-
Die Anmeldung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Distanzmessung, und, im Speziellen, eine Vorrichtung und ein Verfahren für TDC-Sharing bei laufzeitbasierter Distanzmessung.
-
Die CMOS-Bildsensorik bietet effektive Möglichkeiten Messsignale in hoher Geschwindigkeit in Echtzeit aufzunehmen. Dies ist von großem Nutzen bei der Aufnahme von dreidimensionalen (3D) Distanzbildern in zeitkritischen Systemen. Pulslaufzeitverfahren und Verfahren mit kontinuierlich moduliertem Licht dienen hierbei der berührungslosen Tiefenerfassung. Dazu wird die Laufzeit des Infrarot-Laserlichtes, das von einer aktiven Strahlungsquelle emittiert und von einem Zielobjekt reflektiert wurde, gemessen. Man spricht in diesem Zusammenhang LIDAR (englisch: Light Detection and Ranging; Lichtdetektion und Entfernungsmessung). Der Fokus des hier vorgestellten Verfahrens liegt in der gemeinsamen Nutzung von zur Laufzeitmessung notwendigen Schaltungsteilen, was eine Verbesserung des Füllfaktors und somit die Fertigung hochauflösender Sensoren erlaubt. Neben vielen weiteren Anwendungsgebieten bietet sich mit diesen Merkmalen besonders im Automotivbereich großes Potential. Mögliche Anwendungen sind ADAS-Systeme (Advanced Driver Assistance Systems; deutsch: Fortgeschrittene Fahrerassistenzsysteme), Automatisiertes Fahren und Avionik.
-
Speziell in sicherheitsrelevanten Systemen werden hohe Zuverlässigkeitsanforderungen gestellt. So müssen bei Notbremssystemen Distanzen zu sich vor dem Auto befindlichen Objekten in Echtzeit und zuverlässig erkannt werden. Hochauflösende Sensoren erlauben hierbei eine präzisere Erfassung der Umgebung, da Objekte besser Klassifiziert, sowie deren Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit abgeschätzt werden kann. Ein hoher Füllfaktor ermöglicht es zudem schwache Lichtsignale von fernen Objekten mit niedriger Reflektanz zu detektieren. Da aufgrund des zu erwartenden gesetzlichen Drucks seitens der Automobilindustrie eine große Nachfrage nach solchen intelligenten Systemen besteht bzw. zu erwarten sein wird, ergibt sich für dieses Anwendungsgebiet ein erhebliches Marktpotential. Bisherige CMOS-Abstandsmessverfahren sind bereits in der Lage, Abstandsbilder mit sehr hoher Rate (bis zu mehreren kfps) aufzunehmen, was viele Anwendungen im Automotivbereich erst ermöglicht.
-
Die direkte Laufzeitmessung zur Entfernungsbestimmung basiert auf der Messung der Zeit, die ein Licht oder Lasersignal von der Emission an einer aktiven Quelle über die Reflexion an einem Objekt bis zur Detektion am Sensor benötigt. Zur Messung dieser Zeit werden elektronische Zeitmesser wie Time-to-Digital Converter (TDC; deutsch: Zeit-ins-Digitale-Wandler) eingesetzt. Diese Zeitmesser können in Form integrierter Schaltungen direkt auf dem Sensor integriert werden. Beim sogenannten Flash-Ansatz wird die gesamte Zielszene, welche dem Field-of-View (FOV) des Sensors entspricht, gleichzeitig belichtet. Im Gegensatz dazu werden beim Scanning-Ansatz die einzelnen Bildpunkte des Sensors nacheinander einzeln, gruppen-, zeilen- oder spaltenweise belichtet. Für höchst mögliche Effizienz des Messsystems ist es bei Verwendung des Flash-Ansatzes notwendig, die Laufzeitmessung parallel in allen Pixeln durchzuführen. Wie in 2 (a) am Beispiel einer Spalte bestehen aus drei Pixeln dargestellt, kann dies bspw. durch die Integration eines TDCs in jedem Pixel realisiert werden. Aufgrund der Komplexität des TDCs führt dies jedoch zu einem Füllfaktor im niedrigen einstelligen Bereich, Beispiele hierfür sind 1 % [1], 3,14 % [2] oder 3,5 % [3]. Zur Verbesserung des Füllfaktors können die TDCs ausgelagert werden, d.h. außerhalb des lichtempfindlichen Sensorbereichs platziert werden. Um bei größeren Arrays den Verdrahtungsaufwand gering zu halten, kann zudem ein TDC zwischen mehreren Pixeln geteilt werden. Dies schränkt jedoch die vollständig parallele Funktion der Pixel des Sensors ein. In der Literatur findet sich im Wesentlichen ein Konzept zur Realisierung eines TDCs für mehrere Pixel [4], [5], [6], [7].
-
2 zeigt das Blockschaltbild einer Spalte mit einem TDC je Pixel (a) sowie einem gemeinsamen TDC für eine Spalte (b).
-
2 zeigt zudem eine Mehrzahl von QR-Einheiten, (QR = quenching and reset; deutsch: Lösch- und Rücksetzeinheit), die jeweils die zugehörige SPAD, nachdem diese auf das optische Ereignis hin einen (starken) Stromfluss in Gang gesetzt hat, wieder zurücksetzen, indem der Stromfluss der SPAD beendet wird und die SPAD gegebenenfalls wiederaufgeladen wird.
-
Wie 2 (b) zeigt, sind bei diesem Konzept die Pixel über eine 1-Bit-Signalleitung sowie einen k-Bit-Adressbus mit dem TDC verbunden. Die 1-Bit-Signalleitung ist als Wired-OR verschaltet, so dass bei der Detektion eines Ereignisses in einem der Pixel dieses die Signalleitung auf einen definierten Signalpegel zieht. Diese Pegeländerung wird vom TDC erkannt, der daraufhin die aktuelle Zeit in einem Speicherelement ablegt. Um zu identifizieren, welches der Pixel das Ereignis detektiert hat, legt das entsprechende Pixel zusätzlich zur Pegeländerung auf der Signalleitung eine individuelle Adresse auf den Adressbus, die zusammen mit dem Zeitstempel im Speicher abgelegt wird. Die Adressbusbreite k ist folglich von der Anzahl der angeschlossen Pixel anhängig. Bei 16 Pixeln ist bspw. ein 4-Bit-Adressbus notwendig. Durch die Zuordnung des Zeitstempels zur Adresse des Pixels kann die gemessene Laufzeit für jedes Pixel bestimmt werden.
