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1.2 Stand der Technik 8
2. Eine zweite Variante löst das oben genannte Problem. Ein speziell entwickelter
integrierender Active-Pixel-Sensor (2 × 32 Pixel) setzt die
Pulsleistung (Strahlungsleistung) innerhalb eines Integrationsfensters
in einen Spannungsabtastwert um. Dabei ist es möglich, mehrere Laserpulse
zu akkumulieren, um mit kleinen Strahlungsleistungen des Lasers
die Szene zu bestrahlen oder schlecht reflektierende Objekte zu erfassen.
Die angewandte CDS-Technik unterdrückt ausreichend das sonst
oft störende Hintergrundlicht [3]. Aus Spannungsabtastwerten, die aus
der Integration eines Laserpulses in einem Integrationsfenster stammen,
bestimmt der MDSI-Berechnungsalgorithmus unabhängig von der am
Sensor bestehenden Bestrahlungsstärke den Entfernungswert [12]. Die
signaltheoretischen Zusammenhänge in Bezug auf die Auswerteverfahren
führen zu Korrekturmöglichkeiten nichtlinearer Effekte und erweiterten
Messbereichen, siehe Kapitel 4.7.3 und [13]. Mit einer größeren
Pixelzahl 4 ×64 und kleineren photoempfindlichen Flächen verbesserte
sich das Auflösungsvermögen des Sensors entscheidend [7].
Jüngste Veröffentlichungen zeigen, wie die obigen Signalprozesse und
Auswerteverfahren mit reduzierten Schaltungsapplikationen umgesetzt
werden können [14], [15]. Das Time-of-Flight-Messprinzip gewinnt im
Pulsbetrieb zunehmend an Bedeutung.
Die Bestimmung der Laufzeit mit Hilfe modulierter CW-Laser ermöglicht die
Anwendung der Korrelation. Die Korrelationsfunktion bilden hier zeitkontinuierliche
Signalfolgen des CW-Lasers und des Demodulators. Dazu wurden
in den letzten Jahren optische Empfänger in CMOS-Technologie entwickelt,
die die Funktion der Strahlungsdetektion und der Signalmischung übernehmen.
Das Photoelectronic Mixing Device (PMD) [16] und das Lock-In Pixel
[17] realisieren das gleiche Grundprinzip und unterscheiden sich lediglich im
Aufbau.
Die daraus entwickelten Entfernungsmessverfahren verarbeiten die Phasendifferenz
∆φ zwischen dem mit der Modulationsfrequenz ft,mod meist sinusförmigen
modulierten ausgesandten und empfangenen Lasersignal.
d = c c ∆φ
· τ = ·
2 2 2πft,mod
Durch einen Mischprozess und eine anschließende Integration am Kondensator
entsteht eine Kreuzkorrelationsfunktion (KKF) aus dem empfangenen
modulierten Lasersignal und dem mit der selben Modulatiosfrequenz erzeugten
Signalprozess im Demodulator (PMD, Lock-In Pixel). Beide Empfänger