CN116981959A - 传感器装置、传感器模块、成像***和用于操作传感器装置的方法 - Google Patents

Abstract

一种传感器装置包括光电检测器阵列(10)。多路复用器电路(20)连接至光电检测器阵列(10)并且分别为阵列(10)中的每个光电检测器提供专用输出路径。此外，该传感器装置包括至少一个控制端子(21)。时间数字转换器阵列(40)连接至多路复用器电路(20)的输出端子(22)。根据要施加在至少一个控制端子(21)处的控制信号，多路复用器电路(20)被布置成仅将光电检测器子阵列(11)的输出路径电连接至多路复用器电路(20)的输出端子(22)。

Description

传感器装置、传感器模块、成像***和用于操作传感器装置的 方法

技术领域

本公开内容涉及传感器装置、传感器模块、成像***和用于操作传感器装置的方法。

本专利申请要求德国专利申请102021106090.7的优先权，该德国专利申请的公开内容在此通过引用并入。

背景技术

单光子雪崩二极管或简称SPAD是固态光电检测器，其在光学传感器中得到越来越多的应用，包括光谱学、医疗技术、消费和安全应用等。SPAD阵列结合了高的灵敏度和空间分辨率，例如用于在飞行时间传感器中进行高准确性的距离测量。在SPAD阵列中，通常由单个像素或像素子阵列限定多个区域。例如，嵌入在直接飞行时间***中的SPAD阵列中的给定区域可以分配给图像中的感兴趣区域，以创建3D空间图像数据。

光学传感器例如旨在用于移动装置的那些光学传感器通常嵌入在支持或限定传感器的光学特性的专用传感器模块中。例如，传感器模块可以提供具有内置孔和光学器件的小的、稳健的封装件。然而，在传感器模块的组装过程期间，光学器件相对于传感器阵列的对准可能变化，这导致例如SPAD阵列上的照明区域与光学器件的视场的映射中的偏移问题。这种未对准可能是由于透镜在光电检测器的焦平面上方的组装公差造成的。迄今为止，未对准可以通过在装置的制造期间使用复杂且昂贵的光学对准步骤来减少。为此，光学装置可以监视未对准并且在透镜被贴附至封装件内部之前将其移动至正确的位置。其他解决方案涉及实施高分辨率传感器，并且然后在主机处裁剪图像。虽然这些解决方案是现有的，但是这些解决方案带来高昂成本并且通常增加功率要求。

在其他应用中，能够定制传感器装置的视场FOV可能是有益的。例如，在飞行时间传感器中，对场景的先验知识或预期表明距离可能仅与某些方向相关。通常，通过使用高分辨率传感器以及在主机处将图像裁剪至期望的FOV而使这种定制成为可能。然而，高分辨率传感器带来相当高昂的成本。例如，在飞行时间传感器中，可能需要高得多的功率来实现给定的距离。此外，裁剪由于更多数目的像素(即，通常高于FOV)需要处理而增加了计算负荷。

目的是提供使得能够以成本有效的方式减少光学未对准的影响的传感器装置、传感器模块和用于操作传感器装置的方法。

该目的通过独立权利要求的主题来实现。在从属权利要求中描述了其他改进和实施方式。

将理解的是，除非被描述为替选方案，否则关于任何一个实施方式描述的任何特征可以被单独使用，或者与本文描述的其他特征组合使用，并且可以与实施方式中的任何其他实施方式或者实施方式中的任何其他实施方式任何组合的一个或更多个特征组合使用。此外，在不脱离所附权利要求中限定的气体传感器和气体感测的方法的范围的情况下，也可以采用下面没有描述的等同方案和修改。

发明内容

以下涉及光学传感器领域中的改进构思。建议使用使得能够进行非常快速且一致的多路复用的多路复用器电路，以实现光电检测器例如SPAD与时间数字转换器TDC之间的可配置映射。在多路复用器电路中，也实现了SPAD的输出的Or-ing的或功能。建议在光电检测器之后但在TDC之前实现多路复用器电路。这样，光电检测器可以被分组成传感器上的子阵列或区域，并且相应地，FOV可以在硬件侧进行调整和定制并且可以不被留作在时间数字转换之后进行裁剪。