-
3 zeigt das Signalverlaufsdiagramm zur gemeinsamen Nutzung eines TDCs. Speziell zeigt 3 einen beispielhaften Signalverlauf für die Signalleitung sowie einen 2-Bit-Adressbus für drei Pixel. Nach der Registrierung eines Photons in Pixel 1 zieht dieses die Signalleitung auf high und legt gleichzeitig seine Adresse 00 auf den Adressbus. Im TDC wird der aktuelle Zeitwert 001 zusammen mit der Adresse 00 in einen Speicher abgelegt. Selbiges gilt für die weiteren Photonen in den Pixeln 2 und 3. Aus dem Speicherwert 11001 kann so bei der Auswertung der Messwert 110 dem Pixel mit der Adresse 01, was hier Pixel 2 entspricht, zugeordnet werden.
-
Durch die Verwendung eines gemeinsamen TDC nach dem Konzept in [4], [5], [6], [7] kann der TDC außerhalb des relevanten Bereichs platziert werden, wodurch sich der Füllfaktor des Sensors auf 28 % [4], 6 % [5] oder 10,47 % [7] verbessert. Weiterhin ist die Anzahl der vertikalen Signalleitungen nun 1+k statt n, wobei n die Breite des Zeitstempels des TDCs und k die Breite des Datenbusses ist. Je nach Anzahl der Pixel, welche sich einen TDC teilen, sowie der Breite des Zeitstempels, ist dies als Vor- oder Nachteil zu betrachten. In den Literaturbeispielen ist die Breite des Adressbusses geringer als die des TDCs, wodurch ein gemeinsamer TDC einen geringeren Verdrahtungsaufwand zur Folge hat. Zudem ist es nicht mehr erforderlich die Signale zum TDC (z.B. Taktsignale, Regelspannung) über die Pixel zu führen. Je nach Aufbau des TDCs kann die Anzahl der erfassten Zeitmarken geringer als die Zahl der Pixel ausfallen, was jedoch zu einem Informationsverlust führt. Dies lässt sich entsprechend [4] durch Verwendung mehrerer TDCs für eine Gruppe von Pixeln lösen, wobei für verlustfreie Messung die Anzahl der TDCs der Anzahl verbundener Pixel entsprechen muss. Je nach Architektur des TDCs kann es auch ausreichen zusätzlichen Speicher zur Speicherung der Zeitmarken zu implementieren.
-
Ein weiteres Problem des Konzeptes ist die gleichzeitige Photonendetektion in mehreren Pixeln einer Spalte. Da die vertikalen Leitungen als Wired-OR verschaltet sind, wird die Zeitmessung zwar korrekt ausgelöst, allerdings enthält der Adressbus einen ungültigen Wert, es kommt zu einer falschen Zuweisung des gemessenen Zeitwertes oder die Setup- bzw. Hold-Zeiten der für die Speicherung zuständigen Latches werden verletzt, was wiederum zu einem der beiden erstgenannten Problemen führt.
-
EP 3 309 847 A1 beschreibt ein Halbleitersubstrat mit einer ersten Oberfläche und einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche; und eine Pixeleinrichtung mit mehreren Pixeln, die eine Avalanche-Diode enthält, die auf dem Halbleitersubstrat angeordnet ist, wobei die Avalanche-Diode einen ersten Halbleiterbereich eines ersten Leitfähigkeitstyps aufweist, der in einer ersten Tiefe angeordnet ist; des Weiteren einen zweiten Halbleiterbereich aufweist, der in Kontakt mit dem ersten Halbleiterbereich angeordnet ist; ferner einen dritten Halbleiterbereich aufweist, der in Bezug auf die erste Oberfläche in einer zweiten Tiefe tiefer als die erste Tiefe angeordnet ist; und des Weiteren einen vierten Halbleiterbereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist.
-
US 2017 / 0 052 065 A1 beschreibt eine Erfassungsvorrichtung, die eine erste Anordnung von Erfassungselementen umfasst, die ein Signal ausgeben, das eine Einfallszeit eines einzelnen Photons auf das Erfassungselement anzeigt. Eine zweite Anordnung von Verarbeitungsschaltungen ist jeweils mit den Erfassungselementen verbunden.
-
Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 18 und ein Computerprogramm nach Anspruch 19 werden bereitgestellt.
-
Eine Vorrichtung zur Distanzmessung, umfassend ein oder mehrere optische Detektormodule und ein Auslesemodul, wird bereitgestellt. Jedes der ein oder mehreren optischen Detektormodule umfasst eine Mehrzahl von optischen Detektorelementen, umfassend ein oder mehrere optische Detektoren und einen Zähler, der einen Zählwert angibt, wobei sich jedes der optischen Detektorelemente in einem aktiven Zustand oder in einem inaktiven Zustand befindet. Ferner umfasst jedes optische Detektormodul ein Zeitgeber-Element, das ausgebildet ist, einen aktuellen Zeitwert zu bestimmen, wobei das Zeitgeber-Element ausgebildet ist, den aktuellen Zeitwert kontinuierlich zu aktualisieren, und ein Speicherelement zur Speicherung einer Mehrzahl von gespeicherten Zeitwerten. Das Auslesemodul der Vorrichtung ist ausgebildet, für jedes Detektormodul der ein oder mehreren optischen Detektormodule, zumindest für jedes optische Detektorelement der optischen Detektorelemente dieses optischen Detektormoduls, das sich in einem inaktiven Zustand befindet, einen Zeitwert für dieses optische Detektorelement abhängig von dem Zählwert des Zählers dieses optischen Detektorelements und abhängig von der Mehrzahl der in dem Speicherelement gespeicherten Zeitwerte zu bestimmen und auszugeben.
-
Ferner wird eine Vorrichtung zur Distanzmessung, umfassend ein oder mehrere optische Detektormodule und ein Auslesemodul, bereitgestellt.
-
Jedes optische Detektormodul der ein oder mehreren optischen Detektormodule umfasst eine Mehrzahl von optischen Detektorelementen, umfassend ein oder mehrere optische Detektoren und einen Zähler, der einen Zählwert angibt, wobei sich jedes der optischen Detektorelemente in einem aktiven Zustand oder in einem inaktiven Zustand befindet.
-
Ferner umfasst jedes optische Detektormodul ein Zeitgeber-Element, das ausgebildet ist, einen aktuellen Zeitwert zu bestimmen, wobei das Zeitgeber-Element ausgebildet ist, den aktuellen Zeitwert kontinuierlich zu aktualisieren, und ein Speicherelement zur Speicherung einer Mehrzahl von gespeicherten Zeitwerten.
-
Jedes der optischen Detektorelemente jedes optischen Detektormoduls der ein oder mehreren optischen Detektormodule, das sich in einem aktiven Zustand befindet, ist ausgebildet, auf ein optisches Ereignis hin, das an den ein oder mehreren optischen Detektoren dieses optischen Detektorelements detektiert wurde, eine Reaktion durchzuführen.
-
Die Reaktion des optischen Detektorelements umfasst, ein Signal an das Zeitgeber-Element dieses optischen Detektormoduls und zumindest an jedes andere der optischen Detektorelemente dieses optischen Detektormoduls auszugeben, das sich in einem aktiven Zustand befindet.
-
Das Zeitgeber-Element ist ausgebildet, auf ein Empfangen des Signals von diesem optischen Detektorelement hin, den aktuellen Zeitwert in dem Speicherelement als einen Zeitwert der Mehrzahl von gespeicherten Zeitwerten zu speichern.
-
Jedes andere der optischen Detektorelemente, das sich in einem aktiven Zustand befindet, ist ausgebildet, auf ein Empfangen des Signals von diesem optischen Detektorelement hin, den Zählwert seines Zählers zu erhöhen.
-
Ferner ist jedes andere der optischen Detektorelemente, das sich in dem inaktiven Zustand befindet, ausgebildet, auf das Signal von diesem optischen Detektorelement hin, den Zählwert seines Zählers nicht zu erhöhen.
-
Die Reaktion des optischen Detektorelements umfasst, dieses optische Detektorelement in den inaktiven Zustand zu setzen.
-
Das Auslesemodul der Vorrichtung ist ausgebildet, für jedes Detektormodul der ein oder mehreren optischen Detektormodule, zumindest für jedes optische Detektorelement der optischen Detektorelemente dieses optischen Detektormoduls, das sich in einem inaktiven Zustand befindet, einen Zeitwert für dieses optische Detektorelement abhängig von dem Zählwert des Zählers dieses optischen Detektorelements und abhängig von der Mehrzahl der in dem Speicherelement gespeicherten Zeitwerte zu bestimmen und auszugeben.
-
Des Weiteren wird ein Verfahren zur Distanzmessung mittels einer Vorrichtung bereitgestellt, wobei die Vorrichtung ein oder mehrere optische Detektormodule und ein Auslesemodul umfasst. Jedes optische Detektormodul der ein oder mehreren optischen Detektormodule umfasst eine Mehrzahl von optischen Detektorelementen, ein Zeitgeber-Element und ein Speicherelement. Die Mehrzahl von optischen Detektorelementen umfasst ein oder mehrere optische Detektoren und einen Zähler, der einen Zählwert angibt. Dabei befindet sich jedes der optischen Detektorelemente in einem aktiven Zustand oder in einem inaktiven Zustand. Das Zeitgeber-Element ist ausgebildet, einen aktuellen Zeitwert zu bestimmen, wobei das Zeitgeber-Element den aktuellen Zeitwert kontinuierlich aktualisiert. Das Speicherelement ist zur Speicherung einer Mehrzahl von gespeicherten Zeitwerten ausgebildet. Das Verfahren umfasst:
-
Bei jedem optischen Detektorelement der optischen Detektorelemente jedes optischen Detektormoduls der ein oder mehreren optischen Detektormodule, das sich in einem aktiven Zustand befindet, auf ein optisches Ereignis hin, das an den ein oder mehreren optischen Detektoren dieses optischen Detektorelements detektiert wurde, Durchführen einer Reaktion durch dieses optischen Detektorelements.
-
Die Durchführung der Reaktion dieses optischen Detektorelements umfasst ein Senden eines Signal an das Zeitgeber-Element dieses optischen Detektormoduls und zumindest an jedes andere der optischen Detektorelemente dieses optischen Detektormoduls auszugeben, das sich in einem aktiven Zustand befindet.
-
Das Zeitgeber-Element ist ausgebildet, auf das Signal von diesem optischen Detektorelement hin, den aktuellen Zeitwert in dem Speicherelement als einen Zeitwert der Mehrzahl von gespeicherten Zeitwerten zu speichern.
-
Auf ein Empfangen des Signals von diesem optischen Detektorelement hin durch jedes andere der optischen Detektorelemente, das sich in einem aktiven Zustand befindet, erhöht jedes dieser anderen optische Detektorelements den Zählwert seines Zählers.
-
Auf ein Empfangen des Signals von diesem optischen Detektorelement hin durch jedes andere der optischen Detektorelemente, das sich in einem inaktiven Zustand befindet, erhöht jedes dieser anderen optische Detektorelements den Zählwert seines Zählers nicht.
-
Die Durchführung der Reaktion des optischen Detektorelements, das das optische Ereignis detektiert hat, umfasst, dieses optische Detektorelement in den inaktiven Zustand zu setzen.
-
Das Verfahren umfasst ferner für jedes Detektormodul der ein oder mehreren optischen Detektormodule ein Bestimmen und Ausgeben eines Zeitwerts zumindest für jedes optische Detektorelement der optischen Detektorelemente dieses optischen Detektormoduls, das sich in einem inaktiven Zustand befindet, abhängig von dem Zählwert des Zählers dieses optischen Detektorelements und abhängig von der Mehrzahl der in dem Speicherelement gespeicherten Zeitwerte.
-
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
-
In den Zeichnungen ist dargestellt:
- 1 zeigt eine Vorrichtung zur Distanzmessung gemäß einer Ausführungsform.
- 2 zeigt das Blockschaltbild einer Spalte mit einem TDC je Pixel (a) sowie einem gemeinsamen TDC für eine Spalte (b).
- 3 zeigt Signalverlaufsdiagramm zur gemeinsamen Nutzung eines TDCs.
- 4 zeigt ein Blockschaltbild und ein Signalverlaufsdiagramm gemäß einer Ausführungsform.
- 5 zeigt einen CMOS-Zeilensensor gemäß einer Ausführungsform.
-
Zunächst werden Konzepte der Erfindung an einem speziellen Beispiel der 4 lediglich exemplarisch zum besseren Verständnis an einem konkreten Beispiel erläutert.
-
Die Erfindung betrifft ein Konzept, den TDC unter mehreren Pixeln eines zweidimensionalen Arrays, z.B. einer Spalte, zu teilen, wobei die Anzahl von Verbindungleitungen nicht mit der Anzahl der Pixel skaliert. Analog zum in der Literatur genannten Konzept sind alle Pixel über eine gemeinsame 1-Bit-Signalleitung mit dem TDC verbunden, welche als Wired-OR verschaltet ist. Mit der Detektion eines Ereignisses in einem der Pixel legt dieses die Signalleitung auf ein definiertes Potential, worauf hin der TDC den aktuellen Zeitwert abspeichert. Wie in 4 dargestellt, enthält jedes Pixel zusätzlich zu der grundlegenden Schaltung zur Ereignisdetektion einen Zähler, welcher von der Signalleitung gespeist wird.
-
Dementsprechend zählt der Zähler bei jeder Ereignisdetektion eines beteiligten Pixels weiter. Da der Zähler nur solange mitzählt, bis das Pixel, in welchem sich der Zähler befindet, selbst ein Ereignis detektiert, entspricht der Zählerstand am Ende eines Messzyklus der Nummer des von TDC in chronologischer Reihenfolge abgespeicherten Zeitstempels. Durch die Auslese der Zählerstände ist es so möglich, die Zeitstempel den Pixeln zuzuordnen.
-
4 zeigt ein Blockschaltbild und ein Signalverlaufsdiagramm gemäß einer Ausführungsform.
-
So zeigt das Signalverlaufsdiagramm in 4 beispielhaft die Signalverläufe auf der Signalleitung sowie die Zählerstände der Pixel und des TDCs. Mit der Detektion eines Ereignisses in Pixel 1 wird die Signalleitung für eine kurze Zeit auf high gezogen, diese Signaländerung wird vom TDC erkannt, woraufhin dieser den aktuellen Zeitwert 001 abspeichert. Weiterhin liegt der Puls auf der Signalleitung an den Zählern aller Pixel an, weshalb diese ihren Zählwert inkrementieren. Mit der Detektion des Ereignisses in Pixel 1 wird der zugehörige Zähler deaktiviert. Im gezeigten Beispiel zählt der Zähler das Ereignis des eigenen Pixels noch mit, bevor er deaktiviert wird. Hier sind auch andere Varianten denkbar. Mit der Detektion eines Ereignisses in Pixel 3 wird erneut der aktuelle Zeitwert 011 abgespeichert sowie die Zähler aller Pixel, welche bis zu diesem Zeitpunkt kein Ereignis detektiert haben, inkrementiert. Der Zähler von Pixel 1 behält folglich seinen Wert bei. Analog wird bei einer Ereignisdetektion in Pixel 2 der Zeitwert notiert und nur noch der verbleibende Zähler in Pixel 2 inkrementiert. Am Ende des Zyklus enthalten die Zähler 1, 2 und 3 die Werte 01, 11 und 10. Die Zeitmarken des TDCs in chronologischer Folge sind 001, 011 und 110. Aus diesen Informationen können die Zeitmarken nun den Pixel zugeordnet werden, d.h. zu Pixel 1 gehört die erste Zeitmarke, zu Pixel zwei gehört die dritte Zeitmarke und zu Pixel 3 gehört die zweite Zeitmarke.
-
Zur Vermeidung zusätzlicher Signalleitungen, werden die Zähler der Pixel über die Leitung, die auch zum Triggern des TDCs dient, ausgelesen. Da die Daten hierbei nur seriell ausgelesen werden können, werden die einzelnen Gruppen - im Beispiel wäre das die Spalte - parallel ausgelesen. Ein Beispiel: Man betrachtet ein Array aus 256 × 256 Pixeln, wobei sich die 256 Pixel einer Spalte einen TDC teilen. Für 256 Pixel sind Zähler mit einer Breite von 8 Bit erforderlich. Weiterhin kann jeder TDC bis zu 256 Zeitmarken speichern.
-
Wird mit jedem Takt eine Zeitmarke ausgelesen, werden 65536 Taktperioden zur Auslese benötigt. Um die Anzahl der notwendigen Taktzyklen für die Auslese der gesamten Daten nicht zu erhöhten, müssen die Zählerstände der Pixel in 8 Spalten parallel ausgelesen werden. Im vorliegenden Beispiel würd die Auslese bei einem 50 MHz Takt somit 1,31 ms dauern. Maximal können jedoch alle 256 Spalten parallel ausgelesen werden, dann während 2048 Taktzyklen zur Auslese der Zählerstände nötig, was bei den genannten 50 MHz 40,96 µs entsprechend würde. In diesem Fall müssen jedoch auch 32 Zeitmarken parallel ausgelesen werden, womit die notwendige Anzahl an Pads 256+32n wäre, wobei n die Breite der Zeitmarke ist. Für eine Breite von 12 Bit wären 640 Pads erforderlich. Eine weitere Beschleunigung ließe sich durch die gleichzeitige Auslese am oberen Ende der Spalten erreichen, damit würde sich die Anzahl der - in Falle einer Spalte - vertikalen Signalleitungen nicht erhöhen, jedoch würde sich die Anzahl der notwendigen Pads verdoppeln. Das Problem gleichzeitiger Ereignisse in mehreren Pixeln wird durch dieses Konzept ebenfalls entschärft. Tritt, während die Signalleitung high ist, ein Ereignis in einem anderen Pixel auf, findet keine erneute Pegeländerung auf der Signalleitung statt. Dementsprechend wird im TDC keine neue Zeitmarke erzeugt. Weiterhin weisen beide Pixel nach dem Ende des Messzyklus den gleichen Zählwert auf, womit beiden der identische Zeitstempel zugeordnet wird. Dieses Verhalten tritt immer dann auf, wenn der Abstand beider Ereignisse kürzer als die Pulsbreite auf der Signalleitung ist. Dabei geht, falls die Auflösung des TDCs geringer als die Pulsbreite ist, Auflösung verloren, da dem zweiten Ereignis der selbe Zeitwert wie dem ersten zugewiesen wird, obwohl dieses evtl. erst später stattgefunden hat. Der zeitliche Mindestabstand zweier Ereignisse ist neben der Pulsbreite auch durch die Konvertierungsdauer des TDCs begrenzt. Um zu verhindern, dass sich die high-Phase der Signalleitung durch zeitlich versetzte Ereignisse immer weiter verlängert, kann schaltungstechnisch dafür gesorgt werden, dass, wenn die Leitung bei einem Ereignis bereits auf high liegt, kein Ausgangspuls am Pixel erzeugt wird, welcher die high-Phase verlängern würde. Für eine Reduktion der Blockadedauer kann statt eines Pulses mit steigender und fallender Flanke die Leitung nur invertiert werden. Diese würde die Blockadedauer näherungsweise halbieren und reduziert gleichzeitig die Leistungsaufnahme, da die Leitung nur einmal umgeladen werden müsste.
