散射光参考像素制造技术

本发明专利技术涉及用于确定强度调制的电磁辐射信号的强度调制的强度和/或相对相位的装置，其具有检测器和用于将强度调制的辐射信号成像到检测器上的成像光学装置。与此相比，本发明专利技术解决了提供用于减少散射光对强度调制的电磁辐射信号的强度调制的强度和/或相位确定的影响的问题。为了解决此问题，本发明专利技术提出，将在开头处提及的类型的装置按照以下方式配置：所述装置具有至少一个散射光参考像素，该至少一个散射光参考像素被布置在成像光学装置的成像区段外且被按以下方式设置：所述像素在操作期间记录强度调制的散射光信号的所测量的值，以及确定设备，所述确定设备按以下方式设置：所述确定设备在操作期间将来自所述成像区段内的检测器的像素矩阵中的至少一个像素的所测量的值作为第一数据输入并将来自至少一个散射光参考像素的所测量值的值作为第二数据输入来处理，处理方式为：所述确定设备确定强度调制的辐射信号的经纠正的强度和/或强度调制的辐射信号的强度调制和该成像区段内的至少该像素的参考信号之间的经纠正的相对相位并将所述强度和/或相位作为数据输出提供。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及用于确定强度调制的电磁辐射信号的强度调制的强度和/或相位的装置，包括：检测器，其中所述检测器具有像素矩阵，以及用于将强度调制的辐射信号成像到该检测器上的成像光学装置，其中在操作中所述成像光学装置用成像的强度调制辐射信号照射该检测器的成像部分且其中该像素矩阵在该检测器的呈现部分内至少逐部分地排列且具有被适配成在操作中记录强度调制的辐射信号的测量值的多个像素。本专利技术还涉及减少散射光对强度调制的电磁辐射信号的强度调制的强度和/或相位确定的影响的方法，包括以下步骤：将该强度调制的辐射信号成像到检测器上，其中该成像光学装置用成像的强度调制的辐射信号来照射该检测器的成像部分；用该检测器的像素矩阵记录成像的强度调制的辐射信号，其中该检测器的该像素矩阵在该成像部分内至少逐部分地排列且具有被适配成在操作中记录该强度调制的辐射信号的测量值的多个像素。这样的装置和方法被用于例如利用确定强度调制的电磁信号的航程时间(transittime)的距离测量操作。在该情况下，相对于用于确定强度调制的辐射信号的强度调制的强度和/或相对相位的装置(即用于强度和/或相位确定的装置)处于已知位置的发射机发出相应的强度调制的电磁信号。该信号被该发射机附近区域中的物体反射或散射，其被用该强度调制的辐射施加动作，且在该情况下这一信号被尤其偏转到用于确定强度和/或相位的装置的方向。一般而言，在该情况下，入射的强度调制的辐射信号被背景辐射覆盖，该<br>背景辐射不涉及任何强度调制或其它频率处的调制。利用用于确定强度和/或相位的装置，被反射的强度调制的信号被选择性地从入射辐射过滤出(例如利用相关)并被使用参考信号来记录。出于该目的，用于确定强度和/或相位的装置经受作为参考信号的强度调制的电压或电流信号的影响。作为参考信号的调制电压或电流信号和辐射信号的强度调制之间的刚性相位相关对于检测和确定强度调制的电磁辐射信号的强度调制的强度和/或相对相位特别有利。一般而言，为了简化检测，针对参考信号和强度调制采用相同的频率和/或信号。在该情况下，调制信号可具有任何周期性结构，特别是例如正弦或余弦结构，或者然而还具有准周期结构。关于要被检测的辐射信号，相对于参考信号，一方面查明所检测的辐射信号的强度调制的强度或振幅且另一方面查明其相对相位或相移，更确切而言相对相移。在该情况下，假定在被发射机发出之际参考信号和强度调制的辐射信号的强度调制之间的相位关系是已知的。在发出之际所检测的相位辐射信号关于该辐射信号的相移是基于该辐射信号覆盖从发射机经过发射或散射物体到达用于确定强度和/或相位的装置的行进距离所需的时间。