DE202013105389U1

DE202013105389U1 - Optoelectronic sensor with avalanche photodiode elements operated in Geiger mode

Info

Publication number: DE202013105389U1
Application number: DE201320105389
Authority: DE
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2015-02-27
Anticipated expiration: 2023-11-27

Abstract

Optoelektronischer Sensor (10) mit einem Lichtempfänger (20), der eine integrierte Schaltung (34) mit einer Vielzahl von Lawinenphotodiodenelementen (100) zur Erfassung von Empfangslicht aus einem Überwachungsbereich (16) aufweist, die jeweils mit einer Vorspannung oberhalb einer Durchbruchspannung vorgespannt und somit in einem Geiger-Modus betrieben sind, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Schaltung (34) zugleich Auswertungsstrukturen (24, 26) zur Auswertung eines Empfangssignals der Lawinenphotodiodenelemente (100) aufweist.An optoelectronic sensor (10) comprising a light receiver (20) comprising an integrated circuit (34) having a plurality of avalanche photodiode elements (100) for detecting received light from a monitor area (16) each biased with a bias voltage above a breakdown voltage, and thus are operated in a Geiger mode, characterized in that the integrated circuit (34) at the same time evaluation structures (24, 26) for evaluating a received signal of the avalanche photodiode elements (100).

Description

Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Sensor mit einem Lichtempfänger nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. The invention relates to an optoelectronic sensor having a light receiver according to the preamble of claim 1.

Optoelektronische Sensoren gibt es in einem breiten Spektrum, das von eindimensionalen Lichtschranken und Lichttastern über Laserscanner bis zu Kameras reicht. Über die reine Objekterfassung hinaus, die beispielsweise durch energetische Auswertung erreicht wird, bestimmen entfernungsmessende Systeme auch eine Distanz zu dem Objekt. Triangulationssensoren empfangen dazu ein von dem Objekt reflektiertes Lichtsignal eines versetzt zu dem Lichtempfänger angeordneten Lichtsenders mit einem ortsauflösenden Empfänger und berechnen eine Entfernung nach dem Triangulationsprinzip aus der Empfangsposition. Distanzsensoren nach dem Lichtlaufzeitprinzip messen die Laufzeit eines Lichtsignals, die über die Lichtgeschwindigkeit der Entfernung entspricht. Man unterscheidet herkömmlich die pulsbasierte und die phasenbasierte Messung. In einem Pulslaufzeitverfahren wird ein kurzer Lichtpuls ausgesandt und die Zeit bis zum Empfang einer Remission oder Reflexion des Lichtpulses gemessen. Alternativ wird bei einem Phasenverfahren Sendelicht amplitudenmoduliert und eine Phasenverschiebung zwischen Sende- und Empfangslicht bestimmt, wobei die Phasenverschiebung ebenfalls ein Maß für die Lichtlaufzeit ist. Die Grenze zwischen den beiden Verfahren lässt sich aber nicht immer scharf ziehen, denn etwa bei komplexen Pulsmustern wird ein Pulslaufzeitverfahren einem Phasenverfahren ähnlicher als einer klassischen Einzelpulsmessung. Optoelectronic sensors are available in a broad spectrum, ranging from one-dimensional photoelectric sensors and light sensors to laser scanners and cameras. Beyond the pure object detection, which is achieved for example by energetic evaluation, distance-measuring systems also determine a distance to the object. For this purpose, triangulation sensors receive a light signal, which is reflected by the object, of a light transmitter arranged offset to the light receiver with a spatially resolving receiver and calculate a distance according to the triangulation principle from the reception position. Distance sensors based on the time of flight principle measure the transit time of a light signal that corresponds to the distance over the speed of light. Conventionally, a distinction is made between pulse-based and phase-based measurements. In a pulse transit time method, a short light pulse is emitted and the time to receive a remission or reflection of the light pulse is measured. Alternatively, in a phase method, transmitted light is amplitude modulated and a phase shift between transmitted and received light is determined, wherein the phase shift is also a measure of the light transit time. However, the boundary between the two methods can not always be drawn sharply, because, for example, in the case of complex pulse patterns, a pulse transit time method is more similar to a phase method than to a classical single pulse measurement.

Mit Hilfe der Distanzinformation werden auch dreidimensionale Bilder oder sogenannte Tiefenkarten erfassbar. Ein Scanner tastet dazu mit einem Lichtstrahl den Überwachungsbereich ab, während eine 3D-Kamera für jedes ihrer Pixel statt oder neben der Helligkeitsinformation auch eine Distanzinformation bestimmt. Dazu wird beispielsweise in jedem Pixel eine Lichtlaufzeitmessung implementiert. With the help of the distance information also three-dimensional images or so-called depth maps can be detected. For this purpose, a scanner scans the surveillance area with a light beam, while a 3D camera also determines distance information for each of its pixels instead of or in addition to the brightness information. For this purpose, for example, a light transit time measurement is implemented in each pixel.

In den meisten Fällen und besonders bei der Entfernungsmessung muss der Sensor zwischen Nutzlicht, beispielsweise eines eigenen oder zugeordneten Lichtsenders, und Umgebungslicht oder Störungen von anderen Lichtquellen unterscheiden können. Je nach Anwendung, etwa in besonders hellen Umgebungen, bei schlecht remittierenden Zielobjekten oder großen Messentfernungen, kann dies bei äußerst geringem Nutzlichtpegel eine sehr anspruchsvolle Aufgabe sein. In most cases, and especially in distance measurement, the sensor must be able to differentiate between useful light, for example a dedicated or dedicated light emitter, and ambient light or interference from other light sources. Depending on the application, for example in particularly bright environments, poorly remitting target objects or large measuring distances, this can be a very demanding task with extremely low useful light levels.