在至少一个实施方式中，传感器装置包括光电检测器阵列。多路复用器电路连接至光电检测器阵列。多路复用器电路分别为该阵列中的每个光电检测器提供专用输出路径。多路复用器电路包括至少一个控制端子。时间数字转换器阵列连接至多路复用器电路的输出端子。

在传感器装置的操作期间，控制信号被施加至至少一个控制端子。根据该控制信号，多路复用器电路仅将光电检测器的子阵列的输出路径电连接至多路复用器电路的输出端子。

在操作期间，所有光电检测器可以保持活动状态。多路复用器电路仅将光电检测器的子阵列的输出路径电连接至多路复用器电路的输出端子，使得仅将这些连接的光电检测器子阵列的传感器信号提供至时间数字转换器。当光电检测器保持活动状态时，仅来自该子阵列的传感器信号被进一步处理。例如，多路复用器电路仅将光电检测器子阵列的输出路径电连接至多路复用器电路的输出端子，使得仅这些连接的光电检测器子阵列的或与(OR'd)(或者线或)传感器信号被提供至时间数字转换器。

子阵列通常可以不在光电检测器的数目方面受到限制。类似地，子阵列可以由邻近的光电检测器形成，以覆盖光电检测器阵列的连续区域。然而，光电检测器可以分布在整个阵列上，并且仍然是子阵列的部分。光电检测器到子阵列的分配由控制信号确定。实际上，这使得能够将子阵列(或区域)定制成所期望的形式，包括光电检测器与时间数字转换器之间的动态配置或映射。在实践中，时间数字转换器的数目可以保持较低，即，低于阵列中的光电检测器的数目。这可能对同时可以分配给子阵列的光电检测器的数目施加一些限制。

更详细地，多路复用器电路使得能够对光学中心未对准进行电子校正，该光学中心未对准通常发生在传感器装置的最终封装中并且例如由组装公差引起。由于成像***的这种组装公差，在光电检测器或传感器阵列的焦平面上方经常存在光学器件或透镜的未对准。迄今为止，这可以通过在装置的制造期间使用复杂且昂贵的光学对准步骤来减少。为此，光学装置监测未对准并且在透镜被贴附至封装件内部之前将其移动至正确的位置。所提出的传感器装置可以避免这种对准步骤并且使得能够在最终测试中对光学中心进行电子调整。这避免了组装期间昂贵的光学对准步骤并且降低了解决方案的总成本。这种构思有时被称为“光学未对准校正”。

另外，所提出的构思使得能够进行光电检测器例如SPAD或单光子雪崩二极管到时间数字转换器TDC的高度可定制的映射。这允许任何形状的区域，同时使用有限数目的相当昂贵的TDC。这可以支持另外的应用，例如移动电话或LDAF激光距离自动对焦以及AR增强现实。例如，将FOV区域成形为适配电话的区域和纵横比，并且将该区域的光学中心和大小与摄像装置对准。例如，在缩放的图像中，应用需要具有较小的区域用于广角，并且使用较大的区域用于远摄范围。在存在检测中，可以匹配期望的FOV并且校正检测范围。在智能扬声器应用中，可能需要宽的FOV但是具有窄的高度，这模拟了扬声器假设有人在场的位置。所提出的构思使得区域形状能够与此适配。另一可能的应用是在机器人真空吸尘器中避免碰撞。此处，区域(子阵列)和光学传感器可以检测墙壁，但是不能检测地板。

多路复用器电路可以以对称方式实现，并且使得能够进行非常快速且一致的多路复用操作，以实现光电检测器与TDC之间的可配置映射。然而，该构思不能利用常规多路复用电路来实现，因为这将引入太多且不一致的延迟例如使飞行时间传感器例如dToF传感器不可用。多路复用延迟应保持非常低，以实现合理的时间精度。

在至少一个实施方式中，阵列的光电检测器按行和/或列布置。多路复用器电路包括第一支路和第二支路。每个第一支路为公共行或公共列的光电检测器提供输出路径。第二支路包括输出端子。最后，根据控制信号，逻辑电路将所述输出路径连接至多路复用器的输出端子。否则，仅200ps的延迟将产生3cm的距离测量误差。

