传感器装置、传感器模块、成像系统和操作传感器装置的方法制造方法及图纸

提出了一种传感器装置，其包括光电探测器阵列(10)。读出电路(30)连接到光电探测器阵列(10)，并且分别为阵列(10)中的每个光电探测器提供专用读出路径。此外，读出电路(20)包括至少一个控制端子(23)。时间‑数字转换器(TDC1、TDC2、TDC3、TDC4)阵列电连接到读出电路(30)的转换器输出端子(TDC_OUT)。根据待施加在至少一个控制端子(23)处的控制信号(SEL)，读出电路(20)设置为通过第一子阵列(11)的光电探测器的读出路径分别电连接到读出电路(20)的转换器输出端子(TDC_OUT)，从而使第一子阵列(11)的光电探测器激活，并且第二子阵列(12)的光电探测器未激活。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】传感器装置、传感器模块、成像系统和操作传感器装置的方法本专利技术涉及一种传感器装置、一种传感器模块、一种成像系统和一种操作传感器装置的方法。单光子雪崩二极管(或者简称为SPAD)是一种固态光电探测器，在光学传感器中的应用越来越广泛，包括光谱学、医疗技术、消费品和安全应用等。SPAD阵列结合了高灵敏度和空间分辨率，例如用于飞行时间传感器中的高精度距离测量。在SPAD阵列中，通常通过单个像素或像素的子阵列来限定多个区域。例如，在嵌入直接飞行时间系统中的SPAD阵列中的给定区域可以被分配给图像中的区域，以创建3D空间图像数据。光学传感器、特别是用于移动装置的传感器通常嵌入专用传感器模块中，这些模块支持传感器的光学特性。例如，传感器模块可以提供具有内置孔和光学器件的小而坚固的封装件。然而，在传感器模块的组装过程中，光学器件相对于传感器阵列的对准可能改变，这导致例如SPAD阵列上的照明区域和光学器件的视场的映射中的偏移的问题。图5A示出了现有技术的SPAD阵列。阵列10包括设置成行和列的单独的SPAD。行位置用A、B、C和D的大写字母表示。列位置用1、2、3和4的整数表示。例如，位于第一行和第一列中，即在行位置A和列位置1处的SPAD由附图标记SA1表示。该图示出了使用该术语的SPAD。此外，该图指示了第一子阵列11和第二子阵列12。在该表示中，第一子阵列11位于阵列10的中心。第二子阵列12包围第一子阵列11。考虑传感器模块(未示出)和在传感器模块内部实现的SPAD阵列10。在组装过程中，SPAD阵列10与透镜14或设置在模块中的光学器件对准，例如作为传感器封装件的一部分。如图5B所示，传感器模块的光入射通过透镜14被引导到模块内部并朝向SPAD阵列10。在图5A所示的对准配置中，光照射阵列10的中心的第一子阵列11(参见光斑13)。在该示例中，第一子阵列11包括分别由SPADSB2、SB3、SC2和SC3限定的四个区域。中心被第二子阵列12包围，该第二子阵列构成SPAD区域环以用于冗余。例如当光斑13不离开SPAD阵列10时，第二阵列12占用的冗余区域能够用于解释失调。图5C示出了同样的SPAD阵列。然而，在该图中，光斑13不仅照射阵列10的中心的第一子阵列11的部分，而且还照射第二子阵列12的部分，即一些冗余SPAD。在该示例中，对准误差被示为一个区域的偏移，例如光斑13沿行和列分别移动一行和一列位置。由于传感器与透镜之间的失调，光斑13映射到阵列10上的不同区域。在该示例中，光斑13在左上区域可见。假设只有单个SPAD代表一个区域，则现有技术已经提出了不同的对准补偿方案。例如，对于每个区域，添加专用的时间-数字转换器TDC以实现冗余，这将导致相当大的开销。图6A示出了具有以上讨论的4x4配置的SPAD阵列10。此外，TDC阵列14被实现并硬连线到相应SPAD。TDC由附图标记TDC1至TDC6表示。显然，有源SPAD的第一子阵列11仅使用四个TDC，而为第二阵列12提供12个TDC作为冗余，因此可以不使用。图6B示出了另一现有技术解决方案。在该示例中，SPAD阵列仅连接到四个TDC。实际上，每个SPAD连接到专用TDC。映射由多路复用器15完成。此外，TDC的数量对应于没有冗余的区域的数量。另一方面，读出路由尤其随着区域数量的增加而变得非常复杂。当每个SPAD的从SPAD到TDC的传播延迟相等时，可以改进直接飞行时间系统。如果每个区域用多个SPAD表示，例如图6C中所示的每个区域有四个SPAD，则问题可能会变得更加复杂。在这种情况下，区域的单独的SPAD可能对应于另一个区域之外的不同区域。具有到TDC的固定读出路由可能导致在TDC处来自不同区域的混合计数。目的是提供一种传感器装置、一种传感器模块和一种操作传感器装置的方法，其允许减小光学失调的影响。这个目的通过独立权利要求的主题来实现。另外的改进方案和实施例在从属权利要求中描述。