Um auch geringe Empfangsintensitäten nachweisen zu können, werden herkömmlich in manchen optoelektronischen Sensoren Lawinenphotodioden eingesetzt (APD, Avalanche Photo Diode). Das einfallende Licht löst hier einen kontrollierten Lawinendurchbruch (Avalanche Effect) aus. Dadurch werden die durch einfallende Photonen erzeugten Ladungsträger vervielfacht, und es entsteht ein Photostrom, der zu der Lichtempfangsintensität proportional, dabei aber wesentlich größer ist als bei einer einfachen PIN-Diode. Für Lawinenphotodioden muss mit entsprechendem Aufwand eine hohe Versorgungsspannung bereitgestellt werden. Außerdem sind zur Einhaltung von Spannungsnormen Abstandserweiterungen der Leiterbahnen erforderlich. Aus diesen Gründen werden in bekannten Sensoren Lawinenphotodioden als eigene Bauteile mit Hochspannungsversorgung und einem Transimpedanzverstärker zur Signalaufbereitung verbaut, und die verstärkten Signale werden von einem zusätzlichen Baustein wie einem Mikrocontroller oder einem FPGA (Field Programmable Gate Array) ausgewertet. Das hat erhebliche Nachteile in Bezug auf zusätzlichen Platzbedarf sowie Kosten für die Bauteile und die Bestückung. In order to be able to detect even low reception intensities, avalanche photodiodes are conventionally used in some optoelectronic sensors (APD, avalanche photo diode). The incident light triggers a controlled avalanche breakdown. As a result, the charge carriers generated by incident photons are multiplied, and there is a photocurrent, which is proportional to the light receiving intensity, but much larger than a simple PIN diode. For avalanche photodiodes, a high supply voltage must be provided with the corresponding expenditure. In addition, distance extensions of the interconnects are required to comply with voltage standards. For these reasons, avalanche photodiodes are installed in known sensors as separate components with high voltage supply and a transimpedance amplifier for signal processing, and the amplified signals are evaluated by an additional module such as a microcontroller or a FPGA (Field Programmable Gate Array). This has significant disadvantages in terms of additional space requirements and costs for components and assembly.

Einfache Photodioden werden herkömmlich auch mit einer Aufwertung auf einem Chip integriert. Das führt zwar zu kleinen, kostengünstigen Sensoren, begrenzt aber zugleich ganz erheblich deren Leistungsfähigkeit. Die Signaldynamik wird eingeschränkt, und zusätzliche Schutzmaßnahmen werden erforderlich, die aber selbst Artefakte im Zeitverhalten nach sich ziehen, und dies muss erneut korrigiert werden. Simple photodiodes are conventionally integrated with a revaluation on a chip. Although this leads to small, cost-effective sensors, but at the same time limits their performance considerably. Signal dynamics will be limited and additional safeguards will be required, but these will themselves cause artifacts in the time response, and this will need to be corrected again.

In der Arbeit von Aull et al., „Geiger-Mode Avalanche Photodiodes for Three Dimensional Imaging“, Lincoln Laboratory Journal 13(2), 2002, Seiten 335–350 , wird die Verwendung von Lawinenphotodioden im sogenannten Geiger-Modus für Laserradar diskutiert. Im Geiger-Modus ist die Lawinenphotodiode oberhalb der Durchbruchspannung vorgespannt, so dass bereits ein einziger, durch ein einzelnes Photon freigesetzter Ladungsträger eine Lawine auslöst, die dann aufgrund der hohen Feldstärke sämtliche verfügbaren Ladungsträger rekrutiert. Die Lawinenphotodiode zählt somit wie der namensgebende Geigerzähler Einzelereignisse. Lawinenphotodioden im Geiger-Modus werden auch als SPAD (Single-Photon Avalanche Diode) bezeichnet. Mit Problemen wie Baugröße, Designeinschränkungen oder Herstellkosten befasst sich diese Arbeit aber nicht. In the work of Aull et al., "Geiger Mode Avalanche Photodiodes for Three Dimensional Imaging", Lincoln Laboratory Journal 13 (2), 2002, pp. 335-350 , the use of avalanche photodiodes in the so-called Geiger mode for laser radar is discussed. In Geiger mode, the avalanche photodiode is biased above the breakdown voltage, so that even a single, released by a single photon charge carrier triggers an avalanche, which then recruits all available charge carriers due to the high field strength. The avalanche photodiode thus counts as the eponymous Geiger counter individual events. Geiger mode avalanche photodiodes are also referred to as SPAD (Single-Photon Avalanche Diode). However, this work does not deal with problems such as size, design restrictions or production costs.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Leistungsfähigkeit bekannter miniaturisierter optoelektronischer Sensoren zu verbessern. It is therefore an object of the invention to improve the performance of known miniaturized optoelectronic sensors.

Diese Aufgabe wird durch einen optoelektronischen Sensor nach Anspruch 1 gelöst. Ein Lichtempfänger dieses Sensors weist eine Vielzahl von im Geiger-Modus betriebenen Lawinenphotodiodenelementen auf. Die Erfindung geht dann von dem Grundgedanken aus, dass die integrierte Schaltung dieses Lichtempfängers zugleich weitere Elemente umfasst. Der Lichtempfänger und die weiteren Elemente sind demnach vorzugsweise auf einer gemeinsamen Leiterplatte integriert und entstehen im selben Herstellungsprozess aus demselben Wafer. Ein Beispiel hierfür ist ein ASIC (Application-Specific Integrated Circuit). This object is achieved by an optoelectronic sensor according to claim 1. A light receiver of this sensor has a plurality of avalanche photodiode elements operated in Geiger mode. The invention then goes from the Basic idea that the integrated circuit of this light receiver also includes other elements. The light receiver and the further elements are therefore preferably integrated on a common printed circuit board and arise in the same manufacturing process from the same wafer. An example of this is an ASIC (Application-Specific Integrated Circuit).

Die mit dem Lichtempfänger integrierten zusätzlichen Elemente sind beispielsweise Auswertungsstrukturen zur Auswertung des Empfangssignals. Das schließt aber nicht aus, dass noch eigene Bausteine für Teile der Auswertung, etwa eine Signalvorverarbeitung oder eine übergeordnete Verwertung der Auswertungsergebnisse vorgesehen sind. Bevorzugt sind möglichst viele derjenigen Auswertungsschritte integriert, die in einem Sensor für generische Anwendungen benötigt werden, während eine übergeordnete individuelle Auswertung für Spezialanwendungen in eigener Hardware stattfindet. The additional elements integrated with the light receiver are, for example, evaluation structures for evaluating the received signal. However, this does not rule out that even separate components are provided for parts of the evaluation, such as a signal preprocessing or a higher-level utilization of the evaluation results. Preferably, as many as possible of those evaluation steps are integrated, which are needed in a sensor for generic applications, while a higher-level individual evaluation for special applications takes place in its own hardware.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass sich Lawinenphotodioden im Geiger-Modus aufgrund ihrer hohen intrinsischen Verstärkung besonders gut für kleine Sensoren eignen, deren mögliche optische Öffnung begrenzt ist und die deshalb nur geringe Signale empfangen. Die Integration des Lichtempfängers mit zusätzlichen Elementen, insbesondere Auswertungsstrukturen, unterstützt die Miniaturisierung und senkt die Herstellkosten, da weniger Leiterplattenfläche benötigt wird und weniger Elemente bestückt werden müssen. The invention has the advantage that avalanche photodiodes in Geiger mode are particularly well suited for small sensors due to their high intrinsic amplification whose possible optical aperture is limited and which therefore receive only small signals. The integration of the light receiver with additional elements, in particular evaluation structures, supports the miniaturization and lowers the manufacturing costs, since less board area is required and fewer elements must be equipped.

Die Auswertungsstrukturen weisen bevorzugt eine Empfangssignalaufbereitungseinheit auf. Die Empfangssignalaufbereitungseinheit umfasst beispielsweise Elemente wie einen Verstärker, einen Filter oder einen A/D-Wandler. Eine mögliche Implementierung eines Verstärkers besteht darin, eine höhere Versorgungsspannung an die Lawinenphotodiodenelemente anzulegen. Das erhöht zwar nicht das Einzelsignal, das wegen des Geiger-Modus‘ praktisch ein Deltapuls ist. Es erhöht aber die Wahrscheinlichkeit, dass ein Lawinenphotodiodenelement im Geiger-Modus überhaupt anspricht, so dass bei summarischer Betrachtung des Lichtempfängers effektiv eine Verstärkung resultiert. Eine andere Möglichkeit ist, das Ausgangssignal einer unterschiedlichen Anzahl von Lawinenphotodiodenelemente zusammenzufassen. Als Filter kommen unter anderem Frequenzfilter in Betracht, beispielsweise ein Bandpass. Zur digitalen Weiterverarbeitung in digitalen Auswertungsstrukturen wird das Signal der Lawinenphotodiodenelemente digitalisiert. The evaluation structures preferably have a received signal conditioning unit. The received signal conditioning unit includes, for example, elements such as an amplifier, a filter or an A / D converter. One possible implementation of an amplifier is to apply a higher supply voltage to the avalanche photodiode elements. This does not increase the single signal, which is practically a delta pulse due to the Geiger mode. However, it does increase the likelihood that an avalanche photodiode element in Geiger mode will even respond, effectively resulting in amplification when viewed summarily by the photoreceiver. Another possibility is to combine the output signal of a different number of avalanche photodiode elements. Suitable filters include frequency filters, for example a bandpass filter. For digital further processing in digital evaluation structures, the signal of the avalanche photodiode elements is digitized.

Die integrierte Schaltung umfasst bevorzugt einen Referenzkanal. Dies ermöglicht Messungen mit höherer Präzision. Beispielsweise ist ein optischer Referenzkanal vorgesehen, bei dem beispielsweise über einen Lichtleiter ein Anteil des Lichts eines Lichtsenders des Sensors auf einen Referenzempfänger ausgekoppelt wird. The integrated circuit preferably comprises a reference channel. This allows measurements with higher precision. For example, an optical reference channel is provided in which, for example, via a light guide, a portion of the light of a light transmitter of the sensor is coupled to a reference receiver.

Der Referenzkanal weist bevorzugt mindestens ein in einem Geigermodus betriebenes Lawinenphotodiodenelement auf. Das Referenzsignal wird damit möglichst vergleichbar mit dem Messsignal. Die für den Referenzkanal genutzten Lawinenphotodiodenelemente können eine eigene, zweite Matrix neben der ersten Matrix für die eigentliche Messung bilden. Für eine solche Referenzmatrix genügen auch weniger Lawinenphotodiodenelemente, da die über die Referenzmessung auszugleichenden Effekte üblicherweise weniger dynamisch sind, so dass größere Zeitintervalle für Mittelungen zur Verfügung stehen. The reference channel preferably has at least one avalanche photodiode element operated in a Geiger mode. The reference signal is thus as comparable as possible to the measurement signal. The avalanche photodiode elements used for the reference channel can form their own second matrix next to the first matrix for the actual measurement. Fewer avalanche photodiode elements are also sufficient for such a reference matrix since the effects to be compensated for via the reference measurement are usually less dynamic, so that larger time intervals are available for averaging.

Die Auswertungsstrukturen sind bevorzugt dafür ausgebildet, ein Referenzsignal des Referenzkanals auszuwerten. In einem einfachen Beispiel wird dadurch lediglich die Funktion des Lichtsenders oder eine ausreichende optische Ausgangsleistung sichergestellt. Weiterhin können Amplitudenverhältnisse in Mess- und Referenzkanal verglichen werden. Bei einer Lichtlaufzeitmessung müssen interne Signallaufzeiten berücksichtigt werden, die aber Driften beispielsweise durch Alterung oder Temperaturschwankungen unterliegen. Dies kann mit Hilfe des Referenzsignals dynamisch korrigiert werden. The evaluation structures are preferably designed to evaluate a reference signal of the reference channel. In a simple example, this merely ensures the function of the light transmitter or sufficient optical output power. Furthermore, amplitude ratios in the measurement and reference channels can be compared. For a time of flight measurement, internal signal propagation times must be taken into account, but these are subject to drifting due to aging or temperature fluctuations, for example. This can be corrected dynamically with the help of the reference signal.

Die integrierte Schaltung weist bevorzugt einen Sendertreiber für einen Lichtsender des Sensors auf. Der Sendertreiber steuert beispielsweise eine Modulation des Sendesignals oder stellt Pulse mit einem gewünschten Zeitverhalten bereit. Durch die Integration wird dafür kein zusätzliches Bauteil benötigt. The integrated circuit preferably has a transmitter driver for a light transmitter of the sensor. The transmitter driver controls, for example, a modulation of the transmission signal or provides pulses with a desired timing. The integration does not require any additional components.