例如，给定行的光电检测器行与专用第一支路相关联。该专用第一支路提供所述光电检测器行的输出路径。另一光电检测器行与另一专用第一支路相关联，该另一专用第一支路提供该光电检测器行的输出路径。总体上，每一行可以与相应的专用第一支路相关联。输出路径可以被实现为将光电检测器分别连接至第二支路的多路复用器线。术语“行”可以与“列”互换。虽然每个光电检测器可以连接至第一支路中的一个支路，但是这些连接可能不是一直导电的。根据控制信号，仅光电检测器的子集电连接至其对应的第一支路，使得该子集的输出路径电连接至第二支路。例如，如果多于一个的光电检测器(如SPAD)信号连接至支路，则这些信号会自动或与在一起。

可以通过接收控制信号的逻辑电路来建立电连接。逻辑电路使用各个光电检测器对应的第一支路将所述各个光电检测器的输出路径连接至输出端子。这样，通过控制信号分配给光电检测器子阵列的光电检测器经由输出端子电连接至相应的时间数字转换器。

多路复用器电路提供关于下述的控制：分配光电检测器中的哪一些将其传感器信号输出至时间数字转换器，从而以限定子阵列。这是经由专用于行或列、将子阵列的光电检测器的输出路径引导至第二支路的输出端子的第一支路来完成。在某种意义上，第二支路聚集来自第一支路的所分配的输出路径，并且将这些输出路径重定向至输出端子，并且因此重定向至时间数字转换器。逻辑电路接收控制信号并且控制第一支路和第二支路，即，将光电检测器分配至子阵列，以借助时间数字转换器进行时间数字转换。

在至少一个实施方式中，第一支路经由逻辑电路线或连接至第二支路。逻辑或允许组合两个信号，使得如果存在任一信号则输出导通。这可以通过或逻辑门来实现，例如两个输入，一个输出，如果任一输入为高，则一个输出为高。这也可以利用“线或”连接来完成。例如，在线或连接中，两个信号连接在一起，并且所述两个信号中的任一个都可以提高电平。例如，对于SPAD，信号由猝灭器(Quencher)驱动，该猝灭器上拉或下拉在控制端子处接收的输出。

在至少一个实施方式中，阵列中的光电检测器线或连接至第一支路的输出路径。类似于第一支路线或至第二支路，阵列中的光电检测器可以线或连接至第一支路。这样，多路复用器电路具有高度的对称性，并且可以比常规多路复用器结构快得多。这使得能够减少延迟并且提高时间数字转换的时间精度。另外，使得能够将支路的各个延迟保持为非常相似。

在至少一个实施方式中，多路复用器电路包括至少一个参考通道，该至少一个参考通道将输出端子反馈至光电检测器阵列。因此，在保持电路对称布局的同时，多路复用器可以通过附加通道例如参考通道进行扩展。这对于时间分辨率至关重要的应用来说可能是有益的，例如考虑到参考信号或起始信号的飞行时间检测。

在至少一个实施方式中，时间数字转换器阵列中的时间数字转换器连接至至少两个输出端子。典型地，时间数字转换器构成成本密集的部件。因此，在一个或更多个通道之间共享时间数字转换器可以降低总成本。多路复用器电路可以被设计成将一个时间数字转换器分配至若干个输出端子而不损失精度。借助于控制信号，通道被分配至时间数字转换器，如上面讨论的。

在至少一个实施方式中，根据至少一个控制信号分配来自阵列的多个光电检测器以形成子阵列。此外，至少一个控制信号限定一个或更多个操作配置。实际上，借助于控制信号进行的分配提供了高度的自由度。所得到的子阵列在所分配的光电检测器的形状或数目上都没有被限制，即在由传感器提供的限制内。

在至少一个实施方式中，在基本配置中，子阵列由位于光电检测器阵列的公共中心周围的第一数目的光电检测器确定。例如，在基本配置中，子阵列以阵列为中心，因为传感器装置可以在假设其相对于光学***对准的情况下操作。

在第一操作配置中，子阵列包括相对于光电检测器阵列的公共中心偏移的光电检测器。例如，当发现上述假设无效时，可以确定或设置偏移。因此，偏移可以解决光学未对准。

另外或者替选地，在第二操作配置中，子阵列包括不同于第一数目的光电检测器的第二数目的光电检测器。例如，可以用分配至子阵列的相同数目的光电检测器来解决光学未对准。另外，子阵列可以具有相同的形状。在某种意义上，子阵列根据偏移量沿行和/或列移动，而不是在光电检测器的形状和数目上被警告。然而，无论是否实现偏移，子阵列都可以由不同数目即第二数目的光电检测器形成。这使得不仅能够改变偏移量，而且能够改变子阵列的形状和大小。事实上，形状和大小可能仅受装置中存在的时间数字转换器的数目的限制。这使得能够分配最适配预期应用的子阵列。