使用辐射信号的已知传播速度(一般而言其为光速)，所覆盖的行进距离可被从该航程时间计算。使用发射机和用于确定强度和/或相位的装置的已知相对位置，从该行进距离推导出发射或散射物体的距离。确定强度调制的辐射信号的强度调制的振幅和相对相位的这种一般方法例如从DE19821974A1已知。用于检测和确定强度调制的辐射信号的该方法使用例如根据DE102004016624A1的半导体组件。DE102004016624A1描述了所谓的光混频检测器元件(PMD元件)。在该情况下，入射到半导体组件上的电磁辐射的光子被转换为该半导体组件的光导层(photoconductivelayer)中的载荷子(chargecarrier)。一般而言，入射电磁辐射包括强度调制的辐射信号和不相关的背景或环境辐射。相应地，载荷子仅部分由入射的电磁辐射中包含的强度调制的辐射信号的光子产生。在该方面，半导体组件中的电磁信号所生成的载荷子的数量与该信号的强度成比例。为了检测和确定辐射信号的强度调制的振幅和/或相对相移，强度调制的辐射信号所生成的那些载荷子按照专门针对的方式被从所生成的载荷子的总数中过滤出去。为该目的，该半导体组件具有所谓的电荷摆动(chargeswing)。术语“电荷摆动”在此处被用来表示用于将入射光自转换为载荷子的光导层，其被用经调制电压信号或经调制电压差来采取动作。光导半导体层的不同区域之间的经调制电压差提供：所生成的载荷子沿电势梯度被位移且在具有相对电势最小值的区域中被收集。在光导半导体层的不同区域中收集的载荷子在位移期间或在时间上在该位移之后被读出。所生成的载荷子因此首先根据经调制电压信号形式的参考信号被位移或与其混合。被位移或混合的载荷子量随后被积分，由此产生作为测量值的电信号，所述电信号被与强度调制的辐射信号的强度调制相关。不相关的背景辐射被在光导半导体层的不同区域中读出的信号之间的差异形成在统计上平均掉。不相关的背景辐射意味着由与经调制电压信号不具有任何刚性相位相关的这种电磁辐射所生成的载荷子的比例。由此形成的差异信号基本上既与入射的强度调制的辐射信号的强度成比例，又与强度调制相对于调制电压或参考信号的相移成比例。使用参考信号和强度调制信号之间的已知相位差，强度调制的相移可被确定，该相移基于所反射的信号所覆盖的距离及与其相链接的航程时间。在最简单的情况下，利用强度调制电磁信号的航程时间测量确定距离的一般方法基于以下假设：用于确定强度和/或相位的装置所检测到的强度调制的信号已在其路上或沿其从发射机到用于确定强度和/或相位的装置的路径上被反射，该反射仅在其距离被确定或即将被确定的物体处有一次。利用成像光学装置，入射的电磁辐射且尤其是入射的强度调制的辐射信号被成像且聚焦到该检测器的成像部分上且从而被聚焦到像素阵列上。此处和后文的成像是指根据透镜方程或光学器件的一般规则的定向投影。有关于此，目标是尽可能地确保相关，以使得要被检测的环境场景或要被检测的物体的图像部分对应于检测器的成像部分内的像素阵列的每个像素。相应地，在理想成像光学装置的情况下，具有唯一距离值的唯一图像部分应当对应于每个像素。然而，一般而言，如果已覆盖不同行进距离的强度调制的辐射信号被偏转到一个且相同像素上，由此产生混合相位，则实践中可能出现问题。这种混合相位导致距离测量中的错误。这种混合相位可在仅被反射一次且覆盖从发射机经过反射物体到检测设备的最短距离的辐射信号被进一步的信号覆盖时出现，该进一步的信号通过多次反射沿着不同路径，然而在该情况下最后被偏转到该相同像素上且从而与相同的图像部分相关联。这被称为多路径传播。结果是，关于所检测的调制存在一相位位置，该相位位置对应于涉及不同长度的各个体光束路径的许多不同个体相位位置的重叠。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定强度调制的电磁辐射信号(2)的强度辐射的强度和/或相位的装置(1)，包括：检测器(2)，其中所述检测器(3)具有像素矩阵(5)，以及用于将强度调制的辐射信号(2)成像到所述检测器(3)上的成像光学装置(7)，其中所述成像光学装置(7)在操作中用所成像的强度调制的辐射信号(2)照射所述检测器(3)的成像部分(16)，以及其中所述像素矩阵(5)被至少逐部分地布置在所述检测器(3)的所述成像部分(16)内且具有多个像素(6)，所述多个像素被适配成在操作中所述多个像素记录所述强度调制的辐射信号(2)的测量值，其特征在于，所述装置(1)具有至少一个散射光参考像素(10)，所述至少一个散射光参考像素被布置在所述检测器(3)的所述成像部分(16)外且被适配成在操作中所述至少一个散射光参考像素记录强度调制的散射光信号(9)的测量值，以及确定设备，所述确定设备被适配成在操作中所述确定设备将来自所述成像部分(16)内的所述像素矩阵(5)的至少一个像素(6)的测量值作为第一数据输入并将来自至少一个散射光参考像素(10)的测量值作为第二数据输入来处理，处理方式为：在第一确定步骤中，所述确定设备根据所述第一数据输入确定所述强度调制的辐射信号(2)的强度和/或所述强度调制的辐射信号(2)的强度调制和所述成像部分(16)内的至少所述像素(6)的参考信号之间的相对相位，且根据所述第二数据输入确定所述强度调制的散射光信号(9)的强度和/或所述强度调制的散射光信号(9)的强度调制和至少所述散射光参考像素(10)的参考信号之间的相对相位，以及在第二确定步骤中，所述确定设备将所述第一确定步骤的确定结果彼此偏移，偏移方式为：所述确定设备提供所述强度调制的辐射信号(2)的经纠正的强度和/或所述强度调制的辐射信号(2)和所述成像部分(16)内的至少所述像素(6)的参考信号之间的经纠正的相对相位，并将其作为数据输出提供，和/或所述确定设备处理所述数据输入，处理方式为：在第一确定步骤中，所述确定设备将所述数据输入彼此偏移，偏移方式为：所述确定设备确定所述成像部分(16)内的至少所述像素(16)的经纠正的测量值，以及在第二确定步骤中，所述确定设备根据所述第一确定步骤的经纠正的测量值确定所述强度调制的辐射信号(2)的经纠正的强度和/或所述强度调制的辐射信号(2)的强度调制和所述成像部分(16)内的至少所述像素(16)的参考信号之间的经纠正的相对相位并将其作为数据输出提供。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.21 DE 102013109020.61.一种用于确定强度调制的电磁辐射信号(2)的强度辐射的强度和/或相位
的装置(1)，包括：
检测器(2)，其中所述检测器(3)具有像素矩阵(5)，以及
用于将强度调制的辐射信号(2)成像到所述检测器(3)上的成像光学装置
(7)，
其中所述成像光学装置(7)在操作中用所成像的强度调制的辐射信号(2)
照射所述检测器(3)的成像部分(16)，以及
其中所述像素矩阵(5)被至少逐部分地布置在所述检测器(3)的所述成像
部分(16)内且具有多个像素(6)，所述多个像素被适配成在操作中所述多个像
素记录所述强度调制的辐射信号(2)的测量值，
其特征在于，所述装置(1)具有至少一个散射光参考像素(10)，所述至少
一个散射光参考像素被布置在所述检测器(3)的所述成像部分(16)外且被适配
成在操作中所述至少一个散射光参考像素记录强度调制的散射光信号(9)的测量
值，以及
确定设备，所述确定设备被适配成在操作中所述确定设备将来自所述成像部
分(16)内的所述像素矩阵(5)的至少一个像素(6)的测量值作为第一数据输入
并将来自至少一个散射光参考像素(10)的测量值作为第二数据输入来处理，处理
方式为：在第一确定步骤中，所述确定设备根据所述第一数据输入确定所述强度调
制的辐射信号(2)的强度和/或所述强度调制的辐射信号(2)的强度调制和所述
成像部分(16)内的至少所述像素(6)的参考信号之间的相对相位，且根据所述
第二数据输入确定所述强度调制的散射光信号(9)的强度和/或所述强度调制的散
射光信号(9)的强度调制和至少所述散射光参考像素(10)的参考信号之间的相
对相位，以及在第二确定步骤中，所述确定设备将所述第一确定步骤的确定结果彼
此偏移，偏移方式为：所述确定设备提供所述强度调制的辐射信号(2)的经纠正
的强度和/或所述强度调制的辐射信号(2)和所述成像部分(16)内的至少所述像
素(6)的参考信号之间的经纠正的相对相位，并将其作为数据输出提供，
和/或
所述确定设备处理所述数据输入，处理方式为：在第一确定步骤中，所述确
定设备将所述数据输入彼此偏移，偏移方式为：所述确定设备确定所述成像部分
(16)内的至少所述像素(16)的经纠正的测量值，以及在第二确定步骤中，所述
确定设备根据所述第一确定步骤的经纠正的测量值确定所述强度调制的辐射信号
(2)的经纠正的强度和/或所述强度调制的辐射信号(2)的强度调制和所述成像
部分(16)内的至少所述像素(16)的参考信号之间的经纠正的相对相位并将其作
为数据输出提供。
2.如权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述散射光参考像素(10)
被布置成与所述像素矩阵(5)间隔开。
3.如权利要求2所述的装置(1)，其特征在于，所述散射光参考像素(10)
被布置在所述像素矩阵(5)被布置于其中的平面之外。
4.如权利要求3所述的装置(1)，其特征在于，所述散射光参考像素(10)
被布置在所述成像光学装置处。
5.如权利要求1或权利要求2所述的装置(1)，其特征在于，所述散射光参
考像素(10)和所述像素矩阵(5)被布置在同一平面内。
6.如权利要求5所述的装置(1)，其特征在于，所述像素矩阵(5)具有在
所述成像部分(16)内的第一部分(4)以及在所述成像部分(16)外的第二部分
(8)，其中所述第二部分(8)内的至少一个像素(6)是散射光参考像素(10)。
7.如权利要求1到6之一所述的装置(1)，其特征在于，提供有多个散射光
参考像素(10)。
8.如权利要求7所述的装置(1)，其特征在于，散射光参考像素(10)被布
置在所述像素矩阵(5)的至少一角落处和/或所述像素矩阵(5)的至少一个侧边

\t中心点处。
9.如权利要求7或权利要求8所述的装置(1)，其特征在于，所述散射光参
考像素(10)被布置成关于所述像素矩阵(5)的中心点按相等角度间隔分布。
10.一种减少散射光对强度调制的电磁辐射信号(2)的强度调制的强度和/
或相位确定的影响的方法，包括以下步骤：
将所述强度调制的辐射信号(2)成像在检测器(3)上，
其中所述成像光学装置(7)用所成像的强度调制的辐射信号(2)照射所述
检测器(3)的成像部分(16)，
用所述检测器(3)的像素矩阵(5)记录所成像的强度调制的辐射信号(2)，
其中所述检测器(3)的所述像素矩阵(5)被至少逐部分地布置在所述成像
部分(16)内且具有多个像素(6)，所述多个像素被适配成在操作中所述多个像
素记录所述强度调制的辐射信号(2)的测量值，
其特征在于，所述方法包括以下附加步骤：
用所述装置(1)的至少一个散射光参考像素(10)记录强度调制的散射光信
号(9)，所述强度调制的散射光信号(9)被散射在所述至少一个散射光参考像...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·兰格，M·阿尔布雷克特，
申请(专利权)人：PMD技术有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE