DE102017106076B3 - Device for signal delay using a reference oscillator and its application in a TOF camera - Google Patents
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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. 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.
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
In dem Beispiel der
In dem Beispiel der
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.
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:
Aus der
Aus der
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
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. 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. 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. 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.
- 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. 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. 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. 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. 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. 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.
- 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. 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. 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 aus6 .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 ISM16 , -
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 aus8 oder aus10 .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 ISM18th or off10 , -
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 der2 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 the2 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 der4 separat.13 shows the stabilized with the DLL and an oscillator OSZ slave delay line SDL the4 separately.
Beschreibung der FigurenDescription of the figures
Die Erfindung wird nun anhand der Figuren näher erläutert. Auf
Auf dem Kamera-
Sowohl die internen, in das
Somit ergibt sich der besagte, konstruktionsbedingte zeitliche Verzögerungsfehler
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
Die Bestimmung des konstruktionsbedingten zeitlichen Verzögerungsfehlers
Der Verlauf des Laserpulses
Die Verzögerung zwischen dem Sendesignal
Da der Lichtpuls
Die Verzögerungsmessvorrichtung
Zum Ersten umfasst die in
Zum Zweiten umfasst die in
Zum Dritten umfasst die in
Dieser Messwert in Form des Messwertsignals
Ein beispielhafter spezieller Inverter, wie er für die Verzögerungsketten (
Der Schaltzustand der Slave-Verzögerungskette SDL wird vorzugsweise durch den Ausleseschaltkreis ROC digital ausgelesen und gespeichert. Da für eine Bildaufnahme normalerweise viele Lichtpulse
Ein Beispiel für eine erste Eingangsschaltung
Die hier beispielhaft in der
Die hier beispielhaft in der
Anstelle der optischen Ankopplung mittels einer Fotodiode
In diesem Fall muss auch die zweite Eingangsschaltung
Der hohe Strom durch das Leuchtmittel
Statt dem Stromsignal kann auch das Sendesignal
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
Die Schaltung enthält Eingangsschaltungen (
Die Verzögerungsmessvorrichtung
Durch die Mittelung vieler Messungen im Ausleseschaltkreis
Mit der gemessenen Verzögerung in Form des Messwertsignals
Das Shutter-an-Signal
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 (
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
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.
- 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 unitCCU 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 chainCDL , - CI2 CI 2
-
zweiter spezieller Inverter der Takteinheit -Verzögerungskette
CDL .second special inverter of the clock unit delay chainCDL , - 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 chainCDL , - CIn CI n
-
n-ter spezieller Inverter der Takteinheit -Verzögerungskette
CDL .nth special inverter of the clock unit delay chainCDL , - 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 derDLL .Output signal of the master delay chainMDL of theDLL , - 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 circuitISM1 , - IB2IB2
-
Ruhestromquelle in der zweiten Eingangsschaltung
ISM2 .Quiescent current source in the second input circuitISM2 , - 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 PhasendetektorPD ermittelten Phasenlage.Switchable power source in theDLL , The switchable current source provides a positive or negative current as determined by the phase detectorPD 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-EingangEN .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 inputEN , - ISM1ISM1
-
erste Eingangsschaltung (siehe
3 ).first input circuit (see3 ). - ISM2ISM2
-
zweite Eingangsschaltung (siehe
3 ).second input circuit (see3 ). - ISMO1ISMO1
-
Ausgang der ersten Eingangsschaltung
ISM1 .Output of the first input circuitISM1 , - ISMO2ISMO2
-
Ausgang der zweiten Eingangsschaltung
ISM2 .Output of the second input circuitISM2 , - 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, canLED 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 theLED , - LONLON
-
Leuchtmittel-an-Signal (ggf. Laser-an-Signal oder
LED -an-Signal).Illuminant on signal (laser on signal or if necessaryLED -an signal). - LFLF
-
Schleifenfilter der
DLL Regelung. Das Schleifenfilter wird durch den PhasenfilterPD und in diesem Beispiel über die schaltbare Stromquelle in derDLL IDLL angesteuert und erzeugt das RegelsignalRS .Loop filter theDLL Regulation. The loop filter is passed through the phase filterPD and in this example via the switchable current source in theDLL IDLL controlled and generates the control signalRS , - 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 circuitISM1 determined. - LPSLPS
-
Sendesignal für den Lichtpuls
LP .Transmission signal for the light pulseLP , - LT1LT1
- Latch.Latch.
- LT2LT2
- Latch.Latch.
