des Erfassungssignals ausgebildet ist.
Abstandserfassungssensor nach Anspruch 1, wobei der Strom-Spannungswandler einen Transimpedanzverstärker aufweist.
Abstandserfassungssensor nach Anspruch 1, der ferner Folgendes aufweist: einen Kondensator und einen Widerstand, die zwischen einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss des Strom-Spannungswandlers parallel geschaltet sind.
Abstandserfassungssensor nach Anspruch 1, wobei der Zeit-Digitalwandler einen Zähler aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein Intervall zwischen einem Sendeimpuls und einem Empfangsimpuls zu zählen.
Abstandserfassungssensor nach Anspruch 5, wobei der Zähler ein Intervall von einem Anstiegszeitpunkt des Sendeimpulses zu einem Anstiegszeitpunkt des Empfangsimpulses zählt.
Abstandserfassungssensor nach Anspruch 1, wobei die Bezugswertauswahleinrichtung einen Bezugswert zu einem Abfallzeitpunkt eines vorangehenden Empfangsimpulses ändert.
Abstandserfassungssensor nach Anspruch 1, wobei die kontinuierlichen Sendeimpulse, die den kontinuierlichen Empfangsimpulsen entsprechen, zum Ziel gesendet werden und die Anzahl der kontinuierlichen Sendeimpulse drei oder mehr beträgt.
Abstandserfassungssensor nach Anspruch 1, der ferner Folgendes aufweist: einen digitalen Signalprozessor, der dazu ausgebildet ist, Laufzeitdauern, die jeweils den kontinuierlichen Sendeimpulsen entsprechen, zu berechnen und zu speichern.
Abstandserfassungssensor nach Anspruch 9, wobei der digitale Signalprozessor aus den Laufzeitdauern eine Spitzenzeit berechnet und unter Verwendung der Spitzenzeit einen Abstand zum Ziel berechnet.
Abstandserfassungssensor nach Anspruch 9, der ferner Folgendes aufweist: einen Temperatursensor, der dazu ausgebildet ist, eine Temperatur zu messen, wobei der digitale Signalprozessor unter Verwendung der Temperatur den Abstand kompensiert.
Verfahren zum Betreiben eines Abstandserfassungssensors, das Folgendes umfasst: Senden von kontinuierlichen Sendeimpulsen zu einem Ziel; Ändern eines Bezugswerts, der jedem der Sendeimpulse entspricht; kontinuierliches Empfangen eines Signals, das jedem Sendeimpuls entsprechend dem geänderten Bezugswert entspricht; Berechnen einer Laufzeit- (TOF-) Spitzenzeit aus den empfangenden Empfangsimpulsen, die jeweils den Sendeimpulsen entsprechen; und Berechnen eines Abstands zum Ziel aus der Laufzeit-Spitzenzeit.
Betriebsverfahren nach Anspruch 12, das ferner Folgendes umfasst: Empfangen von Erfassungssignalen, die jeweils den Sendeimpulsen entsprechen, von einem photoempfindlichen Element; Umwandeln eines Stroms, der jedem der empfangenen Erfassungssignale entspricht, in eine Spannung; und Verstärken der umgewandelten Spannungen.
Betriebsverfahren nach Anspruch 12, das ferner Folgendes umfasst: Messen einer Temperatur; und Kompensieren des Abstands entsprechend der gemessenen Temperatur.