Es wird ein Sensor angegeben. Darüber hinaus wird ein Betriebsverfahren für einen solchen Sensor angegeben.

Eine zu lösende Aufgabe liegt darin, einen Sensor anzugeben, der einen niedrigen Energieverbrauch aufweist.

Diese Aufgabe wird unter anderem durch einen Sensor und durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegen ^¬ stand der abhängigen Ansprüche.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Sensor ei- nen oder mehrere Sensorchips. Der mindestens eine Sensorchip ist zur Detektion einer Strahlung eingerichtet. Bei dem Sensorchip kann es sich um einen mehrkanaligen Sensorchip oder um einen einkanaligen Sensorchip, auch als Fotodiode bezeichnet, handeln. Bevorzugt ist der Sensorchip eine einkanalige Fotodiode, insbesondere eine PIN-Fotodiode . Der Sensorchip kann auf Silizium basieren, alternativ aber auch auf anderen Halbleitermaterialsystemen wie Ge, InGaAs oder InGaP.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Sensor eine Elektronikeinheit. Die Elektronikeinheit ist beispielsweise in einem Träger des Sensors integriert. Bei einem solchen Träger kann es sich um eine bedruckte Leiterplatte und/oder um ein Schaltkreissubstrat etwa basierend auf Silizium han ^¬ deln, zum Beispiel um einen integrierten Schaltkreis, kurz IC, oder um einen MikroController. Alternativ kann die Elektronikeinheit eine separate Komponente darstellen, die an dem Sensorchip und/oder an dem Träger angebracht ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet die Elektro ^¬ nikeinheit eine digitale, bidirektionale Anschlussleitung. Das heißt, die Anschlussleitung ist für digitale Signale ein ^¬ gerichtet, sowohl in Richtung weg von dem Sensor als auch in Richtung hin zu dem Sensor. Bei dieser Anschlussleitung handelt es sich bevorzugt um die einzige bidirektionale An ^¬ schlussleitung der Elektronikeinheit und des Sensors. Diese Anschlussleitung kann der primäre und/oder der einzige Datenausgang des Sensors sein.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Elektronikeinheit eine Bereitschaftssteuerschaltung. Über die Bereitschaftssteuerschaltung ist der Sensor in einen aktiven Betrieb schaltbar, in dem Signale von dem Sensorchip aufgenom- men und von dem Sensor abgegeben werden. Weiterhin kann der Sensor über die Bereitschaftssteuerschaltung in einen Bereitschaftsmodus, auch als Standby bezeichnet, geschaltet werden. Im Standby-Modus liefert der Sensor keine Signale. Im Stand- by-Modus ist ein mittlerer Energieverbrauch, insbesondere ein mittlerer Stromverbrauch, des Sensors gegenüber dem aktiven Betrieb reduziert, beispielsweise um mindestens einen Faktor 10 oder 100.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Elektroni- keinheit eine Aktiv-Statusleitung. Die Aktiv-Statusleitung ist dazu eingerichtet, anzuzeigen, ob der Sensor aktiv Daten sendet. Es ist möglich, dass ein Signal der Aktiv- Statusleitung, bei der es sich bevorzugt um eine intern in der Elektronikeinheit verlaufende Leitung oder Kontaktstelle handelt, an der Anschlussleitung ausgegeben wird. Das heißt, an der Anschlussleitung und an der Aktiv-Statusleitung kann zeitweise das gleiche Signal anliegen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Anschlusslei ^¬ tung dazu eingerichtet, an eine externe Ansteuereinheit ange ^¬ schlossen zu werden. Bei der externen Ansteuereinheit handelt es sich bevorzugt um eine im Feld programmierbare Logikgat- ter-Anordnung, auch als Field Programmable Gate Array oder kurz FPGA bezeichnet, oder um einen MikroController oder auch um einen Computer. Es ist möglich, dass über die Ansteuereinheit die Signale aus dem Sensor ausgelesen werden. Über die Ansteuereinheit wird bestimmt, ob der Sensor in einem Stand- by-Modus oder in einen aktiven Modus betrieben wird. Das heißt, die Ansteuereinheit bestimmt, ob von dem Sensor Mess ^¬ daten erhoben werden sollen oder nicht.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Bereitschafts- Steuerschaltung dazu eingerichtet, zu bestimmen, ob die Anschlussleitung extern von der Ansteuereinheit angesprochen wird, wenn die Anschlussleitung nicht intern von der Aktiv- Statusleitung angesprochen wird. Die Bereitschaftssteuerschaltung versetzt den Sensor genau dann in den Bereit- schaftsmodus gleich Standby-Modus , wenn die Anschlussleitung von der Ansteuereinheit angesprochen wird und die Aktiv- Statusleitung die Anschlussleitung nicht anspricht.

Darüber hinaus wird ein Betriebsverfahren für einen solchen Sensor angegeben. Mit dem Betriebsverfahren wird einer oder werden mehrere Sensoren betrieben, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen angegeben. Merkmale des Sensors sind daher auch für das Betriebs ^¬ verfahren offenbart und umgekehrt.

In mindestens einer Ausführungsform des Betriebsverfahrens ist die Anschlussleitung an die externe Ansteuereinheit, die keinen Bestandteil des Sensors darstellt, angeschlossen. Die Bereitschaftssteuerschaltung bestimmt einerseits, ob die Anschlussleitung extern von der Ansteuereinheit angesprochen wird, und andererseits, ob die Anschlussleitung von der Ak ^¬ tiv-Statusleitung angesprochen wird. Die Bereitschaftssteuer- Schaltung versetzt den Sensor genau dann in einen Bereitschaftsmodus oder gibt ein entsprechendes Steuersignal aus, wenn die Anschlussleitung nicht von der Aktiv-Statusleitung angesprochen wird, aber extern von der Ansteuereinheit angesprochen oder angewiesen wird, in den Standby-Modus zu gehen.