-
Wie hier ausgeführt, kann zur Verbesserung des Füllfaktors von SPAD-Matrizen der Pixel-TDC ausgelagert werden, d.h. außerhalb des lichtempfindlichen Sensorbereichs platziert werden. (SPAD = Single-Photon Avalanche Diode; deutsch: Einzelphoton-Lawinen-Photodiode) Die hierdurch entstehende gemeinsame Verwendung eines TDCs außerhalb des relevanten Pixelbereichs verbessert den Füllfaktor eines SPAD-Sensors je nach Applikation von 3% auf mehr als 50%. Weiterhin ist durch die Reduktion der Anzahl der vertikalen Signalleitungen die Integration wesentlich größerer SPAD-Matrizen auch in Standard-CMOS möglich, da der Einsatz von z.B. 3D-Hybridintegration nicht mehr zwingend erforderlich ist. Je nach Anzahl der Pixel, welche sich einen TDC teilen, sowie der Breite des Zeitstempels, lassen sich für die jeweilige Anwendung vorteilhafte Kompromisse zwischen Zeilenzahl und minimaler Tiefenauflösung erzielen. Denn durch die Verringerung der Adressbusbreite gegenüber der Busbreite des TDCs hat der Einsatz eines gemeinsamen TDCs einen geringeren Verdrahtungsaufwand zur Folge. Zudem ist es nicht mehr erforderlich die Signale zum TDC (z.B. Taktsignale, Regelspannung) über die Pixel zu führen. Falls die Zeitauflösung des TDCs geringer als die Pulsbreite ist, verringert sich erstere zwar, dies ist jedoch für mittlere und höhere Reichweiten unerheblich, da zur Auslösung z.B. eines Kollisionsalarms beim Automobil bei einer Objektdistanz von z.B. 20 m eine mit 10-20 cm grob quantisierte Tiefenkarte völlig ausreicht. Im Nahbereich kann die Tiefenauflösung durch einfache elektronische Maßnahmen erhöht werden, indem z.B. nicht alle Zeilen zur Ereignisbildung herangezogen werden. Weiterhin kann für eine Reduktion der Blockadedauer statt eines Pulses mit steigender und fallender Flanke die Leitung einfach invertiert werden. Diese würde die Blockadedauer näherungsweise halbieren und reduziert gleichzeitig die Leistungsaufnahme, da die Leitung nur einmal umgeladen werden müsste. Aufgrund der flexiblen Betriebsmöglichkeiten der zugrundeliegenden CMOS-Kombinatorik kann auf diese Weise auf verschiedenste Szenarien adäquat eingegangen werden.
-
Nachfolgend wird ein allgemeines Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben:
- 1 zeigt eine Vorrichtung zur Distanzmessung gemäß einer Ausführungsform, umfassend ein oder mehrere optische Detektormodule 1100, 1200 und ein Auslesemodul 1500.
-
Jedes optische Detektormodul der ein oder mehreren optischen Detektormodule 1100, 1200 umfasst eine Mehrzahl von optischen Detektorelementen 1110, 1120, 1130, 1210, 1220, 1230 umfassend ein oder mehrere optische Detektoren 1111, 1121, 1131, 1211, 1221, 1231 (z.B. jeweils ein SPAD) und einen Zähler 1115, 1125, 1135, 1215, 1225, 1235 der einen Zählwert angibt, wobei sich jedes der optischen Detektorelemente 1110, 1120, 1130, 1210, 1220, 1230 in einem aktiven Zustand oder in einem inaktiven Zustand befindet.
-
Ferner umfasst jedes der optischen Detektormodule 1100, 1200 ein Zeitgeber-Element 1180, 1280 das ausgebildet ist, einen aktuellen Zeitwert zu bestimmen, wobei das Zeitgeber-Element 1180, 1280 ausgebildet ist, den aktuellen Zeitwert kontinuierlich zu aktualisieren, und ein Speicherelement 1190, 1290 zur Speicherung einer Mehrzahl von gespeicherten Zeitwerten.
-
Jedes der optischen Detektorelemente 1110, 1120, 1130, 1210, 1220, 1230 jedes optischen Detektormoduls der ein oder mehreren optischen Detektormodule 1100, 1200, das sich in einem aktiven Zustand befindet, ist ausgebildet, auf ein optisches Ereignis hin, das an den ein oder mehreren optischen Detektoren 1111 dieses optischen Detektorelements 1110 detektiert wurde, eine Reaktion durchzuführen.
-
Die Reaktion des optischen Detektorelements 1110 umfasst, ein Signal an das Zeitgeber-Element 1180 dieses optischen Detektormoduls 1100 und zumindest an jedes andere der optischen Detektorelemente 1120, 1130 dieses optischen Detektormoduls auszugeben, das sich in einem aktiven Zustand befindet.