Die integrierte Schaltung weist bevorzugt einen Spannungsregler zur Versorgung der Lawinenphotodiodenelemente auf. Der Sensor selbst wird üblicherweise nur mit einer geringen Spannung von beispielsweise 10 Volt versorgt. Die Lawinenphotodiodenelemente benötigen aber höherer Spannungen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Lawinenphotodioden ist aber keine Hochspannung erforderlich, sondern es genügen 30–50 Volt, so dass die Integration des Spannungsreglers möglich ist. Die integrierte Spannungsregelung ist auch deshalb besonders vorteilhaft, weil der effektive Verstärkungsfaktor der Vielzahl im Geiger-Modus betriebener Lawinenphotodiodenelemente von der Spannung abhängt. Für eine genaue Spannungsregelung ist deshalb von Vorteil, wenn sich die Regelung in derselben integrierten Schaltung abspielt. Wenn der Spannungsregler als Schaltregler implementiert ist, können die Schaltereignisse mit Messpausen synchronisiert werden, um Störungen zu minimieren. The integrated circuit preferably has a voltage regulator for supplying the avalanche photodiode elements. The sensor itself is usually supplied only with a low voltage of, for example, 10 volts. The avalanche photodiode elements, however, require higher voltages. In contrast to conventional avalanche photodiodes but no high voltage is required, but it suffice 30-50 volts, so that the integration of the voltage regulator is possible. The integrated voltage regulation is also particularly advantageous because the effective amplification factor of the plurality of avalanche photodiode elements operated in the Geiger mode depends on the voltage. For an accurate voltage regulation is therefore advantageous if the control takes place in the same integrated circuit. If the voltage regulator is implemented as a switching regulator, the switching events can be synchronized with measurement pauses to minimize noise.

Die integrierte Schaltung weist bevorzugt ein Temperaturmesselement auf. Dadurch wird ohne zusätzliches Bauteil eine Temperaturkompensation beispielsweise der Versorgungsspannung und damit der summarischen Verstärkung oder von internen Signallaufzeiten ermöglicht. The integrated circuit preferably has a temperature measuring element. As a result, a temperature compensation of, for example, the supply voltage and thus the total gain or of internal signal propagation times is made possible without an additional component.

Die Lawinenphotodiodenelemente weisen bevorzugt eine Durchbruchspannung von höchstens 70V, insbesondere von höchstens 50V, 30V oder 15V auf. Eine Hochspannungsversorgung wie bei herkömmlich genutzten Lawinenphotodioden kann damit entfallen, und es werden erheblich geringere Herstellkosten möglich. The avalanche photodiode elements preferably have a breakdown voltage of at most 70V, in particular of at most 50V, 30V or 15V. A high voltage power supply as in avalanche photodiodes conventionally used can thus be dispensed with, and significantly lower production costs are possible.

Die Lawinenphotodiodenelemente sind vorzugsweise in einem CMOS-Prozess hergestellt, insbesondere als Matrixstruktur auf einem gemeinsamen Substrat. Der Lichtempfänger wird somit kostengünstig verfügbar. Ein CMOS-Bauteil ermöglicht unter anderem kleine Strukturen und somit auch eine im Vergleich zu einer herkömmlichen Lawinenphotodiode deutlich herabgesetzte Durchbruchspannung. Ein CMOS-Prozess erlaubt auch auf besonders einfache Weise die Integration weiterer Schaltungsteile mit den Lawinenphotodiodenelementen. Zugleich genügt ein Standard-CMOS-Prozess, um durch die Lawinenphotodiodenelemente eine sehr hohe Bandbreite und hohe intrinsische Verstärkung zu erreichen. The avalanche photodiode elements are preferably produced in a CMOS process, in particular as a matrix structure on a common substrate. The light receiver is thus available at low cost. Among other things, a CMOS device enables small structures and thus also a significantly reduced breakdown voltage compared to a conventional avalanche photodiode. A CMOS process also allows the integration of further circuit parts with the avalanche photodiode elements in a particularly simple manner. At the same time, a standard CMOS process is sufficient to achieve very high bandwidth and high intrinsic gain through avalanche photodiode elements.

Der Sensor ist bevorzugt ein entfernungsmessender Sensor mit einem Lichtsender zum Aussenden von Lichtpulsen und einer Lichtlaufzeitmesseinheit, um eine Lichtlaufzeit zwischen dem Sendezeitpunkt eines ausgesandten Lichtpulses und einem Empfangszeitpunkt des von einem Lawinenphotodiodenelement aus dem Überwachungsbereich empfangenen Lichtpulses zu messen. Die Lichtlaufzeitmesseinheit ist ein Beispiel für Auswertungsstrukturen, die mindestens teilweise mit dem Lichtempfänger in eine gemeinsame Schaltung integriert sind. The sensor is preferably a distance-measuring sensor having a light transmitter for emitting light pulses and a light transit time measuring unit for measuring a light transit time between the emission time of a transmitted light pulse and a time of reception of the light pulse received from an avalanche photodiode element from the surveillance area. The light transit time measuring unit is an example of evaluation structures that are at least partially integrated with the light receiver in a common circuit.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen in: The invention will be explained below with regard to further advantages and features with reference to the accompanying drawings with reference to embodiments. The figures of the drawing show in:

1 eine Blockdarstellung eines optoelektronischen Sensors; und 1 a block diagram of an optoelectronic sensor; and

2 ein beispielhaftes vereinfachtes Ersatzschaltbild einer Lawinenphotodiode im Geiger-Modus. 2 an exemplary simplified equivalent circuit of an avalanche photodiode in Geiger mode.

1 zeigt eine Blockdarstellung eines optoelektronischen Sensors 10. Bei dem Sensor 10 handelt es sich beispielsweise um einen Entfernungstaster, der aus der Lichtlaufzeit eines ausgesandten und wieder empfangenen Lichtstrahls die Entfernung zu einem angetasteten Objekt misst. Die Erfindung hängt aber nicht von dem konkreten Sensorprinzip ab und betrifft ebenso andere einstrahlige und mehrdimensionale optoelektronische Sensoren einschließlich der einleitend kurz vorgestellten Lichtschranken, Laserscanner, Kameras und 3D-Kameras. 1 shows a block diagram of an optoelectronic sensor 10 , At the sensor 10 For example, it is a distance sensor that measures the distance to a touched object from the light transit time of an emitted and received light beam. However, the invention does not depend on the specific sensor principle and also relates to other single-beam and multi-dimensional optoelectronic sensors, including the initially briefly introduced photoelectric sensors, laser scanners, cameras and 3D cameras.

