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DE102017106076B3 - Device for signal delay using a reference oscillator and its application in a TOF camera - Google Patents

Device for signal delay using a reference oscillator and its application in a TOF camera Download PDF

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DE102017106076B3
DE102017106076B3 DE102017106076.6A DE102017106076A DE102017106076B3 DE 102017106076 B3 DE102017106076 B3 DE 102017106076B3 DE 102017106076 A DE102017106076 A DE 102017106076A DE 102017106076 B3 DE102017106076 B3 DE 102017106076B3
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DE
Germany
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signal
delay chain
delay
sdl
dll
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DE102017106076.6A
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German (de)
Inventor
Wolfram Budde
Peter Glatzel
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Elmos Semiconductor SE
Original Assignee
Elmos Semiconductor SE
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Publication date
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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Erfassung der Verzögerung zwischen einem Lichtpuls (LP) und einem Shutter-an-Signal (SON) zur Verbesserung von Verfahren und Vorrichtungen zur Messung der Lichtlaufzeit. Eine DLL erzeugt auf Basis eine Referenztakts (RCK) ein Regelsignal (RS) für eine Master-Verzögerungskette (MDL) sodass deren Verzögerung in einem vorgebbaren oder konstruktiv vorgegebenen festen Verhältnis zur Periodendauer des Referenztakts (RCK) steht. Mit dem Regelsignal (RS) wird eine zweite Slave-Verzögerungskette (SDL) nun in ihrer Verzögerung nachgeregelt und, da sie mit der Master-Verzögerungskette (MDL) durch Mikrointegration thermisch gut gekoppelt ist, thermisch stabilisiert. Die Verzögerung der Masterverzögerungskette (SDL) hängt somit nur noch von der Periodendauer des Referenztakts (RCK) ab. Die Slave-Verzögerungskette (SDL) wird benutzt, um die Verzögerung zwischen einem Shutter-an-Signal (SON) zur Steuerung der Belichtung der Pixel einer Time-of-Flight-Kamera einerseits und der realen Aussendung eines Lichtpulses (LP) zur Erzeugung des optischen Messsignals für diese Kamera andererseits zu messen und ggf. nachzuregeln oder nachzusteuern. Die Erfassung der Aussendung des Lichtpulses kann optisch gesteuert, spannungsgesteuert oder stromgesteuert erfolgen. Der Referenztakt wird bevorzugt durch einen MEMS Oszillator oder einen Quarzoszillator erzeugt. In der Beschreibung werden Vorrichtungen vorgeschlagen, die zur Anwendung im Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens bevorzugt geeignet sind.

Figure DE102017106076B3_0000
A method is provided for detecting the delay between a light pulse (LP) and a shutter-on signal (SON) to improve methods and apparatus for measuring the time-of-flight of light. A DLL generates based on a reference clock (RCK) a control signal (RS) for a master delay chain (MDL) so that their delay is in a predefinable or structurally predetermined fixed ratio to the period of the reference clock (RCK). With the control signal (RS), a second slave delay chain (SDL) is now readjusted in its delay and, since it is thermally well coupled to the master delay chain (MDL) by microintegration, thermally stabilized. The delay of the master delay chain (SDL) thus depends only on the period of the reference clock (RCK). The slave delay chain (SDL) is used to determine the delay between a shutter-on signal (SON) to control the exposure of the pixels of a time-of-flight camera on the one hand and the actual transmission of a light pulse (LP) to generate the On the other hand, to measure the optical measurement signal for this camera and, if necessary, readjust or follow-up. The detection of the emission of the light pulse can be optically controlled, voltage controlled or current controlled. The reference clock is preferably generated by a MEMS oscillator or a quartz oscillator. In the description, devices are proposed which are preferably suitable for use in the proposed method.
Figure DE102017106076B3_0000

Description

Oberbegriffpreamble

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Erfassung der Verzögerung zwischen einem Lichtpuls LP und einem Shutter-an-Signal (SON) zur Verbesserung von Verfahren und Vorrichtungen zur Messung der Lichtlaufzeit. Es fällt damit in die Klasse der Systeme, bei denen die Reflexion oder Wiederausstrahlung elektromagnetischer, hier optischer Wellen ausgewertet wird (G01S 17/00). Da die Laufzeit von Lichtpulsen ausgewertet werden soll, handelt es sich zusätzlich um ein System, das das gleichzeitige Messen der Entfernung und anderer Koordinaten mittels einer Kamera-Optik und eines bildgebenden Sensorelements zulässt (G01S 17/42). Typischerweise werden die Messdaten in bildlicher Form nach erfolgter Bilderzeugung (G01S 17/89) dargestellt.The invention is directed to a method for detecting the delay between a light pulse LP and a shutter-on signal (SON) for improving methods and devices for measuring the light transit time. It falls into the class of systems in which the reflection or re-emission of electromagnetic, here optical waves is evaluated (G01S 17/00). Since the duration of light pulses is to be evaluated, it is also a system that allows the simultaneous measurement of the distance and other coordinates by means of a camera optics and an imaging sensor element (G01S 17/42). Typically, the measured data are displayed in pictorial form after image generation (G01S 17/89).

Allgemeine EinleitungGeneral introduction

Kameras basierend auf dem Prinzip der Lichtlaufzeitmessung, im Folgenden Time-of-Flight-Kameras genannt, messen indirekt die Laufzeit (Zeitverzögerung Td) zwischen dem ausgesendeten Lichtpuls LP und dem empfangenen Lichtsignal (Siehe 1). Der Lichtpuls LP wird dabei durch ein Leuchtmittel ausgesandt. Als Leuchtmittel wird bevorzugt eine Leuchtdiode (im Folgenden auch mit LED bezeichnet) oder eine Laserdiode verwendet. Der ausgesandte Lichtpuls LP fällt auf ein Objekte oder Objektpunkte, deren Abstände bestimmt werden sollen. Jedes der Objekte bzw. jeder der Objektpunkte reflektiert nun einen Teil des Lichts des zuvor ausgesandten Lichtpulses LP. Typischerweise aber nicht notwendigerweise, bilden die Kamera und die Vorrichtung zur Aussendung der Lichtpulse LP eine Einheit. Die Reflektion des Lichtpulses LP durch die Objekte bzw. die Objektpunkte erfolgt nun so, dass das dermaßen reflektierte Licht des Lichtpulses LP auf ein fotoelektrisches Element, beispielsweise einen PN-Übergang, gelangt. Dort werden bevorzugt Elektron-Loch-Paare erzeugt, die bevorzugt durch ein im fotoelektrischen Element eingebautes Driftfeld abgesaugt werden können. Zumindest eine Polarität der dermaßen erzeugten Ladungsträger wird sodann bevorzugt in einer Kapazität gesammelt. Dabei kann das Potenzial einer Steuerelektrode diese Sammlung erlauben oder unterbinden. Diese Steuerelektrode wird im Folgenden als Shutter bezeichnet der durch ein Shutter-an-Signal oder ein daraus abgeleitetes Signal gesteuert wird. Somit wird in einem zeitlichen Zusammenhang mit dem Lichtpuls LP des Leuchtmittels, bevorzugt der Leuchtdiode oder der Laserdiode, der besagte elektronische Verschluss in Form eines ersten Shutters geöffnet und eine erste Ladungsmenge Q1, die in der Öffnungszeit in der lichtempfindlichen Schaltung des fotoelektrischen Elements erzeugt wird, in einer ersten Kapazität gespeichert. Im zeitlichen Zusammenhang mit dem Ende des Lichtpulses LP schließt der erste Shutter wieder. In der ersten Kapazität befindet sich dann die erste Ladungsmenge Q1. Mit dem Schließen des ersten Shutters wird ein zweiter Shutter geöffnet und eine zweite Ladungsmenge Q2 wird beispielsweise in einer zweiten Kapazität gesammelt. In dem Beispiel der 1 soll der Laser-Puls die eine zeitliche Laserpulslänge Ttrig besitzen. In dem Beispiel der 1 wird zum Öffnen des ersten Shutters das erste Messsignal MQ1 benutzt. Das erste Messsignal MQ1 wird als Shutter-an-Signal SON für das Messen der ersten Ladungsmenge Q1 genutzt.Cameras based on the principle of light transit time measurement, hereafter referred to as time-of-flight cameras, indirectly measure the transit time (time delay Td) between the emitted light pulse LP and the received light signal 1 ). The light pulse LP is emitted by a light source. The light source used is preferably a light-emitting diode (also referred to below as LED) or a laser diode. The emitted light pulse LP falls on an object or object points whose distances are to be determined. Each of the objects or each of the object points now reflects part of the light of the previously emitted light pulse LP. Typically, but not necessarily, the camera and the device for emitting the light pulses LP form a unit. The reflection of the light pulse LP by the objects or the object points now takes place in such a way that the light of the light pulse LP reflected in this way reaches a photoelectric element, for example a PN junction. There electron-hole pairs are preferably generated, which can preferably be sucked by a built-in photoelectric element drift field. At least one polarity of the charge carriers thus produced is then preferably collected in a capacitance. The potential of a control electrode may allow or inhibit this collection. This control electrode is referred to below as a shutter which is controlled by a shutter-on signal or a signal derived therefrom. Thus, in a temporal relationship with the light pulse LP of the luminous means, preferably the light emitting diode or the laser diode, said electronic shutter is opened in the form of a first shutter and a first charge amount Q1 generated in the opening time in the photosensitive circuit of the photoelectric element, stored in a first capacity. In temporal relation to the end of the light pulse LP, the first shutter closes again. In the first capacity is then the first charge amount Q1. With the closing of the first shutter, a second shutter is opened and a second charge amount Q2 is collected, for example, in a second capacity. In the example of 1 the laser pulse should have a temporal laser pulse length Ttrig. In the example of 1 the first measuring signal MQ1 is used to open the first shutter. The first measurement signal MQ1 is used as the shutter-on signal SON for measuring the first charge quantity Q1.

In dem Beispiel der 1 besitzt das erste Messsignal MQ1 einen ersten Messpuls MP1, während dessen die erste Ladungsmenge Q1 in der ersten Kapazität gesammelt wird. Der erste Messpuls MP1 beginnt in dem Beispiel der 1 synchron mit dem Beginn der Aussendung des Lichtpulses LP und endet synchron mit dem Ende der Aussendung des Lichtpulses LP. Der erste Messpuls MP1 hat somit in dem Beispiel der 1 die zeitliche erste Messpulsdauer TMP1, die in dem Beispiel der 1 der zeitlichen Lichtpulslänge Ttrig entspricht. Aus dem Stand der Technik sind andere erste Messpulse MP1 in zeitlicher Lage und Länge relativ zur zeitlichen Lage des Lichtpulses LP und dessen zeitlicher Lichtpulslänge Ttrig bekannt.In the example of 1 The first measurement signal MQ1 has a first measurement pulse MP1 during which the first charge amount Q1 in the first capacity is collected. The first measuring pulse MP1 starts in the example of 1 synchronously with the start of the emission of the light pulse LP and ends in synchronism with the end of the emission of the light pulse LP. The first measuring pulse MP1 thus has in the example of 1 the temporally first measuring pulse duration TMP1, which in the example of the 1 the temporal light pulse length Ttrig corresponds. Other first measuring pulses MP1 in temporal position and length relative to the temporal position of the light pulse LP and its temporal light pulse length Ttrig are known from the prior art.

In dem Beispiel der 1 besitzt das zweite Messsignal MQ2 einen zweiten Messpuls MP2, während dessen die zweite Ladungsmenge Q2 in der zweiten Kapazität gesammelt wird. Das zweite Messsignal MQ2 wird als Shutter-an-Signal SON für das Messen der zweiten Ladungsmenge Q2 genutzt. Der zweite Messpuls MP2 beginnt in dem Beispiel der 1 synchron mit dem Ende der Aussendung des Lichtpulses LP und damit mit dem Ende des ersten Messpulses MP1. In dem Beispiel der 1 hat der zweite Messpuls MP2 hat die zeitliche zweite Messpulsdauer TMP2, die in dem Beispiel der 1 der zeitlichen Lichtpulslänge Ttrig entspricht. Aus dem Stand der Technik sind andere zweite Messpulse MP2 in zeitlicher Lage und Länge relativ zur zeitlichen Lage des Lichtpulses LP und dessen zeitlicher Lichtpulslänge Ttrig bzw. in zeitlicher Lage und Länge relativ zum ersten Messpuls MP1 bekannt.In the example of 1 The second measurement signal MQ2 has a second measurement pulse MP2 during which the second charge amount Q2 in the second capacitance is collected. The second measurement signal MQ2 is used as the shutter-on signal SON for measuring the second charge quantity Q2. The second measuring pulse MP2 starts in the example of 1 synchronously with the end of the transmission of the light pulse LP and thus with the end of the first measuring pulse MP1. In the example of 1 has the second measuring pulse MP2 has the temporal second measuring pulse duration TMP2, which in the example of 1 the temporal light pulse length Ttrig corresponds. Other second measuring pulses MP2 in time position and length relative to the temporal position of the light pulse LP and its temporal light pulse length Ttrig or in temporal position and length relative to the first measuring pulse MP1 are known from the prior art.

Auf diese Weise werden im Raum oder Zeitmultiplex zwei Ladungsmengen Q1 und Q2 ermittelt. Das durch die Objekte und/oder Objektpunkte reflektierte Licht erreicht als reflektierter Puls RP das fotoelektrische Element verzögert um eine Zeit Td. Ist diese Zeitverzögerung Td Null, so ist die zweite Ladungsmenge typischerweise auch Null. Ist die Zeitverzögerung Td gleich oder größer der zeitlichen Lichtpulslänge Ttrig, so ist die erste Ladung Null und die zweite Ladung typischerweise von Null verschieden.In this way two charge quantities Q1 and Q2 are determined in space or time multiplex. The reflected light by the objects and / or object points reached as a reflected pulse RP, the photoelectric element delayed by a time Td. If this time delay Td is zero, then the second charge quantity is typically also zero. If the time delay Td is equal to or greater than the temporal light pulse length Ttrig, then the first charge is zero and the second charge is typically different from zero.

Aus den Ladungsmengen Q1 und Q2 kann nach der folgenden Formel die Zeitverzögerung Td und damit die Entfernung d berechnet werden. Td entspricht dabei der Lichtlaufzeit zwischen Aussendung des Lichtpulses LP und dem Empfang des reflektierten Pulses RP durch das fotoelektrische Element der Time-of-Flight-Kamera. d = c 2 T t r i g Q 2 Q 1 + Q 2

Figure DE102017106076B3_0001
From the charge quantities Q1 and Q2, the time delay Td and thus the distance d can be calculated according to the following formula. Td corresponds to the light transit time between transmission of the light pulse LP and the reception of the reflected pulse RP by the photoelectric element of the time-of-flight camera. d = c 2 T t r i G Q 2 Q 1 + Q 2
Figure DE102017106076B3_0001

Hierbei stehen d für den Abstand zu dem Objekt oder Objektpunkt, der bestimmt werden soll, und c für die Lichtgeschwindigkeit.Here d stands for the distance to the object or object point which is to be determined and c for the speed of light.

Die Messung der Entfernung d basiert auf der zeitgleichen Öffnung des ersten Shutters für die erste Ladungsmenge Q1 durch den ersten Messpuls MP1 des ersten Messsignals MQ1 und dem Beginn der Aussendung des Lichtpulses LP. Verzögert sich eines der beiden Signale um eine Zeit entsprechend einem zeitlichen Verzögerungsfehler, so ist die Messung der Entfernung d um diesen Verzögerungsfehler falsch. Beispielsweise entspricht ein Verzögerungsfehler von 1 ns einem Längenmessfehler von 15cm. Solche Verzögerungsfehler treten im Stand der Technik aber auf.The measurement of the distance d is based on the simultaneous opening of the first first charge amount shutter Q1 by the first measurement pulse MP1 of the first measurement signal MQ1 and the start of the emission of the light pulse LP. If one of the two signals is delayed by a time corresponding to a time delay error, then the measurement of the distance d by this delay error is incorrect. For example, a delay error of 1 ns corresponds to a length measurement error of 15 cm. However, such delay errors occur in the prior art.

Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise folgende Schutzrechte bekannt, die relevant für das Verständnis dieser Offenlegung sind:
DE 10 2009 020 218 B3 , DE 10 253 437 B4 , US 6 373 557 B1 , EP 1 040 366 B1 , EP 2 191 298 B1 , US 6 452 666 B1 , US 7 060 957 B2 , US 7 095 487 B2 , US 7 683 954 B2 , US 7 947 939 B2 , US 8 638 425 B2
For example, the following protection rights are known from the prior art, which are relevant for the understanding of this disclosure:
DE 10 2009 020 218 B3 . DE 10 253 437 B4 . US 6,373,557 B1 . EP 1 040 366 B1 . EP 2 191 298 B1 . US 6,452,666 B1 . US Pat. No. 7,060,957 B2 . US Pat. No. 7,095,487 B2 . US Pat. No. 7,683,954 B2 . US Pat. No. 7,947,939 B2 . US 8 638 425 B2

Aus der US 2006 / 0 164 141 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der ein Referenzsignalgenerator (Bezugszeichen 101 der US 2006 / 0 164 141 A1 ) ein Messsignal erzeugt, das zum einem über eine Übertragungsstrecke (Bezugszeichen 110 der US 2006 / 0 164 141 A1 ) geführt wird und zum anderen über eine gesteuerte Verzögerungsstrecke (Bezugszeichen 120 der US 2006 / 0 164 141 A1 ) geführt wird. Ein Phasendetektor (Bezugszeichen 130 der US 2006 / 0 164 141 A1 ) vermisst nun die Verzögerung zwischen dem Signal nach Durchgang durch die Übertragungsstrecke (Bezugszeichen 110 der US 2006 / 0 164 141 A1 9 und dem anderen Signal nach Durchgang durch die geregelte Verzögerungsstrecke (Bezugszeichen 120 der US 2006 / 0 164 141 A1 ). Eine Regelstrecke (Bezugszeichen 140 der US 2006 / 0 164 141 A1 ) regelt dann die Verzögerung in der gesteuerten Verzögerungstrecke (Bezugszeichen 120 der US 2006 / 0 164 141 A1 ) nach. Bei geeigneter Wahl der Regelgrößen, stellt sich nach einiger Zeit Phasengleichheit oder zumindest Phasenkonstanz ein. In diesem Zustand emuliert dann die gesteuerte Verzögerungsstrecke (Bezugszeichen 120) der US 2006 / 0 164 141 A1 ) die Verzögerung in der Übertragungsstrecke (Bezugszeichen 110 der US 2006 / 0 164 141 A1 ). Das Regelsignal wird gemäß der US 2006 / 0 164 141 A1 dann dazu benutzt um eine gleiche gesteuerte Verzögerungsstrecke (Bezugszeichen 150 der US 2006 / 0 164 141 A1 ) zur Verzögerung eines weiteren Signals zu benutzen, wobei die Verzögerung dieses weiteren Signals dann der in der Übertragungstrecke entspricht oder zumindest in einem festen Verhältnis dazu steht. Die US 2006 / 0 164 141 A1 offenbart aber kein Verfahren und keine Vorrichtung, um den zeitlichen Vorlauf dieses weiteren Signals gegenüber einem dritten Signal zu erfassen.From the US 2006/0 164 141 A1 a device is known in which a reference signal generator (reference numeral 101 of the US 2006/0 164 141 A1 ) generates a measuring signal, which for a via a transmission path (reference numeral 110 of the US 2006/0 164 141 A1 ) and on the other hand via a controlled delay line (reference numeral 120 of US 2006/0 164 141 A1 ) to be led. A phase detector (reference numeral 130 of FIG US 2006/0 164 141 A1 ) now measures the delay between the signal after passing through the transmission path (reference numeral 110 of US 2006/0 164 141 A1 9 and the other signal after passing through the controlled delay path (reference numeral 120 of US 2006/0 164 141 A1 ). A controlled system (reference 140 of the US 2006/0 164 141 A1 ) then controls the delay in the controlled delay line (reference numeral 120 of US 2006/0 164 141 A1 ) to. With a suitable choice of the controlled variables, phase equilibrium or at least phase constancy arises after some time. In this state, the controlled delay line (reference numeral 120) then emulates the US 2006/0 164 141 A1 ) the delay in the transmission path (reference numeral 110 of US 2006/0 164 141 A1 ). The control signal is in accordance with the US 2006/0 164 141 A1 then used for a same controlled delay path (reference numeral 150 of FIG US 2006/0 164 141 A1 ) to delay another signal to use, wherein the delay of this further signal then corresponds to that in the transmission path or is at least in a fixed ratio thereto. The US 2006/0 164 141 A1 however, does not disclose a method and apparatus for detecting the timing of this further signal against a third signal.

Aus der US 2014 / 0 232 475 A1 ist beispielsweise ein geeigneter Oszillator bekannt.From the US 2014/0 232 475 A1 For example, a suitable oscillator is known.

Dem vorgeschlagenen Verfahren liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die die obigen Nachteile des Stands der Technik durch Temperatur und betriebszustandsunabhängige Vermessung und ggf. Kompensation der unterschiedlichen Verzögerungen zur Eliminierung der Verzögerungsfehler nicht aufweist und weitere Vorteile aufweist.The proposed method is therefore based on the object to provide a solution which does not have the above disadvantages of the prior art by temperature and operating state-independent measurement and possibly compensation of the different delays to eliminate the delay errors and has further advantages.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by a device according to claim 1.

Lösung der erfindungsgemäßen AufgabeSolution of the problem of the invention

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Erfassung der Verzögerung zwischen einem Lichtpuls LP und einem Shutter-an-Signal (SON) zur Verbesserung von Verfahren und Vorrichtungen zur Messung der Lichtlaufzeit gelöst, bei dem das Shutter-an-Signal (SON) einen ersten und einen zweiten Zustand aufweist. Ein fotoelektrisches Element erzeugt bei Bestrahlung mit Licht elektrische Ladungsträger. Diese elektrischen Ladungsträger werden in Abhängigkeit davon, ob das Shutter-an-Signal (SON) sich im ersten oder zweiten Zustand befindet zu einer Ladungsmenge (Q1, Q2) gesammelt oder nicht gesammelt. Dabei findet diese Sammlung im ersten Zustand statt und im zweiten Zustand nicht. Der Lichtpuls LP wird in einem zeitlichen Zusammenhang mit einem Leuchtmittel-an-Signal (LON) erzeugt und durch ein Leuchtmittel (LED) ausgesendet. Dieser zeitliche Zusammenhang ist typischerweise durch die zeitlichen Verzögerungen der verschiedenen Schaltungsteile bei der Erzeugung der betreffenden Signale gegeben. Der feste zeitliche Zusammenhang ist insofern schaltungstechnisch zwar typischerweise fest vorgegeben, kann aber von Umwelt- und Betriebsbedingungen, wie beispielsweise der Temperatur, abhängen. Das Leuchtmittel-an-Signal (LON) steht typischerweise ebenfalls in einem solchen festen zeitlichen Zusammenhang mit dem Shutter-an-Signal (SON). Bezüglich dieses festen zeitlichen Zusammenhangs gilt wieder das Gleiche: Auch dieser feste zeitliche Zusammenhang ist insofern schaltungstechnisch zwar typischerweise fest vorgegeben, kann aber von Umwelt- und Betriebsbedingungen, wie beispielsweise der Temperatur, abhängen. Natürlich ist es denkbar, aber nicht besonders sinnvoll, diese festen zeitlichen Zusammenhänge zu modifizieren und damit eine Modulation hervorzurufen.The object is achieved by a method for detecting the delay between a light pulse LP and a shutter-on signal (SON) for improving methods and devices for measuring the light transit time, wherein the shutter-on signal (SON) a first and has a second state. A photoelectric element generates electric charge carriers when irradiated with light. These electric carriers are accumulated or not collected in an amount of charge (Q1, Q2) depending on whether the shutter-on signal (SON) is in the first or second state. This collection takes place in the first state and not in the second state. The light pulse LP is generated in a temporal relationship with a light-emitting-on signal (LON) and emitted by a light source (LED). This temporal relationship is typically given by the time delays of the various circuit parts in generating the respective signals. Although the fixed temporal relationship is typically fixed in terms of circuitry, it can be distinguished from environmental and operating conditions, such as, for example, the temperature, depend. The lamp-on-signal (LON) is typically also in such a fixed temporal relationship with the shutter-on-signal (SON). With regard to this fixed temporal relationship, the same applies again: although this fixed temporal relationship is typically predetermined in terms of circuitry, it may depend on environmental and operating conditions, such as temperature. Of course, it is conceivable, but not very useful, to modify these fixed temporal relationships and thus to produce a modulation.

Als nächster Schritt wird ein erfasstes Lichtpulssignal LPI generiert, das ein Signal für die Aussendung des Lichtpulses LP darstellen soll und möglichst synchron zu dessen Aussendung sein soll. Hierbei kommen im Wesentlichen drei Methoden in Frage:

  1. 1. Der Lichtpuls LP oder ein aus dem Lichtpuls LP durch Streuung oder sonstige optische Modifikation erzeugter Streulichtpuls SLP wird mittels einer Detektionsvorrichtung, insbesondere durch eine Fotodiode FD und durch eine erste Eingangsschaltung (ISM1) , erfasst und in ein erfasstes Lichtpulssignal LPI gewandelt.
  2. 2. Der elektrische Strom durch das Leuchtmittel LED wird mittels einer Detektionsvorrichtung, insbesondere durch einen Übertrager TR oder ein Hall-Element oder einen Shunt-Widerstand SR oder eine andere Strommessvorrichtung, sowie durch eine erste Eingangsschaltung ISM1 erfasst und in ein erfasstes Lichtpulssignal LPI gewandelt.
  3. 3. Das elektrische Potential eines elektrischen Anschlusses des Leuchtmittels LED oder eines Sendesignals LPS zur Ansteuerung des Leuchtmittels LED wird mittels einer Detektionsvorrichtung, insbesondere durch eine erste Eingangsschaltung ISM1, erfasst und in ein erfasstes Lichtpulssignal LPI gewandelt.
As a next step, a detected light pulse signal LPI is generated, which is to represent a signal for the transmission of the light pulse LP and should be as synchronous as possible with its transmission. There are essentially three methods of doing this:
  1. 1. The light pulse LP or a generated from the light pulse LP by scattering or other optical modification scattered light pulse SLP is detected by means of a detection device, in particular by a photodiode FD and by a first input circuit (ISM1), and converted into a detected light pulse signal LPI.
  2. 2. The electric current through the light emitting means LED is detected by means of a detection device, in particular by a transformer TR or a Hall element or a shunt resistor SR or another current measuring device, and by a first input circuit ISM1 and converted into a detected light pulse signal LPI.
  3. 3. The electrical potential of an electrical connection of the luminous means LED or a transmission signal LPS for controlling the luminous means LED is detected by means of a detection device, in particular by a first input circuit ISM1, and converted into a detected light pulse signal LPI.

Die zeitliche Verzögerung zwischen dem Shutter-an-Signal (SON) und dem erfassten Lichtpulssignal LPI wird in Form des Werts eines Messwertsignals (MD), insbesondere unter Benutzung einer Treiberschaltung SD für den Shutter und insbesondere unter Benutzung eines synchronen optischen Empfängers SOR, erfasst. Um nun eine optimale Korrektur zu erreichen werden das Shutter-an-Signal SON oder ein Leuchtmittel-an-Signal LON, das zur Steuerung des Leuchtmittels LED verwendet wird, durch eine zentrale Takteinheit CCU der vorgeschlagenen Time-of-Flight-Kamera, die diese beiden Signale (LON, SON) vorzugsweise erzeugt, nachgeregelt. Es wird also das Shutter-an-Signal SON in Abhängigkeit von dem Wert des Messwertsignal MD zeitlich verzögert oder das Leuchtmittel-an-Signal LON in Abhängigkeit von dem Wert des Messwertsignals MD zeitlich erzeugt. Es können auch beide Signale geregelt werden.The time delay between the shutter-on signal (SON) and the detected light pulse signal LPI is detected in the form of the value of a measured value signal (MD), in particular using a drive circuit SD for the shutter and in particular using a synchronous optical receiver SOR. In order to achieve an optimal correction, the shutter-on signal SON or a light-on-signal LON, which is used to control the light-emitting means LED, by a central clock unit CCU of the proposed time-of-flight camera using this both signals (LON, SON) preferably generated, readjusted. Thus, the shutter-on signal SON is delayed in time as a function of the value of the measured value signal MD, or the illuminant-on signal LON is generated in time as a function of the value of the measured value signal MD. Both signals can also be regulated.

Besonders bevorzugt werden die beiden Signale durch die Regelung der zentralen Takteinheit CCU der vorgeschlagenen Time-of-Flight-Kamera so erzeugt, dass das Shutter-an-Signal SON Pulse mit einer Shutter-an-Signal-Pulsbreite und mit einem zeitlichen Beginn dieser Pulse aufweist. Das erfasste Lichtpulssignal LPI weist dann aufgrund einer geeigneten Pulsansteuerung des Leuchtmittel-an-Signals LON ebenso Pulse mit einer Lichtpulssignalpulsbreite und mit einem zeitlichen Beginn der Pulse auf. Das Shutter-an-Signal SON wird in der zentralen Takteinheit CCU der vorgeschlagenen Time-of-Flight-Kamera in Abhängigkeit von dem Wert des Messwertsignals MD zeitlich so verzögert erzeugt, dass für zumindest ein Paar aus einem Puls des Shutter-an-Signals SON und einem Puls des erfassten Lichtpulssignal LPI der zeitliche Abstand zwischen dem Beginn des Pulses des Shutter-an-Signals SON und dem Beginn des Pulses des erfassten Lichtpulssignals LPI geringer als 10%, besser geringer als 5%, besser geringer als 2%, besser geringer als 1% der Lichtpulssignalpulsbreite und geringer als 10%, besser geringer als 5%, besser geringer als 2%, besser geringer als 1% der Shutter-an-Signal-Pulsbreite ist.Particularly preferably, the two signals are generated by the control of the central clock unit CCU of the proposed time-of-flight camera so that the shutter-on signal SON pulses with a shutter-to-signal pulse width and with a time start of these pulses having. The detected light pulse signal LPI then also has pulses with a light pulse signal pulse width and with a temporal beginning of the pulses on the basis of a suitable pulse control of the lamp-on signal LON. The shutter-on signal SON is generated in the central clock unit CCU of the proposed time-of-flight camera in dependence on the value of the measured value signal MD delayed in time such that for at least one pair of a pulse of the shutter-on signal SON and a pulse of the detected light pulse signal LPI, the time interval between the beginning of the pulse of the shutter-on signal SON and the beginning of the pulse of the detected light pulse signal LPI less than 10%, better less than 5%, better less than 2%, better less than 1% of the light pulse signal pulse width and less than 10%, better less than 5%, better less than 2%, better still less than 1% of the shutter-to-signal pulse width.

Neben dieser Regelung ist ein wesentlicher Teil des vorgeschlagenen Verfahrens ein Teilverfahren zur Erfassung der Verzögerung zwischen einem Lichtpuls LP und einem Shutter-an-Signal SON zur Verbesserung von Verfahren und Vorrichtungen zur Messung der Lichtlaufzeit. Das Shutter-an-Signal SON weist wieder zumindest einen Shutter-an-Signal-Puls mit einem Beginn des Shutter-an-Signal-Pulses und einer Shutter-an-Signal-Pulsbreite auf. Ebenso weist der Lichtpuls LP einen zeitlichen Beginn und eine zeitliche Lichtpulsbreite auf. Das Teilverfahren umfasst das Bereitstellen eines Referenztakts RCK, das Bereitstellen einer DLL (Delay-Locked-Loop), die eine Master-Verzögerungskette MDL als Verzögerungskette mit einstellbarer zeitlicher Verzögerung umfasst. Dabei hängt die Verzögerung der Master-Verzögerungskette MDL von einem in der DLL gebildeten Regelsignal RS ab. Das Teilverfahren umfasst weiter das Synchronisieren der DLL mit dem Referenztakt RCK und die Erzeugung des Regelsignals RS, sowie das Bereitstellen einer Slave-Verzögerungskette SDL. Die Slave-Verzögerungskette SDL weist einen Eingang und eine Kette von Knoten innerhalb der Slave-Verzögerungskette SDL auf. Des Weiteren weist die Slave-Verzögerungskette SDL einen Enable-Eingang EN auf, der die Knoten der Slave-Verzögerungskette SDL einfriert, also eine Veränderung der logischen Werte der Ausgangsknoten der speziellen Inverter (SI1, SI2, .... SI(n-1), SIn) innerhalb der Slave-Verzögerungskette (SDL) verhindert, wenn er sich in einem ersten logischen Zustand befindet und der den Transport einer logischen Information von Knoten zu Knoten innerhalb der Slave-Verzögerungskette SDL zulässt, wenn er sich in einem zweiten logischen Zustand befindet. Das Teilverfahren umfasst des Weiteren das Einspeisen des Shutter-an-Signals SON oder eines daraus abgeleiteten Signals (SOND, SONDI) in den Eingang der Slave-Verzögerungskette SDL. Die Verzögerung während des zeitlichen Durchlaufs des Shutter-an-Signals SON bzw. des daraus abgeleiteten Signals (SOND, SONDI) durch die Slave-Verzögerungskette SDL hängt dabei vom Regelsignals RS ab. Im nächsten Schritt des Teilverfahrens wird wieder das erfasste Lichtpulssignal LPI ermittelt. Hierfür kommen wieder drei grundsätzliche Schritte in Frage:

