Die Erfindung betrifft einen Lichtlaufzeitsensor nach Gattung des unabhängigen Anspruchs.

Der Lichtlaufzeitsensor betrifft insbesondere Lichtlaufzeit-Kamerasysteme insbesondere Lichtlaufzeit- bzw. 3D-TOF-Kamerasysteme, die eine Laufzeitinformation aus der

Phasenverschiebung einer emittierten und empfangenen Strahlung gewinnen. Als Lichtlaufzeitbzw. 3D-TOF-Kameras sind insbesondere PMD-Kameras mit Photomischdetektoren (PMD) geeignet, wie sie u.a. in den Anmeldungen EP 1 777 747 Bl, US 6 587 186 B2 und auch DE 197 04 496 C2 beschrieben und beispielsweise von der Firma ,ifm electronic GmbH' oder 'PMD- Technologies GmbH' als Frame-Grabber 03D bzw. als CamCube zu beziehen sind. Die PMD- Kamera erlaubt insbesondere eine flexible Anordnung der Lichtquelle und des Detektors, die sowohl in einem Gehäuse als auch separat angeordnet werden können.

Ferner ist aus der DE 198 21 974 AI eine Vorrichtung zur Erfassung von Phase und Amplitude elektromagnetischer Wellen bekannt, bei der lichtdurchlässige Modulationsgates im

fotoempfindlichen Bereich und Ladung sammelnde Akkumulationsgates in Streifenform angeordnet sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Füllfaktor auf einem Lichtlaufzeitsensors zu verbessern.

Die Aufgabe wird in vorteilhafter Weise durch den erfindungsgemäßen Lichtlaufzeitsensor nach Gattung des unabhängigen Anspruchs gelöst.

Vorteilhaft ist ein Lichtlaufzeitsensor vorgesehen, mit Modulationsgates in lichtempfindlichen und Auslesefinger in lichtunempfindlichen Bereichen, wobei die Modulationsgates und

Auslesefmger in parallelen Streifen angeordnet sind, die gruppenweise ein Lichtlaufzeitpixel bilden, mit einer Ausleseeinheit, die eine elektrische Größe an den Auslesefingern erfasst und mit einer Auswerteeinheit, die ausgehend von den erfassten elektrischen Größen einen entfernungsrelevanten Wert ermittelt, wobei der Lichtlaufzeitsensor mindestens eine

Lichtlaufzeitpixelzeile mit mindestens drei Lichtlaufzeitpixel aufweist, und die Auslesefmger, die nicht am Rand der Zeile angeordneten sind, an zwei Seiten an einem Modulationsgate angrenzen. Ferner ist die Auswerteeinheit derart ausgebildet, dass für jeden Auslesefmger einzelnd eine elektrische Größe erfasst wird und aus diesen Größen für alle benachbarter Auslesefinger-Paare ein entfernungsrelevanter Wert oder eine Entfernung ermittelt wird.

Dieses Vorgehen hat zum einen den Vorteil, dass aufgrund der durchlaufenden Struktur der Füllfaktor des Lichtlaufzeitsensors erhöht werden kann und zum anderen, dass durch die einzelne Auslese der Auslesefinger die Pixelgröße bedarfsabhängig virtuell verändert werden kann.

Vorteilhaft ist es auch vorgesehen, jeweils vier benachbarte Licht laufzeitpixel mit

unterschiedlichen Phasenlagen zu betreiben, um so insbesondere Bewegungsartefakte zu vermeiden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen schematisch:

Figur 1 das Grundprinzip einer Lichtlaufzeitkamera nach dem PMD-Prinzip,

Figur 2 eine modulierte Integration der laufzeitverschobenen erzeugten Ladungsträger,

Figur 3 einen Querschnitt eines PMD-Pixel,

Figur 4 eine Draufsicht auf ein PMD-Pixel,

Figur 5 eine Draufsicht auf ein PMD-Pixel mit Ausleseknoten,

Figur 6 eine Draufsicht auf ein PMD-Pixel mit gegabelten Auslesefingern,

Figur 7 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen PMD-Pixel mit zwei