Der Sensor 10 weist einen Lichtsender 12 auf, beispielsweise eine Laserdiode, die Sendelicht durch eine Sendeoptik 14 in einen Überwachungsbereich 16 aussendet. Wird das Sendelicht dort an einem Objekt remittiert oder reflektiert, so kehrt es als Empfangslicht zurück und wird von einer Empfangsoptik 18 auf einen Lichtempfänger 20 mit einer Vielzahl von in Pixeln angeordneter Lichtempfangselemente in Form von Lawinenphotodioden geleitet. Ein Teil des Sendelichts wird am Lichtsender 12 ausgekoppelt, beispielsweise mit Hilfe eines Lichtleiters, und direkt, ohne den Lichtweg durch den Überwachungsbereich 16, auf einen Referenzempfänger 22 ebenfalls mit einer Vielzahl von in Pixeln angeordneten Lichtempfangselementen in Form von Lawinenphotodioden geführt. The sensor 10 has a light transmitter 12 on, for example, a laser diode, the transmitted light through a transmission optics 14 into a surveillance area 16 sending out. If the transmitted light is reflected or reflected there on an object, it returns as receiving light and is received by a receiving optical system 18 on a light receiver 20 having a plurality of pixelized light receiving elements in the form of avalanche photodiodes. Part of the transmitted light is at the light transmitter 12 coupled, for example by means of a light guide, and directly, without the light path through the surveillance area 16 , to a reference recipient 22 also guided with a plurality of light receiving elements arranged in pixels in the form of avalanche photodiodes.

Das jeweilige Empfangssignal des Lichtempfängers 20 und des Referenzempfängers wird über eine Signalaufbereitung 24 einer Steuer- und Auswertungseinheit 26 zugeführt. Dabei können die Empfangssignale unterschiedlich oder beispielsweise das Empfangssignal des Referenzempfängers gar nicht aufbereitet werden. Die Positionen der Funktionsblöcke in 1 sind nicht einschränkend zu verstehen. So kann beispielsweise zumindest ein Teil der Signalaufbereitung 24 oder der Auswertungseinheit 26 unmittelbar bei den Pixeln des Lichtempfängers 20 vorgesehen sein. The respective received signal of the light receiver 20 and the reference receiver is via a signal conditioning 24 a control and evaluation unit 26 fed. In this case, the received signals different or, for example, the received signal of the reference receiver can not be processed. The positions of the function blocks in 1 are not meant to be limiting. For example, at least part of the signal processing 24 or the evaluation unit 26 directly at the pixels of the light receiver 20 be provided.

Ein Sendertreiber 28 ist mit der Auswertungseinheit 26 und dem Lichtsender 12 verbunden. Dadurch kann der Lichtsender 12 gesteuert werden, etwa um Pulse zu festgelegten Zeitpunkten oder ein amplitudenmoduliertes Lichtsignal auszusenden. Ein Spannungsregler 30 versorgt den Lichtempfänger 20 und den Referenzempfänger 22 und ist ebenfalls mit der Auswertungseinheit 26 verbunden, um die Versorgung zu steuern. Außerdem ist ein Temperaturfühler 32 vorgesehen, dessen Temperaturmesswert der Auswertungseinheit 26 zur Verfügung gestellt wird. A transmitter driver 28 is with the evaluation unit 26 and the light transmitter 12 connected. This allows the light transmitter 12 for example, to transmit pulses at fixed times or an amplitude modulated light signal. A voltage regulator 30 supplies the light receiver 20 and the reference receiver 22 and is also with the evaluation unit 26 connected to control the supply. There is also a temperature sensor 32 provided, the temperature measured value of the evaluation unit 26 is made available.

Die Lichtempfangselemente des Lichtempfängers 20 und des Referenzempfängers 22 sind Lawinenphotodioden, die zur Erfassung von Empfangslicht im Geiger-Modus betrieben werden. Zur Erläuterung zeigt 2 ein beispielhaftes vereinfachtes Ersatzschaltbild einer Lawinenphotodiode. In der Praxis handelt es sich um ein Halbleiterbauteil, dessen nicht dargestellter Aufbau hier als bekannt vorausgesetzt wird. Die Lawinenphotodiode 100 zeigt zum einen das Verhalten einer Diode 102. Sie hat eine Kapazität, die durch einen parallel geschalteten Kondensator 104 repräsentiert wird. Der mögliche Lawinendurchbruch erzeugt Ladungsträger, deren Ursprung in dem Ersatzschaltbild als Stromquelle 106 dargestellt wird. Der Lawinendurchbruch wird durch ein auftreffendes Photon 108 ausgelöst, wobei dieser Vorgang wie ein Schalter 110 wirkt. Nach außen ist die Lawinenphotodiode über einen Widerstand 112 mit einer Stromquelle 114 verbunden. Zwischen dieser Stromquelle und einem weiteren Widerstand 116 kann an einem Punkt 118 das Ausgangssignal betrachtet werden. The light receiving elements of the light receiver 20 and the reference recipient 22 are avalanche photodiodes, which are operated to detect received light in Geiger mode. For explanation shows 2 an exemplary simplified equivalent circuit of an avalanche photodiode. In practice, it is a semiconductor device whose unillustrated structure is assumed to be known here. The avalanche photodiode 100 shows to one the behavior of a diode 102 , It has a capacity through a parallel-connected capacitor 104 is represented. The possible avalanche breakdown generates charge carriers whose origin in the equivalent circuit as a current source 106 is pictured. The avalanche breakdown is caused by an incident photon 108 triggered, this process as a switch 110 acts. Outward, the avalanche photodiode is a resistor 112 with a power source 114 connected. Between this power source and another resistor 116 can at one point 118 the output signal will be considered.