  1. 1. Das Erfassen des Lichtpulses LP oder eines aus dem Lichtpuls LP durch Streuung oder sonstige optische Modifikation erzeugten Streulichtpulses SLP mittels einer Detektionsvorrichtung, insbesondere durch eine Fotodiode FD und durch eine erste Eingangsschaltung ISM1, und Wandlung in ein erfasstes Lichtpulssignal LPI, wodurch das erfasste Lichtpulssignal LPI einen Empfangspuls aufweist, der mit dem Lichtpuls LP oder dem Streulichtpuls SLP in einem festen zeitlichen Zusammenhang steht.
  2. 2. Das Erfassen des elektrischen Stroms durch das Leuchtmittel LED mittels einer Detektionsvorrichtung, insbesondere durch einen Übertrager TR oder ein Hall-Element oder einen Shunt-Widerstand SR oder eine andere Strommessvorrichtung, sowie durch eine erste Eingangsschaltung ISM1, und Wandlung in ein erfasstes Lichtpulssignal LPI, wodurch das erfasste Lichtpulssignal LPI einen Empfangspuls aufweist, der mit dem Lichtpuls LP oder dem Streulichtpuls SLP in einem festen zeitlichen Zusammenhang steht.
  3. 3. Das Erfassen des elektrischen Potentials eines elektrischen Anschlusses des Leuchtmittels LED oder eines Sendesignals LPS zur Ansteuerung des Leuchtmittels LED mittels einer Detektionsvorrichtung, insbesondere durch eine erste Eingangsschaltung ISM1, und Wandlung in ein erfasstes Lichtpulssignal LPI, wodurch das erfasste Lichtpulssignal LPI einen Empfangspuls aufweist, der mit dem Lichtpuls LP oder dem Streulichtpuls SLP in einem festen zeitlichen Zusammenhang steht.
In addition to this regulation, an essential part of the proposed method is a sub-method for detecting the delay between a light pulse LP and a shutter-on signal SON for improving methods and devices for measuring the light transit time. The shutter-on signal SON again has at least one shutter-to-signal pulse with a start of the shutter-to-signal pulse and a shutter-to-signal pulse width. Likewise, the light pulse LP has a temporal beginning and a temporal light pulse width. The sub-method comprises providing a reference clock RCK, providing a DLL (delay-locked loop) comprising a master delay chain MDL as a delay adjustable delay chain. In this case, the delay of the master delay chain MDL depends on a control signal RS formed in the DLL. The sub-method further comprises synchronizing the DLL with the reference clock RCK and generating the control signal RS, as well as providing a slave delay chain SDL. The slave delay chain SDL has an input and a chain of nodes within the slave delay chain SDL. Furthermore, the slave delay chain SDL has an enable input EN which freezes the nodes of the slave delay chain SDL, ie a change in the logic values of the output nodes of the special inverters (SI 1 , SI 2 ,... SI ( n -1 ), SI n ) within the slave delay chain (SDL) prevents when it is in a first logical state and the transport allows logical information from node to node within the slave delay chain SDL when in a second logical state. The sub-method further comprises feeding the shutter-on signal SON or a signal derived therefrom (SOND, SONDI) into the input of the slave delay chain SDL. The delay during the passage of the shutter-on signal SON or the signal derived therefrom (SOND, SONDI) through the slave delay chain SDL depends on the control signal RS. In the next step of the partial method, the detected light pulse signal LPI is determined again. Here are three basic steps in question:
  1. Detecting the light pulse LP or a scattered light pulse SLP generated by the light pulse LP by scattering or other optical modification by means of a detection device, in particular by a photodiode FD and by a first input circuit ISM1, and conversion into a detected light pulse signal LPI, whereby the detected light pulse signal LPI has a reception pulse which is in a fixed temporal relationship with the light pulse LP or the scattered light pulse SLP.
  2. 2. The detection of the electric current through the light emitting means LED by means of a detection device, in particular by a transformer TR or a Hall element or a shunt resistor SR or other current measuring device, and by a first input circuit ISM1, and conversion to a detected light pulse signal LPI whereby the detected light pulse signal LPI has a receiving pulse which is in a fixed temporal relationship with the light pulse LP or the scattered light pulse SLP.
  3. 3. The detection of the electrical potential of an electrical connection of the luminous means LED or a transmission signal LPS for controlling the luminous means LED by means of a detection device, in particular by a first input circuit ISM1, and conversion into a detected light pulse signal LPI, whereby the detected light pulse signal LPI has a received pulse, which is in a fixed temporal relationship with the light pulse LP or the scattered light pulse SLP.

Als weitere Schritte umfasst das vorgeschlagene Teilverfahren das Einspeisen des erfassten Lichtpulssignals LPI in den Enable-Eingang EN der Slave-Verzögerungskette SDL in der Art, dass vor dem Beginn des Empfangspulses sich das erfasste Lichtpulssignal LPI und damit der Enable-Eingang der Slave-Verzögerungskette SDL im zweiten Zustand befindet und dass nach Beginn des Empfangspulses sich das erfasste Lichtpulssignal LPI und damit der Enable-Eingang der Slave-Verzögerungskette SDL im ersten Zustand befindet. Die Erzeugung eines Messwertsignals MD in Abhängigkeit von den logischen Zuständen der Knoten innerhalb der Slave-Verzögerungskette SDL nach Beginn des Empfangspulses und bevorzugt vor dem Ende des Empfangspulses schließt das Teilverfahren zur Ermittlung dieses Messwertes ab, sodass dieser Wert des Messwertsignals MD oder eines daraus abgeleiteten Signals als Messwert der Verzögerung zwischen dem Lichtpuls LP und dem Shutter-an-Signal SON weiterverwendet werden kann.As further steps, the proposed sub-method comprises feeding the detected light pulse signal LPI into the enable input EN of the slave delay chain SDL in such a way that before the start of the received pulse, the detected light pulse signal LPI and thus the enable input of the slave delay chain SDL is in the second state and that after the start of the received pulse, the detected light pulse signal LPI and thus the enable input of the slave delay chain SDL is in the first state. The generation of a measured value signal MD as a function of the logical states of the nodes within the slave delay chain SDL after the start of the received pulse and preferably before the end of the received pulse completes the sub-method for determining this measured value, so that this value of the measured value signal MD or of a signal derived therefrom can be used as the measured value of the delay between the light pulse LP and the shutter-on signal SON.

Besonders bevorzugt wird der Referenztakt RCK mittels eines Quarzoszillators oder mittels eines MEMS-Oszillators erzeugt. Letzterer kann besonders bevorzugt mit einer Vorrichtung, die wesentliche Teile des Verfahrens ausführt, auf einem Substrat mikrotechnisch ko-integriert werden oder zumindest in einem mikrosystemtechnischen Gehäuse untergebracht werden.Particularly preferably, the reference clock RCK is generated by means of a quartz oscillator or by means of a MEMS oscillator. The latter can particularly preferably be co-integrated micronically on a substrate or at least housed in a microsystem housing with a device that performs essential parts of the method.

Dieses Teilverfahren kann nun so erweitert werden, dass wieder die zuvor beschriebene Regelung möglich wird: Daher kann das Teilverfahren um die Schritte des Erfassens der Verzögerung zwischen dem Lichtpuls LP und einem Shutter-an-Signal SON mittels des zuvor beschriebenen Teilverfahrens und die zusätzliche Erzeugung des Lichtpulses LP in der Art, dass der Beginn des Lichtpulses LP von dem Wert des Messwertsignals MD abhängt, ergänzt werden. Statt der Regelung des Lichtpulses LP kann auch das Shutter-an-Signal (SON) geregelt werden. Das Teilverfahren umfasst dann ein Teilverfahren zur Erzeugung eines Shutter-an-Signals (SON) mit Pulsen mit den Schritten der Erfassung der Verzögerung zwischen einem Lichtpuls LP und dem Shutter-an-Signal SON mittels des zuvor beschriebenen Teilverfahrens und die Erzeugung eines Pulses auf dem Shutter-an-Signals SON in der Art, dass der Beginn des Pulses auf dem Shutter-an-Signal SON von dem Wert des Messwertsignals (MD) abhängt.This sub-method can now be extended so that the regulation described above becomes possible again. Therefore, the sub-method can be the steps of detecting the delay between the light pulse LP and a shutter-on signal SON by means of the partial method described above and the additional generation of the Light pulse LP in the manner that the beginning of the light pulse LP depends on the value of the measured value signal MD, to be supplemented. Instead of controlling the light pulse LP, the shutter-on signal (SON) can also be regulated. The sub-method then comprises a sub-method for generating a shutter-on signal (SON) with pulses comprising the steps of detecting the delay between a light pulse LP and the shutter-on signal SON by means of the sub-method described above and generating a pulse on the latter Shutter-on-signal SON in such a way that the beginning of the pulse on the shutter-on signal SON depends on the value of the measured value signal (MD).

Kern einer Vorrichtung zur Durchführung der oben vorgeschlagenen Verfahren ist somit eine Vorrichtung zur Verzögerung eines Signals, hier eines erfassten Shutter-Signals SONDI. Die vorgeschlagene Vorrichtung umfasst einen Referenzoszillator OSZ, der einen Referenztakt RCK erzeugt. Dieser Referenzoszillator OSZ wird bevorzugt als Quarzoszillator oder als MEMS-Oszillator ausgeführt. Bevorzugt wird der Quarzoszillator bzw. der MEMS-Oszillator im gleichen Mikrosystemgehäuse untergebracht wie der IC der Time-of-Flight-Kamera. Im Falle eines MEMS-Oszillators wird der MEMS-Oszillator bevorzugt auf dem gleichen Substrat wie der Rest der Schaltung der Time-of-Flight-Kamera untergebracht. Des Weiteren umfasst die vorgeschlagene Vorrichtung eine DLL (Delay-Locked-Loop). Die DLL weist einen Phasendetektor (PD, IDLL) auf. In dem hier weiter unten diskutierten Beispiel liefert der Phasendetektor PD selbst ein Spannungssignal, während der Schleifenfilter LF ein Stromeingangssignal erfordert. Daher wird in dem Beispiel weiter unten der Ausgang des Phasendetektors PD der DLL mittels einer durch den Phasendetektor PD schaltbaren Stromquelle IDLL in einen Stromausgang gewandelt. Insofern können der Phasendetektor PD des Beispiels weiter unten und die schaltbare Stromquelle IDLL als ein einziger Phasendetektor mit Stromausgang aufgefasst werden. Der Phasendetektor (PD, IDLL) speist mit seinem Phasenlagenmessergebnis einen Schleifenfilter LF der DLL. Der Ausgang des Schleifenfilters LF der DLL stellt dabei das Regelsignal RS der DLL dar. Insofern ist die Übertragungscharakteristik des Schleifenfilters LF für die spätere Stabilität des Regelkreises wichtig. Die DLL weist darüber hinaus eine Masterverzögerungskette MDL mit einem Eingang und einem Ausgang DLO auf. Die Verzögerung in der Master-Verzögerungskette MDL der DLL hängt vom Regelsignal RS ab. Der Phasendetektor (PD, IDLL) der DLL speist das Schleifenfilter LF der DLL in Abhängigkeit der Phasenlage zumindest eines Paares aus einer steigenden und/oder fallenden Flanke des Referenztakts RCK im Vergleich zu zumindest einer steigenden und/oder fallenden Flanke des Ausgangs DLO der Master-Verzögerungskette MDL der DLL. Welche Kombination aus steigenden oder fallenden Flanken genutzt wird, hängt von der Konstruktion des Phasendetektors ab. Auch muss konstruktionsabhängig nicht jede Flanke genutzt werden. Die vorgeschlagene Vorrichtung umfasst des Weiteren eine Slave-Verzögerungskette SDL mit einem Eingang, der in dem hier diskutierten Fall mit dem erfassten Shutter-Signal SONDI verbunden ist einerseits und mit mindestens einen Ausgang der Slave-Verzögerungskette SDL oder einem Ende der Slave-Verzögerungskette SDL andererseits. In dem hier diskutierten Fall werden vorzugsweise alle Ausgänge aller speziellen Inverter (SI1, SI2, .... SI(n-1), SIn) innerhalb der Slave-Verzögerungskette SDL aus diesen speziellen Invertern (SI1, SI2, .... SI(n-1), SIn) als Ausgang verwendet. Die Verzögerung der speziellen Inverter (SI1, SI2, .... SI(n-1), SIn) und damit die Verzögerung in der Slave-Verzögerungskette SDL hängt in der vorgeschlagenen Vorrichtung von dem Regelsignal RS der DLL ab. Da die speziellen Inverter (SI1, SI2, .... SI(n-1), SIn) der Slave-Verzögerungskette SDL matchend zu den speziellen Invertern (MI1, MI2, .... MI(n-1), MIn) der Master-Verzögerungskette MDL konstruiert und auf dem gleichen Halbleitersubstrat gefertigt sein sollen, unterliegt die Verzögerungszeit der Slave-Verzögerungskette SDL den gleichen thermischen Schwankungen und Betriebseinflüssen, wie die Verzögerungszeit der Master-Verzögerungskette MDL. Des Weiteren ist die Regelempfindlichkeit der Verzögerungszeit eines speziellen Inverters (SI1, SI2, .... SI(n-1), SIn) der Slave-Verzögerungskette SDL in Abhängigkeit vom Regelsignal RS gleich der Regelempfindlichkeit der Verzögerungszeit eines speziellen Inverters (MI1, MI2, .... MI(n-1), MIn) der Master-Verzögerungskette MDL in Abhängigkeit vom Regelsignal RS . Da die Master-Verzögerungskette MDL durch die DLL-Regelung auf gleiche Verzögerung in Abhängigkeit von der Periodendauer des Referenztakts RCK ausgeregelt wird, wird damit auch die Verzögerung der Slave-Verzögerungskette SDL durch die DLL-Regelung auf gleiche Verzögerung in Abhängigkeit von der Periodendauer des Referenztakts RCK ausgeregelt. Somit wird die Verzögerung der Slave-Verzögerungskette nur noch durch die Periodendauer des Referenztakts RCK bestimmt. Aus diesem Grunde ist es besonders sinnvoll einen Oszillator mit einer hohen Güte für die Speisung des Referenztakts RCK zu verwenden. Hierbei kommen vor allem Quarz- und MEMS-Oszillatoren in Frage.The core of a device for carrying out the methods proposed above is thus a device for delaying a signal, here a detected shutter signal SONDI. The proposed device comprises a reference oscillator OSZ, which generates a reference clock RCK. This reference oscillator OSZ is preferably designed as a quartz oscillator or as a MEMS oscillator. The quartz oscillator or the MEMS oscillator is preferably accommodated in the same microsystem housing as the IC of the time-of-flight camera. In the case of a MEMS oscillator, the MEMS oscillator is preferably placed on the same substrate as the rest of the circuit of the time-of-flight camera. Furthermore, the proposed device comprises a DLL (delay-locked loop). The DLL has a phase detector (PD, IDLL). In the example discussed further below, the phase detector provides PD itself a voltage signal, while the loop filter LF requires a current input signal. Therefore, in the example below, the output of the phase detector PD of the DLL is converted into a current output by means of a current source IDLL switchable by the phase detector PD. As such, the phase detector PD of the example below and the switchable current source IDLL may be construed as a single current output phase detector. The phase detector (PD, IDLL) supplies with its phase position measurement a loop filter LF of the DLL. The output of the loop filter LF of the DLL represents the control signal RS of the DLL. In this respect, the transfer characteristic of the loop filter LF is important for the later stability of the control loop. The DLL also has a master delay chain MDL with an input and an output DLO. The delay in the master delay chain MDL of the DLL depends on the control signal RS. The phase detector (PD, IDLL) of the DLL feeds the loop filter LF of the DLL as a function of the phase position of at least one pair from a rising and / or falling edge of the reference clock RCK compared to at least one rising and / or falling edge of the output DLO of the master clock. Delay chain MDL of DLL. Which combination of rising or falling edges is used depends on the design of the phase detector. Also, depending on the design, not every flank must be used. The proposed device further comprises a slave delay chain SDL with an input which is connected in the case discussed here with the detected shutter signal SONDI on the one hand and with at least one output of the slave delay chain SDL or one end of the slave delay chain SDL on the other , In the case discussed here, preferably all the outputs of all special inverters (SI 1 , SI 2 ,... SI (n - 1) , SI n ) within the slave delay chain SDL are selected from these special inverters (SI 1 , SI 2 , .... SI (n-1) , SI n ) is used as the output. The delay of the special inverters (SI 1 , SI 2 ,... SI (n-1) , SI n ) and thus the delay in the slave delay chain SDL in the proposed device depends on the control signal RS of the DLL. As the specific inverter (SI 1, SI 2 SI .... (n-1), SI n) of the slave delay line SDL matchend to the specific inverters (MI 1, MI 2, MI .... (n- 1) , MI n ) of the master delay chain MDL and to be fabricated on the same semiconductor substrate, the delay time of the slave delay chain SDL is subject to the same thermal fluctuations and operational influences as the delay time of the master delay chain MDL. Furthermore, the control sensitivity of the delay time of a specific inverter (SI 1 , SI 2 ,... SI (n-1) , SI n ) of the slave delay chain SDL in dependence on the control signal RS is equal to the control sensitivity of the delay time of a specific inverter ( MI 1 , MI 2 , .... MI (n-1) , MI n ) of the master delay chain MDL in response to the control signal RS. Since the master delay chain MDL is regulated by the DLL control to equal delay as a function of the period of the reference clock RCK, so is the delay of the slave delay chain SDL by the DLL control to the same delay as a function of the period of the reference clock RCK adjusted. Thus, the delay of the slave delay chain is determined only by the period of the reference clock RCK. For this reason, it is particularly useful to use a high-quality oscillator for feeding the reference clock RCK. Especially quartz and MEMS oscillators come into question here.