Modulationsgates,

Figur 8 eine schematische Draufsicht eines erfindungsgemäßen PMD-Pixel,

Figur 9 ein Querschnitt und eine Draufsicht auf eine durchlaufende PMD-Pixelzeile,

Figur 10 eine Draufsicht auf eine durchlaufende PMD-Pixelzeile mit minimaler Pixelgröße,

Figur 11 eine Anordnung mehrerer durchlaufender PMD-Pixelzeilen,

Figur 12 eine Ausbildung einer PMD-Pixelzeile mit RGB-Filtern,

Figur 13 eine PMD-Pixelzeile mit jeweils drei Modulationsgates,

Figur 14 zwei PMD-Pixelzeilen mit unterschiedlicher Phasenlage.

Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.

Figur 1 zeigt eine Messsituation für eine optische Entfernungsmessung mit einer Lichtlaufzeit- Kamera, wie sie beispielsweise aus der DE 197 04 496 C2 bekannt ist.

Das Lichtlaufzeit-Kamerasystem 1 umfasst eine Sendeeinheit bzw. ein Beleuchtungsmodul 10 mit einer Beleuchtungslichtquelle 12 und einer dazugehörigen Strahlformungsoptik 15 sowie eine Empfangseinheit bzw. Lichtlaufzeitkamera 20 mit einer Empfangsoptik 25 und einem Lichtlaufzeitsensor 22. Der Lichtlaufzeitsensor 22 weist mindestens ein Pixel, vorzugsweise jedoch ein Pixel- Array, auf und ist insbesondere als PMD-Sensor ausgebildet. Die Empfangsoptik 25 besteht typischerweise zur Verbesserung der Abbildungseigenschaften aus mehreren optischen Elementen. Die Strahlformungsoptik 15 der Sendeeinheit 10 ist

vorzugsweise als Reflektor ausgebildet. Es können jedoch auch diffraktive Elemente oder Kombinationen aus reflektierenden und diffraktiven Elementen eingesetzt werden.

Das Messprinzip dieser Anordnung basiert im Wesentlichen darauf, dass ausgehend von der Phasenverschiebung des emittierten und empfangenen Lichts die Laufzeit des emittierten und reflektierten Lichts ermittelt werden kann. Zu diesem Zwecke werden die Lichtquelle 12 und der Lichtlaufzeitsensor 22 über einen Modulator 30 gemeinsam mit einer bestimmten

Modulationsfrequenz bzw. Modulationssignal mit einer ersten Phasenlage a beaufschlagt.

Entsprechend der Modulationsfrequenz sendet die Lichtquelle 12 ein amplitudenmoduliertes Signal mit der Phase a aus. Dieses Signal bzw. die elektromagnetische Strahlung wird im dargestellten Fall von einem Objekt 40 reflektiert und trifft aufgrund der zurückgelegten

Wegstrecke entsprechend phasenverschoben mit einer zweiten Phasenlage b auf den

Lichtlaufzeitsensor 22. Im Lichtlaufzeitsensor 22 wird das Signal der ersten Phasenlage a des Modulators 30 mit dem empfangenen Signal, das die laufzeitbedingte zweiten Phasenlage b aufweist, gemischt, wobei aus dem resultierenden Signal die Phasenverschiebung bzw. die Objektentfernung d ermittelt wird.

Zur genaueren Bestimmung der zweiten Phasenlage b und somit der Objektentfernung d kann es vorgesehen sein, die Phasenlage a mit der der Lichtlaufzeitsensor 22 betrieben wird, um vorgestimmte Phasenverschiebungen Δφ zu verändern. Gleichwirkend kann es auch vorgesehen sein, die Phase, mit der die Beleuchtung angetrieben wird, gezielt zu verschieben.