Im Bereitschaftszustand liegt über der Diode 102 eine Spannung oberhalb der Durchbruchspannung an. Erzeugt dann ein einfallendes Photon 108 ein Ladungsträgerpaar, so schließt dies gleichsam den Schalter 110, so dass die Lawinenphotodiode über die Stromquelle 106 mit Ladungsträgern geflutet wird. Neue Ladungsträger entstehen aber nur, solange das elektrische Feld stark genug bleibt. Wird durch die Stromquelle 106 der Kondensator 104 so weit entladen, dass die Durchbruchspannung unterschritten ist, so kommt die Lawine von selbst zum Erliegen („passive quenching“). Danach wird der Kondensator 104 von der äußeren Stromquelle 114 über den Widerstand 112 wieder aufgeladen, bis wieder eine Spannung über der Durchbruchspannung an der Diode 102 anliegt. Es gibt alternative Ausgestaltungen, in denen die Lawine von außen erkannt und daraufhin eine Entladung unter die Durchbruchspannung ausgelöst wird („active quenching“). In standby mode is above the diode 102 a voltage above the breakdown voltage. Then creates an incident photon 108 a pair of charge carriers, this closes the switch as it were 110 so that the avalanche photodiode via the power source 106 flooded with charge carriers. However, new charge carriers only arise as long as the electric field remains strong enough. Is caused by the power source 106 the capacitor 104 discharged so far that the breakdown voltage is exceeded, the avalanche comes to a standstill by itself to a standstill ("passive quenching"). After that, the capacitor becomes 104 from the external power source 114 about the resistance 112 recharged until again a voltage above the breakdown voltage at the diode 102 is applied. There are alternative embodiments in which the avalanche is detected from the outside and then a discharge below the breakdown voltage is triggered ("active quenching").

Während der Lawine steigt das Ausgangssignal am Punkt 118 rapide und unabhängig von der Intensität des auslösenden Lichts, hier eines Photons 108, auf einen Maximalwert an und fällt dann nach dem Löschen der Lawine wieder ab. Die Pulsform ist am Punkt 118 angedeutet. Die Zeitkonstante des Abfalls, welche eine Totzeit der Lawinenphotodiode 100 angibt, bestimmt sich aus der Kapazität des Kondensators 104 und dem Widerstand 112 und liegt typischerweise im Bereich einiger bis einiger zehn Nanosekunden. Die Totzeit ist keine absolute Totzeit, denn sobald die Vorspannung groß genug ist, um eine Lawine zu unterstützen, kann das Ausgangssignal auch wieder ansteigen, allerdings nicht im gleichen Maße wie aus dem Bereitschaftszustand. Der Verstärkungsfaktor liegt typischerweise in einer Größenordnung von 10^5 bis 10^7 und ergibt sich im Wesentlichen aus der maximalen Anzahl von Ladungsträgern, die von der Lawine in der Lawinenphotodiode 100 rekrutiert werden können. During the avalanche, the output signal rises at the point 118 rapid and independent of the intensity of the triggering light, here a photon 108 , to a maximum value, and then drops off after the avalanche has been cleared. The pulse shape is at the point 118 indicated. The time constant of the waste, which is a dead time of the avalanche photodiode 100 is determined by the capacitance of the capacitor 104 and the resistance 112 and is typically in the range of several to several tens of nanoseconds. The dead time is not an absolute dead time, because as soon as the bias voltage is large enough to support an avalanche, the output signal can also increase again, but not to the same extent as from the standby state. The gain factor is typically on the order of 10 ^ 5 to 10 ^ 7, and is essentially the maximum number of charge carriers that avalanches in the avalanche photodiode 100 can be recruited.

Fällt das zu messende Ereignis in die Totzeit, so ist die Lawinenphotodiode 100 weitgehend blind. Die Lawinenphotodiode 100 reagiert auch auf jedes Einzelereignis mit dem gleichen Signal, das Abwarten einer ausreichenden Totzeit und Auslösen eines Ladungsträgerpaares vorausgesetzt. Allein ist eine Lawinenphotodiode 100 deshalb weitgehend ungeeignet, um eine Empfangsintensität zu bewerten. Außerdem kann ein einzelnes Photon des Umgebungslichts oder ein einziges Ladungsträgerpaar aufgrund von Dunkelrauschen genügen, um eine Lawine auszulösen, die nichts mit dem zu messenden Ereignis zu tun hat. If the event to be measured falls into the dead time, then the avalanche photodiode is 100 largely blind. The avalanche photodiode 100 also responds to each single event with the same signal, waiting for a sufficient dead time and triggering a pair of charge carriers. Alone is an avalanche photodiode 100 therefore largely unsuitable for evaluating reception intensity. In addition, a single photon of ambient light or a single pair of carriers may be sufficient due to dark noise to trigger an avalanche unrelated to the event being measured.

Auf dem Lichtempfänger 20 und dem Referenzempfänger 22 ist eine Vielzahl von einzelnen Lawinenphotodiodenelementen 100 vorgesehen. Ein entsprechendes Bauelement kann beispielsweise in einem CMOS-Prozess hergestellt werden. Die Durchbruchspannung der Lawinenphotodiodenelemente 100 ist deutlich geringer als bei herkömmlichen Lawinenphotodioden und beträgt beispielsweise höchstens 70V oder sogar nur 15V–30V. On the light receiver 20 and the reference receiver 22 is a plurality of individual avalanche photodiode elements 100 intended. A corresponding component can be produced, for example, in a CMOS process. The breakdown voltage of avalanche photodiode elements 100 is significantly lower than conventional avalanche photodiodes and is for example at most 70V or even only 15V-30V.

Da die Lichtempfangselemente im Geiger-Modus bereits auf ein einzelnes Photon und dann mit einem praktisch einheitlichen Signal antworten, ist ein einzelnes Lichtempfangselement sehr fremdlichtanfällig, und das Signal ist auch kein gutes Maß für die Intensität des Empfangslichts. Deshalb ist es vorteilhaft, mehrere oder sogar alle Lichtempfangselemente des Lichtempfängers 20 beziehungsweise des Referenzempfängers 22 analog oder digital miteinander zu verknüpfen. Die genannten Nachteile werden dann durch die Statistik aufgehoben, und zudem werden weniger Schaltungselemente für die Auswertung benötigt. Since the light-receiving elements in the Geiger mode already respond to a single photon and then with a virtually uniform signal, a single light-receiving element is very sensitive to foreign light, and the signal is not a good measure of the intensity of the received light. Therefore, it is advantageous to have multiple or even all light receiving elements of the light receiver 20 or the reference recipient 22 analog or digital link with each other. The mentioned disadvantages are then removed by the statistics, and also fewer circuit elements are needed for the evaluation.