Damit die Verzögerung der Slave-Verzögerungskette keinen thermischen Schwankungen mehr unterliegt, müssen die Schaltung der Slave-Verzögerungskette SDL und die Schaltung der Master-Verzögerungskette MDL miteinander thermisch gekoppelt sein. Dies geschieht durch die Fertigung auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat.So that the delay of the slave delay chain is no longer subject to thermal fluctuations, the circuit of the slave delay chain SDL and the circuit of the master delay chain MDL must be thermally coupled to one another. This is done by manufacturing on a common semiconductor substrate.

Figurenlistelist of figures

  • 1 zeigt das indirekte Time-of-Flight Prinzip entsprechend dem Stand der Technik. 1 shows the indirect time-of-flight principle according to the prior art.
  • 2 zeigt das Prinzipschaltbild der Takterzeugung der vorgeschlagenen Vorrichtung. 2 shows the schematic diagram of the clock generation of the proposed device.
  • 3 zeigt die Komponenten der vorgeschlagenen Vorrichtung zu Messung der Verzögerung. 3 shows the components of the proposed device for measuring the delay.
  • 4 zeigt die Slave-Verzögerungskette SDL und die DLL mit der Master-Verzögerungskette MDL. 4 shows the slave delay chain SDL and the DLL with the master delay chain MDL.
  • 5 zeigt einen beispielhaften speziellen Tri-State-Inverter, wie er in der Master-Verzögerungskette MDL und der Slave-Verzögerungskette SDL zum Einsatz kommen kann. 5 shows an exemplary special tri-state inverter, as it can be used in the master delay chain MDL and the slave delay chain SDL.
  • 6 zeigt eine beispielhafte erste Eingangsschaltung ISM1 für eine optische Einkopplung des Lichtpulses LP oder des Streulichtpulses SLP über eine Fotodiode FD. 6 shows an exemplary first input circuit ISM1 for optical coupling of the light pulse LP or the scattered light pulse SLP via a photodiode FD.
  • 7 zeigt eine beispielhafte zweite Eingangsschaltung ISM2 für den Shutter-Signalpfad zum Laufzeitausgleich und zur Verwendung zusammen mit der beispielhaften ersten Eingangsschaltung ISM1 aus 6. 7 shows an exemplary second input circuit ISM2 for the shutter signal path for delay compensation and for use together with the exemplary first input circuit ISM1 6 ,
  • 8 zeigt eine beispielhafte erste Eingangsschaltung ISM1 für eine elektrische Einkopplung des Signals des elektrischen Stroms durch das Leuchtmittel LED mittels eines Shunt-Widerstands SR. 8th shows an exemplary first input circuit ISM1 for electrical coupling of the signal of the electric current through the light emitting diode LED by means of a shunt resistor SR.
  • 9 zeigt eine beispielhafte zweite Eingangsschaltung ISM2 für den Shutter-Signalpfad zum Laufzeitausgleich und zur Verwendung zusammen mit der beispielhaften ersten Eingangsschaltung ISM1 aus 8 oder aus 10. 9 shows an exemplary second input circuit ISM2 for the shutter signal path for delay compensation and for use with the exemplary first input circuit ISM1 8th or off 10 ,
  • 10 zeigt eine beispielhafte erste Eingangsschaltung ISM1 für eine elektrische Einkopplung des Signals des Stroms durch das Leuchtmittel LED mittels eines Übertragers TR. 10 shows an exemplary first input circuit ISM1 for electrical coupling of the signal of the current through the light emitting diode LED by means of a transformer TR.
  • 11 entspricht dem oberen Teil der 2 mit dem Unterschied, dass das Messsignal MD und das Regelsignal RS im synchronen optischen Empfänger SOR erzeugt werden und in die zentrale Takteinheit CCU der vorgeschlagenen Time-of-Flight-Kamera zurückgeleitet werden, um die relative Zeitposition der Pulse auf dem Leuchtmittel-an-Signal LON und der Pulse auf dem Shutter-an-Signal SON mit dem Ziel der Synchronizität zu regeln. 11 corresponds to the upper part of the 2 with the difference that the measurement signal MD and the control signal RS are generated in the synchronous optical receiver SOR and are fed back to the central clock unit CCU of the proposed time-of-flight camera to determine the relative time position of the pulses on the lamp-on signal LON and the pulses on the shutter-on signal SON with the goal of synchronicity to regulate.
  • 12 zeigt eine beispielhafte Vorrichtung zur Verzögerung der Pulse auf dem Leuchtmittel-an-Signal LON und der Pulse auf dem Shutter-an-Signal SON gegenüber den Pulsen auf dem Leuchtmittel-an-Signal LON in Abhängigkeit vom Messwertsignal MD mittels einer regelbaren Takteinheit-Verzögerungskette CDL aus speziellen Invertern (CI1, CI2, ..... CI(n-1), CIn) und einem Multiplexer MUX. 12 shows an exemplary device for delaying the pulses on the bulb-on signal LON and the pulses on the shutter-on signal SON against the pulses on the bulb-on signal LON in response to the measured value signal MD by means of a controllable clock unit delay chain CDL from special inverters (CI 1 , CI 2 , ..... CI (n-1) , CI n ) and a multiplexer MUX.
  • 13 zeigt die mit der DLL und einem Oszillator OSZ stabilisierte Slave-Verzögerungsstrecke SDL der 4 separat. 13 shows the stabilized with the DLL and an oscillator OSZ slave delay line SDL the 4 separately.

Beschreibung der FigurenDescription of the figures

Die Erfindung wird nun anhand der Figuren näher erläutert. Auf 1 ist im Zusammenhang mit dem Stand der Technik bereits eingegangen worden.The invention will now be explained in more detail with reference to FIGS. On 1 has already been discussed in connection with the prior art.

2 zeigt die Prinzipschaltung der Takterzeugung einer Time-of-Flight Kamera. Mit einer zentralen Takteinheit (CCU) werden die Steuersignale (LON, SON) für den Lichtpuls LP, das Lichtpuls-an-Signal LON, und für den Shutter, das Shutter-an-Signal SON, erzeugt. Am Ausgang der Takterzeugung (CCU) sind diese Steuersignale (LON, SON) im Allgemeinen noch ohne Regelung zeitlich synchron. 2 shows the basic circuit of the clock generation of a time-of-flight camera. With a central clock unit ( CCU ), the control signals ( LON . SON ) for the light pulse LP , the light pulse on signal LON, and for the shutter, the shutter-on signal SON , generated. At the output of the clock generation ( CCU ) are these control signals ( LON . SON ) are generally synchronous in time without regulation.

Auf dem Kamera-IC befinden sich der Treiber SD für den Shutter sowie eine Vorstufe für den vorzugsweise IC-externen Treiber des Leuchtmittels zur Erzeugung des Lichtpulses LP, vorzugsweise für den Laser bzw. für die LED (LD). Zur Versorgung des Leuchtmittels zur Erzeugung des Lichtpulses LP, vorzugsweise eine Leuchtdiode (LED) oder ein Laser, mit elektrischer Energie wird zumeist ein von der übrigen elektrischen Schaltung getrennter Leistungstreiber benötigt, da die Sendeströme des Leuchtmittels, bevorzugt der Leuchtdiode oder des Lasers, im allgemeinen bei einigen A oder einigen 10A liegen, und auf einer integrierten Schaltung der Time-of-Flight-Kamera nicht mehr sinnvoll ohne thermische Probleme und Kostenprobleme infolge der notwendigen Chipfläche zu handhaben sind. Im Folgenden wird dieser vorzugsweise mikroelektronisch integrierte Teil der Time-of-Flight-Kamera mit IC bezeichnet.On the camera IC are the driver SD for the shutter as well as a preliminary stage for the preferably IC -external driver of the light source for generating the light pulse LP , preferably for the laser or for the LED ( LD ). For supplying the light source for generating the light pulse LP, preferably a light emitting diode ( LED ) or a laser, with electrical energy is usually required a separate from the rest of the electrical circuit power driver, since the transmission currents of the lamp, preferably the light emitting diode or the laser, are generally at some A or some 10A, and on an integrated circuit of Time -of-flight camera are no longer useful without thermal problems and cost problems due to the necessary chip area to handle. In the following, this preferably microelectronic integrated part of the time-of-flight camera with IC designated.

Sowohl die internen, in das IC integrierten Treiber, wie auch der externe, außerhalb des ICs befindliche Treiber führen zu unerwünschten, typischerweise ungleichen jeweiligen Zeitverzögerungen, die die Entfernungsmessung durch eine entsprechende Asynchronität des ersten Messpulses MPQ1 und zweiten Messpulses MPQ2 mit dem Lichtpuls LP verfälschen. Der Ausgang LOND der IC internen Treiberschaltung LD für das Leuchtmittel, vorzugsweise für den Laser bzw. für die LED, ist somit gegenüber dem ursprünglichen Leuchtmittel-an-Signal LON der zentralen Takteinheit CCU der vorgeschlagenen Time-of-Flight-Kamera verzögert. Der Ausgang SOND der Treiberschaltung (SD) für den Shutter ist gegenüber dem Shutter-an-Signal SON der zentralen Takteinheit CCU der vorgeschlagenen Time-of-Flight-Kamera ebenfalls, aber typischerweise eben anders verzögert. Somit wird hier ein Verzögerungsfehler erzeugt. Der von dem eigentlichen Leuchtmittel, also typischerweise dem Laser oder der Leuchtdiode (LED), transmittierte Lichtpuls LP ist gegenüber dem Signal am Ausgang LOND der IC internen Treiberschaltung LD für das Leuchtmittel, vorzugsweise den Laser bzw. die Leuchtdiode, nochmals verzögert.Both the internal, in the IC integrated drivers, as well as the external, located outside the IC drivers lead to undesirable, typically unequal respective time delays, the distance measurement by a corresponding asynchronism of the first measuring pulse MPQ1 and second measuring pulse MPQ2 with the light pulse LP distort. The output LOND the IC internal driver circuit LD for the light source, preferably for the laser or for the LED , is thus opposite the original bulb-on signal LON the central clock unit CCU delayed the proposed time-of-flight camera. The exit SOND the driver circuit ( SD ) for the shutter is opposite to the shutter-on signal SON the central clock unit CCU the proposed time-of-flight camera also, but typically just delayed differently. Thus, a delay error is generated here. That of the actual lamp, so typically the laser or the light emitting diode ( LED ), transmitted light pulse LP is opposite to the signal at the output LOND the IC internal driver circuit LD for the light source, preferably the laser or the light emitting diode, delayed again.

Somit ergibt sich der besagte, konstruktionsbedingte zeitliche Verzögerungsfehler Te, der sich als Entfernungsmessfehler auf die bestimmte Entfernung d niederschlägt.Thus, the said, construction-related temporal delay error results Te that addresses distance measurement errors at the specific distance d reflected.

Bei der Beschreibung oben ist es irrelevant, ob der erste oder der zweite Shutter oder beide Shutter von solchen Verzögerungsfehlern betroffen sind, weshalb die Beschreibung oben zur Vereinfachung nur von einem Shutter spricht. Das Gesagte gilt für beide Shutter und damit für die Bestimmung beider Ladungsmengen, der ersten Ladungsmenge Q1 und der zweiten Ladungsmenge Q2.In the above description, it is irrelevant whether the first or the second shutter or both shutters are affected by such delay errors, and therefore the description above speaks of a shutter only for the sake of simplicity. The above applies to both shutters and thus to the determination of both charge quantities, the first charge amount Q1 and the second charge amount Q2 ,

Die Bestimmung des konstruktionsbedingten zeitlichen Verzögerungsfehlers Te ist Gegenstand des vorgeschlagenen Verfahrens und der vorgeschlagenen Vorrichtung.The determination of the design-related time delay error Te is the subject of the proposed method and device.

Der Verlauf des Laserpulses LP wird durch eine geeignete erste Eingangsschaltung ISM1 als digitalisiertes, erfasstes Lichtpulssignal LPI aus dem Sendesignal LPS des Lichtpulses LP ermittelt. Zum Ausgleich der zeitlichen Verzögerung zwischen dem zeitlichen Verhalten des Sendesignals LPS des Lichtpulses LP und dem erfassten Lichtpulssignal LPI in dieser ersten Eingangsschaltung ISM1 wird einen vorzugsweise matchende und damit schaltungstechnisch und layout-technisch gleiche zweite Eingangsschaltung ISM2 auch zur parallel betragsgleichen zeitlichen Verzögerung des Ausgangssignals SOND der Treiberschaltung (SD) für den jeweiligen Shutter zum erfassten Shutter-Signal SONDI verwendet.The course of the laser pulse LP is through a suitable first input circuit ISM1 as a digitized, detected light pulse signal LPI from the transmission signal LPS of the light pulse LP determined. To compensate for the time delay between the temporal behavior of the transmission signal LPS of the light pulse LP and the detected light pulse signal LPI in this first input circuit ISM1 is a preferably matching and thus circuit technology and layout technically the same second input circuit ISM2 also for the same amount time delay of the output signal SOND the driver circuit ( SD ) for the respective shutter to the detected shutter signal Sondi used.

Die Verzögerung zwischen dem Sendesignal LPS des Lichtpulses LP und dem Ausgangssignal SOND der Treiberschaltung (SD) für den Shutter wird als Messwert in Form eines Messwertsignals MD durch eine Verzögerungsmessvorrichtung DEC ermittelt.The delay between the transmission signal LPS of the light pulse LP and the output signal SOND the driver circuit ( SD ) for the shutter is measured as a measured value signal MD by a delay measuring device DEC determined.

Da der Lichtpuls LP im Allgemeinen durch den außerhalb des ICs befindlichen Leistungstreiber PLD zur Ansteuerung des Leuchtmittels LED stärker verzögert wird, als das Ausgangssignal SOND der Treiberschaltung (SD) für den jeweiligen Shutter, bildet das jeweilige Shutter-Signal SOND das StartSignal und das Sendesignal LPS des Lichtpulses LP bildet das Stop-Signal für die Messung der zeitlichen Verzögerung zwischen dem Sendesignal LPS des Lichtpulses LP und dem Ausgangssignal SOND der Treiberschaltung (SD) für den Shutter in Form eines Messwertsignals MD durch die Verzögerungsmessvorrichtung DEC.Because the light pulse LP generally by the power driver external to the IC PLD for controlling the light source LED is delayed more than the output signal SOND the driver circuit ( SD ) for each shutter forms the respective shutter signal SOND the start signal and the transmission signal LPS of the light pulse LP forms the stop signal for the measurement of the time delay between the transmission signal LPS of the light pulse LP and the output signal SOND of the driver circuit ( SD ) for the shutter in the form of a measured value signal MD through the delay measuring device DEC ,

Die Verzögerungsmessvorrichtung DEC ist in 4 schematisch genauer dargestellt und wird im Folgenden weiter erläutert. Die Schaltung der 4 besteht im Wesentlichen aus drei Teilen.The delay measuring device DEC is in 4 shown schematically in more detail and will be further explained below. The circuit of 4 consists essentially of three parts.

Zum Ersten umfasst die in 4 schematisch dargestellt Verzögerungsmessvorrichtung DEC eine DLL (Delay-Locked-Loop) zur Erzeugung des Regelwerts eines Regelsignals RS zur Kompensation von Temperatur-, Betriebsspannungs-, Fertigungs- und anderen Einflüssen auf die Laufzeit in einer Master-Verzögerungskette MDL innerhalb der integrierten Schaltung, in der die vorgeschlagene Vorrichtung gefertigt ist. Die DLL regelt die Verzögerung der Master-Verzögerungskette MDL über ein Regelsignal RS so aus, dass die Phase des Ausgangssignals DLO der Master-Verzögerungskette MDL mit der Phase eines Referenztakts RCK übereinstimmt. Der Referenztakt RCK wird bevorzugt mittels eines Quarzoszillators oder eines mit anderen Schaltungsteilen ko-integrierten MEMS-Oszillators erzeugt. Hierzu vergleicht ein Phasendetektor PD, wie er aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt ist, die Phasenlage des Eintreffens der Flanken des Referenztakts RCK und der Flanken des Ausgangssignals DLO der Master-Verzögerungskette MDL der DLL. Je nach so ermittelter Phasenlage steuert er in dem in 4 dargestellten Beispiel eine schaltbare Stromquelle IDLL, die einen positiven oder negativen Strom je nach Ansteuerung durch den Phasendetektor PD liefert. Dieser Strom wird durch einen Schleifenfilter LF, der hier durch eine Kapazität symbolisiert wird, in das bereits erwähnte Regelsignal RS umgewandelt, dessen Spannungspegel die Verzögerung der Master-Verzögerungskette MDL und der Slave-Verzögerungskette SDL bestimmt. Andere Realisierungen des Phasendetektors PD und des Schleifenfilters LF, sowie der Ansteuerung des Schleifenfilters LF durch den Phasendetektor PD sind denkbar.First, the in 4 schematically illustrated delay measuring device DEC a DLL (delay-locked loop) for generating the control value of a control signal RS for compensation of temperature, operating voltage, manufacturing and other influences on the running time in a master delay chain MDL within the integrated circuit in which the proposed device is made. The DLL Controls the delay of the master delay chain MDL via a control signal RS so that the phase of the output signal DLO the master delay chain MDL with the phase of a reference clock RCK matches. The reference clock RCK is preferably generated by means of a quartz oscillator or a co-integrated with other circuit parts MEMS oscillator. To do this, a phase detector compares PD as is well known in the art, the phase of the arrival of the edges of the reference clock RCK and the edges of the output signal DLO the master delay chain MDL of the DLL , Depending on the thus determined phase position he controls in the in 4 Example shown a switchable power source IDLL that have a positive or negative current depending on the drive through the phase detector PD supplies. This stream is through a loop filter LF , which is symbolized here by a capacity, in the already mentioned control signal RS whose voltage level is the delay of the master delay chain MDL and the slave delay chain SDL. Other implementations of the phase detector PD and the loop filter LF , as well as the control of the loop filter LF through the phase detector PD are conceivable.