Das Prinzip der Phasenmessung ist schematisch in Figur 2 dargestellt. Die obere Kurve zeigt den zeitlichen Verlauf des Modulationssignals mit der die Beleuchtung 12 und der

Lichtlaufzeitsensor 22, hier ohne Phasenverschiebung, angesteuert werden. Das vom Objekt 40 reflektierte Licht b trifft entsprechend seiner Lichtlaufzeit tL phasenverschoben auf den

Lichtlaufzeitsensor 22. Der Lichtlaufzeitsensor 22 sammelt die photonisch erzeugten Ladungen q während der ersten Hälfte der Modulationsperiode in einem ersten Auslesefmger Ga und in der zweiten Periodenhälfte in einem zweiten Auslesefmger Gb. Die Ladungen werden

typischerweise über mehrere Modulationsperioden gesammelt bzw. integriert. Aus dem

Verhältnis der im ersten und zweiten Gate Ga, Gb gesammelten Ladungen qa, qb lässt sich die Phasenverschiebung und somit eine Entfernung des Objekts bestimmen. Wie aus der DE 197 04 496 C2 bereits bekannt, kann die Phasenverschiebung des vom Objekt reflektierten Lichts und somit die Distanz, beispielsweise durch ein so genanntes IQ- (Inphase- Quadratur)-Verfahren ermittelt werden. Zur Bestimmung der Distanz werden vorzugsweise zwei Messungen mit Modulationssignalen durchgeführt, deren Phasenlagen um 90° verschobenen sind. Also beispielsweise (p _mo d + φο und (p _mo d + φ9ο, wobei aus der in diesen Phasenlagen ermittelte Ladungsdifferenz Aq(0°), Aq(90°) die Phasenverschiebung des reflektierten Lichts über die bekannte arctan- bzw. arctan2-Beziehung ermittelt werden kann.

Ag(90°)

φ = arctan- Aq(0°)

Zur Verbesserung der Genauigkeit können ferner weitere Messungen mit um beispielsweise 180° verschobenen Phasenlagen durchgeführt werden.

Ag(90°) - Ag(270°)

φ = arctan- A(0°) - A (180°)

Selbstverständlich sind auch Messungen mit mehr als vier Phasen und deren Vielfachen und einer entsprechend angepassten Auswertung denkbar.

Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch einen Pixel eines Photomischdetektors wie er

beispielsweise aus der DE 197 04 496 C2 bekannt ist. Die Modulationsphotogates G _am , G ₀ , Gt, _m bilden den lichtsensitiven Bereich eines PMD-Pixels. Entsprechend der an den Modulationsgates G _am , Go, G _bm angelegten Spannung werden die photonisch erzeugten Ladungen q entweder zum einen oder zum anderen Auslesefinger G _a , G _b gelenkt. Der Auslesefmger ist im dargestellten Beispiel als pn-Übergang bzw. Diode ausgebildet.

Figur 3b zeigt einen Potenzialverlauf, bei dem die Ladungen q in Richtung des ersten

Auslesefmgers G _a abfließen, während das Potenzial gemäß Figur 3c die Ladung q in Richtung des zweiten Auslesefmgers G _b fließen lässt. Die Potenziale werden entsprechend der anliegenden Modulationssignale vorgegeben. Je nach Anwendungsfall liegen die Modulationsfrequenzen vorzugsweise in einem Bereich von 1 bis 100 MHz. Bei einer Modulationsfrequenz von beispielsweise 1 MHz ergibt sich eine Periodendauer von einer Mikrosekunde, so dass das Modulationspotenzial dementsprechend alle 500 Nanosekunden wechselt.

