DE102019205731A1

DE102019205731A1 - Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung

Info

Publication number: DE102019205731A1
Application number: DE102019205731.4A
Authority: DE
Inventors: Jan Haase; Olaf Schrey; Maik BEER
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2019-04-18
Filing date: 2019-04-18
Publication date: 2020-10-22
Also published as: CN111830815A; US20200333750A1; US11520296B2; CN111830815B

Abstract

Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung mit einem ersten und einem zweiten Zeit-zu-Digital-Wandler. Der erste ist ausgebildet, in einem wiederkehrenden ersten Messfenster ein Vorliegen oder ein Nichtvorliegen eines Ereignisses zu bestimmen. Der zweite ist ausgebildet, in einem wiederkehrenden zweiten Messfenster das Vorliegen oder das Nichtvorliegen des Ereignisses bestimmen. Eine zeitliche Relation des zweiten Messfensters in Bezug auf das Erkennen des Ereignisses gegenüber einer zeitlichen Relation des ersten Messfensters in Bezug auf das Erkennen des Ereignisses ist um einen ersten Versatz zeitlich verschoben.

Description

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung, ein Verfahren zur Zeit-zu-Digital-Wandlung sowie auf ein Computerprogramm.
Zeit-zu-Digital-Wandler bzw. Time-to-Digital-Converters (TDC) werden zur Ermittlung einer Laufzeit wie z. B. einer Signallaufzeit bei Abstandsmessungen verwendet. Hierfür wird beispielsweise CMOS-Bildsensorik eingesetzt.
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 Laserlichtes, das von einer aktiven Strahlungsquelle emittiert und von einem Zielobjekt reflektiert wurde, durch Detektion der Restintensität gemessen. Man spricht in diesem Zusammenhang von Light Detection and Ranging (LiDAR). Der Fokus des hier vorgestellten Verfahrens zur Distanzmessung auf Basis bekannter Verfahren liegt in der Verbesserung der Messgenauigkeit. Vorgehensweisen und Vorschriften zur Realisierung einer optimalen Anpassung werden beschrieben. Mögliche Anwendungsgebiete sind:

• Advanced Driver Assistance Systems (ADAS)
• Autonomes Fahren
• Sicherheitsüberwachung
• Avionik
• Medizintechnik