Zum Zweiten umfasst die in 4 schematisch dargestellte Verzögerungsmessvorrichtung DEC die bereits erwähnte Slave-Verzögerungskette SDL. Die Verzögerung der Slave-Verzögerungskette SDL wird, wie bereits angedeutet, durch das mittels der DLL bestimmte Regelsignal RS bestimmt. Da dieses Regelsignal RS so an den Referenztakt RCK gekoppelt ist, dass die zeitliche Verzögerung in der Master-Verzögerungskette MDL in einem festen, typischerweise ganzzahligen Verhältnis zu der Periodendauer des Referenztakts RCK steht, steht damit auch die zeitliche Verzögerung in der Slave-Verzögerungskette SDL in einem festen Verhältnis zu der Periodendauer des Referenztakts RCK. Hierbei ist es von besonderem Vorteil, wenn der Referenztakt RCK einen möglichst exakten 50% Duty-Cycle aufweist. In Abhängigkeit von dem erfassten Lichtpulssignal LPI wird nun das Signal in der Slave-Verzögerungskette SDL entweder propagiert (=weiter transportiert) oder eingefroren. Das erfasste Shutter-Signal SONDI wird als erstes aktiv. Die entsprechende Flanke des erfassten Shutter-Signals SONDI kann daher noch in die Slave-Verzögerungkette SDL einlaufen, sodass die ersten Knoten innerhalb der Slave-Verzögerungskette noch ihren logischen Zustand ändern können. Wie viele dies sind, hängt von der zeitlichen Verzögerung der zeitlichen Flanke des erfassten Shutter-Signals SONDI zur Flanke des erfassten Lichtpulssignals LPI ab. Während die Flanke des erfassten Shutter-Signals SONDI nun durch die Verzögerungskette läuft, wird das erfasste Lichtpulssignal LPI, das später eintrifft, aktiv und friert die Flanke des erfassten Shutter-Signals SONDI während dieser Fortbewegung in der Slave-Verzögerungskette SDL ein. Die Master-Verzögerungskette MDL ist aus speziellen Invertern (MI1 , MI2 , ..... MI(n-1) , MIn ) aufgebaut. Die Slave-Verzögerungskette SDL (SI1 , SI2 , ..... SI(n-1) , SIn ) ist aus den gleichen speziellen Invertern aufgebaut. Alle diese speziellen Inverter (Master-Inverter (MI1 , MI2 , ..... MI(n-1) , MIn ) wie Slave-Inverter (SI1 , SI2 , ..... SI(n-1) , SIn )) sind untereinander matchend konstruiert. Hierdurch wird sichergestellt, dass bei gleichem Wert des Regelsignals RS jeder der Inverter (MI1 , MI2 , ..... MI(n-1) , MIn , SI1 , SI2 , ..... SI(n-1) , SIn ) der Master-Verzögerungskette MDL und der Slave-Verzögerungskette SDL die gleiche zeitliche Teilverzögerung in jeder vorgesehenen Betriebslage aufweisen sollte. Es sollte noch erwähnt werden, dass die speziellen Inverter (Master-Inverter (MI1 , MI2 , ..... MI(n-1) , MIn ) wie Slave-Inverter (SI1 , SI2 , ..... SI(n-1) , SIn )) einen als Enable-Eingang EN bezeichneten Eingang aufweisen, der das Einfrieren des Signals in der jeweiligen Verzögerungskette und den Weitertransport verhindert. Im Falle der Slave-Verzögerungskette SDL ist der jeweilige Enable-Eingang EN der jeweiligen Slave-Inverter (SI1 , SI2 , ..... SI(n-1), SIn ) in dem Beispiel der 4 mit dem erfasste Lichtpulssignal LPI verbunden und erlaubt so das bereits beschriebene Einfrieren des einlaufenden Shutter-Signals SONDI. Im Falle der Master-Verzögerungskette MDL ist der jeweilige Enable-Eingang EN der jeweiligen Master-Inverter (MI1 , MI2 , ..... MI(n-1) , MIn ) in der Art mit einem festen Potenzial verbunden, dass kein Einfrieren des Signals in der Master-Verzögerungskette MDL stattfindet.Second, the in 4 schematically illustrated delay measuring device DEC the already mentioned slave delay chain SDL. The delay of the slave delay chain SDL is, as already indicated, by means of the DLL certain control signal RS certainly. Because this control signal RS so to the reference clock RCK coupled is that the time delay in the master delay chain MDL in a fixed, typically integer ratio to the period of the reference clock RCK stands, so that the time delay in the slave delay chain SDL is in a fixed ratio to the period of the reference clock RCK , It is particularly advantageous if the reference clock RCK has the most exact 50% duty cycle possible. Depending on the detected light pulse signal LPI Now the signal in the slave delay chain SDL is either propagated (= transported further) or frozen. The detected shutter signal Sondi becomes active first. The corresponding edge of the detected shutter signal Sondi can therefore still run into the slave delay chain SDL, so that the first node within the slave delay chain can still change their logical state. How many are depends on the time delay of the temporal edge of the detected shutter signal Sondi to the edge of the detected light pulse signal LPI from. While the edge of the detected shutter signal Sondi now passing through the delay chain, the detected light pulse signal LPI which arrives later, active and freezes the edge of the detected shutter signal Sondi during this movement in the slave delay chain SDL. The master delay chain MDL is made of special inverters ( MI 1 . MI 2 , ..... MI (n-1) . MI n ) built up. The slave delay chain SDL ( SI 1 . SI 2 , ..... SI (n-1) . SI n ) is made up of the same special inverters. All these special inverters (master inverters ( MI 1 . MI 2 , ..... MI (n-1) . MI n ) like slave Inverter ( SI 1 . SI 2 , ..... SI (n-1) . SI n )) are designed to match each other. This ensures that at the same value of the control signal RS each of the inverters ( MI 1 . MI 2 , ..... MI (n-1) . MI n . SI 1 . SI 2 , ..... SI (n-1) . SI n ) of the master delay chain MDL and the slave delay chain SDL should have the same partial time delay in each intended operating position. It should be mentioned that the special inverters (master inverters MI 1 . MI 2 , ..... MI (n-1) . MI n ) like slave inverters ( SI 1 . SI 2 , ..... SI (n-1) . SI n )) as an enable input EN Have designated input, which prevents the freezing of the signal in the respective delay chain and further transport. In the case of the slave delay chain SDL is the respective enable input EN the respective slave inverter ( SI 1 . SI 2 , ..... SI (n-1) , SI n ) in the example of 4 with the detected light pulse signal LPI connected and thus allows the already described freezing of the incoming shutter signal Sondi , In the case of the master delay chain MDL is the respective enable input EN the respective master inverter ( MI 1 . MI 2 , ..... MI (n-1) . MI n ) connected in the way with a fixed potential that no freezing of the signal in the master delay chain MDL takes place.

Zum Dritten umfasst die in 4 schematisch dargestellt Verzögerungsmessvorrichtung DEC einen Ausleseschaltkreis ROC. Dieser erfasst die Werte an den Ausgängen der Slave-Inverter (SI1 , SI2 , ..... SI(n-1), SIn ) der Slave-Verzögerungskette (SDL) und ermittelt die Position der eingelaufenen Flanke des erfassten Shutter-Signals SONDI innerhalb der Slave-Verzögerungskette SDL nach dem Einfrieren durch das erfasste Lichtpulssignal LPI. Der Ausleseschaltkreis ROC erzeugt hieraus das Messwertsignal MD, dessen Wert die Verzögerung zwischen dem ermittelten Lichtpulssignal LPI und dem erfassten Shutter-Signal SONDI für den Shutter darstellt. Das Messwertsignal MD kann digital, binär oder analog oder ein Datenbus mit einem Datenwort als Inhalt sein, dessen logischer Wert dem Messwert entspricht.Third, the in 4 schematically illustrated delay measuring device DEC a readout circuit ROC , This detects the values at the outputs of the slave inverters ( SI 1 . SI 2 , ..... SI (n-1) , SI n ) of the slave delay chain (SDL) and determines the position of the incoming edge of the detected shutter signal Sondi within the slave delay chain SDL after freezing by the detected light pulse signal LPI , The readout circuit ROC generates the measured value signal from this MD whose value is the delay between the detected light pulse signal LPI and the detected shutter signal Sondi represents for the shutter. The measured value signal MD may be digital, binary or analog or a data bus with a data word as content whose logical value corresponds to the measured value.

Dieser Messwert in Form des Messwertsignals MD kann im Folgenden beispielsweise zur Korrektur der ermittelten Messwerte für den Abstand d herangezogen werden oder für eine Regelung des Shutter-an-Signals SON in der zentralen Takteinheit CCU genutzt werden (siehe auch 11 und 12) . Hierzu kann das Messwertsignal MD an die zentrale Takteinheit CCU (siehe 2) zusammen mit dem Regelsignal RS zurückgeführt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich in der zentralen Takteinheit CCU eine dritte Takteinheit-Verzögerungskette CDL (siehe 12) befindet, die das Leuchtmittel-an-Signal LON zum Shutter-an-Signal SON verzögert. Die Takteinheit-Verzögerungskette CDL besteht dabei wieder bevorzugt aus speziellen Invertern (CI1 , CI2 , ..... CI(n-1) , CIn) der Takteinheit-Verzögerungskette CDL, die wieder matchend mit den speziellen Master-Invertern (MI1 , MI2 , ..... MI(n-1) , MIn ) der Master-Verzögerungskette MDL und den speziellen Slave-Invertern (SI1 , SI2 , ..... SI(n-1) , SIn ) der Slave-Verzögerungskette SDL gefertigt sein sollten. Die Verzögerung dieser Takteinheit-Verzögerungskette CDL wird wieder über das bereits erwähnte Regelsignal RS eingestellt. Der Enable-Eingang EN der speziellen Inverter (CI1 , CI2 , ..... CI(n-1) , CIn ) der Takteinheit-Verzögerungskette CDL ist dabei in der Art mit einem festen Potenzial (in der 12 beispielhaft die Versorgungsspannung Vbat) verbunden, sodass kein Einfrieren des Signals in der Takteinheit-Verzögerungskette CDL stattfindet, sondern dass das Signal in der Takteinheit-Verzögerungskette CDL permanent von Knoten zu Knoten in der Kette der speziellen Inverter innerhalb der Verzögerungskette weitertransportiert wird. Mittels eines Multiplexers MUX, der von dem Messwertsignal MD oder einem daraus abgeleiteten Signal gesteuert wird, kann dann die geeignete Verzögerung des Shutter-an-Signals SON an den Ausgängen der speziellen Inverter (CI1 , CI2 , ..... CI(n-1) , CIn ) der Takteinheit-Verzögerungskette CDL bei einer geeigneten Auslegung der Steuerung des Multiplexers MUX abgegriffen und damit genutzt werden. Insbesondere kann bei einer geeigneten Steuerung des Multiplexers MUX Stabilität in diesem Regelkreis erzielt werden.This measured value in the form of the measured value signal MD In the following, for example, it can be used to correct the determined measured values for the distance d or for controlling the shutter-on signal SON in the central clock unit CCU be used (see also 11 and 12 ). For this purpose, the measured value signal MD to the central clock unit CCU (please refer 2 ) together with the control signal RS to be led back. It is particularly advantageous when in the central clock unit CCU a third clock unit delay chain CDL (please refer 12 ), which is the bulb-on signal LON to the shutter-on signal SON delayed. The clock unit delay chain CDL consists again preferably of special inverters ( CI 1 . CI 2 , ..... CI (n-1) , CI n ) of the clock unit delay chain CDL mating again with the special master inverters ( MI 1 . MI 2 , ..... MI (n-1) . MI n ) of the master delay chain MDL and the special slave inverters ( SI 1 . SI 2 , ..... SI (n-1) . SI n ) of the slave delay chain SDL should be made. The delay of this clock unit delay chain CDL is again on the already mentioned control signal RS set. The enable input EN the special inverter ( CI 1 . CI 2 , ..... CI (n-1) . CI n ) of the clock unit delay chain CDL is in the way with a fixed potential (in the 12 as an example the supply voltage Vbat ), so that no freezing of the signal in the clock unit delay chain CDL takes place, but that the signal in the clock unit delay chain CDL is continuously transported from node to node in the chain of special inverters within the delay chain. By means of a multiplexer MUX that of the measured value signal MD or a signal derived therefrom, then the appropriate delay of the shutter-on signal SON at the outputs of special inverters ( CI 1 . CI 2 , ..... CI (n-1) . CI n ) of the clock unit delay chain CDL with a suitable design of the control of the multiplexer MUX tapped and used with it. In particular, with suitable control of the multiplexer MUX Stability can be achieved in this control loop.

Ein beispielhafter spezieller Inverter, wie er für die Verzögerungsketten (MDL, SDL, CDL) Verwendung finden kann, ist in 5 beispielhaft dargestellt. Es handelt sich um einen beispielhaften CMOS-Inverter mit einem ersten Transistor T1, der typischerweise ein P-Kanal-MOS-Transistor ist, und mit einem zweiten Transistor T2, der typischerweise ebenfalls ein P-Kanal-Transistor ist, und mit einem dritten Transistor T3, der typischerweise ein N-Kanal-Transistor ist, und mit einem vierten Transistor T4, der typischerweise ein N-Kanaltransistor ist. Die Transistoren sind in Serie geschaltet, wobei die beiden P-Kanal-Transistoren (T1, T2) sich zwischen dem Anschluss für das Regelsignal RS und dem Ausgang O befinden und die beiden N-Kanal-Transistoren (T3, T4) sich zwischen dem Ausgang O und dem Anschluss für das Bezugspotenzial GND befinden. In dem Beispiel der 5 sind der erste Transistor T1 und der vierte Transistor T4 mit ihrer Steuerelektrode mit dem Eingang verbunden. Das Potenzial an der Steuerelektrode eines Transistors kontrolliert den Stromfluss zwischen den beiden anderen Anschlüssen des Transistors durch diesen hindurch. Hierdurch ist entweder der erste Transistor T1 oder der vierte Transistor T4 leitend, wodurch die invertierende Wirkung der Schaltung der 5 erzielt wird. Der zweite Transistor T2 ist mit seiner Steuerelektrode mit dem Enable-Eingang EN verbunden. Der dritte Transistor T3 ist mit seiner Steuerelektrode über einen Hilfsinverter INV mit dem Enable-Eingang EN verbunden. Es kann sinnvoll sein, diesen Hilfsinverter INV zentral für alle Hilfsinverter INV der Slave-Verzögerungskette SDL vorzunehmen und stattdessen einen negierten Enable-Eingang ENQ zusätzlich in jedem speziellen Inverter (MI1 , MI2 , ..... MI(n-1) , MIn , SI1, SI2 , ..... SI(n-1) , SIn , CI1 , CI2 , ..... CI(n-1) , CIn ) vorzusehen. An diesen würde im Falle der Slave-Verzögerungskette SDL der Ausgang des zentralen Inverters angeschlossen, der dann das erfasste Lichtpulssignal LPI statt der Hilfsinverter INV invertieren würde. Bei den speziellen Invertern (MI1 , MI2, ..... MI(n-1) , MIn , CI1 , CI2 , ..... CI(n-1) , CIn ) der anderen Verzögerungsketten (MDL, CDL) würde dieser negierte Enable-Eingang ENQ dann ebenfalls auf ein festes Potenzial in der Art gelegt, dass der jeweilige dritte Transistor T3 der jeweiligen speziellen Inverter (MI1 , MI2 , ..... MI(n-1) , MIn , CI1 , CI2 , ..... CI(n-1), CIn ) dieser Verzögerungsketten (MDL, CDL) dann stets leitet. Der zweite Transistor T2 und der dritte Transistor T3 verhindern, im ausgeschalteten Zustand eine Umladung der parasitären Kapazität des Ausgangsknotens des Ausgangs O des jeweiligen Inverters (MI1 , MI2 , ..... MI(n-1) , MIn , SI1 , SI2 , ..... SI(n-1), SIn , CI1 , CI2 , ..... CI(n-1) , CIn ) und friert somit den logischen Zustand des Ausgangs des jeweiligen Inverters und damit der gesamten betroffenen Verzögerungskette ein.An exemplary special inverter, as used for the delay chains ( MDL , SDL, CDL ) Can be used is in 5 exemplified. It is an exemplary CMOS inverter with a first transistor T1 which is typically a P-channel MOS transistor and a second transistor T2 which is also typically a P-channel transistor and a third transistor T3 which is typically an N-channel transistor, and a fourth transistor T4, which is typically an N-channel transistor. The transistors are connected in series, with the two P-channel transistors ( T1 . T2 ) between the connection for the control signal RS and the output O and the two N-channel transistors ( T3 . T4 ) between the output O and the connection for the reference potential GND are located. In the example of 5 are the first transistor T1 and the fourth transistor T4 connected with its control electrode to the input. The potential at the gate of a transistor controls the current flow between the other two terminals of the transistor therethrough. This is either the first transistor T1 or the fourth transistor T4 conductive, whereby the inverting effect of the circuit of 5 is achieved. The second transistor T2 is with its control electrode with the enable input EN connected. The third transistor T3 is with its control electrode via an auxiliary inverter INV with the enable input EN connected. It may be useful to have this auxiliary inverter INV central to all auxiliary inverters INV the slave delay chain SDL and instead make a negated enable input ENQ additionally in each special inverter ( MI 1 . MI 2 , ..... MI (n-1) . MI n , SI 1 , SI 2 , ..... SI (n-1) . SI n . CI 1 . CI 2 , ..... CI (n-1) . CI n ). In this case, in the case of the slave delay chain SDL, the output of the central inverter would be connected, which would then receive the detected light pulse signal LPI instead of the auxiliary inverters INV would invert. For the special inverters ( MI 1 , MI 2 , ..... MI (n-1) . MI n . CI 1 . CI 2 , ..... CI (n-1) . CI n ) of the other delay chains ( MDL . CDL ) would this negated enable input ENQ then also placed on a fixed potential in the way that the respective third transistor T3 the respective special inverter ( MI 1 . MI 2 , ..... MI (n-1) . MI n . CI 1 . CI 2 , ..... CI (n-1) , CI n ) of these delay chains ( MDL . CDL ) then always leads. The second transistor T2 and the third transistor T3 prevent, in the off state, a recharge of the parasitic capacitance of the output node of the output O of the respective inverter ( MI 1 . MI 2 , ..... MI (n-1) . MI n . SI 1 . SI 2 , ..... SI (n-1) , SI n . CI 1 . CI 2 , ..... CI (n-1) . CI n ) and thus freezes the logic state of the output of the respective inverter and thus the entire affected delay chain.