In Figur 3 a ist ferner eine Ausleseeinheit 400 dargestellt, die gegebenenfalls bereits Bestandteil eines als CMOS ausgebildeten PMD-Lichtlaufzeitsensors sein kann. Die im Auslesefmger G _a , G _b erfassten photonisch erzeugten Ladungen werden über eine Vielzahl von Modulationsperioden gesammelt. In bekannter Weise kann die dann an den Auslesefmgern Ga, Gb anliegende Spannung beispielsweise über die Ausleseeinheit 400 hochohmig abgegriffen werden. Die Integrationszeiten sind vorzugsweise so zu wählen, dass für die zu erwartende Lichtmenge der Lichtlaufzeitsensor bzw. die Auslesefmger bzw. deren Kapazitäten und/oder die lichtsensitiven Bereiche nicht in Sättigung geraten.

Figur 4 zeigt eine Draufsicht auf einen Lichtlaufzeitpixel 23 mit typischen Längenangaben. Der Abstand bzw. die Längenausdehnung zwischen den beiden Auslesefmgern Ga, Gb wird als Kanalabstand L _K und der Abstand zwischen den Längs-Symmetrieachsen der beiden

Auslesefmger Ga, Gb als Fingerpitch L _F p bezeichnet. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen die Pixel untereinander nicht durch ein Feldoxid zu trennen, so dass an dem Auslesefmger unmittelbar ein weiteres Modulationsgate anschließt.

Die Ausdehnung der Gates bzw. der Auslesefmger parallel zum Kanalabstand L _K ist die

Gatelänge L _G und die hierzu senkrechte Ausdehnung die Gatebreite B _G . Während die Gates in ihren Breiten B _G im Wesentlichen gleich lang sind, werden die Gatelängen typischerweise abhängig vom Anwendungsfall variiert. Im dargestellten Fall ist beispielsweise das mittlere Modulationsgate Go länger als die beiden äußeren Modulationsgates G _am , Gt, _m , um beispielsweise einen Modulationskontrast zu beeinflussen.

Die Auslesefmgers G _a , G _b können in unterschiedlicher Art und Weise aufgebaut und strukturiert werden. Aus der DE 197 04 496 C2 ist es beispielsweise bekannt, die Auslesefmger als pn- Übergänge bzw. Dioden auszubilden. Bevorzugt erstreckt sich die Diode über die gesamte Breite der Auslesefmger. Vorzugsweise sind die Auslesefmger lichtundurchlässig ausgebildet oder mit einer lichtundurchlässigen Schicht, vorzugsweise eine Metallisierung abgedeckt. Die

Metallisierung kann ggf. auch gleichzeitig die Kontaktierung der Diode bilden.

Figur 5 zeigt eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltung, in der die Auslesefmger Ga, Gb eine Gatestruktur und einen Integrations- bzw. Ausleseknoten aufweisen. Im dargestellten Fall erstreckt sich ein Auslesegate AG _a , AG _b über die gesamte Breite B _G des Auslesefmgers Ga, Gb. In einem Endbereich des Auslesefmgers Ga, Gb befindet sich ein Ausleseknoten AK _a , AK _b . Wie bereits in Figur 3 gezeigt, liegt an dem Auslesegate AG _a , AGb eine Spannung an, die unterhalb des Gates ein Potentialtopf für die Ladungsträger q bildet. Die dort gesammelten Ladungsträger fließen vornehmlich aufgrund von Diffusionsprozessen zum jeweiligen Ausleseknoten AK _a , AK _b ab und können dort von der Ausleseeinheit 400 beispielsweise als Spannung abgegriffen werden. Bevorzugt sind die Auslesefmger Ga, Gb mit einer lichtundurchlässigen Schicht, vorzugsweise einer Metallschicht abgedeckt. Die Metallschicht kann ggf. auch zur Kontaktierung des

Ausleseknotens dienen. In einer weiteren Ausgestaltung ist es auch denkbar, das Auslesegate selbst in der Transparenz zu beeinflussen, beispielsweise durch Silizidieren.