-
Das Zeitgeber-Element 1180 ist ausgebildet, auf ein Empfangen des Signals von diesem optischen Detektorelement hin, den aktuellen Zeitwert in dem Speicherelement 1190 als einen Zeitwert der Mehrzahl von gespeicherten Zeitwerten zu speichern.
-
Jedes andere der optischen Detektorelemente 1120, das sich in einem aktiven Zustand befindet, ist ausgebildet, auf ein Empfangen des Signals von diesem optischen Detektorelement hin, den Zählwert seines Zählers zu erhöhen.
-
Ferner ist jedes andere der optischen Detektorelemente 1130, das sich in dem inaktiven Zustand befindet, ausgebildet, auf das Signal von diesem optischen Detektorelement hin, den Zählwert seines Zählers nicht zu erhöhen.
-
Die Reaktion des optischen Detektorelements 1110 umfasst, dieses optische Detektorelement 1110 in den inaktiven Zustand zu setzen.
-
Das Auslesemodul 1500 der Vorrichtung ist ausgebildet, für jedes Detektormodul der ein oder mehreren optischen Detektormodule 1100, 1200, zumindest für jedes optische Detektorelement der optischen Detektorelemente dieses optischen Detektormoduls, das sich in einem inaktiven Zustand befindet, einen Zeitwert für dieses optische Detektorelement abhängig von dem Zählwert des Zählers dieses optischen Detektorelements und abhängig von der Mehrzahl der in dem Speicherelement gespeicherten Zeitwerte zu bestimmen und auszugeben.
-
Es folgen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung:
- Gemäß einer Ausführungsform kann das Auslesemodul 1500 z.B. ausgebildet sein, für jedes optische Detektormodul der ein oder mehreren optischen Detektormodule 1100, 1200, zumindest für jedes optische Detektorelement, das sich in einem inaktiven Zustand befindet, den Zeitwert für dieses optischen Detektorelements so zu bestimmen, dass das Auslesemodul 1500 basierend auf dem Zählwert des Zählers 1115, 1125, 1135, 1215, 1225, 1235 dieses optischen Detektorelements bestimmt, welcher in dem Speicherelement 1190, 1290 gespeicherten Zeitwerte der Zeitwert dieses optischen Detektorelements ist.
-
In einer Ausführungsform kann das Zeitgeber-Element 1180, 1280 jedes der optischen Detektormodule 1100, 1200 z.B. ausgebildet sein, auf das Signal von einem der optischen Detektorelemente 1110, 1120, 1130, 1210, 1220, 1230 dieses optischen Detektormoduls hin, den aktuellen Zeitwert in dem Speicherelement 1190, 1290 als einen Zeitwert der Mehrzahl von gespeicherten Zeitwerten so zu speichern, dass die in dem Speicherelement 1190, 1290 gespeicherten Zeitwerten zeitlich geordnet in einer zeitlichen Reihenfolge gespeichert sind, so dass jeder der in dem Speicherelement 1190, 1290 gespeicherten Zeitwerte eine zeitliche Position in der zeitlichen Reihenfolge aufweist. Dabei kann das Auslesemodul 1500 z.B. ausgebildet sein, für jedes optische Detektormodul der ein oder mehreren optischen Detektormodule 1100, 1200, zumindest für jedes optische Detektorelement, das sich in einem inaktiven Zustand befindet, den Zeitwert für dieses optische Detektorelement so zu bestimmen, dass das Auslesemodul 1500 anhand des Zählwerts des Zählers 1115, 1125, 1135, 1215, 1225, 1235 dieses optischen Detektorelements bestimmt, welche zeitliche Position derjenige Zeitwert der gespeicherten Zeitwerte in der zeitlichen Reihenfolge aufweist, der der Zeitwert dieses optischen Detektorelement ist.
-
Gemäß einer Ausführungsform kann das Zeitgeber-Element 1180, 1280 jedes der optischen Detektormodule 1100, 1200 z.B. ausgebildet sein, auf das Signal von einem der optischen Detektorelemente 1110, 1120, 1130, 1210, 1220, 1230 dieses optischen Detektormoduls hin, den aktuellen Zeitwert in dem Speicherelement 1190, 1290 als einen Zeitwert der Mehrzahl von gespeicherten Zeitwerten so zu speichern, dass die Mehrzahl von gespeicherten Zeitwerten in dem Speicherelement 1190, 1290 zeitlich geordnet auf einem Speicher-Stapel gespeichert werden, oder zeitlich geordnet als verkettete Liste gespeichert werden, oder zeitlich geordnet gespeichert werden, so dass für jeden Zeitwert der zeitlich geordneten, gespeicherten Zeitwerte eine zusätzliche Zahl angibt, an welcher Position sich dieser Zeitwert der zeitlich geordneten, gespeicherten Zeitwerte befindet.
-
In einer Ausführungsform kann z.B. das Auslesemodul 1500 ausgebildet sein, anhand der Zeitwerte der Mehrzahl von gespeicherten Zeitwerten in dem Speicherelement 1190, 1290 eine zeitliche Ordnung der in dem Speicherelement 1190, 1290 gespeicherten Zeitwerte festzustellen, so dass jeder der in dem Speicherelement 1190, 1290 gespeicherten Zeitwerte eine zeitliche Position in der zeitlichen Reihenfolge aufweist. Dabei kann das Auslesemodul 1500 z.B. ausgebildet sein, für jedes optische Detektormodul der ein oder mehreren optischen Detektormodule 1100, 1200, zumindest für jedes optische Detektorelement, das sich in einem inaktiven Zustand befindet, den Zeitwert für dieses optische Detektorelement so zu bestimmen, dass das Auslesemodul 1500 anhand des Zählwerts des Zählers 1115, 1125, 1135, 1215, 1225, 1235 dieses optischen Detektorelements bestimmt, an welcher Position in dem Speicherelement 1190, 1290 sich derjenige Zeitwert der zeitlich geordneten, gespeicherten Zeitwerte befindet, der der Zeitwert dieses optischen Detektorelement ist.
-
Gemäß einer Ausführungsform kann die Reaktion des optischen Detektorelements z.B. umfassen, den Zählwert des Zählers 1115, 1125, 1135, 1215, 1225, 1235 dieses optischen Detektorelements zu erhöhen, bevor dieses optische Detektorelement in den inaktiven Zustand gesetzt wird.