Der Schaltzustand der Slave-Verzögerungskette SDL wird vorzugsweise durch den Ausleseschaltkreis ROC digital ausgelesen und gespeichert. Da für eine Bildaufnahme normalerweise viele Lichtpulse LP erforderlich sind, bietet sich eine Mittelwertbildung oder eine integrierende Tiefpassfilterung an. Dadurch erhält man dann auch bei begrenzter Stufenzahl (Anzahl spezieller Inverter) in der Slave-Verzögerungskette SDL (einige 10 Stufen), eine sehr feine Auflösung der Verzögerung zwischen dem erfassten Lichtpulssignal LPI und dem erfassten Shutter-Signal SONDI.The switching state of the slave delay chain SDL is preferably read out and stored digitally by the read-out circuit ROC. Because there are usually many light pulses for an image acquisition LP are required, an averaging or an integrating low-pass filtering offers. As a result, even with a limited number of stages (number of special inverters) in the slave delay chain SDL (a few tens of steps), a very fine resolution of the delay between the detected light pulse signal is obtained LPI and the detected shutter signal Sondi ,

Ein Beispiel für eine erste Eingangsschaltung ISM1 für eine optische Ankopplung des Lichtpulses LP zeigt 6. Dabei wird der Lichtpuls LP mittels einer Fotodiode FD optisch erfasst. Hierfür eignet sich beispielsweise das Streulicht des Leuchtmittels, bevorzugt des Lasers oder der LED, falls diese als Leuchtmittel zur Erzeugung des Lichtpulses LP verwendet werden. Vorzugsweise werden diese mit den fotoelektrischen Elementen des Kamera-ICs in einem Gehäuse untergebracht, das typischerweise ein optisches Fenster aufweist, an dem dann diese Streuungen entstehen. Der aus dem Lichtpuls LP entstehende Streulichtpuls SLP kann somit durch die Fotodiode FD oder ein anderes geeignetes fotoelektrisches Bauelement erfasst werden und in ein Digitalsignal, z.B. das erfasste Lichtpulssignal LPI, umgesetzt werden. Aufgrund der hohen Sendeleistung (einige 10W) der typischerweise zur Erzeugung des Lichtpulses LP eingesetzten Leuchtmittel erhält man auch, wenn man nur 1/1000 des Sendelichts auf die Fotodiode FD lenkt, sehr starke Fotoströme die mit einer einfachen Schaltung erfasst werden können.An example of a first input circuit ISM1 for an optical coupling of the light pulse LP shows 6 , At the same time the light pulse becomes LP by means of a photodiode FD optically recorded. For this purpose, for example, the scattered light of the lamp, preferably the laser or the LED , if this as a light source for generating the light pulse LP be used. Preferably, these are housed with the photoelectric elements of the camera IC in a housing, which typically has an optical window, on which then these variations arise. The one from the light pulse LP resulting scattered light pulse SLP can thus through the photodiode FD or another suitable photoelectric device is detected and into a digital signal, eg the detected light pulse signal LPI , be implemented. Due to the high transmission power (some 10W) that is typically used to generate the light pulse LP used bulbs are obtained even if only 1/1000 of the transmitted light on the photodiode FD directs, very strong photocurrents that can be detected with a simple circuit.

Die hier beispielhaft in der 6 dargestellte erste Eingangsschaltung ISM1 umfasst die Fotodiode FD, den fünften Transistor T5, der hier ein Bipolartransistor ist, eine Ruhestromquelle IB1 und einen Arbeitswiderstand RV1. Der Arbeitswiderstand RV1 ist an die Versorgungsspannung Vbat angeschlossen. Der andere Anschuss des Arbeitswiderstands RV1 ist an den Kollektor des fünften Transistors T5 angeschlossen. Der Emitter des fünften Transistors T5 ist an den Ausgang der Ruhestromquelle IB1 angeschlossen. An den Emitter des fünften Transistors T5 ist die Kathode der Fotodiode FD angeschlossen. Die Anode der Fotodiode FD ist mit dem Bezugspotenzial GND verbunden. Die Fotodiode FD wird mit dem Streulichtpuls SLP des Lichtpulses LP bestrahlt, wenn dieser auftritt. Dadurch erzeugt die Fotodiode FD einen zusätzlichen Fotostrom, der das Potenzial des Emitters des fünften Transistors T5 anhebt und damit den Stromdurchfluss durch den fünften Transistor T5, vermindert, wodurch der Ausgang, das erfasste Lichtpulssignal LPI, in diesem Beispiel angehoben wird. Die Basis des fünften Transistors T5 wird dabei auf einem konstanten Potenzial VB gegenüber dem Bezugspotenzial GND gehalten.The example here in the 6 illustrated first input circuit ISM1 includes the photodiode FD, the fifth transistor T5 which is a bipolar transistor here, a source of quiescent current IB1 and a resistance to work RV1 , The working resistance RV1 is to the supply voltage Vbat connected. The other link of working resistance RV1 is to the collector of the fifth transistor T5 connected. The emitter of the fifth transistor T5 is at the output of the quiescent current source IB1 connected. To the emitter of the fifth transistor T5 is the cathode of the photodiode FD connected. The anode of the photodiode FD is with the reference potential GND connected. The photodiode FD becomes with the scattered light pulse SLP of the light pulse LP irradiated when this occurs. This creates the photodiode FD an additional photocurrent, which is the potential of the emitter of the fifth transistor T5 raises and thus the current flow through the fifth transistor T5 , diminished, reducing the output, the detected light pulse signal LPI , in this example is raised. The base of the fifth transistor T5 is at a constant potential VB opposite the reference potential GND held.

Die hier beispielhaft in der 7 dargestellte zweite Eingangsschaltung ISM2 umfasst den sechsten Transistor T6, der hier ein Bipolartransistor ist, eine Ruhestromquelle IB2 und einen Arbeitswiderstand RV2. Der Arbeitswiderstand RV2 ist an die Versorgungsspannung Vbat angeschlossen. Der andere Anschuss des Arbeitswiderstands RV2 ist an den Kollektor des sechsten Transistors T6 angeschlossen. Der Emitter des sechsten Transistors T6 ist an den Ausgang der Ruhestromquelle IB2 angeschlossen. An den Emitter des sechsten Transistors T6 ist das Ausgangssignal SOND der Treiberschaltung (SD) für den Shutter angeschlossen. Ein positiver Puls auf dem Ausgangssignal SOND der Treiberschaltung (SD) für den Shutter hebt das Potenzial des Emitters des sechsten Transistors T6 an und vermindert damit den Stromdurchfluss durch den sechsten Transistor T6, wodurch der Ausgang, das erfasste Shutter-Signal SONDI, in diesem Beispiel angehoben wird. Die Basis des sechsten Transistors T6 wird dabei auf einem konstanten Potenzial VB gegenüber dem Bezugspotenzial GND gehalten.The example here in the 7 illustrated second input circuit ISM2 includes the sixth transistor T6 which is a bipolar transistor here, a source of quiescent current IB2 and a working resistor RV2. The load resistor RV2 is connected to the supply voltage Vbat connected. The other terminal of the load resistor RV2 is connected to the collector of the sixth transistor T6 connected. The emitter of the sixth transistor T6 is at the output of the quiescent current source IB2 connected. To the emitter of the sixth transistor T6 is the output signal SOND the driver circuit ( SD ) connected to the shutter. A positive pulse on the output signal SOND the driver circuit ( SD ) for the shutter raises the potential of the emitter of the sixth transistor T6 and thus reduces the flow of current through the sixth transistor T6 , whereby the output, the captured shutter signal Sondi , in this example is raised. The base of the sixth transistor T6 is at a constant potential VB opposite the reference potential GND held.

Anstelle der optischen Ankopplung mittels einer Fotodiode FD kann alternativ auch der Strom durch das jeweilige Leuchtmittel zur Erzeugung des Lichtpulses LP, beispielsweise einen Laser oder eine Leuchtdiode, zur Erzeugung des erfassten Lichtpulssignals LPI (verwendet als Stop-Signal für die Slave-verzögerungskette SDL) herangezogen werden. In diesem Fall wird davon ausgegangen, dass Strom und Lichtimpuls LP (nahezu) zeitgleich auftreten. Eine solche Verwendung ist also nur annähernd genau. Zur Auswertung des elektrischen Stroms durch das Leuchtmittel LED bietet sich die Verwendung eines elektrischen Shunt-Widerstands SR in Serie zum Leuchtmittel LED an.Instead of the optical coupling by means of a photodiode FD Alternatively, the current through the respective lighting means for generating the light pulse LP , For example, a laser or a light emitting diode, for generating the detected light pulse signal LPI (Used as a stop signal for the slave delay chain SDL) are used. In this case it is assumed that current and light pulse LP (almost) occur at the same time. Such use is therefore only approximately accurate. For evaluation of the electrical current through the lamp LED offers the use of an electrical shunt resistor SR in series with the light source LED at.

8 zeigt eine prinzipielle Schaltung, bei der der Shunt-Widerstand SR kapazitiv über eine Koppelkapazität CK an die erste Eingangsschaltung ISM1 angekoppelt wird. Die Basis des fünften Transistor T5 wird hierbei über einen Widerstand R1 bestromt. Der Emitter des fünften Transistors T5 ist direkt mit dem Bezugspotenzial GND verbunden. Der Kollektor des fünften Transistors T5 ist über den Arbeitswiderstand RV1 mit der Versorgungsspannung Vbat verbunden. Der Kollektor des fünften Transistors T5 ist des Weiteren mit dem Eingang eines Latches LT1 verbunden. Dessen Ausgang bildet den Ausgang der dermaßen modifizierten Eingangsschaltung ISM1 in Form des erfassten Lichtpulssignals LPI. Sobald Strom durch das Leuchtmittel fließt, erhöht sich die Spannung und der fünfte Transistor T5 leitet stärker. Die Stufe kippt und das Latch LT1 speichert das Ereignis. Vor Aussendung eines neuen Lichtpulses LP sollte das Latch LT1 vorzugsweise zurückgesetzt werden. 8th shows a principal circuit in which the shunt resistor SR Capacitive via a coupling capacity CK to the first input circuit ISM1 is coupled. The base of the fifth transistor T5 this is about a resistor R1 energized. The emitter of the fifth transistor T5 is directly connected to the reference potential GND connected. The collector of the fifth transistor T5 is about the working resistance RV1 with the supply voltage Vbat connected. The collector of the fifth transistor T5 is also the receipt of a latch LT1 connected. Its output forms the output of the thus modified input circuit ISM1 in the form of the detected light pulse signal LPI , As soon as current flows through the light source, the voltage increases and the fifth transistor increases T5 leads stronger. The level tilts and the latch LT1 saves the event. Before sending a new light pulse LP should the latch LT1 preferably reset.

In diesem Fall muss auch die zweite Eingangsschaltung ISM2 abgeändert werden, da die Verzögerungen der ersten Eingangsschaltung ISM1 und der zweiten Eingangsschaltung ISM2 gleich sein sollen.In this case, the second input circuit must be ISM2 be changed because the delays of the first input circuit ISM1 and the second input circuit ISM2 should be the same.

9 zeigt die zweite Eingangsschaltung ISM2 für diesen Fall. Die Basis des sechsten Transistor T6 wird hierbei über einen Widerstand R1 aus einer Referenzspannungsquelle VB bestromt. Der Emitter des sechsten Transistors T6 ist direkt mit dem Bezugspotenzial GND verbunden. Der Kollektor des sechsten Transistors T6 ist über den Arbeitswiderstand RV2 mit der Versorgungsspannung Vbat verbunden. Der Kollektor des sechsten Transistors T6 ist des Weiteren mit dem Eingang eines Latches LT2 verbunden. Dessen Ausgang bildet den Ausgang der dermaßen modifizierten zweiten Eingangsschaltung ISM2 in Form des erfassten Shutter-Signals. Sobald das Ausgangssignal SOND der Treiberschaltung (SD) für den Shutter einen erhöhten Spannungspuls zeigt, leitet der sechste Transistor T6 stärker. Die Stufe kippt und das Latch LT2 speichert das Ereignis. Vor Aussendung eines neuen Lichtpulses LP sollte das Latch LT2 vorzugsweise zurückgesetzt werden. 9 shows the second input circuit ISM2 in this case. The base of the sixth transistor T6 this is about a resistor R1 from a reference voltage source VB energized. The emitter of the sixth transistor T6 is directly related to the reference potential GND connected. The collector of the sixth transistor T6 is across the load resistor RV2 with the supply voltage Vbat connected. The collector of the sixth transistor T6 is further connected to the input of a latch LT2. Its output forms the output of the thus modified second input circuit ISM2 in the form of the detected shutter signal. Once the output signal SOND the driver circuit ( SD ) shows an increased voltage pulse for the shutter, the sixth transistor conducts T6 stronger. The level tilts and the latch LT2 saves the event. Before sending a new light pulse LP should the latch LT2 preferably reset.

Der hohe Strom durch das Leuchtmittel LED (also beispielsweise durch einen Laser oder eine Leuchtdiode) von einigen 10A und die steile Anstiegszeit von einigen ns erlauben auch eine induktive Ankopplung des Lichtpulssignals LPS zur Erfassung des Stroms durch das Leuchtmittel LED, wobei die Koppelinduktivitäten sehr klein ausfallen können. Evtl. reicht bereits die parallele Führung von Leiterbahnen als Übertrager TR zur Erreichung einer hinreichenden Kopplung.The high current through the bulb LED For example, by a laser or a light emitting diode of some 10A and the steep rise time of some ns also allow an inductive coupling of the light pulse signal LPS for detecting the current through the lighting means LED , wherein the coupling inductances can be very small. Possibly. Already the parallel guidance of interconnects as transformer TR to achieve a sufficient coupling.

11 zeigt eine solche Konstruktion schematisch. Ein Übertrager TR, der wie gesagt ggf. auch nur aus parallel geführten Leitungen bestehen kann, koppelt statt der Koppelkapazität CK der 8 nun das Signal in die erste Eingangsschaltung ISM1 ein. Der restliche Ablauf ist analog. 11 shows such a construction schematically. A transformer TR, which, as already mentioned, may possibly only consist of lines routed in parallel, couples instead of the coupling capacity CK of the 8th now the signal in the first input circuit ISM1 one. The rest of the procedure is analog.