Ferner sind auch Variationen der Größe und Position der Ausleseknoten AK _a , AK _b denkbar. Beispielsweise können die Ausleseknoten AK _a , AK _b die gleich Länge wie die Auslesegates AG _a , AG _b aufweisen. Auch können mehrere Ausleseknoten über die Struktur des Gates verteilt sein. Insbesondere können an beiden Enden des Gates Ausleseknoten angeordnet sein. Auch ist ein zentraler Ausleseknoten denkbar. Die Ausleseknoten sind vorzugsweise als pn-Übergang bzw. als Diode ausgebildet.

Figur 6 zeigt eine weitere Variante bei der die Auslesefmger bzw. die Gatestruktur im Bereich der Ausleseknoten erweitert ist. Durch diese Aufgabelung sind die Ausleseknoten AK _a , AK _b von einer Gatestruktur umgeben und mit einem Mindestabstand vom benachbarten Modulationsgate Garn, Gbm getrennt. Durch ein derartiges Vorgehen werden vorteilhaft elektrische Durchgriffe vom Modulationsgate auf die Ausleseknoten reduziert oder gehemmt.

Wie bereits erwähnt, wird ein PMD-Pixel typischerweise mit Hilfe von einem Feldoxid und einer optischen Abdeckung vom benachbarten Matrixpixel getrennt. Dadurch wird

typischerweise ein Übersprechen der einzelnen Matrixpixel untereinander minimiert. Bei sehr kleinen Pixeln spielt der Füllfaktor jedoch eine immer wichtigere Rolle. Insbesondere ist es nachteilig, wenn die separierende Feldoxidmatrix eine größere Dimension aufweist als die Auslesefmger. Liegt der Pixelpitch in einer Größenordnung des Fingerpitch, spielt das

Randgebiet bzw. Separationsgebiet in Bezug auf den Füllfaktor eine immer wichtigere Rolle. Der typische Fingerpitch L _F p, d.h. Auslesefmger plus Modulationsgates, liegt in der

Größenordnung von ca. 7 - 10 μιη. Die Höhe bzw. Breite der Finger und die Kanallänge, sind bei PMD-Strukturen, ähnlich wie bei Transistoren, in einem sehr weiten Bereich skalierbar.

Durch den Einsatz kleinerer Herstellungsprozesse und der Miniaturisierung der

Ausleseelektronik ist es möglich, den Pixelpitch L _PP oder die Größe eines Pixels in die

Größenordnung des Fingerpitches L _F p zu bringen. Des Weiteren besteht der Wunsch nach Sensoren mit möglichst hoher Auflösung bei geringen Abmessungen.

Zur Lösung dieser technischen Erfordernisse wird eine durchlaufende PMD-Pixelstruktur ohne separierende Feldoxide vorgeschlagen.

Figur 7 und 8 zeigen eine solche durchlaufende Pixel-Struktur. Figur 7a zeigt einen Querschnitt einer solchen Struktur mit vier Auslesefmger Ga, Gb und jeweils zwei Modulationsgates Garn, Gbm zwischen zwei Auslesefmger Ga, Gb. Die

Modulationsgates Garn, Gbm sind wie bereits in Figur 3 dargestellt lichtdurchlässig und bilden einen lichtempfindlichen Bereich 26 des Lichtlaufzeitpixels 23. Die Auslesefmger Ga, Gb sind mit einer Maske abgedeckt und bilden einen lichtunempfindlichen Bereich 27. Unterhalb der Auslesefmger Ga, Gb sind Dotierungsbereiche angedeutet, die entsprechend des Grundmaterials des Halbleiters n- oder p-dotiert sein können. Wie bereits in den obigen Beispielen dargestellt, kann es sich hier auch um eine Gate-Struktur mit Ausleseknoten handeln.

In Figur 7b zeigt einen möglicher Potenzialverlauf für die in Figur 7a dargestellte Struktur, analog zu der Darstellung gemäß Figur 3c.