Bei Sensoren, insbesondere bei optischen Sensoren, die im Bereich der mobilen Elektronik oder im Bereich der in Kleidung integrierten Elektronik, auch als die Bereiche Mobile und Wearables bezeichnet, eingesetzt werden, stellt ein Energie- verbrauch eine kritische Größe dar und muss zur Verlängerung einer Batterielebensdauer oder einer Akkulaufzeit minimiert werden. Eine weit verbreitete Methode ist es dabei, den Sen ^¬ sor bei Nichtgebrauch in einen Standby-Modus zu versetzen, der durch einen wesentlich niedrigeren Stromverbrauch gekenn- zeichnet ist. Mit dem hier beschriebenen Betriebsverfahren lässt sich der Sensor in einen Standby-Modus versetzen, ohne dass aufwändige zusätzliche bauliche Maßnahmen an dem Sensor getroffen werden müssen. Eine Möglichkeit, einen Sensor oder ein IC-basiertes Bauteil in einen Standby-Modus zu versetzen, liegt darin, eine zu ^¬ sätzliche, dedizierte Anschlussstelle für den Standby-Modus an dem betreffenden IC vorzusehen. Wenn eine angelegte Spannung an dieser Anschlussstelle von außen geändert wird, bei- spielsweise von niedrig auf hoch oder von hoch auf niedrig, wird der Standby-Modus aktiviert oder deaktiviert. Hierzu muss jedoch auch eine dedizierte physikalische Verbindung zwischen einer Steuereinheit wie einem Controller, beispiels- weise ein FPGA oder ein MikroController, und der Standby- Anschlussstelle hergestellt werden.

Eine andere Möglichkeit liegt darin, einen Sensor zu verwen- den, der über eine eigene Kommunikationsschnittstelle ver ^¬ fügt, beispielsweise eine I2C-Schnittstelle . Ein solcher Sen ^¬ sor ist direkt über ein Kommunikationsprotokoll aktivierbar und deaktivierbar und somit in den Standby-Modus schaltbar. Jedoch ist eine Kommunikationsschnittstelle mit vergleichs- weise aufwändigen Logikeinheiten an dem Sensor verbunden, weshalb eine dedizierte Kommunikationsschnittstelle ver ^¬ gleichsweise kostenintensiv ist.

Bei diesen Realisierungsformen ist also entweder eine zusätz- liehe Leitung zur Standby-Anschlussstelle gezogen oder es ist eine Kommunikationsschnittstelle vorhanden, über die ein ver ^¬ gleichsweise komplexes Kommunikationsprotokoll bearbeitbar ist. Diese Erfordernisse erhöhen den technischen Aufwand und/oder den Strombedarf des Sensors. Mit dem hier beschrie- benen Sensor sind weder eine zusätzliche Anschlussstelle zur Ansteuerung des Standby-Modus noch eine Kommunikations ^¬ schnittstelle mit Kommunikationsprotokoll erforderlich.

Bei dem hier beschriebenen Sensor ist es somit möglich, den Standby-Modus über einen sensorfunktionsbedingt bereits vor ^¬ handenen digitalen Ausgang zu aktivieren, ohne dass eine zusätzliche Verbindung zur Ansteuereinheit gelegt werden muss. Dazu wird in einer bevorzugten Ausführungsform die Anschlussleitung an einem Ausgang als bidirektionaler Anschluss im 0- pen-Drain-Modus ausgelegt und insbesondere mit einem Pull-Up- Widerstand, beispielsweise um 10 kQ, mit einer Versorgungs ^¬ spannung verbunden. Wenn der Ausgang inaktiv ist, zieht der Pull-Up-Widerstand die Anschlussstelle auf hohes Potential, auch als High bezeichnet. Sobald der Ausgang aktiviert wird, zieht der Open-Drain-Transistor der Ausgangsstufe die Anschlussstelle auf niedriges Potential, auch als Low bezeich ^¬ net. Damit lässt sich die normale Funktion des digitalen Aus- gangs des Sensors ohne Einschränkung weiterhin realisieren.

Um den Standby-Modus zu aktivieren, kann die damit verbundene Ansteuereinheit, bevorzugt ein FPGA oder ein MikroController, seinerseits diese Anschlussstelle auf niedriges Potential ziehen. Eine einfache Logikschaltung in Form der Bereitschaftssteuerschaltung, beispielsweise bestehend aus ledig ^¬ lich drei Invertern, einem RS-Flip-Flop und einem UND-Gatter, erkennt nun, dass die Anschlussstelle aufgrund der Ansteuer ^¬ einheit auf niedrigem Potential ist, obwohl der Ausgang sen- sorseitig inaktiv ist und aktiviert entsprechend den Standby- Modus oder gibt eine entsprechenden Steuerbefehl aus.

Sobald die Ansteuereinheit die Anschlussstelle freigibt, wird diese durch den Pull-Up-Widerstand wieder auf hohes Potential gezogen und die Logik in der Bereitschaftssteuerschaltung in der Elektronikeinheit deaktiviert den Standby-Modus. Da es beim Umschalten des Ausgangs von aktiv auf inaktiv kurzzeitig zur Situation kommen kann, dass die Anschlussstelle noch auf niedrigem Potential ist, obwohl der Ausgang bereits inaktiv ist, wird etwa ein RS-Flip-Flop eingesetzt, um zu verhindern, dass fälschlicherweise der Standby-Modus aktiviert wird. Das RS-Flip-Flop wird bevorzugt aktiv, sobald der Ausgang inaktiv und der Anschluss auf hohem Potential ist, entsprechend einem Leerlauf. Bevorzugt wird erst dann das Aktivieren des Stand- by-Modus ermöglicht.