应当理解，除非明确描述为替代，在下文中描述的关于任何一个实施例的任何特征可以单独使用，或者与在下文中描述的其他特征组合使用，并且也可以与任何其他实施例的一个或更多个特征、或者任何其他实施例的任何组合组合使用。此外，在不脱离如所附权利要求所限定的传感器装置、传感器模块和操作传感器装置的方法的范围的情况下，也可以采用以下未描述的等效物和修改。在至少一个实施例中，传感器装置包括光电探测器阵列。读出电路连接到光电探测器阵列，并且分别为阵列中的每个光电探测器提供专用读出路径。此外，读出电路包括至少一个控制端子。时间-数字转换器(简称TDC)阵列电连接到读出电路的转换器输出端子。在操作期间，控制信号能够应用于至少一个控制端子。根据控制信号，读出电路设置为分别通过第一子阵列的光电探测器的读出路径电连接到读出电路的转换器输出端子。因此，第一子阵列的光电探测器是激活的，并且第二子阵列的光电探测器是未激活的。控制信号能够用于是第一子阵列的光电探测器相对于光电探测器阵列移位。第一子阵列的光电探测器在其各自的读出路径分别电连接到读出电路的转换器输出端子的意义上是激活的。因此，第一子阵列的光电探测器连接到时间-数字转换器阵列的相应时间-数字转换器。例如，诸如单光子雪崩二极管(或者简称SPAD)的事件脉冲之类的传感器信号被路由到时间-数字转换器以进行进一步处理。然而，第二阵列的光电探测器的读出路径不电连接到转换器输出端子，并且因此不连接到时间-数字转换器阵列的时间-数字转换器。因此，第二阵列的光电探测器能够被认为是不激活的。例如，诸如单光子雪崩二极管的事件脉冲之类的传感器信号不被路由到时间-数字转换器以进行进一步处理。然而，光电探测器是与第一子阵列相关联还是与第二子阵列相关联通过控制信号来确定。由于控制信号确定电连接到转换器输出端子的读出路径的配置，因此第一子阵列能够相对于光电探测器阵列移位。因此，第二子阵列的未激活光电探测器能够被认为是冗余光电探测器，如果例如由于校准过程需要，则其能够激活。第一子阵列的移位原则上能够例如通过使用读出路径引入反向偏移来补偿由光学失调引入的偏移。因此，传感器信号在进入时间-数字转换器阵列之前基本上会重新居中。例如，通过将入射光的光斑重新居中到第一子阵列的光电探测器来补偿失调。因此，能够使用将转换器输出端子连接到TDC阵列的硬连线接口。不需要使用多路复用或复杂的交换方案。这种技术能够扩展到任何数量的光电探测器的阵列。此外，例如在传感器模块或封装的组装过程中，不需要主动透镜对准。这允许较低的成本。所提出的传感器装置能够用于各种光学传感器类型中，诸如飞行时间系统。在至少一个实施例中，读出电路设置为通过第一子阵列的光电探测器的读出路径一次全部电连接到读出电路的输出端子。例如，在4x4光电探测器的阵列中，第一子阵列可以用四个光电探测器表示。然后，时间-数字转换器阵列可以具有四个时间-数字转换器。光电探测器并行收集光，并且读出电路也将相应的传感器信号并行地路由到时间-数字转换器。例如，第一子阵列中的多个光电探测器可以对应于时间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传感器装置，包括：/n-光电探测器阵列(10)，/n-读出电路(30)，其连接到所述光电探测器阵列(10)，并且分别为阵列(10)中的每个光电探测器提供专用读出路径，还包括至少一个控制端子(23)，/n-时间-数字转换器(TDC1、TDC2、TDC3、TDC4)阵列，其电连接到所述读出电路(30)的转换器输出端子(TDC_OUT)；其中：/n-根据待施加在所述至少一个控制端子(23)处的控制信号(SEL)，所述读出电路(20)设置为通过第一子阵列(11)的光电探测器的读出路径分别电连接到所述读出电路(20)的转换器输出端子(TDC_OUT)，从而使所述第一子阵列(11)的光电探测器激活，并且第二子阵列(12)的光电探测器未激活。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180919 EP 18195544.41.一种传感器装置，包括：
-光电探测器阵列(10)，
-读出电路(30)，其连接到所述光电探测器阵列(10)，并且分别为阵列(10)中的每个光电探测器提供专用读出路径，还包括至少一个控制端子(23)，
-时间-数字转换器(TDC1、TDC2、TDC3、TDC4)阵列，其电连接到所述读出电路(30)的转换器输出端子(TDC_OUT)；其中：
-根据待施加在所述至少一个控制端子(23)处的控制信号(SEL)，所述读出电路(20)设置为通过第一子阵列(11)的光电探测器的读出路径分别电连接到所述读出电路(20)的转换器输出端子(TDC_OUT)，从而使所述第一子阵列(11)的光电探测器激活，并且第二子阵列(12)的光电探测器未激活。