- MDMD
-
Messwertsignal für die Verzögerung zwischen dem Lichtpuls
LP bzw. dem gestreuten LichtpulsSLP bzw. dem Sendestrom durch das Leuchtmittel während des LichtpulsesLP bzw. dem SendesignalLPS des LichtpulsesLP einerseits und dem AusgangssignalSOND der Treiberschaltung (SD ) für den Shutter andererseits.Measurement signal for the delay between the light pulseLP or the scattered light pulseSLP or the transmission current through the lighting means during the light pulseLP or the transmission signalLPS of the light pulseLP on the one hand and the output signalSOND the driver circuit (SD ) for the shutter on the other hand. - MDLMDL
-
Master Verzögerungskette der
DLL .Master delay chain ofDLL , - MI1 MI 1
-
erster spezieller Inverter der Master-Verzögerungskette
MDL .first special inverter of the master delay chainMDL , - MI2 MI 2
-
zweiter spezieller Inverter der Master -Verzögerungskette
MDL .second special inverter of the master delay chainMDL , - MI(n-1) MI (n-1)
-
(n-1)-ter spezieller Inverter der Master -Verzögerungskette
MDL .(n-1) -ter special inverter of the master delay chainMDL , - MIn MI n
-
n-ter spezieller Inverter der Master -Verzögerungskette
MDL .nth special inverter of the master delay chainMDL , - MP1MP1
-
erster Messpuls des ersten Messsignals
MQ1 , währenddessen die erste LadungsmengeQ1 , die durch das fotoelektrische Element bei Lichteinfall erzeugt wird, in der ersten Kapazität gesammelt wird.first measuring pulse of the first measuring signalMQ1 , while the first charge amountQ1 , 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 LadungsmengeQ2 , die durch das fotoelektrische Element bei Lichteinfall erzeugt wird, in der zweiten Kapazität gesammelt wird.second measuring pulse of the second measuring signalMQ2 , while the second charge quantityQ2 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 amountQ1 , 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 amountQ2 , 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 pathMDL 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 pulseLP 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 derDLL durch den Regler so geregelt wird, dass sich eine Phasenverschiebung des ReferenztaktsRCK in der Weise ergibt, dass der PhasendetektorPD im Wesentlichen Phasengleichheit feststellt. Dieses Regelsignal wird für die Regelung der Slave-Verzögerungskette SDL und ggf. für die Regelung der Takteinheit-VerzögerungsketteCDL verwendet.Control signal. The value of the control signal represents the control variable with which the master delay chainMDL of theDLL is controlled by the controller so that a phase shift of the reference clockRCK in the way that the phase detectorPD 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 chainCDL used. - RV1RV1
-
Arbeitswiderstand in der ersten Eingangsschaltung
ISM1 .Working resistor in the first input circuitISM1 , - 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 EingangsschaltungISM2 in der gleichen Weise gegenüber dem AusgangssignalSOND der Treiberschaltung (SD ) für den Shutter verzögert ist, wie das erfasste LichtpulssignalLPI gegenüber dem SendesignalsLPS des LichtpulsesLP bzw. gegenüber dem LichtpulsLP bzw. gegenüber dem elektrischen Strom durch das LeuchtmittelLED zur Erzeugung des LichtpulsesLP durch die erste EingangsschaltungISM2 verzögert ist. Bis auf diese Verzögerung sollte ansonsten das erfasste Shutter-Signal dem AusgangssignalSOND der Treiberschaltung (SD ) für den Shutter entsprechen.captured shutter signal. The detected shutter signal is different from the output signalSOND the driver circuit (SD ) for the shutter by passing it through a second input circuitISM2 in the same way compared to the output signalSOND the driver circuit (SD ) is delayed for the shutter, such as the detected light pulse signalLPI opposite to the transmission signalLPS of the light pulseLP or with respect to the light pulseLP or to the electric current through the lampLED for generating the light pulseLP through the first input circuitISM2 is delayed. Apart from this delay, the detected shutter signal should otherwise be the output signalSOND the driver circuit (SD ) correspond to the shutter. - SORSOR
-
synchroner optischer Empfänger (typischerweise im
IC ).synchronous optical receiver (typically in theIC ). - 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 circuitISM1 , - T6T6
-
sechster Transistor in der zweiten Eingangsschaltung
ISM2 .sixth transistor in the second input circuitISM2 , - Tdtd
-
Zeitverzögerung zwischen dem Beginn des Aussendens des Lichtpulses
LP und dem Eintreffen des Beginns des Signals des reflektierten Lichts als reflektierten PulsRP am fotoelektrischen Element.Time delay between the beginning of the transmission of the light pulseLP and the arrival of the start of the reflected light signal as a reflected pulseRP 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 pulseMP1 of the first measurement signal MQ1. - TMP2TMP 2
-
zweite zeitliche Messpulsdauer des zweiten Messpulses
MP2 des zweiten MesssignalsMQ2 .second time measuring pulse duration of the second measuring pulseMP2 of the second measurement signalMQ2 , - TtrigTtrig
- zeitliche Lichtpulslänge.temporal light pulse length.
- VBVB
- konstantes Potenzial.constant potential.
- VbatVbat
- Versorgungsspannung.Supply voltage.
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-
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.US 8 638 425 B2 ,US 8 638 425 B2
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
| R020 | Patent grant now final | ||
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Owner name: ELMOS SEMICONDUCTOR SE, DE Free format text: FORMER OWNER: ELMOS SEMICONDUCTOR AKTIENGESELLSCHAFT, 44227 DORTMUND, DE |
|
| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: ELMOS SEMICONDUCTOR SE, DE Free format text: FORMER OWNER: ELMOS SEMICONDUCTOR SE, 44227 DORTMUND, DE |