Somit ermöglichen der hier beschriebene Sensor und das hier beschriebene Betriebsverfahren die Integration eines Standby- Modus in einem integrierten Schaltkreis des Sensors, also der Elektronikeinheit und der Bereitschaftssteuerschaltung, ohne eine zusätzliche Kontaktstelle zur Kontaktierung sowie ohne eine komplexe Kommunikationsschnittstelle zu benötigen. Die in dem Sensor verwendete Logik ist zudem platzsparend und stromsparend in dem integrierten Schaltkreis des Sensors um ^¬ setzbar und in einer Vielzahl verschiedener Sensoren, insbesondere in Verbindung mit unterschiedlichen Sensorchips, verwendbar. Weiterhin ist es möglich, dass der integrierte Schaltkreis des Sensors, insbesondere die Elektronikeinheit, sowie die angeschlossene Ansteuereinheit die Anschlussleitung nie gegeneinander treiben können, sondern immer in die gleiche Richtung. Somit sind Kollisionen der Elektronik des Sensors und der Ansteuereinheit bevorzugt ausgeschlossen.

Speziell bei Displays für Anwendungen im Bereich der virtuel ^¬ len Realität werden üblicherweise mehrere Dutzend Sensoren benötigt, um die erforderliche Präzision bei der Ortsbestim ^¬ mung des Displays zu gewährleisten. Damit stellen die Kosten für die Sensoren oder der Aufwand für zusätzliche Signallei ^¬ tungen hin zu dezidierten Standby-Anschlussstellen eine signifikanten Kostenfaktor des Displays dar. Mit dem hier beschriebenen Sensor ist der Verschaltungsaufwand bei ver ^¬ gleichsweise geringen Kosten des Sensors klein haltbar.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Sensor nur durch die Anschlussleitung bidirektional angeschlossen. Insbesondere ist der Sensor damit frei von einer Kommunikations ^¬ schnittstelle, in der ein Kommunikationsprotokoll implemen- tiert ist. Damit wird insbesondere kein Zeitsignal, auch als Clock bezeichnet, an den Sensor übertragen. Das heißt, der Sensor kann frei von einem sogenannten Kommunikationsinterface und/oder einem Interfaceblock sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist an die Anschluss ^¬ leitung ein Potentialgeber angeschlossen, beispielsweise über eine Versorgungsspannung. Bei dem Potentialgeber handelt es sich insbesondere um einen Pull-Up-Widerstand, einen Pull- Down-Widerstand oder eine aktive Stromquelle mit einem limi ^¬ tierten Maximalstrom. Über den Potentialgeber ist die Anschlussleitung, ohne dass Signale von der Ansteuereinheit o- der der Elektronikeinheit vorliegen, auf ein definiertes Po ^¬ tential ziehbar.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein Signal, das von der Anschlussleitung abgeleitet ist, auf ein niedriges Potential gesetzt, wenn die Aktiv-Statusleitung auf einem hohen Potential ist und/oder wenn die Ansteuereinheit an der Anschlussleitung aktiv ist. Dies kann bedeuten, dass der Potentialgeber unwirksam ist, wenn die Aktiv-Statusleitung und/oder die Ansteuereinheit an der Anschlussleitung aktiv sind . Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Signal von der Anschlussleitung über den Potentialgeber genau dann auf ein hohes Potential gesetzt, wenn die Aktiv-Statusleitung auf niedrigem Potential ist und außerdem die Ansteuereinheit an der Anschlussleitung inaktiv ist. Mit anderen Worten ist es möglich, dass an der Anschlussleitung über den Potentialgeber ein hohes Potential anliegt, wenn weder die Aktiv- Statusleitung noch die Anschlussleitung aktiv sind.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Bereitschafts- modus und damit der Standby-Modus nur dann aktiviert, wenn die Ansteuereinheit an der Anschlussleitung aktiv ist. Dies wird durch die Elektronikeinheit des Sensors erkannt. Die vorgenannten Ausführungsformen sind für den Fall beschrieben, dass die Anschlussleitung von dem Potentialgeber im Leerlauf auf ein hohes Potential gesetzt wird. Genauso ist es möglich, dass der Potentialgeber im Leerlauf die An- Schlussstelle auf ein niedriges Potential setzt. Die obigen Ausführungen zu den Zuständen High und Low sind dann entsprechend anzupassen.