2.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，所述读出电路(20)设置为通过所述第一子阵列(11)的光电探测器的读出路径一次全部电连接到所述读出电路(20)的输出端子，使得第一子阵列中的多个光电探测器能够对应于时间-数字转换器阵列中的多个时间-数字转换器。


3.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其中
-所述读出电路(30)包括多个输入端子，其中每个光电探测器连接到所述多个输入端子的专用输入端子，
-所述读出电路(20)包括多个输出端子，其中所述多个输出端子包括转换器输出端子(TDC_OUT)；其中：
-在接地配置中，所述读出路径分别将专用于所述光电探测器阵列(10)的光电探测器的输入端子电连接到专用输出端子，
-在校准配置中，所述读出路径分别将专用于所述光电探测器阵列(10)的光电探测器的输入端子电连接到与接地配置中的专用输出端子不同的相邻的输出端子，并且
-所述控制信号(SEL)确定所述传感器装置是处于接地配置还是校准配置。


4.根据权利要求3所述的传感器装置，其中
-所述光电探测器阵列(10)的光电探测器设置成行和/或列，
-在接地配置中，通过位于所述光电探测器阵列(10)的中心的光电探测器来确定所述第一子阵列(11)，并且
-在校准配置中，所述第一子阵列(11)沿着行和/或列移位，使得通过以相对于所述光电探测器阵列(10)的中心的偏移来定位的光电探测器来确定所述第一子阵列(11)。


5.根据权利要求3或4之一所述的传感器装置，其中
-所述读出电路(20)设置为使所述第一子阵列(11)沿着行和/或列移位相同数量的行位置和/或列位置，并且
-所述移位涉及在输入端子与输出端子之间路由所述读出路径。


6.根据权利要求4或5所述的传感器装置，其中所述读出电路包括：
-至少一个行移位单元，其设置为使所述第一子阵列(11)沿着行相对于所述光电探测器阵列(10)移位，和/或
-至少一个列移位单元，其设置为使所述第一子阵列(11)沿着列相对于所述光电探测器阵列(10)移位，其中所述至少一个列移位单元与所述至少一个行移位单元串联连接。


7.根据权利要求6所述的传感器装置，其中所述读出电路(20)包括：
-串联连接的行移位单元的级联部(31)，其中所述级联部中的每个行移位单元设置为使所述第一子阵列(11)沿着行相对于所述光电探测器阵列(10)移位不同数量的行位置，和/或
-串联连接的列移位单元的级联部(32)，其中所述级联部中的每个列移位单元设置为使所述第一子阵列(11)沿着列相对于所述光电探测器阵列(10)移位不同数量的列位置。


8.根据权利要求6或7所述的传感器装置，其中，所述至少一个行移位单元和/或所述至少一个列移位单元包括多个移位器电路(21)和相同数量的选择器电路(22)，其中，移位器电路(21)的数量和选择器电路(22)的数量对应于行和/或列中的光电探测器的数量。


9.根据权利要求8所述的传感器装置，其中
-所述移位器电路设置为将读出路径分成电连接线(211、212、213)分支，
-所述电连接线(211、212、213)将专用...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·卡佩尔，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT