ToF-Sensoren

Das Fraunhofer IMS entwickelt spezielle hochauflösende Sensoren für indirekte Time-of-Flight Anwendungen.

CMOS Image Sensors – ToF-Sensoren

Indirektes Time-of-Flight Verfahren

Durch zunehmende Automatisierung industrieller Prozesse aber auch des alltäglichen Lebens gewinnen vor allem distanzbestimmende Sensoren an Bedeutung. Über das Time-of-Flight (ToF) Verfahren lassen sich die Lichtlaufzeit eines emittierten Lichtstrahls und des reflektierten Strahls bestimmen und daraus die Distanz zum Objekt ermitteln und 3D-Bilder erzeugen. Dadurch können autonome Fahrzeuge realisiert, die Sicherheit bei Mensch-Maschinen-Schnittstellen mittels Gestenerkennung erhöht und die Navigation von Robotern ermöglicht werden. Schnelle und empfindliche Sensoren sind notwendig, um Distanzen in Echtzeit messen zu können. Gleichzeitig sollte der gemessene Puls vom Umgebungslicht unterscheidbar sein, um das Objekt möglichst genau abzubilden.

Das Fraunhofer IMS entwickelt seit vielen Jahren schnelle Time-of-Flight Sensoren basierend auf den sogenannten Lateral-Drift-Field Photodetektoren. Dabei kann das reflektierte Licht über zwei individuell einstellbare Integrationsfenster gemessen und die Distanz zum Objekt über das integrierte Signal berechnet werden. Die Akkumulation der Ladungsträger im Pixel verringert Rauscheinflüsse und ermöglicht mehrere Lichtpulse in einem Bild zu detektierten. Sowohl die Integrationszeiten als auch die Akkumulationszahl sind einstellbar, sodass eine optimale Anpassung an notwenige Messweite und die verwendete Lichtquelle stattfinden kann. Zusätzlich kann das Hintergrundsignal unterdrückt werden, entweder durch eine zusätzliche Messung oder ein weiteres Integrationsfenster. Von besonderem Vorteil ist bei diesem ToF-Sensor die Möglichkeit lateral hochauflösende Detektoren zu entwickeln.

Bis zu 320 x 240 Pixel wurden zuletzt für das EU-Projekt Utofia realisiert, bei dem eine ToF-Unterwasserkamera entwickelt wurde. Durch das inhomogene Dotierprofil innerhalb der aktiven Fläche kann trotz hoher Auflösung ein Transfer der durch das einfallende Licht generierte Ladungsträger zum Ausleseknoten im Nanosekundenbereich erreicht werden.

EU-Projekt Utofia (https://www.utofia.eu/)

Twitter-Accout Utofia (https://twitter.com/UTOFIA_H2020)

Euro-News Beitrag Utofia mit Video  

 

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