Um den in 1 gezeigten Sensor 10 möglichst kompakt und kostengünstig aufzubauen, sind praktisch alle Funktionselemente des Sensors 10, nämlich Lichtempfänger 20, Referenzempfänger 22, Signalaufbereitung 24, Auswertungseinheit 26, Sendertreiber 28, Spannungsregler 30 und Temperaturfühler 32 Teil derselben integrierten Schaltung 34. Das ist sozusagen die maximal integrierte Ausführungsform, die besonders vorteilhaft ist. Alle Funktionselemente sind somit in einem gemeinsamen Prozess hergestellt, etwa als ein ASIC. To the in 1 shown sensor 10 To build as compact and inexpensive, are virtually all functional elements of the sensor 10 namely, light receiver 20 , Reference receiver 22 , Signal conditioning 24 , Evaluation unit 26 , Station driver 28 , Voltage regulator 30 and temperature sensor 32 Part of the same integrated circuit 34 , This is, so to speak, the maximum integrated embodiment, which is particularly advantageous. All functional elements are thus manufactured in a common process, such as an ASIC.

Die Erfindung umfasst jedoch auch andere Ausführungsformen. Zunächst werden manche Funktionselemente, wie der Referenzempfänger 22 oder der Temperaturfühler 32, nicht in jedem Sensor 10 benötigt. Außerdem gibt es Ausführungsformen, in denen nur einige und nicht alle genannten Funktionselemente in einer gemeinsamen integrierten Schaltung 34 mit dem Lichtempfänger 20 zusammengefasst sind. Dabei sind alle Unterkombinationen denkbar, beispielsweise Lichtempfänger 20 mit Referenzempfänger 22, Lichtempfänger 20 mit Signalaufbereitung 24, Lichtempfänger 20 mit zumindest Teilen der Auswertungseinheit 26, Lichtempfänger 20 mit Sendertreiber 28, Lichtempfänger 20 mit Spannungsregler 30 und weitere Kombinationen auch mit drei oder mehr der Funktionselemente. However, the invention also includes other embodiments. First, some functional elements, such as the reference receiver 22 or the temperature sensor 32 not in every sensor 10 needed. In addition, there are embodiments in which only some and not all of the above functional elements are in a common integrated circuit 34 with the light receiver 20 are summarized. All sub-combinations are conceivable, for example light receiver 20 with reference receiver 22 , Light receiver 20 with signal conditioning 24 , Light receiver 20 with at least parts of the evaluation unit 26 , Light receiver 20 with transmitter driver 28 , Light receiver 20 With voltage regulators 30 and further combinations also with three or more of the functional elements.

Ein Lichtempfänger 20, der auf im Geiger-Modus betriebenen Lichtempfangselementen beruht, ermöglicht schon für sich eine sehr kompakte Bauweise, wodurch sich die benötigte Leiterplattenfläche minimiert und Gehäusegröße wie Verlustleistung reduziert werden. Die Signalaufbereitung 24 benötigt wegen der hohen intrinsischen Verstärkung keinen eigenen Verstärker mehr. Die Digitalisierung erfolgt direkt bei den Lichtempfangselementen. Durch die hohe Integrationsfähigkeit meist digitaler Rechenmodule besteht die Möglichkeit, Filterfunktionen wie Korrelationen auszuführen oder Rauschquellen wie Fremdlichtstörer oder Dunkelauslöser zu unterdrücken. A light receiver 20 , which is based on operated in Geiger mode light receiving elements, even by itself allows a very compact design, which minimizes the required PCB area and housing size as power loss can be reduced. The signal conditioning 24 Due to the high intrinsic gain, it no longer needs its own amplifier. The digitization takes place directly at the light receiving elements. Due to the high integration capacity of mostly digital computing modules, it is possible to perform filter functions such as correlations or to suppress noise sources such as extraneous light interferers or dark triggers.

Während für die Signalverarbeitung Störeinflüsse möglichst reduziert werden sollen, ist es zur Bewertung der Signalintegrität unter Umständen wichtig zu wissen, welche Störsignale vorhanden sind. Beispielsweise ist für die Signalverarbeitung sinnvoll, den Anteil des Gleichstroms möglichst frühzeitig zu eliminieren. Dennoch kann die Information über die Höhe dieses Signals dazu genutzt werden, die Verstärkung des Lichtempfängers 20 oder von doch vorhandenen zusätzlichen Verstärkerstufen so anzupassen, dass das Rauschen einen bestimmten Wert nicht überschreitet. Das Abgreifen und die Weiterverarbeitung dieses Zwischensignals ist durch die Integration besonders einfach und reduziert die Störkopplung auf das Nutzsignal. While interference is to be minimized for signal processing, it may be important to know which interference signals are present to evaluate signal integrity. For example, it makes sense for signal processing to eliminate the proportion of direct current as early as possible. Nevertheless, the information about the level of this signal can be used to amplify the light receiver 20 or from any existing additional amplifier stages so that the noise does not exceed a certain value. The tapping and further processing of this intermediate signal is particularly easy due to the integration and reduces the noise coupling to the useful signal.

Der Referenzempfänger 22 wird trotz Integration mit dem Lichtempfänger 20 vorzugsweise so geometrisch angeordnet, dass Referenz- und Nutzsignal voneinander getrennt bleiben. Es ist parallele wie sequentielle Auswertung von Referenz- und Nutzsignal denkbar. Durch Integration auf der gleichen Chipeinheit, den gleichen Temperaturbereich und den gleichen Herstellungsprozess werden nicht nur Kosten reduziert und Bauraum gespart, die Signale sind zudem von vorneherein, ohne jede zusätzliche Maßnahme, besonders gut vergleichbar. Zur weiteren Kosten- und Flächenreduktion ist möglich, den Referenzempfänger 22 kleiner auszubilden als den Lichtempfänger 20, beispielsweise den Referenzempfänger 22 mit nur zehn Lichtempfangselementen gegenüber hundert Lichtempfangselementen des Lichtempfängers 20 auszustatten. Die geringere Anzahl führt zu einer geringeren Mittelung, aber dies kann durch längere Messzeiten des sich nur langsam ändernden Referenzsignals ausgeglichen werden. The reference receiver 22 is despite integration with the light receiver 20 preferably arranged so geometrically that reference and payload remain separated from each other. It is conceivable parallel as well as sequential evaluation of reference and useful signal. Integration on the same chip unit, the same temperature range and the same manufacturing process not only reduces costs and saves space, but the signals are also very easy to compare from the outset without any additional measures. For further cost and area reduction is possible, the reference receiver 22 smaller form than the light receiver 20 , for example, the reference receiver 22 with only ten light-receiving elements compared to one hundred light-receiving elements of the light receiver 20 equip. The smaller number leads to a lower averaging, but this can be compensated by longer measurement times of the only slowly changing reference signal.