Eine genaue Bestimmung der Distanzen ist in vielen Anwendungsfällen unverzichtbar. Im Speziellen im Bereich der industriellen Mess- und Positionierungstechnik müssen die Distanzen zu Maschinen oder Gütern mit einer sehr hohen Präzision bestimmt werden um möglichst effiziente und platzsparende Prozesse zu ermöglichen. So sollten bei der Lagerung von Gütern in einem automatisierten Hochregallager die Lagerplätze nur geringfügig größer als die einzulagernden Güter sein, um eine optimale Raumausnutzung zu erhalten. Hierfür ist es erforderlich, dass die Position der Güter mit sehr hoher Genauigkeit vom zuständigen Messsystem erfasst wird.
Single-Photon Avalanche Dioden (SPAD) sind Avalanche Photodioden, die über ihrer Durchbruchspannung betrieben werden. In diesem sogenannten Geiger-Bereich reicht bereits ein einzelnes Photon aus, welches im aktiven Bereich der Diode absorbiert wird und einen freien Ladungsträger generiert, um zum Durchbruch der Diode und damit zu einem makroskopischen Stromfluss durch die Diode zu führen. SPADs ermöglichen so die Detektion einzelner Photonen. Existierende SPAD-basierte 3D-Sensoren basieren auf verschiedenen Prinzipien. Beim hier betrachteten direkten Verfahren wird die Laufzeit eines Laserpulses von der Emission über die Reflexion am Zielobjekt bis zur Detektion im Sensor mittels eines elektronischen Zeitmessers (z. B. Time-to-Digital-Converter, TDC) erfasst. Dabei wird die Zeitmessung mit der Emission eines kurzen Laserpulses gestartet und mit dem Empfang des reflektierten Pulses gestoppt [1]. Das Stoppen der Zeitmessung erfolgt im First-Photon-Verfahren mit dem ersten Ereignis, welches nach dem Start durch den Sensor detektiert wird. Im Idealfall entspricht die gemessene Zeit der Lichtlaufzeit und kann über d = ct/2 direkt in die Distanz zwischen Sensor und Zielobjekt umgerechnet werden. Die zeitliche und somit auch die mögliche räumliche Auflösung gibt dabei der TDC an. Somit ist man darauf angewiesen, einen immer genaueren TDC herzustellen, damit sich die Auflösung verbessert.
Allerdings ist die zeitliche Auflösung eines Time-to-Digital-Converters aufgrund der schaltungstechnischen Realisierung sowie der physikalischen Prozessgrenzen auf eine gewisse Untergrenze limitiert. Deshalb besteht der Bedarf nach einem verbesserten Ansatz.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Konzept zu schaffen, das eine höhere zeitliche Auflösung für oben erläuterte Anwendung sicherstellt.
Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung, die einen ersten Zeit-zu-Digital-Wandler sowie mindestens einen zweiten Zeit-zu-Digital-Wandler aufweist. Der erste Zeit-zu-Digital-Wandler ist ausgebildet, in einem wiederkehrenden ersten Messfenster (bzw. in mehreren wiederkehrenden ersten Messfenstern zugehörig zu dem ersten Zeit-zu-Digital-Wandler) ein Vorliegen oder ein Nichtvorliegen eines Ereignisses zu bestimmen. Der zweite Zeit-zu-Digital-Wandler ist ausgebildet, um in einem wiederkehrenden zweiten Zeitfenster (bzw. in mehreren wiederkehrenden zweiten Messfenstern zugehörig zu dem zweiten Zeit-zu-Digital-Wandler) das Vorliegen oder das Nichtvorliegen des Ereignisses zu bestimmen. Hierbei ist eine zeitliche Relation des zweiten Messfensters in Bezug auf das Erkennen des Ereignisses gegenüber einer zeitlichen Relation des ersten Messfensters in Bezug auf das Erkennen des Ereignisses um einen ersten Versatz zeitlich verschoben.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung basieren auf der Erkenntnis, dass eine verbesserte zeitliche Auflösung der Messung durch den Einsatz mehrerer (identischer) Zeit-zu-Digital-Wandler mit zeitlich verschobenen Abtastpunkten erreicht werden kann. Dabei werden die Zeit-zu-Digital-Wandler zeitlich so versetzt gestartet oder gestoppt, dass eine genaue zeitlich Einordnung im Vergleich zu einem Zeit-zu-Digital-Wandler durch eine Art Interpolation möglich ist. Das Verfahren erlaubt es, mit n parallel laufenden Zeit-zu-Digital-Wandlern die Genauigkeit um das n-Fache zu steigern. Hieraus ergeben sich folgende Vorteile: Gegenüber dem Stand der Technik erhöht sich die Tiefenauflösung signifikant, indem durch dieses Verfahren eine höhere zeitliche und somit räumliche Auflösung ermöglicht wird. Dies wird durch parallel schalten von mehreren konstruktiv schon vorhandenen TDCs erreicht und es muss nicht für einen schnellen TDC z.B. auf eine Technologie mit kleiner Strukturgröße umgestiegen werden. Somit ist es möglich, eine höhere zeitliche Auflösung zu erreichen, ohne dass der TDC als Bauteil diese erreichen muss.
Alternativ kann auch eine Korrelation zwischen den Laufzeiten eines Zeit-zu-Digital-Wandlers von n aufeinanderfolgenden Frames mit zeitlich versetzten Abtastraten realisiert werden. Deshalb schafft ein Ausführungsbeispiel eine Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung mit zumindest einem ersten Zeit-zu-Digital-Wandler. Dieser ist ausgebildet, in einem wiederkehrenden ersten Messfenster (bzw. in mehreren wiederkehrenden ersten Messfenstern zugehörig zu dem ersten Frame) ein Vorliegen oder ein Nichtvorliegen eines Ereignisses für ein erstes Frame und in einem wiederkehrenden zweiten Messfenster (bzw. in mehreren wiederkehrenden zweiten Messfenstern zugehörig zu dem zweiten Frame) ein Vorliegen oder ein Nichtvorliegen des entsprechenden Ereignisses für zumindest ein zweites Frame zu bestimmen. Die zeitliche Relation des zweiten Messfensters in Bezug auf das Erkennen des entsprechenden Ereignisses gegenüber einer zeitlichen Relation des ersten Messfensters in Bezug auf das Erkennen des Ereignisses ist um einen ersten Versatz zeitlich verschoben.
Auch diesem zweiten Aspekt liegt also die Erkenntnis zugrunde, dass durch einen zeitlichen Versatz eine höhere zeitliche Auflösung erreicht werden kann, als dies mit nur einem einzelnen Zeit-zu-Digital-Wandler möglich ist. Hierbei erfolgt allerdings nicht ein Auswerten ein und desselben Signals zugehörig zu einem Ereignis, sondern von entsprechenden Signalen zugehörig zu denselben Ereignissen in zeitlich aufeinanderfolgenden Frames. Insofern sei an dieser Stelle festgestellt, dass, wenn nachfolgend von n verschiedenen Zeit-zu-Digital-Wandlern gesprochen wird, dies auch immer äquivalent dahin gehend zu verstehen ist, dass die zeitliche Korrelation eines Zeit-zu-Digital-Wandlers in aufeinanderfolgenden Frames betrachtet wird. Hierbei wird angenommen, dass sich während der n Frames die gemessene Laufzeit nicht oder nur unwesentlich ändert.
Nachfolgend werden weitere Details, insbesondere in Bezug auf den ersten Aspekt, erläutert.
Entsprechend Ausführungsbeispielen weist die Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung mindestens einen dritten Zeit-zu-Digital-Wandler auf, der ausgebildet ist, in einem wiederkehrenden dritten Messfenster das Vorliegen oder das Nichtvorliegen des Ereignisses zu bestimmen. Hierbei ist eine zeitliche Relation des dritten Messfensters in Bezug auf das Erkennen des Ereignisses gegenüber einer zeitlichen Relation des zweiten Messfensters in Bezug auf das Erkennen des Ereignisses zeitlich um einen zweiten Versatz und gegenüber einer zeitlichen Relation des ersten Messfensters in Bezug auf das Erkennen des Ereignisses und den ersten und den zweiten Versatz zeitlich verschoben. Entsprechend Ausführungsbeispielen kann der erste und der zweite Versatz bzw. jeder Versatz gleich lang sein. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen ist das erste und das zweite Messfenster und/oder das erste, zweite und dritte Messfenster bzw. im Allgemeinen alle Messfenster mit der gleichen zeitlichen Dauer versehen (gleich lang).
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen weist die Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung je Zeit-zu-Digital-Wandler einen Zähler auf. Hierbei ist der erste und der zweite Zeit-zu-Digital-Wandler oder jeder Zeit-zu-Digital-Wandler mit jeweils einem Zähler verbunden, der ausgebildet ist, die Anzahl der Zeitfenster bis zu dem Vorliegen oder dem Nicht-mehr-Vorliegen des Ereignisses je Wandler zu zählen. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen ist der Zähler ausgebildet, die Anzahl der Zeitfenster zwischen dem Start zu dem Ende (Start einer Signallaufzeit und Ende eines Signallaufzeit bzw. Auswerten eines Signals und Empfangen eines Signals) zu zählen, wobei das Ende durch das Vorliegen oder das Nicht-mehr-Vorliegen des Ereignisses definiert ist.
Entsprechend Ausführungsbeispielen wird das Ereignis, z. B. in Form eines Stoppsignals, jedem Zeit-zu-Digital-Wandler zugespielt.
Die Anordnung bzw. die Verwendung der weiteren Zeit-zu-Digital-Wandler dient zur Interpolation. Hierbei wird ein interpolierter Messwert erhalten, wenn die Anzahl der gezählten Messfenster zwischen dem ersten und dem zweiten Zeit-zu-Digital-Wandler, zwischen dem zweiten und dem dritten Zeit-zu-Digital-Wandler oder zwischen Inkrementen nacheinander angeordneten Zeit-zu-Digital-Wandlern unterschiedlich ist. Insofern dient also beispielsweise der zweite oder der dritte Zeit-zu-Digital-Wandler zur Interpolation. Beispielsweise erfolgt eine Interpolation dann, wenn die Anzahl der gezählten Messfenster zwischen dem ersten und dem zweiten Zeit-zu-Digital-Wandler unterschiedlich ist. Alternativ erfolgt eine Interpolation dann, wenn die Anzahl der Messfenster sich zwischen dem zweiten und dem dritten Zeit-zu-Digital-Wandler unterscheidet. Entsprechend Ausführungsbeispielen kann die Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung eine Berechnungseinheit aufweisen, die ausgebildet ist, die Laufzeit wie folgt zu bestimmen: Anzahl der Messfenster des ersten Wandlers multipliziert mit der Dauer je Messfenster und Addition des ersten Versatzes, wenn die Anzahl der gezählten Messfenster zwischen dem ersten und dem zweiten Zeit-zu-Digital-Wandler unterschiedlich ist
oder
Anzahl der Messfenster des ersten Zeit-zu-Digital-Wandlers, multipliziert mit der Dauer je Messfenster und Addition des ersten und des zweiten Versatzes, wenn die Anzahl der Messfenster des dritten Zeit-zu-Digital-Wandlers gegenüber dem zweiten Zeit-zu-Digital-Wandlers unterschiedlich ist.
Für das Erreichen des Versatzes gibt es im Wesentlichen zwei unterschiedliche Ansätze. Entsprechend einem ersten Ansatz kann das zweite Messfenster gegenüber dem ersten Messfenster um den ersten Versatz verschoben gestartet werden. Ausgehend von gleicher Länge ist also sowohl Start als auch Ende des Messfensters des zweiten Zeit-zu-Digital-Wandlers verzögert. Bei mehreren Zeit-zu-Digital-Wandlern erfolgt gemäß weiteren Ausführungsbeispielen ein jeweils inkrementweise verschobener Start, nämlich um den jeweiligen Versatz. Entsprechend Ausführungsbeispielen kann dann die Laufzeit anhand folgender Formel berechnet werden: $t = [m + \frac{k_{f i n e}}{n}] \cdot Δ T_{TDC}$
Hierbei ist m die Anzahl der gezählten Zeitfenster bis zum Stoppsignal (z.B. gezählt mittels des ersten Zeit-zu-Digital-Wandlers), n die Anzahl der Zeit-zu-Digital-Wandler, k_fine die Anzahl der gezählten Fineschritte (Zeitfenster bis ein Zeit-zu-Digital-Wandler eine unterschiedliche Anzahl zählt) und ΔT_TDC die Dauer eines Zeitfensters.
Entsprechend einer zweiten Variante kann das Ende bzw. um genau zu sein das Stoppsignal für den zweiten bzw. die folgenden Zeit-zu-Digital-Wandler verzögert werden. Hierbei erfolgt also ein um den ersten Versatz verschobenes Zuspielen des Ereignisses zu dem zweiten Zeit-zu-Digital-Wandler (verschoben heißt in Bezug auf das Zuspielen zu dem ersten Zeit-zu-Digital-Wandler). Analog hierzu wird das Zuspielen des Ereignisses um einen ersten und einen zweiten Versatz (gegenüber dem Zuspielen zu dem ersten Zeit-zu-Digital-Wandler) beim Zuspielen zu dem dritten Zeit-zu-Digital-Wandler verschoben. Entsprechend Ausführungsbeispielen erfolgt das Verschieben inkrementweise, d. h. also um jeweils einen weiteren Versatz von zusätzlichen Zeit-zu-Digital-Wandlern. Hierbei werden im Prinzip alle Zeit-zu-Digital-Wandler und zumindest der erste und der zweite Zeit-zu-Digital-Wandler gleichzeitig gestartet, wobei das Stoppsignal eben verzögert auf den zweiten und folgenden Zeit-zu-Digital-Wandler zugespielt wird. Die Laufzeit kann entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen anhand folgender Formel berechnet werden: $t = [m + 1 - \frac{k_{f i n e}}{n}] \cdot Δ T_{TDC}$
Bezüglich des zweiten Aspekts sei angemerkt, dass die Frames entsprechend bevorzugten Ausführungsbeispielen zeitlich aufeinanderfolgend sind, so dass also das zweite Frame direkt auf den ersten Frame folgt. Dieses Prinzip ist entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen selbstverständlich auch auf ein drittes Frame übertragbar. Hierbei ist also der erste Zeit-zu-Digital-Wandler ausgebildet, in einem wiederkehrenden dritten Messfenster ein Vorliegen oder ein Nichtvorliegen eines weiteren entsprechenden Ereignisses für zumindest ein drittes Frame zu bestimmen.
In Hinblick auf beide Aspekte lässt sich mit einer derartigen Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung ein Messsystem umfassend eine entsprechende Anordnung sowie einen Empfänger, z. B. einen CMOS-Sensor, einen Silicon-Photomultiplier, eine Avalanche-Diode oder einen anderen Detektor zum Erkennen eines Ereignisses, schaffen.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zur Zeit-zu-Digital-Wandlung. Dieses Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bestimmen eines Vorliegens oder Nichtvorliegens eines Ereignisses zugeordnet zu einem wiederkehrenden ersten Messfenster mittels eines ersten Zeit-zu-Digital-Wandlers; Bestimmen des Vorliegens oder des Nichtvorliegens des Ereignisses zugeordnet zu einem zweiten wiederkehrenden Messfenster mittels eines zweiten Zeit-zu-Digital-Wandlers, wobei eine zeitliche Relation des zweiten Messfensters in Bezug auf das Erkennen des Ereignisses gegenüber einer zeitlichen Relation des ersten Messfensters in Bezug auf das Erkennen des Ereignisses um einen ersten Versatz zeitlich verschoben ist. Hierbei ist eine zeitliche Relation des zweiten Messfensters in Bezug auf das Erkennen des Ereignisses gegenüber dem einer zeitlichen Relation des ersten Messfensters in Bezug auf das Erkennen des Ereignisses um einen ersten Versatz zeitlich verschoben.
Ein weiteres Verfahren entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die folgenden Schritte: Bestimmen mittels eines ersten Zeit-zu-Digital-Wandler ein Vorliegen oder ein Nichtvorliegen eines Ereignisses für ein erstes Frame in einem wiederkehrenden ersten Messfenster; und Bestimmen mittels eines ersten Zeit-zu-Digital-Wandler ein Vorliegen oder ein Nichtvorliegen des entsprechenden Ereignisses für ein zumindest zweites Frame in einem wiederkehrenden zweiten Messfenster; wobei eine zeitliche Relation des zweiten Messfensters in Bezug auf das Erkennen des entsprechenden Ereignisses gegenüber einer zeitlichen Relation des ersten Messfensters in Bezug auf das Erkennen des Ereignisses um einen ersten Versatz zeitlich verschoben ist. Hierbei ist eine zeitliche Relation des zweiten Messfensters in Bezug auf das Erkennen des entsprechenden Ereignisses gegenüber einer zeitlichen Relation des ersten Messfensters in Bezug auf das Erkennen des Ereignisses um einen ersten Versatz zeitlich verschoben.
Beide Verfahren können selbstverständlich auch computerimplementiert durchgeführt werden. Deshalb schafft ein weiteres Ausführungsbeispiel ein entsprechendes Computerprogramm.
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 ein schematisches Blockschaltdiagramm einer Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung gemäß einem Basisausführungsbeispiel;
2a eine schematische Darstellung zur Illustration des Start-Timings bei verzögertem Start gemäß Ausführungsbeispielen;
2b eine schematische Darstellung des Stopp-Timings bei verzögertem Start gemäß Ausführungsbeispielen;
3a eine schematische Darstellung eines Start-Timings bei verzögertem Stopp gemäß weiteren Ausführungsbeispielen;
3b eine schematische Darstellung des Stopp-Timings bei verzögertem Stopp gemäß weiteren Ausführungsbeispielen;
4 ein schematisches Blockdiagramm einer Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung gemäß einem anderen Basisausführungsbeispiel.

Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass gleichwirkende Elemente und Strukturen mit gleichem Bezugszeichen versehen sind, so dass die Beschreibung derer aufeinander anwendbar bzw. austauschbar ist.
1 zeigt eine Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung 10 mit einem ersten Zeit-zu-Digital-Wandler 12a sowie einen zweiten Zeit-zu-Digital-Wandler 12b. Beide können im Wesentlichen identisch sein und jeweils einen internen Takt haben. Diese Taktung kann beispielsweise durch einen Ring-Oszillator oder Ähnliches realisiert sein. Dieser Takt ist durch die Zeitfenster A, B, C bei dem Zeit-zu-Digital-Wandler 12a bzw. A', B' und C' bei dem Zeit-zu-Digital-Wandler 12b illustriert. Jeder der Zeit-zu-Digital-Wandler 12a und 12b ist ausgebildet, um das jeweilige Zeitfenster A, B oder C bzw. A', B' oder C' zu bestimmen, zu welchen ein entsprechendes Signals S zugespielt wird. Dies kann beispielsweise durch eine einfache Zählung oder Ähnliches erfolgen.
Das Signal S kann beispielsweise ein mittels eines Sensors 18, z. B. einer Avalanche-Diode, empfangenes Lichtsignal, Reflexionssignal bzw. Antwortsignal sein. Wenn man davon ausgeht, dass beim Aussenden eines Anregungssignals der jeweilige Takt der Zeit-zu-Digital-Wandler 12a bzw. 12b gestartet wird, kann also durch die Zählung bzw. die Bestimmung des jeweiligen Takts erreicht werden, dass eine Zeitspanne zwischen dem Aussenden des Anregungssignals und des Erhaltens des Antwortsignals S ermittelt wird. Die zeitliche Auflösung ist allerdings durch die Länge ΔT_TDC (entsprechend A bzw. B bzw. C bzw. A' bzw. B' bzw. C') definiert.
Dadurch, dass allerdings zwei Zeit-zu-Digital-Wandler 12a und 12b in der Wandler-Anordnung 10 vorgesehen sind, kann der zweite Zeit-zu-Digital-Wandler 12b zur Interpolation verwendet werden. Hierzu werden dann allerdings die Zeitfenster A', B' und C' gegenüber dem Zuspielen des Signals S verschoben. Das kann entweder dadurch erfolgen, dass die periodisch sich wiederholenden Zeitfenster A', B', C' um ein ΔT gegenüber den Zeitfenstern A, B und C zeitlich verschoben werden. Insofern verändert sich also eine Relation zwischen den Zeitfenstern A', B' und C' des zweiten Zeit-zu-Digital-Wandlers 12b gegenüber einer Relation der Zeitfenster A, B und C des ersten Digitalwandlers 12a zu dem Signal S.
Wenn nun das Signal S wie hier dargestellt den zwei Zeit-zu-Digital-Wandlern 12a und 12b (wobei das periodisch wiederkehrende Signal des Zeit-zu-Digital-Wandlers 12b um ΔT verzögert gestartet ist) zugespielt wird (zeitgleich zugespielt wird), wird der erste Zeit-zu-Digital-Wandler 12a also feststellen, dass das Signal S in dem Zeitfenster B erhalten ist, und der zweite Zeit-zu-Digital-Wandler 12b feststellen, dass das Signal S in dem Zeitfenster A' erhalten ist. Allein aus der Information des Zeit-zu-Digital-Wandlers 12a ist also nur festzustellen, dass die Laufzeit des Signals S (Laufzeit zwischen Aussenden des Anregungssignals und Empfangen mittels des Empfängers 18 des Antwortsignals S) sich irgendwo zwischen der Laufzeit definiert durch die Dauer A und der Laufzeit definiert durch A + B befinden muss. Unter Hinzuziehen der Information, die mit dem Zeitwandler 12b generiert wurde, ist dann auch noch festzustellen, dass die Signallaufzeit maximal die Dauer des Zeitfensters A' + ΔT beträgt.
Wenn man entsprechend Ausführungsbeispielen davon ausgeht, dass die Dauer A, B und C sowie die Dauer A', B' und C' allesamt identisch sind und beispielsweise ΔT 0,5A beträgt, wird also das Antwortsignal irgendwo zwischen der 1,0- bis 1,5-fachen Dauer erhalten.
Im Resultat ist also eine zeitliche Interpolation durch den zeitlichen Versatz ΔT möglich.
Entscheidend bei den n parallel laufenden TDCs ist, dass diese zeitlich verzögert gestartet bzw. gestoppt werden, damit eine zeitliche Interpolation zwischen diesen möglich ist. Bei einer TDC Auflösung von ΔT_TDC müssen die n TDCs um jeweils eine gewisse zeitliche Verzögerung ΔT $Δ T = \frac{Δ T_{T D C}}{n}$
verzögert voneinander gestartet bzw. gestoppt werden. Die Summe aller Verzögerungen der TDCs entspricht dabei genau der Auflösung des einzelnen TDCs, sodass sich die n-fache Zeitauflösung ergibt. Die genaue zeitliche Position kann anhand des Wechsels zwischen zwei TDCs erkannt werden, wobei der eine TDC gerade noch einen Takt gezählt hat und der nächste TDC gerade diesen Takt nicht mehr gezählt hat. Somit lässt sich an dem Übergang die feine Zeitauflösung bestimmen.
Wie bereits oben angedeutet, gibt es zwei Möglichkeiten, die TDC-Struktur 10 und die Verzögerung ΔT zu betreiben. Einerseits kann man alle TDCs gemeinsam starten und verzögert stoppen oder man kann verzögert starten und gemeinsam stoppen. Welches Verfahren sich anbietet, kann je nach Anwendung entscheidend sein, jedoch spielt dies keine Rolle für die Genauigkeit der zeitlichen Auflösung.
Bezugnehmend auf 2a wird nun ein Ausführungsbeispiel mit verzögertem Start und gemeinsamem Stopp des TDC erläutert (vergleichbar mit der simplifizierten Variante aus 1). 2a zeigt die periodischen Zeitfenster 0x00 bis 0x04 für n verschiedene Zeit-zu-Digital-Wandler. Diese sind jeweils um ΔT = ΔT_TDC/n zeitlich versetzt. Die Laufzeit jedes Zeitfensters ist identisch, nämlich ΔT_TDC. Alle Zeit-zu-Digital-Wandler werden verzögert mit dem Startsignal ST gestartet. Das Stoppsignal für die jeweiligen Zeit-zu-Digital-Wandler ist in 2b zugeordnet zu den einzelnen Zeitfenstern dargestellt.

Für diese Variante werden die n TDCs jeweils um die Zeit ΔT gemäß (1) verzögert gestartet, wobei der Start des ersten TDCs dem gewollten Startsignal ST entspricht. Gestoppt werden alle TDCs zusammen mit dem gewollten Stoppsignal S. In welcher Kombination sich die feinen Zeitinterpolationen ergeben, ist in nachfolgender Tabelle dargestellt.

	Feinschritt k_fine
	0	1	2	3	4	...	n-1
TDC 1	m	m	m	m	m		m
TDC 2	m-1	m	m	m	m		m
TDC 3	m-1	m-1	m	m	m		m
TDC 4	m-1	m-1	m-1	m	m		m
TDC 5	m-1	m-1	m-1	m-1	m		m
...							...
TDC n	m-1	m-1	m-1	m-1	m-1	...	m

Diese illustriert den Verlauf des TDC-Zählers bei verzögertem Start. Somit lässt sich die genaue Laufzeit t zu (2) berechnen: $t = [m + \frac{k_{f i n e}}{n}] \cdot Δ T_{T D C}$
Wie oben bereits angedeutet, ist ΔT_TDC die zeitliche Auflösung, n die Anzahl der eingesetzten Zeit-zu-Digital-Wandler, m die Anzahl der mittels des ersten Zeit-zu-Digital-Wandlers gezählten Zeitfenster und k_fine die Position in der oben dargestellten Tabelle, an welcher der entsprechende Übergang bei der Zählung stattgefunden hat.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird also davon ausgegangen, dass der Start der n TDCs, wie schematisch in dem Timing-Diagramm aus 2a dargestellt, verzögert erfolgt. Insofern erhält jeder TDC ein eigenes Startsignal. Die Startsignale starten jeweils den TDC mit einer Zählerstellung von 0, welche jeweils nach ΔT_TDC um 1 inkrementiert wird. Mit dem verzögerten Start erreicht man, dass zu einem beliebigen Zeitpunkt, wie in 2b dargestellt, ein Teil der TDCs um einen Zählerstand nachlaufen. Anhand der Zahl der TDCs, die noch nicht den Zählerstand des ersten TDCs erreicht haben, kann eine zeitliche Interpolation geschehen und somit eine erhöhte Auflösung erreicht werden.

Dasselbe Prinzip ist mit einem gemeinsamen Start und einem verzögerten Stopp der TDCs erreichbar. Das Timing-Diagramm bei verzögertem Start für das Startsignal ist in 3a dargestellt, während das Timing-Diagramm für den verzögerten Stopp in 3b illustriert ist. Wie anhand des Timing-Diagramms aus 3a gezeigt ist, werden alle TDCs gleichzeitig mit dem Startsignal ST gestartet und startend mit dem Zählerstand 0 gemeinsam hochgezählt. Um mit dieser Konstellation genauso eine zeitliche Interpolation zu realisieren, werden die TDCs verzögert um ΔT (vgl. Formel 1) gestoppt. Dies ist in 3b anhand der verzögerten Stoppsignale S gezeigt. Hierbei entspricht das Stoppsignal S des ersten TDCs dem wahren Stoppsignal (Zuspielzeitpunkt des Signals S). Anhand der Anzahl der TDCs, welche einen Zählerstand weitergezählt haben, kann die zeitliche Interpolation erfolgen, wie nachfolgend erläutert wird. Wiederum ist es so, dass einige TDCs die Anzahl an Zeitfenstern m, wie sie mindestens zwischen Start ST und Stopp S stattgefunden hat, zählen. Das ist, wie nachfolgende Tabelle zeigt, in der hier dargestellten Variante, zumindest der TDC 1.

	Feinschritt k_fine
	0	1	2	3	4	...	n-1
TDC 1	m	m	m	m	Im		m
TDC 2	m+1	m	m	m	m		m
TDC 3	m+1	m+1	m	m	m		m
TDC 4	m+1	m+1	m+1	m	m		m
TDC 5	m+1	m+1	m+1	m+1	m		m
...							...
TDC n	m+1	m+1	m+1	m+1	m+1	...	m

Anhand des Übergangs zwischen einem TDC, der m zählt, und einem TDC, der m + 1 zählt (also in unterschiedlicher Anzahl angezählten Zeitfenstern), kann der Feinschritt k_fine ermittelt werden. Mit diesem Feinschritt k_fine lässt sich dann die Laufzeit genau wie folgt bestimmen: $t = [m + 1 - \frac{k_{f i n e}}{n}] \cdot Δ T_{T D C}$
Zusammenfassend ist also festzustellen, dass für diese zweite Variante die n TDCs alle zusammen mit dem gewollten Startsignal ST gestartet werden, wobei das gewollte Stoppsignal S des ersten TDCs direkt gestoppt und die weiteren TDCs um ΔT verzögert gestoppt werden (vgl. Formel 1). Durch diese Verzögerung kann eine Interpolation erreicht werden.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass ohnehin vorhandene Verzögerungen, aufgrund der Signalleitung oder durch künstlich eingefügte Verzögerungen für das Stoppsignal S bzw. das Startsignal ST keinen Einfluss auf das erläuterte Verfahren haben, sondern nur eine Verschiebung bzw. eine konstante Verzögerung darstellt.
Bezugnehmend auf 4 wird nun eine weitere Variante erläutert. Hierbei kommt ein TDC 12a der Anordnung 10' zum Einsatz. Mittels eines Sensors 18 wird das Signal S zu unterschiedlichen Zeitpunkten (vgl. S' bzw. S") in den einzelnen Frames 20a, 20b und 20c ermittelt. Es wird davon ausgegangen, dass während der n Frames 20a, 20b und 20c die gemessene Laufzeit, d. h. also der Abstand zwischen Start ST und Stopp S sich nicht ändert.
Nun gibt es wiederum zwei Varianten, hier eine entsprechende Verzögerung in die Auswertung einzufügen. Entsprechend einer ersten Variante kann das Signal S (vgl. Frame 20a) direkt dem Zeit-zu-Digital-Wandler 12a zugespielt werden, hier während des Zeitfensters B, während das Signal S' des zweiten Frames 20b um ΔT demselben Wandler zugespielt wird und das Signal S" des Frames 20c um ein weiteres ΔT, also um 2ΔT gegenüber dem Signal S, zugespielt wird. Hierbei heißt versetzt immer bezogen auf das jeweilige Frame, wenn man von zeitlich aufeinander folgenden Frames 20a, 20b und 20c ausgeht. Auch sind die Signale S, S' und S" nicht identisch, sondern einander entsprechend, d. h. also, dass S das Antwortsignal zu einem ST ist, während S' das Antwortsignal zu einem ST' ist und S" das Antwortsignal zu einem ST" ist. Dieses versetzte Zuspielen stellt das gleiche Prinzip dar wie das Ausführungsbeispiel mit dem verzögerten Stopp, vgl. 3a und 3b, so dass das oben erläuterte Auswertungsprinzip anwendbar ist.
Entsprechend einer weiteren Variante kann natürlich auch der Start je Frame 20a, 20b und 20c verzögert werden, so dass also der Zeit-zu-Digital-Wandler 12a dann unterschiedlich verschobene Frames aufweist. Hierbei ist dann die Auswertung vergleichbar mit dem Ausführungsbeispiel aus 2a und 2b.
Mit diesem Ausführungsbeispiel aus 4 ist also auch eine Interpolation möglich, indem über mehrere Frames eine Verzögerung um ΔT = ΔT_TDC/n erfolgt, wobei n die Anzahl der hinzugenommenen Frames ist.
Nachfolgend werden unterschiedliche Varianten bzw. Ausführungsformen des Sensors 18 bzw. insgesamt das Anwendungsgebiet der obigen Ausführungsbeispiele erläutert. Das vorgestellte Verfahren lässt sich neben dem genannten Ausführungsbeispiel eines integrierten CMOS-Sensors auch mittels Silicon-Photomultipliern (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 Ill-V-Halbleiter in unterschiedlichen Strukturgrößen kann das Verfahren 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 eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
Ein erfindungsgemäß codiertes Signal, wie beispielsweise ein Audiosignal oder ein Videosignal oder ein Transportstromsignal, kann auf einem digitalen Speichermedium gespeichert sein oder kann auf einem Übertragungsmedium wie beispielsweise einem drahtlosen Übertragungsmedium oder einem verdrahteten Übertragungsmedium, z.B. dem Internet, übertragen werden
Das erfindungsgemäße kodierte Audiosignal kann auf einem digitalen Speichermedium gespeichert sein, oder kann auf einem Übertragungsmedium, wie beispielsweise einem drahtlosen Übertragungsmedium oder einem drahtgebundenen Übertragungsmedium, wie beispielsweise dem Internet, übertragen werden.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray 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 dahingehend 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, das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise gegenständlich und/oder nicht-vergänglich bzw. nicht-vorübergehend.
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 dahingehend 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 dahingehend 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 hierin beschriebenen Vorrichtungen können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Vorrichtungen können zumindest teilweise in Hardware und/oder in Software (Computerprogramm) implementiert sein.
Die hierin beschriebenen Verfahren können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.
Die hierin beschriebenen Verfahren, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Verfahren können zumindest teilweise durch Hardware und/oder durch Software ausgeführt werden.
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.

[1] P. Seitz and A. J. P. Theuwissen, Eds., Single-photon imaging. Heidelberg; New York: Springer, 2011.

Bezugszeichenliste

10, 10': Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung (Ansprüche 1 bis 19)
12a: erster Zeit-zu-Digital-Wandler
12b: zweiter Zeit-zu-Digital-Wandler
A, B, C, A', B', C': Messfenster
S: Ereignis
ΔT: Versatz
10': Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung (in Anspruch 20, 21, 22)
20a, 20b, 20c: Frame
18: Sensor

Claims

Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung (10, 10'), mit folgenden Merkmalen: einem ersten Zeit-zu-Digital-Wandler (12a), der ausgebildet ist, in einem wiederkehrenden ersten Messfenster (A, B, C') ein Vorliegen oder ein Nichtvorliegen eines Ereignisses (S) zu bestimmen; einem zweiten Zeit-zu-Digital-Wandler (12b), der ausgebildet ist, in einem wiederkehrenden zweiten Messfenster (A', B', C') das Vorliegen oder das Nichtvorliegen des Ereignisses (S) zu bestimmen, wobei eine zeitliche Relation des zweiten Messfensters (A', B', C') in Bezug auf das Erkennen des Ereignisses (S) gegenüber einer zeitlichen Relation des ersten Messfensters (A, B, C) in Bezug auf das Erkennen des Ereignisses (S) um einen ersten Versatz (ΔT) zeitlich verschoben ist.
Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung (10, 10') gemäß Anspruch 1, der mindestens einen dritten Zeit-zu-Digital-Wandler aufweist, der ausgebildet ist, in einem wiederkehrenden dritten Messfenster das Vorliegen oder das Nichtvorliegen des Ereignisses (S) zu bestimmen, wobei eine zeitliche Relation des dritten Messfensters in Bezug auf das Erkennen des Ereignisses (S) gegenüber einer zeitlichen Relation des zweiten Messfensters (A', B', C') in Bezug auf das Erkennen des Ereignisses (S) zeitlich um einen zweiten Versatz (ΔT) und gegenüber einer zeitlichen Relation des ersten Messfensters (A, B, C) in Bezug auf das Erkennen des Ereignisses (S) um den ersten und den zweiten Versatz (ΔT) zeitlich verschoben ist.
Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung (10, 10') gemäß Anspruch 2, wobei der erste und der zweite Versatz (ΔT) oder wobei jeder Versatz (ΔT) gleich sind.
Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung (10, 10') gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste und das zweite Messfenster (A, B, C, A', B', C') und/oder das erste, das zweite und das dritte Messfenster und/oder wobei alle Messfenster gleich lang sind.
Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung (10, 10'), wobei der erste und der zweite Zeit-zu-Digital-Wandler (12a, 12b) oder jeder Zeit-zu-Digital-Wandler mit einem Zähler verbunden ist, der ausgebildet ist, die Anzahl der Zeitfenster bis zu dem Vorliegen oder dem Nicht-mehr-Vorliegen des Ereignisses (S) je Wandler zu zählen.
Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung (10, 10') gemäß Anspruch 5, wobei der Zähler ausgebildet ist, die Anzahl der Zeitfenster zwischen Start und Ende zu zählen, wobei das Ende durch das Vorliegen oder ein Nicht-mehr-Vorliegen des Ereignisses (S) definiert ist.
Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung (10, 10') gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein interpolierter Messwert erhalten wird, wenn die Anzahl der gezählten Messfenster (A, B, C, A', B', C') zwischen dem ersten (12a) und dem zweiten Zeit-zu-Digital-Wandler (12b), zwischen dem zweiten und dem dritten Zeit-zu-Digital-Wandler oder zwischen Inkrement nacheinander angeordneten Zeit-zu-Digital-Wandlern unterschiedlich ist.
Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung (10, 10') gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zweite Zeit-zu-Digital-Wandler (12b) zur Interpolation der Messfenster (A, B, C) dient; und/oder wobei eine Interpolation dann erfolgt, wenn die Anzahl der gezählten Messfenster (A, B, C, A', B', C') zwischen dem ersten (12a) und dem zweiten Zeit-zu-Digital-Wandler (12b) sich unterscheidet.
Zeit-zu-Digital-Wandler gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei der zweite (12b) und dritte Zeit-zu-Digital-Wandler zur Interpolation der Messfenster (A, B, C, A', B', C') dient; und/oder wobei eine Interpolation mittels des zweiten Wandlers (12b) erfolgt, wenn die Anzahl der Messfenster (A, B, C, A', B', C') zwischen dem ersten und dem zweiten Zeit-zu-Digital-Wandler (12b) sich unterscheidet und wobei eine Interpolation mittels des dritten Wandlers erfolgt, wenn die Anzahl der Messfenster (A, B, C, A', B', C') zwischen dem zweiten (12b) und dem dritten Zeit-zu-Digital-Wandler sich unterscheidet.
Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung (10, 10'), die eine Berechnungseinheit aufweist, die ausgebildet ist, die Anzahl der Messfenster (A, B, C, A', B', C') des ersten Zeit-zu-Digital-Wandlers (12a) mit der Dauer je Messfenster (A, B, C, A', B', C') zu multiplizieren und hierzu den ersten Versatz (ΔT) zu addieren, wenn die Anzahl der gezählten Messfenster (A, B, C, A', B', C') zwischen dem ersten und zweiten Zeit-zu-Digital-Wandler (12b) unterschiedlich ist, um eine Laufzeit zu erhalten, oder um die Anzahl der Messfenster (A, B, C ') des ersten Zeit-zu-Digital-Wandlers (12a) mit der Dauer je Messfenster (A, B, C) zu multiplizieren und hierzu den ersten und zweiten Versatz (ΔT) zu addieren, wenn die Anzahl der Messfenster (A, B, C, A', B', C') des dritten Zeit-zu-Digital-Wandlers gegenüber dem zweiten Zeit-zu-Digital-Wandler (12b) unterschiedlich ist, um eine Laufzeit zu erhalten.
Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung (10, 10') gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das zweite Messfenster (A', B', C') gegenüber dem ersten Messfenster (A, B, C) um den ersten Versatz (ΔT) verschoben gestartet wird oder wobei alle Messfenster (A, B, C, A', B', C') um den jeweiligen Versatz (ΔT) verschoben gestartet werden.
Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung (10, 10') gemäß Anspruch 11, wobei eine inkremente Verschiebung mittels des jeweiligen Versatzes (ΔT) erfolgt.
Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung (10, 10') gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Laufzeit anhand von der Formel zu berechnen ist: $t = [m + \frac{k_{f i n e}}{n}] \cdot Δ T_{TDC}$
Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung (10, 10') gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Ereignis (S) jedem Zeit-zu-Digital-Wandler zugespielt wird.
Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung (10, 10') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei dem zweiten Zeit-zu-Digital-Wandler (12b) das Zuspielen des Ereignisses (S) um den ersten Versatz (ΔT) verschoben wird.
Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung (10, 10') gemäß einem der Ansprüche 2 bis 10 sowie 15, wobei dem dritten Zeit-zu-Digital-Wandler das Zuspielen des Ereignisses (S) um den ersten und zweiten Versatz (ΔT) verschoben wird.
Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung (10, 10') gemäß Anspruch 15 oder 16, wobei die Verschiebung inkrementweise erfolgt.
Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung (10, 10') gemäß Anspruch 15, 16 oder 17, wobei alle Zeit-zu-Digital-Wandler oder der erste und zweite Zeit-zu-Digital-Wandler (12b) gleichzeitig gestartet werden.
Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung (10, 10') gemäß Anspruch 15, 16, 17 oder 18, wobei die Laufzeit anhand folgender Formel berechnet wird: $t = [m + 1 - \frac{k_{f i n e}}{n}] \cdot Δ T_{TDC}$
Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung (10'), mit folgenden Merkmalen: einem ersten Zeit-zu-Digital-Wandler (12a), der ausgebildet ist, in einem wiederkehrenden ersten Messfenster (A, B, C) ein Vorliegen oder ein Nichtvorliegen eines Ereignisses (S) für ein erstes Frame (20a) und in einem wiederkehrenden zweiten Messfenster (A', B', C') ein Vorliegen oder ein Nichtvorliegen des entsprechenden Ereignisses (S) für zumindest ein zweites Frame (20b) zu bestimmen; wobei eine zeitliche Relation des zweiten Messfensters (A', B', C') in Bezug auf das Erkennen des entsprechenden Ereignisses (S) gegenüber einer zeitlichen Relation des ersten Messfensters (A, B, C) in Bezug auf das Erkennen des Ereignisses (S) um einen ersten Versatz (ΔT) zeitlich verschoben ist.
Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung (10') gemäß Anspruch 20, wobei das zweite Frame (20b) dem ersten Frame (20a) zeitlich folgt.
Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung (10') gemäß Anspruch 20 oder 21, wobei der ersten Zeit-zu-Digital-Wandler (12a) ausgebildet ist, in einem wiederkehrenden dritten Messfenster ein Vorliegen oder ein Nichtvorliegen eines weiteren entsprechenden Ereignisses (S) für zumindest ein drittes Frame (20c) zu bestimmen.
Messsystem umfassend eine Zeit-zu-Digital-Wandler-Anordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche sowie einen CMOS-Sensor (18), einen Silicon-Photomultiplier, eine Avalanche-Diode oder einen anderen Detektor zum Erkennen eines Ereignisses (S).
Verfahren zur Zeit-zu-Digitalwandlung, mit folgenden Schritten: Bestimmen eines Vorliegens oder Nichtvorliegens eines Ereignisses (S) zugeordnet zu einem wiederkehrenden ersten Messfenster (A, B, C) mittels eines ersten Zeit-zu-Digital-Wandlers (12a); Bestimmen des Vorliegens oder des Nichtvorliegens des Ereignisses (S) zugeordnet zu einem zweiten wiederkehrenden Messfenster (A, B, C, A', B', C') mittels eines zweiten Zeit-zu-Digital-Wandlers (12b), wobei eine zeitliche Relation des zweiten Messfensters (A', B', C') in Bezug auf das Erkennen des Ereignisses (S) gegenüber einer zeitlichen Relation des ersten Messfensters (A, B, C) in Bezug auf das Erkennen des Ereignisses (S) um einen ersten Versatz (ΔT) zeitlich verschoben ist.
Verfahren zur Zeit-zu-Digitalwandlung, mit folgenden Schritten: Bestimmen mittels eines ersten Zeit-zu-Digital-Wandler (12a) ein Vorliegen oder ein Nichtvorliegen eines Ereignisses (S) für ein erstes Frame (20a) in einem wiederkehrenden ersten Messfenster (A, B, C); und Bestimmen mittels eines ersten Zeit-zu-Digital-Wandler (12a) ein Vorliegen oder ein Nichtvorliegen des entsprechenden Ereignisses (S) für ein zumindest zweites Frame (20b) in einem wiederkehrenden zweiten Messfenster (A', B', C') \; wobei eine zeitliche Relation des zweiten Messfensters (A', B', C') in Bezug auf das Erkennen des entsprechenden Ereignisses (S) gegenüber einer zeitlichen Relation des ersten Messfensters (A, B, C) in Bezug auf das Erkennen des Ereignisses (S) um einen ersten Versatz (ΔT) zeitlich verschoben ist.
Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 24 oder 25, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.