Die Bereitschaftssteuerschaltung und andere Komponenten der Elektronikeinheit können im gleichen IC verwirklicht sein. Das heißt, die gesamte Elektronikeinheit kann in einem einzi ^¬ gen Bauteil integriert sein. Alternativ ist es möglich, dass die Elektronikeinheit in mehreren unterschiedlichen Komponenten untergebracht ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Potentialgeber in dem Sensor integriert. Das heißt, der Potentialgeber ist ein fester Bestandteil des Sensors und beispielsweise in der Elektronikeinheit mit Bereitschaftssteuerschaltung unterge- bracht. Alternativ ist es möglich, dass der Potentialgeber in der Ansteuereinheit integriert ist oder auch, dass der Poten ^¬ tialgeber eine von der Ansteuereinheit und dem Sensor verschiedene, separate Komponente ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein Zustand an dem Potentialgeber an der Anschlussleitung zeitverzögert in der Bereitschaftssteuerschaltung verarbeitet. Die Zeitverzögerung wird beispielsweise durch einen nicht-invertierenden Schmitt- Trigger, durch ein RS-Flip-Flop, durch einen Tiefpassfilter, durch ein RC-Glied und/oder durch eine Reihenschaltung von Invertierern erreicht. Im Falle von Invertierern liegt bevorzugt eine gerade Anzahl von Invertierern vor, die in Reihe geschaltet sind. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein Signal an der Aktiv-Statusleitung gleich einer Einhüllenden eines digitalisierten Signals des Sensorchips. Mit anderen Worten ist die Aktiv-Statusleitung bevorzugt genau dann aktiv, wenn digitale Daten des Sensorchips an die Ansteuereinheit übermittelt wer ^¬ den .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sendet die Ansteuereinheit als einziges Signal das Ansprechen der Anschlussleitung zum Setzen des Bereitschaftsmodus an den Sensor. Das heißt, von der Ansteuereinheit werden dann keine anderen Signale, etwa Taktgeber, an den Sensor übermittelt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Sensor genau drei elektrische Anschlüsse auf. Insbesondere sind neben der Anschlussleitung zwei Spannungsanschlüsse für eine hohe Span ^¬ nung und eine niedrige Spannung vorhanden. Bei einem der Spannungsanschlüsse kann es sich um einen Erdanschluss , auch als Ground, GND oder VSS bezeichnet, handeln.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Sensor genau vier elektrische Anschlüsse auf. Insbesondere sind neben der Anschlussleitung eine weitere Datenausgangsleitung für die digitalisierten Signale des Sensorchips vorhanden sowie zwei Spannungsanschlüsse für eine hohe Spannung und eine niedrige Spannung. Bei einem der Spannungsanschlüsse kann es sich um einen Erdanschluss, auch als Ground, GND oder VSS bezeichnet, handeln . Gemäß zumindest einer Ausführungsform arbeitet die Anschluss ^¬ leitung in einem Open-Drain-Modus . Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein mittleres Ak ^¬ tiv-Zeitintervall der Ansteuereinheit, mit der die Anschluss ^¬ leitung von der Aktiv-Statusleitung angesprochen wird, bei mindestens 200 ys oder 2 ms oder 20 ms. Alternativ oder zu- sätzlich liegt dieses Zeitintervall bei höchstens 1 min oder 10 s. Mit anderen Worten wird der Standby-Modus im Vergleich zu für elektronische Bauteile üblichen Taktraten lange akti ^¬ viert. Insbesondere werden von der Ansteuereinheit keine schneller modulierten Signale an den Sensor übermittelt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Bereitschafts ^¬ steuerschaltung elektronisch kompakt gestaltet. Dies bedeutet insbesondere, dass die Bereitschaftssteuerschaltung höchstens 25 oder 15 oder 10 Logikgatter umfasst. Beispielsweise bein- haltet die Bereitschaftssteuerschaltung genau drei Inverter, genau ein RS-Flip-Flop und genau ein UND-Gatter und ansonsten keine Logikgatter.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Sensor für ein 3D-Positonserfassungssystem eingerichtet. 3D steht für dreidimensional. Das heißt, der Sensor ist bestimmungsgemäß ein Teil eines Positionserfassungssystems. Ein solches 3D- Postiiosnsrfassungssysetm dient insbesondere dazu, Lage und/oder Position im Raum einer sich bewegenden Komponente wie ein Display, das etwa von einem Benutzer getragen wird, und/oder von Kontrolleinheiten, etwa für Computerspiele, zu erkennen und entsprechend bevorzugt eine Spielumgebung aus dem Bereich der virtuellen Realität zur Verfügung zu stellen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden mehrere der Sensoren in dem 3D-Positionserfassungsystem verwendet. Beispielsweise liegt die Anzahl der Sensoren bei mindestens fünf oder 10 oder 20 oder 30. Alternativ oder zusätzlich liegt die Anzahl der Sensoren bei höchstens 200 oder 100.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das 3D- Postionserfassungssystem eine oder mehrere Strahlungsquellen. Bevorzugt sind mehrere Strahlungsquellen vorhanden. Die mindestens eine Strahlungsquelle ist zur Erzeugung der von den Sensoren zu detektierenden Strahlung eingerichtet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das 3D- Positoinserfassungssystem mindestens ein Benutzergerät. Bei dem Benutzergerät handelt es sich bevorzugt um ein am Kopf des Benutzers getragenes Anzeigegerät, auch als Head Mounted Display oder kurz HMD bezeichnet. Insbesondere ist das Benut- zergerät zur Darstellung dreidimensionaler Bilder für Anwendungen im Bereich der virtuellen Realität gestaltet. Pro Benutzer ist bevorzugt genau ein solches Benutzergerät vorgese ^¬ hen, wobei zusätzliche Benutzergeräte etwa in Form von soge ^¬ nannten Controllern vorhanden sein können. Im Falle mehrerer Benutzer sind die Benutzergeräte bevorzugt eindeutig dem je ^¬ weiligen Benutzer zugeordnet. Es ist zeitgleich bevorzugt nur genau ein Benutzer oder sind zeitgleich nur genau zwei Benutzer vorhanden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Sensoren in dem Benutzergerät oder in den Benutzergeräten verbaut. Die vorgenannten Anzahlen an Sensoren gelten bevorzugt pro Benutzergerät. Die Sensoren sind bevorzugt irreversibel verbaut. Pro Sensor ist insbesondere genau ein Sensorchip vorhanden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Sensoren dazu eingerichtet, Winkel zwischen dem Benutzergerät und der Strahlungsquelle zu bestimmen. Über diese Bestimmung der Win- kel sind eine räumliche Position und/oder eine Ausrichtung des Benutzergeräts ermittelbar. Das heißt, durch das Zusam ^¬ menspiel der Sensoren mit der mindestens einen Strahlungs ^¬ quelle ist eine präzise Lokalisierung des Benutzergeräts be- vorzugt in Echtzeit möglich.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem 3D-Positionserfassungssystem um ein System für virtuelle Realität, auch als VR-System bezeichnet. Beispielsweise handelt es sich bei dem VR-System um SteamVR-Tracking oder SteamVR2 von Valve, etwa verwendet von HTC Vive . Insbesondere ist das 3D-Positionserfassungssystem aufgebaut, wie in der Druckschrift US 2016/0131761 AI beschrieben, deren Offenbarungsge ^¬ halt durch Rückbezug aufgenommen wird, insbesondere die Figu- ren 8, 28a und 28b sowie die Absätze 81 bis 89 und 122 und außerdem Anspruch 1.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der zu detektierenden Strahlung um nahinfrarote Strahlung. Eine Wellenlänge maximaler Intensität der Strahlung liegt bevor ^¬ zugt bei mindestens 780 nm oder 810 nm und/oder bei höchstens 1050 nm oder 940 nm oder 860 nm.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der zu detektierenden Strahlung wenigstens zum Teil um eine Laserstrahlung. Die Laserstrahlung ist bevorzugt flächenförmig gestaltet. Das heißt, an einer ebenen Projektionsfläche er ^¬ scheint die Laserstrahlung als eine durchgehende, bevorzugt gerade Linie. Insbesondere wird gescannt, wie in der Druck- schrift US 2016/0131761 AI beschrieben, siehe etwa Absatz 73, dessen Offenbarungsgehalt durch Rückbezug aufgenommen wird. Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der Laserstrahlung um eine gepulste Laserstrahlung. Eine Wiederholungsrate liegt dabei bevorzugt bei mindestens 1 MHz, siehe die Druckschrift US 2016/0131761 AI, etwa Absatz 83. Impuls- dauern können vergleichsweise groß sein und beispielsweise mindestens 50 ns oder 100 ns oder 300 ns und/oder höchstens 0,5 ys oder 2 ym oder 5 ys betragen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Strahlung im Betrieb über einen Raumbereich, in dem sich das Benutzergerät bestimmungsgemäß befindet, hinweggefahren. Dabei werden be ^¬ vorzugt mehrere aufeinanderfolgende Impulse der Laserstrah ^¬ lung erzeugt. Beispielsweise erfolgt ein solches Durchfahren des Raumbereichs, auch als Sweep bezeichnet, in vertikaler Richtung und in horizontaler Richtung, insbesondere jeweils linienförmig, sodass sich eine Scan-Linie der Strahlungsquel ^¬ le horizontal und/oder vertikal über den gewünschten Raumbe ^¬ reich hinweg bewegt, siehe auch die Druckschrift US 2016/0131761 AI, Absätze 71 und 110, deren Offenbarungsgehalt durch Rückbezug aufgenommen wird.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Abrastern des Raumbereichs derart gestaltet, sodass mehrere aufeinanderfol ^¬ gende Impulse der Laserstrahlung auf den betreffenden Sen- sorchip treffen. Das heißt, zur Bestimmung des Winkels gelangen mehrere Laserimpulse auf den betreffenden Sensorchip, siehe auch die Druckschrift US 2016/0131761 AI, etwa Absätze 84 und 119, deren Offenbarungsgehalt durch Rückbezug aufge ^¬ nommen wird.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird von dem betreffenden Sensorchip ein Intensitätshistogramm der auftreffenden Strahlung, insbesondere Impulse, detektiert, siehe auch die Druckschrift US 2016/0131761 AI, etwa die Absätze 84 und 119, deren Offenbarungsgehalt durch Rückbezug aufgenommen wird. Das heißt, eine Intensität aufeinanderfolgender Impulse wird gemessen. Eine Auswertung der Intensitäten der Impulse oder des zeitlichen Verlaufs der Strahlung und damit das Erstellen des Intensitätshistogramms kann innerhalb des Sensors erfol ^¬ gen, beispielsweise in einer Elektronik des Trägers. Alterna ^¬ tiv erfolgt diese Auswertung außerhalb des Sensors, etwa in dem Benutzergerät oder in einem Computer, der mit dem Benut- zergerät bevorzugt über eine drahtlose Datenverbindung ver ^¬ bunden ist. Aus dem Intensitätshistogramm wird der Winkel relativ zur zugehörigen Strahlungsquelle ermittelt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Benutzergerät um eine Brille für den Bereich der virtuellen Realität mit einem oder mit mehreren Displays zur Darstellung dreidimensionaler Bilder. Damit kann es sich bei dem Benutzergerät um ein HMD handeln. Nachfolgend werden ein hier beschriebener Sensor und ein hier beschriebenes Betriebsverfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäbli- chen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.

Es zeigen: Figuren 1 und 2 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Sensoren, Figur 3 eine schematische Darstellung eines 3D- Positoinserfassungssystems mit hier beschriebenen Sensoren,

Figur 4 schematische Unteransichten auf elektrische An ^¬ schlussstellen von Ausführungsbeispielen von Sensoren,

Figuren 5, 6 und 8 schematische Darstellungen von Schaltungen für Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen Sensoren, und

Figuren 7 und 9 schematische Darstellungen von Signalverläu ^¬ fen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Sensoren.

In Figur 1 ist eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbei ^¬ spiels eines Sensors 1 gezeigt. Der Sensor 1 umfasst einen Träger 3 wie einen Siliziumträger. Bevorzugt umfasst der Träger 3 eine Elektronikeinheit 6, etwa als IC. Auf dem Träger 3 befindet sich ein Sensorchip 2 mit einer dem Träger 3 abgewandten Chipoberseite 21, bei der es sich auch um eine Detek- tionsseite handelt. Über Chipseitenwände 22 wird bevorzugt kein Signal detektiert. Bei dem Sensorchip 2 handelt es sich bevorzugt um eine PIN-Silizium-Fotodiode wie BPW34S des Her ^¬ stellers OSRAM.

Ferner weist der Sensor 1 einen Vergusskörper 4 auf. Eine dem Träger 3 abgewandte Lichteintrittsseite 41 ist glatt, eben und planar. Ein Winkel φ zwischen der Lichteintrittsseite und dem ebenfalls glatt, eben und strahlungsdurchlässig gestalte ^¬ ten Seitenwänden 42 des Vergusskörpers 4 liegt bevorzugt zwi ^¬ schen 95° und 110°, beispielsweise bei 100°. Bevorzugt be- deckt der Vergusskörper 4 die Chipoberseite 21 vollständig und erstreckt sich in Draufsicht gesehen ringsum um den Sensorchip 2 herum, insbesondere mit einer gleichmäßigen Breite. Der Sensor 1 kann zusätzliche nicht gezeichnete Komponenten wie Spektralfilter aufweisen, sodass nur die zu detektierende Strahlung zu dem Sensorchip 2 gelangt und andere Wellenlängen absorbiert oder reflektiert werden. Beispielsweise ist der Vergusskörper 4 absorbierend für sichtbares Licht.

In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Sensors 1 gezeigt. Dabei ist die Lichteintrittsseite 41 ganzflächig mit einer Aufrauung 44 versehen. Durch die Aufrauung 44 ist eine Lambert 'sehe Streuung der Strahlung R an einer Innenseite der Lichteintrittsseite 41 hin zum Sensorchip 2 erreichbar. Die Seitenwände 42 sind senkrecht zur Lichteintrittsseite 41 ori ^¬ entiert, wie dies auch beim Ausführungsbeispiel der Figur 1 der Fall sein kann. Im Übrigen gelten die Ausführungen zu Figur 1 entsprechend.

In Figur 3A ist perspektivisch ein SD-

Positionserfassungssystem 10 illustriert. Das System 10 um- fasst mehrere Strahlungsquellen 11, die horizontal und verti ^¬ kal eine flächenförmige Laserstrahlung R im nahinfraroten Spektralbereich emittieren und vertikal und horizontal li- nienförmig scannen, auch als SWEEP bezeichnet, zum Beispiel bei einer Repititionsrate von 50 Hz oder 60 Hz.

Ein Benutzer 14 trägt ein Benutzergerät 12, das mehrere der Sensoren umfasst, wobei die Sensoren in Figur 3A nicht einge ^¬ zeichnet sind. Das System 10 ist insbesondere konfiguriert, wie in der Druckschrift US 2016/0131761 AI beschrieben. Die ^¬ ses System ermöglicht eine hohe zeitliche Auflösung, sodass ein Zeitunterschied zwischen einer Bewegung des Benutzers 14 und einer Neuerfassung der Position des Benutzers 14 relativ klein ist, um das Auftreten von Bewegungskrankheit zu mini ^¬ mieren oder zu unterbinden.

Dabei emittiert jede Strahlungsquelle 11, als auch Lighthouse bezeichnet, beispielsweise einen Infrarot-Blitz mit einer Dauer T, um einen StartZeitpunkt tO festzulegen, siehe Figur 3B oder auch die Figuren 28a und 28b samt zugehöriger Be- Schreibung in der Druckschrift US 2016/0131761 AI. Dem Infra ^¬ rot-Blitz folgt die vertikale und horizontale Laserabraste- rung. Der Infrarot-Blitz wird auch als SYNC bezeichnet. Ein Zeitunterschied zwischen diesem SYNC und einer Detektionszeit des SWEEPs erlaubt die Berechnung des Winkels des betreffen- den Sensors relativ zur Strahlungsquelle 11.

Zusätzliche Signale können in einer Impulslänge und/oder Im ^¬ pulsfolge des Infrarot-Blitzes SYNC codiert sein. Zu einer Untergrundunterdrückung ist das optische Signal bevorzugt mo- duliert, sodass ein Impulszug entsteht, wobei eine Modulati ^¬ onsfrequenz bevorzugt mindestens 1 MHz beträgt. Ein Winkel zwischen dem Benutzergerät 12 und der zugehörigen Strahlungs ^¬ quelle 11 ergibt sich aus einer von dem betreffenden Sensor gemessenen Intensitätssignal I, insbesondere aus dem Zeit- punkt eines Centroids C in dem Signal I.

In Figur 4A ist eine Unteransicht auf elektrische Kontaktflä ^¬ chen 31 des Sensors 1 gezeigt. Es sind zwei Kontaktflächen 31 für eine Versorgungsspannung VSS, VDD vorhanden. Ferner sind zwei Datenleitungen 61, 64 vorhanden, auch als OUT und DOUT bezeichnet, über die die von dem Sensorchip 2 gewonnenen Daten digitalisiert ausgegeben werden. Die Datenleitung OUT 61 ist zudem als bidirektionale Anschlussleitung 61 gestaltet, an der ein Signal Y anliegen kann.

Demgegenüber weist der Sensor der Figur 4B nur die beiden Kontaktflächen 31 für die Versorgungsspannung VSS, VDD auf und zusätzlich die Anschlussleitung 61 als Datenausgangslei ^¬ tung OUT. Die Sensordaten werden somit digitalisiert über die Anschlussleitung 61 ausgegeben. In Figur 5 ist schematisch ein Schaltungsaufbau für ein hier beschriebenes Betriebsverfahren dargestellt. Der Sensor 1 um- fasst insbesondere in dem Träger 3 die Elektronikeinheit 6. Die Elektronikeinheit 6 beinhaltet eine Bereitschaftssteuer ^¬ schaltung 62, mit dem der Sensor 1 in einen Standby-Modus STDBY schaltbar ist. An der Anschlussleitung 61 wird von der Elektronikeinheit 6 eine Dateneinhüllende OUT für die digita ^¬ lisierten Daten DOUT ausgegeben, entsprechend zum Beispiel der Aktiv-Statusleitung OUT. Die Anschlussleitung 61 ist an einen Pull-Up-Widerstand 63 angebunden, der an eine Versorgungsspannung VDD angeschlossen ist. Weiterhin befindet sich an der Anschlussleitung 61 eine externe Ansteuereinheit 7, insbesondere integriert in das Be ^¬ nutzergerät 12, in Figur 5 nicht illustriert. Bei der Ansteu- ereinheit 7 handelt es sich etwa um einen FPGA. Damit ist der Sensor frei von einer vollausgestatteten Kommunikationsschnittstelle und umfasst insbesondere keinen Treiberblock wie eine I2C-Einheit. Die Anschlussleitung 61 ist bevorzugt als Open-Drain- Verbindung gestaltet. Beispielsweise kann hierfür ein bidi ^¬ rektionaler Ausgangstreiber verwendet werden. Durch diesen Aufbau ist die Bereitschaftssteuerschaltung 62 lediglich als kleiner Logikblock ausführbar und es ist effizient detektierbar, ob die Anschlussstelle 61 extern oder in ^¬ tern betrieben wird, woraus die Bedingungen für die Aktivie- rung des Standby-Modus abgeleitet werden. Ein Ausgang STDBY der Bereitschaftssteuerschaltung 62 kann mit dem Logikblock eines bevorzugt in dem Sensor bereits existierenden Standby- Schaltkreises verbunden sein. In der Ausführung der Figur 5 sind der bidirektionale Treiber und der Logikblock während des Standby-Modus durch die An- steuereinheit 7 aktiv anzusteuern.

In Figur 6 ist schematisch eine weitere Realisierungsmöglich- keit der Bereitschaftssteuerschaltung 62 illustriert. Über die Anschlussleitung 61 wird dabei ein Signal Y direkt vom Potentialgeber 63 eingeprägt. Das Signal Y wird einerseits an einem Invertierer angelegt, andererseits an einen RS-Flip- Flop, ebenso wie das Signal der Aktiv-Statusleitung OUT. Der Ausgang des RS-Flip-Flops sowie das invertierte Signal Y wer ^¬ den an ein UND-Gatter geleitet. Optional wird über eine Dop- pelinvertiererstufe eine Verzögerung erzeugt, um Störimpulse zu unterdrücken. Hieraus ergibt sich ein Signal DIS, über das der Standby-Modus aktiviert wird.

Ein beispielhafter Signalverlauf hierzu ist in Figur 7 ent ^¬ lang einer Zeitachse t illustriert. Oben gezeichnet ist das Signal OUT der Aktiv-Statusleitung, entsprechend einer Einhüllenden, innerhalb der Daten an dem Datenausgang 64, DOUT anliegen. Ist das Signal OUT auf hohem Potential, high, ist der Modus MODE des Sensors 1 auf aktiv, ACTIVE. Ist das Sig ^¬ nal OUT auf high, so wird das Signal Y, das an der Anschluss- leitung 61 anliegt, auf niedriges Potential, low, gezogen. Dies erfolgt mit einer leichten Zeitverzögerung.

Weiterhin wird das Signal Y auf low gezogen, wenn an der An- Schlussleitung 61 der FPGA 7 ein aktives Signal sendet, wie ^¬ derum mit einer leichten Zeitverzögerung. In diesem Zeitbereich, wenn das Signal des FPGA 7 auf high ist, wird der Mo ^¬ dus MODE auf STANDBY gesetzt. Ansonsten entspricht der Modus MODE einem Leerlauf, IDLE. Das resultierende Steuersignal DIS zum Aktivieren des Standby-Modus, vergleiche Figur 6, ist in Figur 7 als Zeitverlauf ganz unten eingetragen.

Gemäß Figur 7 liegen kurz nach Zurücksetzen des Signals OUT auf Null am Ende des ACTIVE-Modus die Werte OUT = 0 = Y vor. Dies ist die gleiche Signalkonstellation, OUT = 0 = Y, die erforderlich ist, um den Standby-Modus zu aktivieren. Um diese Übergangsregion am Ende des Aktiv-Modus nicht fälschlich als Signal zum Aktivieren des Standby-Modus zu verwenden, er ^¬ folgt bevorzugt eine Filterung etwa über ein RS-Flip-Flop.