Statt dem Stromsignal kann auch das Sendesignal LPS für die Erzeugung des erfassten Lichtpulssignals LPI genutzt werden. Dieses ist jedoch oft nicht so gut mit dem eigentlichen Lichtsignal korreliert, wie die zuvor besprochenen Signale.Instead of the current signal and the transmission signal LPS for the generation of the detected light pulse signal LPI be used. However, this is often not so well correlated with the actual light signal as the previously discussed signals.

Die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren können also so zusammengefasst werden, dass eine Schaltung zur Messung der zeitlichen Verzögerung zwischen dem Aussenden eines Lichtpulses LP und dem betätigen eines elektrischen Shutters für eine Time-of-Flight Kamera (Kamerazeile) mittels eines Shutter-an-Signals SON bzw. daraus abgeleiteten Signalen (SOND, SONDI) angegeben wird.The proposed device and the proposed method can therefore be summarized so that a circuit for measuring the time delay between the emission of a light pulse LP and operating an electric shutter for a time-of-flight camera (camera line) by means of a shutter-on signal SON or derived signals ( SOND . Sondi ).

Die Schaltung enthält Eingangsschaltungen (ISM1, ISM2) und eine in Bezug auf einen Referenztakt RCK in ihrer zeitlichen Verzögerung geregelte Slave-Verzögerungskette (SDL). Daher kann bei Verwendung eines Schwingquarzes oder eines MEMS-Oszillators zur Erzeugung dieses Referenztakts RCK diese Verzögerungskette mit hoher Güte die Verzögerung messen.The circuit contains input circuits ( ISM1 . ISM2 ) and a slave delay chain (SDL) controlled with respect to a reference clock RCK in its time delay. Therefore, using a crystal oscillator or MEMS oscillator to generate this reference clock RCK, this high-Q delay chain can measure the delay.

Die Verzögerungsmessvorrichtung DEC zur Messung der Verzögerung Line arbeitet nach einem Master-Slave-Prinzip mit Hilfe einer Master-Verzögerungskette MDL und einer Slave-Verzögerungskette SDL und wird mit speziellen Invertern (SI1 , SI2 , .... SI(n-1) , SIn , MI1 , MI2 , ... MI(n-1) , MIn ) als Tri-State-Gatterstrukturen aufgebaut (4 und 5), die mittels eines Enable-Eingangs EN in jeweils einen Tri-State-Zustand gebracht werden können, was den logischen Pegel des jeweiligen Ausgangsknotens des jeweiligen speziellen Inverters innerhalb der jeweiligen Verzögerungskette jeweils einfriert und eine Signalpropagierung durch die jeweilige Verzögerungskette (SDL, MDL) unterbindet.The delay measuring device DEC to measure the delay Line operates according to a master-slave principle using a master delay chain MDL and a slave delay chain SDL and is provided with special inverters ( SI 1 . SI 2 , .... SI (n-1) . SI n . MI 1 . MI 2 , ... MI (n-1) . MI n ) are constructed as tri-state gate structures ( 4 and 5 ), by means of an enable input EN in each case a tri-state state can be brought, which respectively freezes the logic level of the respective output node of the respective special inverter within the respective delay chain and signal propagation through the respective delay chain (SDL, MDL ) stops.

Durch die Mittelung vieler Messungen im Ausleseschaltkreis ROC, was typischerweise durch eine integrierende Tiefpassfilterung erfolgt, wird eine hohe Auflösung der gemessenen Verzögerung erreicht. Der Ausleseschaltkreis ROC erzeugt ein Messwertsignal MD.By averaging many measurements in the readout circuit ROC , which is typically done by an integrating low-pass filtering, a high resolution of the measured delay is achieved. The readout circuit ROC generates a measured value signal MD ,

Mit der gemessenen Verzögerung in Form des Messwertsignals MD wird eine Kalibrierung der Entfernung überflüssig oder vereinfacht bzw. verbessert.With the measured delay in the form of the measured value signal MD a calibration of the distance is unnecessary or simplified or improved.

Das Shutter-an-Signal SON, kann dann mit Hilfe einer weiteren Takteinheit-Verzögerungskette CDL und mit Hilfe des so ermittelten Messwertsignals MD, sowie mit Hilfe des Regelsignals RS durch geeignete Verzögerung aus dem Leuchtmittel-an-Signal LON für die Steuerung des Leuchtmittels LED erzeugt und nachgeregelt werden.The shutter-on signal SON , can then with the help of another clock unit delay chain CDL and with the aid of the measured value signal thus determined MD , as well as with the help of the control signal RS by appropriate delay from the bulb-on signal LON for controlling the bulb LED be generated and readjusted.

Enthält die Kamera Komponenten zur Einstellung der Shutter/Leuchtmittel-Verzögerung, so kann ein optimaler zeitlicher Ablauf erzielt werden, indem die gemessene Verzögerung zur Nachregelung verwendet wird.If the camera contains components for setting the shutter / light source delay, an optimal time sequence can be achieved by using the measured delay for readjustment.

Für die Eingangsschaltungen (ISM1, ISM2) sind verschiedene Prinzipien möglich. Diese sind der Vollständigkeit halber hier aufgeführt. For the input circuits ( ISM1 . ISM2 ) different principles are possible. These are listed here for the sake of completeness.

13 zeigt die mit der DLL und einem Oszillator OSZ stabilisierte Slave-Verzögerungsstrecke SDL der 4 separat. 13 shows the with the DLL and an oscillator OSZ stabilized slave delay line SDL the 4 separately.

Glossarglossary

Time-of-Flight-KameraTime-of-flight camera

Bei Time-of-Flight-Kameras handelt es sich im Sinne dieser Offenbarung um Kameras basierend auf dem Prinzip der Lichtlaufzeitmessung. Diese messen indirekt die Laufzeit zwischen dem ausgesendeten Lichtpuls LP und dem empfangenen Lichtsignal, dem reflektierten Lichtpuls RP, für jedes Pixel oder für Gruppen von Pixeln der Kamera. Hierdurch wird neben dem eigentlichen Helligkeitsbild, dass darüber hinaus auch Spektralinformationen enthalten kann, auch eine Pixel-Karte mit Entfernungsangaben bzw. Laufzeitangaben erzeugt.For the purposes of this disclosure, time-of-flight cameras are cameras based on the principle of light transit time measurement. These indirectly measure the transit time between the emitted light pulse LP and the received light signal, the reflected light pulse RP , for each pixel or for groups of pixels of the camera. As a result, in addition to the actual brightness image, which can also contain spectral information, a pixel map with distance information or transit time information is also generated.

MatchendMatchend

matchend bezeichnet besondere Layout-Techniken zur Verringerung der Variation von Unterschieden zwischen mikroelektronischen Strukturen innerhalb eines mikroelektronischen Schaltkreises. Ein guter Überblick lässt sich beispielsweise unter dem Link http://avlsi.ini.uzh.ch/classwiki/doku.php finden. Dort beschreibt das Kapitel 5 (downloadbar unter http://avlsi.ini.uzh.ch/classwiki/lib/exe/fetch.php?id=spring2008%3Astart&cache=cache&medi a=spring2008:5-layouttechniquestransistormismatch.pdf) die Matching-Techniken sehr gut. Matching liegt insbesondere dann vor, wenn:

  • Halbleiterbauelemente (Widerstände, Transistoren , Kondensatoren) in bevorzugt ganzzahligen Verhältnissen konstruiert werden
  • und durch eine dem Verhältnis entsprechende unterschiedliche Anzahl an gleich konstruierten Subbauelementen realisiert werden.
Matching refers to particular layout techniques for reducing the variation of differences between microelectronic structures within a microelectronic circuit. A good overview can be found for example under the link http://avlsi.ini.uzh.ch/classwiki/doku.php. There chapter 5 (downloadable under http://avlsi.ini.uzh.ch/classwiki/lib/exe/fetch.php?id=spring2008%3Astart&cache=cache&medi a = spring2008: 5-layouttechniquestransistormismatch.pdf) describes the matching Techniques very good. Matching exists in particular when:
  • Semiconductor devices (resistors, transistors, capacitors) are constructed in preferred integer ratios
  • and realized by a different number of the same constructed sub-components corresponding to the ratio.

Ggf. werden nicht ganzzahlige Restwerte einem einzelnen Subbauelement zugeschlagen oder von diesem abgezogen, wenn ein ganzzahliges Verhältnis nicht realisierbar ist. Dies stellt dann aber ein nicht optimales Matching dar.Possibly. non-integer residual values are added to or subtracted from a single subcomponent if an integer ratio can not be achieved. However, this does not represent optimal matching.

Des Weiteren werden gleiche Subbauelemente, die matchen sollen, auf der integrierten Schaltung möglichst nahe bei einander positioniert und möglichst gleich ausgerichtet. Vorzugsweise werden komplexere, gleichartige Strukturen, die matchen sollen, hinsichtlich der Subbauelemente gegeneinander verwürfelt.Furthermore, the same sub-components that are to match, positioned as close to each other on the integrated circuit and aligned as possible. Preferably, more complex, similar structures to match are scrambled with respect to the sub-components.

Durch diese Maßnahmen wird sichergestellt, dass alle Subbauelemente in der Fertigung mit den nahezu gleichen Fehlern gefertigt werden. Und diese sich bevorzugt dann wegheben.These measures ensure that all sub-components in production are manufactured with almost the same errors. And this prefers then lift away.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

CCUCCU
zentrale Takteinheit der vorgeschlagenen Vorrichtung.central clock unit of the proposed device.
CDLCDL
Takteinheit-Verzögerungskette in der zentrale Takteinheit CCU zur geregelten Verzögerung des Shutter-an-Signals (SON).Clock unit delay chain in the central clock unit CCU for the controlled delay of the shutter-on-signal ( SON ).
CI1 CI 1
erster spezieller Inverter der Takteinheit-Verzögerungskette CDL.first special inverter of the clock unit delay chain CDL ,
CI2 CI 2
zweiter spezieller Inverter der Takteinheit -Verzögerungskette CDL.second special inverter of the clock unit delay chain CDL ,
CI(n-1) CI (n-1)
(n-1)-ter spezieller Inverter der Takteinheit -Verzögerungskette CDL.(n-1) -ter special inverter of the clock unit delay chain CDL ,
CIn CI n
n-ter spezieller Inverter der Takteinheit -Verzögerungskette CDL.nth special inverter of the clock unit delay chain CDL ,
CKCK
Koppelkapazität.Coupling capacitance.
dd
Entfernung des Objekts oder des Objektpunkts.Distance of the object or object point.
DECDEC
Verzögerungsmessvorrichtung.Delay measuring device.
DLLDLL
Delay-Locked-Loop.Delay locked loop.
DLODLO
Ausgangssignal der Master-Verzögerungskette MDL der DLL.Output signal of the master delay chain MDL of the DLL ,
ENEN
Enable-Eingang des jeweiligen speziellen Inverters (MI1 , MI2 , ..... MI(n-1) , MIn , SI1 , SI2 , ..... SI(n-1) , SIn , CI1 , CI2 , ..... CI(n-1) , CIn ) der jeweiligen Verzögerungskette (MDL, SDL, CDL).Enable input of the respective special inverter ( MI 1 . MI 2 , ..... MI (n-1) . MI n . SI 1 . SI 2 , ..... SI (n-1) . SI n . CI 1 . CI 2 , ..... CI (n-1) . CI n ) of the respective delay chain ( MDL , SDL, CDL ).
ENQENQ
negierter Enable-Eingang des jeweiligen speziellen Inverters (MI1 , MI2 , ..... MI(n-1) , MIn , SI1, SI2 , ..... SI(n-1) , SIn , CI1 , CI2 , ..... CI(n-1) , CIn ) der jeweiligen Verzögerungskette (MDL, SDL, CDL) (nur mit zentraler Inversion).negated enable input of the respective special inverter ( MI 1 . MI 2 , ..... MI (n-1) . MI n , SI 1 , SI 2 , ..... SI (n-1) . SI n . CI 1 . CI 2 , ..... CI (n-1) . CI n ) of the respective delay chain ( MDL , SDL, CDL ) (only with central inversion).
FDFD
Fotodiode.Photodiode.
GNDGND
Bezugspotenzial.Reference potential.
IB1IB1
Ruhestromquelle in der ersten Eingangsschaltung ISM1.Quiescent current source in the first input circuit ISM1 ,
IB2IB2
Ruhestromquelle in der zweiten Eingangsschaltung ISM2.Quiescent current source in the second input circuit ISM2 ,
ICIC
mikroelektronisch integrierter Teil der Time-of-Flight-Kamera.microelectronic integrated part of the time-of-flight camera.
IDLL IDLL
schaltbare Stromquelle in der DLL. Die schaltbare Stromquelle liefert einen positiven oder negativen Strom je nach der durch den Phasendetektor PD ermittelten Phasenlage.Switchable power source in the DLL , The switchable current source provides a positive or negative current as determined by the phase detector PD determined phase position.
INVINV
Hilfsinverter des jeweiligen speziellen Inverters (MI1 , MI2 , ..... MI(n-1) , MIn , SI1 , SI2 , ..... SI(n-1), SIn ,CI1, CI2 , ..... CI(n-1) , CIn ) der jeweiligen Verzögerungskette (MDL, SDL, CDL). Der Hilfsinverter invertiert das Enable-Signal am Enable-Eingang EN.Auxiliary inverter of the respective special inverter ( MI 1 . MI 2 , ..... MI (n-1) . MI n . SI 1 . SI 2 , ..... SI (n-1) , SI n , CI 1 , CI 2 , ..... CI (n-1) . CI n ) of the respective delay chain ( MDL , SDL, CDL ). The auxiliary inverter inverts the enable signal at the enable input EN ,
ISM1ISM1
erste Eingangsschaltung (siehe 3).first input circuit (see 3 ).
ISM2ISM2
zweite Eingangsschaltung (siehe 3).second input circuit (see 3 ).
ISMO1ISMO1
Ausgang der ersten Eingangsschaltung ISM1.Output of the first input circuit ISM1 ,
ISMO2ISMO2
Ausgang der zweiten Eingangsschaltung ISM2.Output of the second input circuit ISM2 ,
LEDLED
Leuchtdiode. An Stelle einer Leuchtdiode wird bevorzugt auch eine Laser-Diode eingesetzt. Ganz allgemein kann LED im Text auch als ein Leuchtmittel verstanden werden, das zur Aussendung der erforderlichen Lichtpulse mit der erforderlichen Intensitätssteilheit geeignet ist.Led. Instead of a light emitting diode, a laser diode is preferably used. In general, can LED be understood in the text as a light source, which is suitable for emitting the required light pulses with the required intensity gradient.
LDLD
IC interne Treiberschaltung für den Laser bzw. die LED.IC internal driver circuit for the laser or the LED ,
LONLON
Leuchtmittel-an-Signal (ggf. Laser-an-Signal oder LED-an-Signal).Illuminant on signal (laser on signal or if necessary LED -an signal).
LFLF
Schleifenfilter der DLL Regelung. Das Schleifenfilter wird durch den Phasenfilter PD und in diesem Beispiel über die schaltbare Stromquelle in der DLL IDLL angesteuert und erzeugt das Regelsignal RS.Loop filter the DLL Regulation. The loop filter is passed through the phase filter PD and in this example via the switchable current source in the DLL IDLL controlled and generates the control signal RS ,
LPLP
Lichtpuls, der durch das Leuchtmitteln, z.B. eine Leuchtdiode (LED) oder eine Laserdiode, ausgesendet wird. Andere Lichtquellen - z.B. elektrolumineszierende Bauteile, Plasmaentladungsquellen etc. - sind denkbar.Light pulse emitted by the light source, eg a light-emitting diode ( LED ) or a laser diode is emitted. Other light sources - eg electroluminescent components, plasma discharge sources, etc. - are conceivable.
LPILPI
erfasstes Lichtpulssignal. Das erfasste Laserpulssignal wird beispielsweise mittels der ersten Eingangsschaltung ISM1 ermittelt.detected light pulse signal. The detected laser pulse signal is, for example, by means of the first input circuit ISM1 determined.
LPSLPS
Sendesignal für den Lichtpuls LP.Transmission signal for the light pulse LP ,
LT1LT1
Latch.Latch.
LT2LT2
Latch.Latch.
MDMD
Messwertsignal für die Verzögerung zwischen dem Lichtpuls LP bzw. dem gestreuten Lichtpuls SLP bzw. dem Sendestrom durch das Leuchtmittel während des Lichtpulses LP bzw. dem Sendesignal LPS des Lichtpulses LP einerseits und dem Ausgangssignal SOND der Treiberschaltung (SD) für den Shutter andererseits.Measurement signal for the delay between the light pulse LP or the scattered light pulse SLP or the transmission current through the lighting means during the light pulse LP or the transmission signal LPS of the light pulse LP on the one hand and the output signal SOND the driver circuit ( SD ) for the shutter on the other hand.
MDLMDL
Master Verzögerungskette der DLL.Master delay chain of DLL ,
MI1 MI 1
erster spezieller Inverter der Master-Verzögerungskette MDL.first special inverter of the master delay chain MDL ,
MI2 MI 2
zweiter spezieller Inverter der Master -Verzögerungskette MDL.second special inverter of the master delay chain MDL ,
MI(n-1) MI (n-1)
(n-1)-ter spezieller Inverter der Master -Verzögerungskette MDL.(n-1) -ter special inverter of the master delay chain MDL ,
MIn MI n
n-ter spezieller Inverter der Master -Verzögerungskette MDL.nth special inverter of the master delay chain MDL ,
MP1MP1
erster Messpuls des ersten Messsignals MQ1, währenddessen die erste Ladungsmenge Q1, die durch das fotoelektrische Element bei Lichteinfall erzeugt wird, in der ersten Kapazität gesammelt wird.first measuring pulse of the first measuring signal MQ1 , while the first charge amount Q1 , which is generated by the photoelectric element upon incidence of light, is collected in the first capacitance.
MP2MP2
zweiter Messpuls des zweiten Messsignals MQ2, währenddessen die zweite Ladungsmenge Q2, die durch das fotoelektrische Element bei Lichteinfall erzeugt wird, in der zweiten Kapazität gesammelt wird.second measuring pulse of the second measuring signal MQ2 , while the second charge quantity Q2 which is generated by the photoelectric element upon incident light, is collected in the second capacitance.
MQ1MQ1
erstes Messsignal für das Öffnen des ersten Shutters zum Messen der ersten Ladungsmenge Q1. Das erste Messsignal ist ein Shutter-an-Signal für den ersten Shutter.first measuring signal for opening the first shutter for measuring the first charge amount Q1 , The first measurement signal is a shutter-on signal for the first shutter.
MQ2MQ2
zweites Messsignal für das Öffnen des zweiten Shutters zum Messen der zweiten Ladungsmenge Q2. Das zweite Messsignal ist ein Shutter-an-Signal für den zweiten Shutter.second measuring signal for opening the second shutter for measuring the second charge amount Q2 , The second measurement signal is a shutter-on signal for the second shutter.
MUXMUX
Multiplexer.Multiplexer.
OSZOSZ
Oszillator. Der Oszillator ist bevorzugt ein Quarzoszillator oder ein MEMS-Oszillator. Ein MEMS-Oszillator wird bevorzugt zusammen mit der Master-Verzögerungsstrecke MDL und der Slave-Verzögerungsstrecke SDL sowie den anderen Schaltungsteilen auf dem gleichen Halbleitersubstrat oder zumindest im gleichen Mikrosystemgehäuse untergabracht.Oscillator. The oscillator is preferably a quartz oscillator or a MEMS oscillator. A MEMS oscillator is preferred along with the master delay path MDL and the slave delay line SDL and the other circuit parts on the same semiconductor substrate or underlaid at least in the same microsystem housing.
PDPD
Phasendetektor.Phase detector.
PLDPLD
außerhalb des ICs befindlicher Leistungstreiber zur Ansteuerung des Leuchtmittels, vorzugsweise ein Laser oder eine Leuchtdiode (LED).outside of the IC located power driver for controlling the bulb, preferably a laser or a light emitting diode ( LED ).
Q1Q1
erste Ladungsmenge, die während des Öffnens des ersten Shutters in der ersten Kapazität gesammelt wird, nachdem sie im fotoelektrischen Element gesammelt wurde.first charge amount collected in the first capacitor during opening of the first shutter after being collected in the photoelectric element.
Q2Q2
zweite Ladungsmenge, die während des Öffnens des zweiten Shutters in der zweiten Kapazität gesammelt wird, nachdem sie im fotoelektrischen Element gesammelt wurde. Es sind aus dem Stand der Technik Vorrichtungen und Verfahren bekannt, die durch einen Zeit- statt einen Raummultiplex die erste Kapazität als zweite Kapazität nutzen.second amount of charge accumulated during opening of the second shutter in the second capacitance after being collected in the photoelectric element. There are known from the prior art devices and methods that use the first capacity as a second capacity by a time instead of a space multiplex.
R1R1
Widerstand.Resistance.
R2R2
Widerstand.Resistance.
RCKRCK
Referenztakt.Reference clock.
ROCROC
Ausleseschaltkreis.Readout circuit.
RPRP
reflektierter Puls. Der reflektierte Puls stellt das Lichtsignal dar, das das fotoelektrische Element durch die Reflektion des Lichtpulses LP an den Objekten und/oder den Objektpunkten empfängt.reflected pulse. The reflected pulse represents the light signal, which the photoelectric element by the reflection of the light pulse LP received at the objects and / or the object points.
RSRS
Regelsignal. Der Wert des Regelsignals stellt die Regelgröße dar, mit der die Master-Verzögerungskette MDL der DLL durch den Regler so geregelt wird, dass sich eine Phasenverschiebung des Referenztakts RCK in der Weise ergibt, dass der Phasendetektor PD im Wesentlichen Phasengleichheit feststellt. Dieses Regelsignal wird für die Regelung der Slave-Verzögerungskette SDL und ggf. für die Regelung der Takteinheit-Verzögerungskette CDL verwendet.Control signal. The value of the control signal represents the control variable with which the master delay chain MDL of the DLL is controlled by the controller so that a phase shift of the reference clock RCK in the way that the phase detector PD essentially identifies phase equality. This control signal is for the control of the slave delay chain SDL and possibly for the control of the clock unit delay chain CDL used.
RV1RV1
Arbeitswiderstand in der ersten Eingangsschaltung ISM1.Working resistor in the first input circuit ISM1 ,
SDSD
Treiberschaltung für den Shutter.Driver circuit for the shutter.
SI1 SI 1
erster spezieller Inverter der Slave-Verzögerungskette SDL.first special inverter of the slave delay chain SDL.
SI2 SI 2
zweiter spezieller Inverter der Slave-Verzögerungskette SDL.second special inverter of the slave delay chain SDL.
SI(n-1) SI (n-1)
(n-1)-ter spezieller Inverter der Slave-Verzögerungskette SDL.(n-1) -ter special inverter of slave delay chain SDL.
SIn SI n
n-ter spezieller Inverter der Slave-Verzögerungskette SDL.nth special inverter of the slave delay chain SDL.
SLPSLP
Streulichtpuls.Scattered light pulse.
SONSON
Shutter-an-Signal.Shutter-on signal.
SONDSOND
Ausgangssignal der Treiberschaltung (SD) für den Shutter.Output signal of the driver circuit ( SD ) for the shutter.
SONDISondi
erfasstes Shutter-Signal. Das erfasste Shutter-Signal unterscheidet sich von dem Ausgangssignal SOND der Treiberschaltung (SD) für den Shutter dadurch, dass es durch eine zweite Eingangsschaltung ISM2 in der gleichen Weise gegenüber dem Ausgangssignal SOND der Treiberschaltung (SD) für den Shutter verzögert ist, wie das erfasste Lichtpulssignal LPI gegenüber dem Sendesignals LPS des Lichtpulses LP bzw. gegenüber dem Lichtpuls LP bzw. gegenüber dem elektrischen Strom durch das Leuchtmittel LED zur Erzeugung des Lichtpulses LP durch die erste Eingangsschaltung ISM2 verzögert ist. Bis auf diese Verzögerung sollte ansonsten das erfasste Shutter-Signal dem Ausgangssignal SOND der Treiberschaltung (SD) für den Shutter entsprechen.captured shutter signal. The detected shutter signal is different from the output signal SOND the driver circuit ( SD ) for the shutter by passing it through a second input circuit ISM2 in the same way compared to the output signal SOND the driver circuit ( SD ) is delayed for the shutter, such as the detected light pulse signal LPI opposite to the transmission signal LPS of the light pulse LP or with respect to the light pulse LP or to the electric current through the lamp LED for generating the light pulse LP through the first input circuit ISM2 is delayed. Apart from this delay, the detected shutter signal should otherwise be the output signal SOND the driver circuit ( SD ) correspond to the shutter.
SORSOR
synchroner optischer Empfänger (typischerweise im IC).synchronous optical receiver (typically in the IC ).
SRSR
Shunt-Widerstand.Shunt resistor.
T1T1
erster Transistor des jeweiligen speziellen Inverters (MI1 , MI2 , ..... MI(n-1) , MIn , SI1 , SI2 , ..... SI(n-1) , SIn , CI1 , CI2 , ..... CI(n-1) , CIn ) der jeweiligen Verzögerungskette (MDL, SDL, CDL).first transistor of the respective special inverter ( MI 1 . MI 2 , ..... MI (n-1) . MI n . SI 1 . SI 2 , ..... SI (n-1) . SI n . CI 1 . CI 2 , ..... CI (n-1) . CI n ) of the respective delay chain ( MDL , SDL, CDL ).
T2T2
zweiter Transistor des jeweiligen speziellen Inverters (MI1 , MI2 , ..... MI(n-1) , MIn , SI1 , SI2 , ..... SI(n-1) , SIn , CI1 , CI2 , ..... CI(n-1) , CIn ) der jeweiligen Verzögerungskette (MDL, SDL, CDL).second transistor of the respective special inverter ( MI 1 . MI 2 , ..... MI (n-1) . MI n . SI 1 . SI 2 , ..... SI (n-1) . SI n . CI 1 . CI 2 , ..... CI (n-1) . CI n ) of the respective delay chain ( MDL , SDL, CDL ).
T3T3
dritter Transistor des jeweiligen speziellen Inverters (MI1 , MI2 , ..... MI(n-1) , MIn , SI1 , SI2 , ..... SI(n-1) , SIn , CI1 , CI2 , ..... CI(n-1) , CIn ) der jeweiligen Verzögerungskette (MDL, SDL, CDL).third transistor of the respective special inverter ( MI 1 . MI 2 , ..... MI (n-1) . MI n . SI 1 . SI 2 , ..... SI (n-1) . SI n . CI 1 . CI 2 , ..... CI (n-1) . CI n ) of the respective delay chain ( MDL , SDL, CDL ).
T4T4
vierter Transistor des jeweiligen speziellen Inverters (MI1 , MI2 , ..... MI(n-1) , MIn , SI1 , SI2 , ..... SI(n-1) , SIn , CI1 , CI2 , ..... CI(n-1) , CIn ) der jeweiligen Verzögerungskette (MDL, SDL, CDL).fourth transistor of the respective special inverter ( MI 1 . MI 2 , ..... MI (n-1) . MI n . SI 1 . SI 2 , ..... SI (n-1) . SI n . CI 1 . CI 2 , ..... CI (n-1) . CI n ) of the respective delay chain ( MDL , SDL, CDL ).
T5T5
fünfter Transistor in der ersten Eingangsschaltung ISM1.fifth transistor in the first input circuit ISM1 ,
T6T6
sechster Transistor in der zweiten Eingangsschaltung ISM2.sixth transistor in the second input circuit ISM2 ,
Tdtd
Zeitverzögerung zwischen dem Beginn des Aussendens des Lichtpulses LP und dem Eintreffen des Beginns des Signals des reflektierten Lichts als reflektierten Puls RP am fotoelektrischen Element.Time delay between the beginning of the transmission of the light pulse LP and the arrival of the start of the reflected light signal as a reflected pulse RP on the photoelectric element.
TeTe
konstruktionsbedingter zeitlicher Verzögerungsfehler.construction-related time delay error.
TMP1TMP1
erste zeitliche Messpulsdauer des ersten Messpulses MP1 des ersten Messsignals MQ1.first time measuring pulse duration of the first measuring pulse MP1 of the first measurement signal MQ1.
TMP2TMP 2
zweite zeitliche Messpulsdauer des zweiten Messpulses MP2 des zweiten Messsignals MQ2.second time measuring pulse duration of the second measuring pulse MP2 of the second measurement signal MQ2 ,
TtrigTtrig
zeitliche Lichtpulslänge.temporal light pulse length.
VBVB
konstantes Potenzial.constant potential.
VbatVbat
Versorgungsspannung.Supply voltage.

Liste der zitierten LiteraturList of cited literature

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Claims (1)

Vorrichtung zur Verzögerung eines Signals (SONDI) und zur Erzeugung eines Messwertsignals (MD) - mit einem Referenzoszillator (OSZ), der einen Referenztakt (RCK) erzeugt und - mit einer DLL, - wobei die DLL einen Phasendetektor (PD, IDLL) aufweist und - wobei der Phasendetektor (PD, IDLL) einen Schleifenfilter (LF) der DLL speist und - wobei der Ausgang des Schleifenfilters (LF) der DLL ein Regelsignal (RS) ist und - wobei die DLL eine Masterverzögerungskette (MDL) aufweist und - wobei die Master-Verzögerungskette (MDL) der DLL einen Eingang und einen Ausgang (DLO) aufweist und - wobei die Verzögerung in der Master-Verzögerungskette (MDL) der DLL vom Regelsignal (RS) abhängt und - wobei der Phasendetektor (PD, IDLL) der DLL das Schleifenfilter (LF) der DLL in Abhängigkeit der Phasenlage zumindest eines Paares • aus einer steigenden Flanke des Referenztakts (RCK) im Vergleich zu zumindest einer steigenden Flanke des Ausgangs (DLO) der Master-Verzögerungskette (MDL) der DLL speist oder • aus einer steigenden Flanke des Referenztakts (RCK) im Vergleich zu zumindest einer fallenden Flanke des Ausgangs (DLO) der Master-Verzögerungskette (MDL) der DLL speist oder • aus einer fallenden Flanke des Referenztakts (RCK) im Vergleich zu zumindest einer steigenden Flanke des Ausgangs (DLO) der Master-Verzögerungskette (MDL) der DLL speist oder • aus einer fallenden Flanke des Referenztakts (RCK) im Vergleich zu zumindest einer fallenden Flanke des Ausgangs (DLO) der Master-Verzögerungskette (MDL) der DLL speist und - mit einer Slave-Verzögerungskette (SDL) mit einem Eingang (SONDI) und mindestens einem Ausgang, - wobei die Slave-Verzögerungskette (SDL) Knoten (O) aufweist und - wobei die Verzögerung des Transport einer logischen Information von Knoten zu Knoten in der Slave-Verzögerungskette (SDL) von dem Regelsignal (RS) der DLL abhängt und - wobei die Slave-Verzögerungskette (SDL) einen Enable-Eingang (EN) aufweist, • der die Knoten der Slave-Verzögerungskette (SDL) einfriert, wenn er sich in einem ersten logischen Zustand befindet, und • der den Transport einer logischen Information von Knoten zu Knoten innerhalb der Slave-Verzögerungskette SDL zulässt, wenn er sich in einem zweiten logischen Zustand befindet, und - wobei die Slave-Verzögerungskette (SDL) und die Master-Verzögerungskette (MDL) miteinander thermisch gekoppelt sind und - mit einem Ausleseschaltkreis (ROC), • der in Abhängigkeit von den Werten an den Knoten (O) der Slave-Verzögerungskette (SDL) ein Messwertsignal (MD) erzeugt, • dessen Wert die Verzögerung zwischen einem zweiten Signal (LPI) am Enable-Eingang (EN) und dem Signal (SONDI) darstellt.Device for delaying a signal (SONDI) and generating a measured value signal (MD) - with a reference oscillator (OSZ), which generates a reference clock (RCK) and - with a DLL, - wherein the DLL has a phase detector (PD, IDLL) and wherein the phase detector (PD, IDLL) feeds a loop filter (LF) of the DLL, and wherein the output of the loop filter (LF) of the DLL is a control signal (RS) and wherein the DLL has a master delay chain (MDL) and wherein Master delay chain (MDL) of the DLL has an input and an output (DLO) and - wherein the delay in the master delay chain (MDL) of the DLL depends on the control signal (RS) and - wherein the phase detector (PD, IDLL) of the DLL the loop filter (LF) of the DLL as a function of the phase position of at least one pair spe from a rising edge of the reference clock (RCK) compared to at least one rising edge of the output (DLO) of the master delay chain (MDL) or • is fed from a rising edge of the reference clock (RCK) compared to at least one falling edge of the output (DLO) of the master delay chain (MDL) of the DLL or • from a falling edge of the reference clock (RCK) compared to at least one feeding the rising edge of the output (DLO) of the master delay chain (MDL) of the DLL or • feeding from a falling edge of the reference clock (RCK) compared to at least one falling edge of the output (DLO) of the master delay chain (MDL) of the DLL and - having a slave delay chain (SDL) having an input (SONDI) and at least one output, - the slave delay chain (SDL) having nodes (O), and - wherein the delay of transporting logical information from node to node in the slave delay chain (SDL) depends on the control signal (RS) of the DLL and - the slave delay chain (SDL) has an enable input (EN), • the nodes of the slave delay chain (SDL) freezes when it is in a first logical state, and • allows the transport of logical information from node to node within the slave delay chain SDL when it is in a second logical state, and - Slave delay chain (SDL) and the master delay chain (MDL) are thermally coupled together and - with a read-out circuit (ROC), • depending on the values at the nodes (O) of the slave delay chain (SDL) a measured value signal ( MD), • whose value represents the delay between a second signal (LPI) at the enable input (EN) and the signal (SONDI).
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