Durch die Integration besteht weiterhin die Möglichkeit, dass der Lichtempfänger 20 von demselben Chip aus gesteuert wird. So können abhängig von Temperatur, Nutzsignal, Störsignal oder geometrischer Anordnung zwischen Lichtsender 12, Lichtempfänger 20 und Objekt die Auslösewahrscheinlichkeit und damit die Verstärkung des Empfangssignals durch Anpassen der Versorgungsspannung oder Aktivieren und Deaktivieren bestimmter Lichtempfangselemente gesteuert werden. Alternativ kann auch die Schwelle für ein Schaltsignal verändert werden. Due to the integration, there is still the possibility that the light receiver 20 controlled by the same chip. Thus, depending on temperature, useful signal, interference signal or geometric arrangement between light emitter 12 , Light receiver 20 and object the triggering probability and thus the gain of the received signal by adjusting the supply voltage or activating and deactivating certain light receiving elements are controlled. Alternatively, the threshold for a switching signal can be changed.

Ein direkter Ausgleich der Temperaturabhängigkeit auf dem Chip ist möglich. Dies erfolgt durch einen vorbestimmten Temperaturverlauf, welcher durch die physikalischen Gegebenheiten der Technologie von Lawinenphotodioden im Geiger-Modus bekannt und sehr stabil ist. A direct compensation of the temperature dependence on the chip is possible. This is done by a predetermined temperature profile, which is known and very stable by the physical conditions of the technology of avalanche photodiodes in Geiger mode.

Die Integration der Versorgung, insbesondere des Spannungsreglers 30, wird durch die drastische Reduzierung des Bedarfs gegenüber einer herkömmlichen Lawinenphotodiode überhaupt erst möglich. Dazu dient beispielsweise ein Schaltregler oder eine Dioden- beziehungsweise Kondensatorkaskade. Als Schaltregler wird vorzugsweise ein solcher gewählt, der nur wenige nicht integrierbare Bauteile aufweist, etwa eine externe Spule oder einen externen Kondensator. Für eine kapazitive Verdopplung oder Vervielfachung der Spannung, etwa um eine Versorgungsspannung des Sensors 10 von zehn Volt auf für den Lichtempfänger 20 benötigte dreißig Volt anzuheben, ist auch eine vollständige Integration möglich. The integration of the supply, in particular of the voltage regulator 30 , is made possible by the drastic reduction of the demand compared to a conventional avalanche photodiode. This is done, for example, a switching regulator or a diode or capacitor cascade. As a switching regulator is preferably selected one which has only a few non-integrable components, such as an external coil or an external capacitor. For a capacitive duplication or multiplication of the voltage, about a supply voltage of the sensor 10 of ten volts for the light receiver 20 required to raise thirty volts, complete integration is also possible.

Die Schaltvorgänge der Spannungserzeugung können zu der Signalaussendung und Signalerfassung synchron ausgelegt werden, so dass Schaltvorgänge dann stattfinden, wenn gerade keine Messung erfolgt. Dadurch treten keine Messfehler aufgrund von Störspitzen auf. Durch die hohe intrinsische Verstärkung ist dieses Problem aber auch schon im Vorfeld reduziert. The switching operations of the voltage generation can be designed synchronously to the signal transmission and signal detection, so that switching operations take place when no measurement is taking place. As a result, no measurement errors due to glitches occur. Due to the high intrinsic amplification, this problem is already reduced in advance.

Mittels analoger oder digitaler Nachbearbeitung der Versorgungsspannung ist eine gezielte Veränderung beispielsweise für die Temperatur oder Verstärkung möglich. Das Empfangssignal kann auch moduliert werden oder die Empfindlichkeit des Sensors 10 abhängig von der Nutzsignalstärke oder der Störsignalstärke eingestellt werden. By means of analog or digital post-processing of the supply voltage, a targeted change, for example, for the temperature or gain is possible. The received signal can also be modulated or the sensitivity of the sensor 10 be adjusted depending on the useful signal strength or the noise signal strength.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Aull et al., "Geiger Mode Avalanche Photodiodes for Three Dimensional Imaging", Lincoln Laboratory Journal 13 (2), 2002, pp. 335-350 [0007]

Claims

Optoelectronic sensor ( 10 ) with a light receiver ( 20 ), which is an integrated circuit ( 34 ) with a plurality of avalanche photodiode elements ( 100 ) for detecting received light from a surveillance area ( 16 ), each biased with a bias voltage above a breakdown voltage and thus operated in a Geiger mode, characterized in that the integrated circuit ( 34 ) at the same time evaluation structures ( 24 . 26 ) for evaluating a received signal of avalanche photodiode elements ( 100 ) having.

Sensor ( 10 ) according to claim 1, wherein the evaluation structures ( 24 . 26 ) a received signal conditioning unit ( 26 ) exhibit.

Sensor ( 10 ) according to claim 2, wherein the received signal conditioning unit ( 24 ) has an amplifier, a filter or an A / D converter.

Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the integrated circuit ( 34 ) a reference channel ( 22 ).

Sensor ( 10 ) according to claim 4, wherein the reference channel ( 22 ) at least one avalanche photodiode element operated in a Geiger mode ( 100 ) having.

Sensor ( 10 ) according to claim 4 or 5, wherein the evaluation structures ( 24 . 26 ) are designed to generate a reference signal of the reference channel ( 22 ).

Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the integrated circuit ( 34 ) a transmitter driver ( 28 ) for a light transmitter ( 12 ) of the sensor ( 10 ) having.

Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the integrated circuit ( 34 ) a voltage regulator ( 30 ) for the supply of avalanche photodiode elements ( 100 ) having.

Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the integrated circuit ( 34 ) a temperature measuring element ( 32 ) having.

Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the avalanche photodiode elements ( 100 ) have a breakdown voltage of at most 70V, in particular of at most 50V, 30V or 15V and / or wherein the avalanche photodiode elements ( 100 ) are produced in a CMOS process, in particular as a matrix structure on a common substrate.

Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, comprising a distance-measuring sensor with a light transmitter ( 12 ) for emitting light pulses and a light transit time measuring unit ( 26 ) is a light transit time between the transmission time of an emitted light pulse and a time of receiving the signal from an avalanche photodiode element ( 100 ) from the surveillance area ( 16 ) received light pulse to measure.