-
In einer Ausführungsform kann die Reaktion des optischen Detektorelements z.B. umfassen, dieses optische Detektorelement in den inaktiven Zustand zu versetzen, ohne dass der Zähler 1115, 1125, 1135, 1215, 1225, 1235 dieses optischen Detektorelements erhöht wird.
-
Gemäß einer Ausführungsform kann jeder optische Detektor der ein oder mehreren optischen Detektoren jedes optischen Detektorelements jedes optischen Detektormoduls der ein oder mehreren optischen Detektormodule 1100, 1200 z.B. eine Photodiode sein.
-
In einer Ausführungsform kann die Photodiode jedes optischen Detektorelements jedes optischen Detektormoduls der ein oder mehreren optischen Detektormodule 1100, 1200 z.B. eine Einzelphoton Lawinen-Photodiode sein. Dabei kann jedes optische Detektorelement jedes optischen Detektormoduls der ein oder mehreren optischen Detektormodule 1100, 1200 zudem z.B. eine Lösch- und Rücksetzeinheit aufweisen, die zum Zurücksetzen der Einzelphoton Lawinen-Photodiode ausgebildet ist, nachdem das optische Ereignis an der Einzelphoton Lawinen-Photodiode detektiert wurde.
-
Gemäß einer Ausführungsform kann z.B. jedes optische Detektorelement jedes optischen Detektormoduls der ein oder mehreren optischen Detektormodule 1100, 1200 genau einen optischen Detektor aufweisen.
-
In einer Ausführungsform kann z.B. jedes optische Detektorelement jedes optischen Detektormoduls der ein oder mehreren optischen Detektormodule 1100, 1200 zwei oder mehr optische Detektoren aufweisen.
-
Gemäß einer Ausführungsform kann z.B. jedes der optischen Detektorelemente 1110, 1120, 1130, 1210, 1220, 1230 jedes der ein oder mehreren optischen Detektormodule 1100, 1200, das sich in einem aktiven Zustand befindet, ausgebildet sein, die Reaktion bereits dann durchzuführen, wenn das optische Ereignis von wenigstens einem der zwei oder mehreren optischen Detektoren dieses optischen Detektorelements detektiert wurde.
-
In einer Ausführungsform kann z.B. jedes der optischen Detektorelemente 1110, 1120, 1130, 1210, 1220, 1230 jedes der ein oder mehreren optischen Detektormodule 1100, 1200, das sich in einem aktiven Zustand befindet, ausgebildet sein, die Reaktion nur dann durchzuführen, wenn das optische Ereignis von mindestens zwei der zwei oder mehreren optischen Detektoren dieses optischen Detektorelements detektiert wurde.
-
In einer Ausführungsform kann z.B. jedes der optischen Detektorelemente 1110, 1120, 1130, 1210, 1220, 1230 jedes der ein oder mehreren optischen Detektormodule 1100, 1200, das sich in einem aktiven Zustand befindet, ausgebildet sein, die Reaktion nur dann durchzuführen, wenn das optische Ereignis von allen der zwei oder mehreren optischen Detektoren dieses optischen Detektorelements detektiert wurde.
-
Gemäß einer Ausführungsform können z.B. die optischen Detektorelemente 1110, 1120, 1130, 1210, 1220, 1230 jedes der zwei oder mehr optischen Detektormodule 1100, 1200 als zwei oder mehr Spalten angeordnet sein, so dass jede Spalte der zwei oder mehr Spalten alle optischen Detektorelemente 1110, 1120, 1130, 1210, 1220, 1230 von genau einem optischen Detektormodul der zwei oder mehr optischen Detektormodule 1100, 1200 aufweist.
-
In einer Ausführungsform kann die Vorrichtung z.B. ausgebildet sein, eine Distanzmessung derart durchzuführen, dass sich zu Beginn der Distanzmessung jedes der optischen Detektorelemente 1110, 1120, 1130, 1210, 1220, 1230 jedes der ein oder mehreren optischen Detektormodule 1100, 1200 in dem aktiven Zustand befindet. Dabei kann die Vorrichtung z.B. ausgebildet sein, die Distanzmessung zu beenden, indem das Auslesemodul 1500 für jedes optische Detektormodul der ein oder mehreren optischen Detektormodule 1100, 1200 den Zeitwert für jedes der optischen Detektorelemente 1110, 1120, 1130, 1210, 1220, 1230 dieses optischen Detektormoduls bestimmt, wenn sich jedes der optischen Detektorelemente 1110, 1120, 1130, 1210, 1220, 1230 jedes der ein oder mehreren optischen Detektormodule 1100, 1200 in dem inaktiven Zustand befindet.
-
Gemäß einer Ausführungsform kann die Vorrichtung z.B. ausgebildet sein, eine Distanzmessung derart durchzuführen, dass sich zu Beginn der Distanzmessung jedes der optischen Detektorelemente 1110, 1120, 1130, 1210, 1220, 1230 jedes der ein oder mehreren optischen Detektormodule 1100, 1200 in dem aktiven Zustand befindet. Dabei kann die Vorrichtung z.B. ausgebildet sein, die Distanzmessung zu beenden, nachdem eine vordefinierte Zeit verstrichen ist, nachdem die Distanzmessung begonnen wurde, indem das Auslesemodul 1500 für jedes optische Detektormodul der ein oder mehreren optischen Detektormodule 1100, 1200 zumindest für jedes optische Detektorelement, das sich in einem inaktiven Zustand befindet, den Zeitwert für dieses optische Detektorelement bestimmt.
-
In einer Ausführungsform kann die Vorrichtung z.B. ausgebildet sein, eine Distanzmessung derart durchzuführen, dass sich zu Beginn der Distanzmessung jedes der optischen Detektorelemente 1110, 1120, 1130, 1210, 1220, 1230 jedes der ein oder mehreren optischen Detektormodule 1100, 1200 in dem aktiven Zustand befindet. Dabei kann die Vorrichtung z.B. ausgebildet sein, die Distanzmessung zu beenden, nachdem eine vordefinierte Zeit verstrichen ist, nachdem ein optisches Ereignis an den ein oder mehreren optischen Detektoren eines der optischen Detektorelemente 1110, 1120, 1130, 1210, 1220, 1230 eines der optischen Detektormodule 1100, 1200 detektiert wurde, indem das Auslesemodul 1500 für jedes optische Detektormodul der ein oder mehreren optischen Detektormodule 1100, 1200 zumindest für jedes optische Detektorelement, das sich in einem inaktiven Zustand befindet, den Zeitwert für dieses optische Detektorelement bestimmt.
-
Im Folgenden wird ein spezielles Ausführungsbeispiel beschrieben. So zeigt 5 einen CMOS-Zeilensensor mit vier Koinzidenz-Sub-SPADs und 8 × 256 Pixeln, wobei der CMOS-Zeilensensor des vorgestellten Auslesekonzepts gemäß einer Ausführungsform realisiert. Dabei zeigt 5 zeigt ein Blockschaltbild einer 8 × 256 SPAD-Matrix mit integrierter 4-fach Koinzidenz. AQR steht für active quenching and reset (deutsch: aktives Löschen und Zurücksetzen).
-
Realisiert wurde ein SPAD-Matrixsensor mit 8 Zeilen und 256 Spalten. Die Besonderheit besteht nun darin, dass das zugrundeliegende Pixel nicht lediglich aus einer SPAD-Zelle besteht, sondern aus 4 einzelnen SPADs, welche in Verbindung mit einer Koinzidenzlogik zur effektiven Hintergrundlichtunterdrückung eingesetzt werden. Das hier realisierte Array aus 8 × 256 Pixeln ist so aufgebaut, dass sich 8 Pixel einer Spalte einen TDC teilen. Für 8 Pixel sind Zähler mit einer Breite von 3 Bit erforderlich. Der TDC ist für die Speicherung von 8 Zeitmarken ausgelegt. Es wird mit jedem Takt eine Zeitmarke ausgelesen, so dass 2048 Taktperioden zur Auslese benötigt werden. Um die Anzahl der notwendigen Taktzyklen für die Auslese der gesamten Daten nicht zu erhöhen, werden die Zählerstände der Pixel in 3 Spalten parallel ausgelesen. In der vorliegenden Realisierung dauert die Auslese bei einem 25 MHz Takt somit 2048 Takte × 1/25 MHz = 81,92 µs. Die Auslese erfolgt anschließend über ein digitales Chipinterface. Durch die Auslagerung des TDCs in die untere Matrixperipherie lässt sich in der hier gezeigten Realisierung auch bei gesteigerter Pixelkomplexität - wie hier der 4-fach Koinzidenz in jedem Pixel - immer noch ein Füllfaktor von ca. 20% erreichen. Wäre der TDC mit im Pixel integriert, sänke der Füllfaktor auf unter 3%. Durch den Einsatz von Mikrolinsen lässt sich der Füllfaktor auf mehr als 80% steigern, was einer detailgenauen Bildgebung entspricht.
-
Das vorgestellte Verfahren lässt sich neben dem genannten Ausführungsbeispiel eines integrierten CMOS-Sensors auch mittels Silicon-Photonmultipliern (SiPM) oder Avalanche-Dioden integriert oder verteilt mit diskreten Bauelementen sowie als reines Computerprogramm realisieren. In 3D-Hybridintegration mittels Wafer-to-Wafer-, Chip-to-Wafer- oder Chip-to-Chip-Bonding mit zugehöriger Auslesekombinatorik und in verschiedenen Technologien wie CMOS oder III-V-Halbleiter in unterschiedlichen Strukturgrößen können die hier bereitgestellten Konzepte ebenfalls genutzt werden. Neben den genannten Anwendungen im Automotivbereich lässt sich das Verfahren auch auf weitere Einsatzgebiete wie Medizintechnik, Analytik oder Avionik übertragen.
-
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder einer elektronischen Schaltung durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
-
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software oder zumindest teilweise in Hardware oder zumindest teilweise in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer BluRay Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
-
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
-
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
-
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
-
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist. Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
-
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. Der Datenträger oder das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise greifbar und/oder nicht flüchtig.
-
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
-
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
-
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
-
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
-
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
-
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
-
Literaturverzeichnis
-
- [1] C. Veerappan et al., „A 160 × 128 single-photon image sensor with on-pixel 55ps 10b time-to-digital converter," in Solid-State Circuits Conference Digest of Technical Papers (ISSCC), 2011 IEEE International, 2011, pp. 312-314.
- [2] F. Villa et al., „CMOS Imager With 1024 SPADs and TDCs for Single-Photon Timing and 3-D Time-of-Flight," IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron., vol. 20, no. 6, pp. 364-373, Nov. 2014.
- [3] I. Vornicu, R. Carmona-Galan, and A. Rodriguez-Vazquez, „A CMOS 0.18 µm 64 × 64 single photon image sensor with in-pixel 11 b time-to-digital converter," in Semiconductor Conference (CAS), 2014 International, 2014, pp. 131-134.
- [4] S. Lindner, C. Zhang, 1. M. Antolovic, J. Mata Pavia, M. Wolf, and E. Charbon, „Column-Parallel Dynamic TDC Reallocation in SPAD Sensor Module Fabricated in 180nm CMOS for Near Infrared Optical Tomography," Proc. 2017 Int. Image Sens. Workshop, 2017,
- [5] C. Niclass, C. Favi, T. Kluter, M. Gersbach, and E. Charbon, „A 128 × 128 Single-Photon Image Sensor With Column-Level 10-Bit Time-to-Digital Converter Array," IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 43, no. 12, pp. 2977-2989, Dezember 2008.
- [6] C. Niclass, M. Sergio, and E. Charbon, „A CMOS 64 × 48 Single Photon Avalanche Diode Array with Event-Driven Readout," in 2006 Proceedings of the 32nd European Solid-State Circuits Conference, 2006, pp. 556-559.
- [7] G. Xie, Y. Xu, D. Lian, Z. Zhang, and J. Zhang, „Single-photon avalanche diode array with column-level time-to-digital Converter for unmanned vehicle," in 2017 IEEE 2nd International Conference on Opto-Electronic Information Processing (JCOIP), 2017, pp. 49-54.