Figur 8 zeigt eine Draufsicht auf die Pixel- Struktur gemäß Figur 7a. Die Auslesefmger Ga, Gb werden von einer Ausleseeinheit 400 ausgelesen, wobei gleichnamige Auslesefmger gemeinsam auf eine Auswerteeinheit 420 geführt werden, die beispielsweise die Ladungsdifferenzen Aq oder die Ladungssummen Σq der Auslesefmger Ga, Gb ermittelt. Das vom Modulator 30 stammende Modulationssignal wird über eine Potenzialzuleitung 35 auf die Modulationsgates Garn, Gbm entsprechend gegenphasig zugeführt. Die Modulationsgates Garn, Gbm in unmittelbarer

Nachbarschaft eines Auslesefmgers Ga, Gb befinden sich jeweils auf gleichem Potenzial. Die Ausleseeinheit 400 und die Potentialzuleitung 35 sind wie auch die Auslesefmger Ga, Gb mit einer lichtundurchlässigen Maske abgedeckt.

Das in Figur 7 und 8 gezeigte Lichtlaufzeitpixel wird erfindungsgemäß, wie in Figur 9 dargestellt, durchlaufend und ohne Separation in einer Pixel-Zeile angeordnet. Die in Figur 9 dargestellte Pixelzeile in vier Einzelpixel 23.1 - 23.4 aufgeteilt. Die Pixelgrenzen sind jeweils mit Strichpunktlinien gekennzeichnet. Die Auslesefmger, die am Rande des Lichtlaufzeitpixels liegen haben einen lichtempfindlichen Bereich 26a mit dem benachbarten Pixel gemeinsam. Die dort generierten Ladungsträger fließen somit je nach Potenziallage einmal zum Nachbarpixel und das andere Mal zum eigenen Auslesefmger. Da sich dieser Vorgang jedoch an beiden äußeren Auslesefmger mit entgegengesetztem Vorzeichen wiederholt, gleicht sich dieser Ladungstransfer im Mittel wieder aus, so dass effektiv, wie in Figur 9 dargestellt, nur der halbe gemeinsame lichtempfindliche Bereich 26a für das jeweilige Pixel aktiv ist.

Figur 10 zeigt eine kleinstmö gliche Pixelstruktur mit nur zwei Auslesefmger Ga, Gb und vier Modulationsgates Garn, Gbm, wobei, wie auch in den bislang dargestellten Pixeln, die Auslesefinger mit zwei im Potential gleichwirkenden Modulationsgates umgeben ist. Der Pixelpitch Lpp ist in diesem Fall nur geringfügig größer als der Fingerpitch Lpp.

Figur 11 zeigt eine Anordnung mit mehreren PMD -Pixelzeilen 23z, bei der sich für eine platzsparende Anordnung jeweils zwei Pixelzeilen einen Flächenbereich für die

Potenzialzuleitungen 35 und Ausleseeinheiten 400 teilen.

Figur 12 bzw. Figur 12a zeigt eine Variante mit drei Modulationsgates Garn, Gbm, GO die unterschiedliche optische Filter aufweisen, um so beispielsweise eine visuelle Farbinformation zu generieren.

Zur Erfassung einer Farbinformation kann beispielsweise ein Potenzial gemäß Figur 12b an die Pixelstruktur angelegt werden. Durch Aufbringen von Farbfiltern Rot R, Grün G und Blau B über den Modulationsgates in Kombination mit einer geeigneten Ansteuerung der Gates ist es möglich, Farb-Informationen aus dem Sensor zu extrahieren, deren Auflösung höher ist als die physikalische Auflösung in Bezug auf die 3D-Werte.

Die Modulationsgates an den Seiten der Auslesefinger werden auf beiden Seiten mit dem gleichen Filtern versehen, die zusätzlich zu einer Transparenz in einer der drei Grundfarben auch im Infraroten durchlässig sind. Das mittlere Gate ist nur im Infraroten durchlässig.