In Figur 6 wurde ein Beispiel für die Logikschaltung dargestellt. Jedoch sind auch andere Gatterkombinationen möglich, um die gleiche Logiktabelle zu erzielen. Damit kann das ge ^¬ wünschte Verhalten mit unterschiedlichen Anordnungen und An- Steuerungen realisiert werden. Die beiden Invertierer nach der eigentlichen Logik, siehe Figur 6, erzeugen genug Verzögerung, um Probleme während des Umschaltens, wie in Verbin ^¬ dung mit Figur 7 erläutert, zu vermeiden. Der gleiche Effekt ist auch durch einen Tiefpassfilter, etwa als RC-Filter, an- stelle der beiden Invertierer erreichbar.

In den Ausführungsbeispielen ist je die Beschaltung der Anschlussleitung 61 als Open-Drain mit einem Pull-Up-widerstand dargestellt. Das gleiche Prinzip kann auch mit einem Pull- Down-Widerstad realisiert werden, sodass die Polarität des Ausgangs wenn gewünscht invertiert werden kann. Die Logik ^¬ schaltung muss in diesem Fall entsprechend angepasst werden. Weiterhin kann anstatt eines passiven Widerstands für den Po ^¬ tentialgeber 63 auch eine aktive Stromquelle eingesetzt wer ^¬ den, beispielsweise mittels eines Transistors oder einer Transistorschaltung, bei der ein Maximalstrom limitiert ist, beispielsweise auf 100 μΑ. Die Treiber 62, 7 arbeiten dann gegebenenfalls gegen diese Stromquelle, um die Anschlusslei ^¬ tung 61 auf Masse zu ziehen.

In den Figuren 8 und 9 ist eine weitere beispielhafte Reali ^¬ sierung dargestellt. Die Zeitverläufe der Figur 9A korrespon- dieren zur Figur 8A und entsprechend Figur 9B zur Figur 8B. Dabei bezieht sich Figur 8A auf den Standby-Modus . Figur 8B bezieht sich insbesondere auf den Modus, wenn der Sensor 1 aktiv ist. An dem Sensorchip liegt ein optisches Signal I an. Im aktiven Modus wird aus dem optischen Signal I ein Datenausgangsignal DOUT generiert. Wird von der Ansteuereinheit 7 der Standby- Modus angefordert, so erfolgt keine Datenausgabe. Die in Figur 8 beispielhaft genannten Werte und Schaltungen für die Ansteuereinheit 7, die Bereitschaftssteuerschaltung 62 sowie für den Potentialgeber 63 können entsprechend in allen anderen Ausführungsbeispielen herangezogen werden, beispielsweise mit einer Toleranz von höchstens 50 %.

Somit lässt sich mit dem hier beschriebenen Betriebsverfahren eine Standby-Schaltung mit existierenden Chip-Designs realisieren. Eine Ausgangsleitung wird damit zu einem Open-Drain- bidirektionalen Anschluss umgewandelt. Dies erfolgt bei ^¬ spielsweise über einen externen oder internen Pull-Up- Widerstand, etwa in der Größenordnung um 10 kQ, oder mit einem Pull-Up-Strom, der optional von dem FPGA der Ansteuerein- heit 7 bereitgestellt wird, und der beispielsweise um 130 μΑ beträgt. Dazu ist lediglich ein kleiner Logikblock in dem Sensor 1 erforderlich, um das Signal zur Standby-Anfrage zu erkennen, beispielsweise gebildet aus nur drei Invertern, ei ^¬ nem Flip-Flop und einem UND-Gatter.

Der Standby-Modus kann also aktiviert werden, indem die An ^¬ schlussleitung für die Einhüllende der Daten OUT durch die Ansteuereinheit 7 auf niedriges Potential gezogen wird. Dies ist insbesondere nur dann möglich, wenn das Signal OUT für die Dateneinhüllende im Leerlauf IDLE ist, sodass keine Da ^¬ teneinhüllende generiert wird. Dies sollte in entsprechenden Anwendungen im Regelfall gegeben sein. Die Standby- Aktivierung ist bevorzugt nur möglich, nachdem der Ausgang einmal getriggert wurde, da der initiale Zustand des Flip- Flops nach einem Einschalten schlecht definiert ist.

Durch die hier beschriebene Schaltung und Betriebsweise er ^¬ folgt ein zusätzlicher Stromverbrauch insbesondere durch den Pull-Up-Widerstand von ungefähr 300 μΑ, jedoch nur, wenn der Standby-Modus aktiviert ist. Abklingzeiten der Einhüllenden OUT betragen insbesondere höchstens 200 ns, beispielsweise bei einer Kapazität von 30 pF und einer Last von 10 kQ. Eine Anstiegszeit der ansteigende Flanke ist bevorzugt determi ^¬ niert durch die Treiberstärke des Ausgangstreibers und liegt beispielsweise um 20 ns .

Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschrei ^¬ bung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr um- fasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Bezugs zeichenliste

1 Sensor

2 Sensorchip

21 Chipoberseite

22 Chipseitenwand

3 Träger

31 Trägerkontaktfläche

4 Vergusskörper

41 Lichteintrittsseite

42 Seitenwand

44 Aufrauung

45 elektrische Kontaktstelle

5 Bonddraht

6 Elektronikeinheit

61 bidirektionale Anschlussleitung

62 Bereitschaftssteuerschaltung ( Standby)

63 Potentialgeber ( Pull-Up-Widestand)

64 Datenleitung (DOUT)

7 Ansteuereinheit

10 3D-Positionserfassungssystem

11 Strahlungsquelle

12 Benutzergerät

OUT Aktiv-Statusleitung

I optische Signalstärke

R Strahlung

GND Erdkontakt (Ground)

VDD VersorgungsSpannung