Im Färb- bzw. RGB-Modus werden die mittleren Gates GO vorzugsweise mit 0 Volt angesteuert, während die äußeren Modulationsgates Ga, Gb mit einer Spannung zwischen den Auslese- oder Separationsgates beaufschlagt werden. Die unterhalb der Farbfilter generierten Ladungsträger werden an dem nächst gelegenen Auslesefinger Ga, Gb gesammelt. Die unter dem mittleren Modulationsgate GO anliegende Potentialbarriere kann von den Ladungsträgern nicht überwunden werden.

Für eine Photonenmischung wird vorzugsweise ein Potenzial gemäß Figur 12c an die

Modulationsgates angelegt, wobei die modulierte Beleuchtung im Infraroten IR erfolgt.

Figur 13 zeigt einen Aufbau bzw. Verschaltung, bei der eine gegenüber der physikalischen Pixelauflösung eine höhere virtuelle Pixelauflösung realisiert werden kann. Typischerweise sind die verwendeten Pixel quadratisch, dies ist aber nicht zwingend notwendig. Ein Pixel besteht mindestens aus zwei Auslesefinger Ga, Gb und den Modulationsgates Garn, Gbm, GO bzw. MOD. Im hier gezeigten Beispiel hat die eigentliche Pixelzelle ein Format von 2: 1 im Verhältnis von Breite zu Höhe. Durch die Realisierung der Pixel als durchlaufende Matrixpixel ist es möglich, durch eine Berechnung von Entfernungswerten aus den Ladungsdifferenzen aller Auslesefingern Ga, Gb mit dem jeweilig benachbarten Auslesefinger Ga, Gb, eine virtuell höhere Pixelauflösung zu erreichen. Der resultierende virtuelle Pixelpitch Lypp beträgt im dargestellten Beispiel dann 1 : 1 während der physikalische Pixelpitch Lpp 2: 1 beträgt.

Typischerweise werden bei einem PMD-Sensor vier Frames zeitlich hintereinander mit vier unterschiedlichen Phasenlagen aufgenommen. Dies ermöglicht zwar eine hohe örtliche

Auflösung bedingt aber eine geringe zeitliche Auflösung.

Figur 14 zeigt einen Aufbau in dem durch eine gemeinsame Nutzung der Auslesefinger vier unterschiedliche Phasen in einem engen räumlichen Gebiet realisiert werden können. Über den Modulator 30 werden die obere und untere Pixelzeile mit einem Modulationssignal beaufschlagt, wobei die untere Pixelzeile mit einem um 90° verschobenen Modulationssignal beaufschlagt wird. Durch geeignete Verschaltung können jeweils benachbarte Pixel in einer Pixelzeile mit einer um 180° verschobenen Phasenlage beaufschlagt werden. Durch dieses Vorgehen können in einem Frame durch Verrechnung von zwei mal zwei benachbarten Pixeln ein Entfernungswert ermittelt werden. Hierdurch ist es möglich, die Bewegungsartefakte deutlich zu minimieren, ohne dass die räumliche Auflösung stark beeinträchtigt wird.

Bezugszeichenliste

10 Sendeeinheit

12 Beleuchtungslichtquelle

15 Strahlformungsoptik

20 Empfangseinheit, TOF-Kamera

22 Lichtlaufzeitsensor

23 Lichtlaufzeitpixel

23Z Lichtlaufzeitpixelzeile

25 Empfangsoptik

26 lichtempfindlicher Bereich

26a gemeinsamer lichtempfindlicher Bereich

27 lichtunempfindlicher Bereich

28a aktiver Bereich für Auslesefinger Ga

28b aktiver Bereich für Auslesefinger Gb

30 Modulator

35 Potentialzuleitung

40 Objekt

400 Ausleseeinheit

420 Auswerteeinheit

Garn, G0, Gbm, MOD Modulationsgates

Ga, Gb Auslesefinger

AG _a , AG _b Auslesegates

AK _a , AK _b Ausleseknoten

q Ladungen

qa, qb Ladungen am Auslesefinger Ga, Gb