在至少一个实施方式中，子阵列由来自该阵列的连续阵列区域的阵列中的光电检测器来确定。这使得能够映射期望的传感器装置的视场。

在至少一个实施方式中，传感器模块包括根据上面讨论的方面中的一个或更多个方面的至少一个传感器装置。传感器封装件包封至少一个传感器装置。光学器件被布置在传感器封装件中。光电检测器的第一子阵列位于光学器件的视场中。

所提出的传感器装置可以用于各种传感器模块例如光学传感器、测距仪和接近传感器，仅举几例。基本上，所提出的传感器装置可以嵌入至下述传感器模块中，所述传感器模块有助于可能需要相对于光学器件例如透镜或透镜***对准的光电检测器阵列。

例如，为了解决传感器模块的制造期间的未对准，传感器装置提供补偿偏移的手段。特别地，可以在基本配置中对嵌入在传感器模块中的传感器装置进行操作，或者在校准配置中对该传感器装置进行校准和操作。一个或更多个控制信号可以由连接至至少一个控制端子的外部端子来提供或者借助于诸如微处理器或状态机等的内部部件来提供。

在至少一个实施方式中，至少一个传感器装置、传感器封装件和光学器件被布置为飞行时间传感器模块。例如，传感器封装件包括一个或更多个室，一个或更多个传感器装置定位在所述室中。光学器件被布置在所述室的孔中，并且相应地，传感器装置被布置在传感器封装件内部的孔下方。

飞行时间应用得益于从光电检测器至时间数字转换器的快速响应时间和低传播延迟。这使得能够有更高的飞行时间精度，并且因此改进距离检测或3D成像。

在至少一个实施方式中，成像***包括根据上面讨论的方面中的一个或更多个方面的至少一个传感器装置。该至少一个传感器装置嵌入在主机***中。例如，主机***包括移动装置、3D摄像装置、光谱仪、扬声器(或智能扬声器，例如回声装置)、机器人装置(例如机器人真空吸尘器或割草机)等。

例如，移动装置可以是移动电话、智能电话、计算机、平板电脑等。可以使用如上面讨论的传感器模块将传感器装置实现至移动装置中。这样，传感器装置可以用作例如测距仪、接近传感器、颜色传感器或飞行时间传感器中的光学传感器。在一些实施方式中，传感器装置或传感器模块包括用于其操作的内部电子装置例如微处理器或状态机等。然而，在其他实施方式中，成像***提供用于操作传感器装置的电子装置。

可能的应用包括移动电话的摄像装置、LDAF(激光距离自动对焦)和AR(增强现实)。一般地，子阵列(或空间)的成形使得能够适配区域和纵横比例如电话的摄像装置的区域和纵横比，并且将该区域的光学中心和大小例如与摄像装置对准。另一应用涉及在生产中或生产之后校正摄像装置与飞行时间的不一致。在成像装置中，成形子阵列可以实现缩放的图像，例如具有用于广角的较小区域以及用于远摄范围的较大区域。在存在检测中，可以针对相应的检测范围匹配和校正期望的FOV。例如，智能扬声器可以在装置中实现存在检测。这样的应用可能需要宽的FOV但是仅窄的高度。子阵列的成形可以使得能够与此适配。在诸如割草机的真空吸尘器的机器人装置中，碰撞避免可以受益于所提出的构思，例如光学传感器的区域的成形可以集中在检测墙壁，而不是地板。

另外的示例可以涉及3D摄像装置，其包括飞行时间TOF摄像装置并且被布置用于3D成像。典型地，例如***包括照明单元例如光电二极管或激光二极管。一个示例照明单元包括垂直腔表面发射激光器VCSEL，用于照明外部对象。诸如单个透镜或物镜的光学器件用于收集从外部对象反射的光并且成像至传感器装置例如CMOS或CCD光传感器上。传感器装置可以用于确定到外部对象的飞行时间，例如光电检测器可以被读出并且提供传感器信号，该传感器信号是对光从照明单元行进至对象并且返回阵列所花费的时间的直接测量。

包括传感器装置的主机***或传感器模块可以用驱动器电子装置来补充，以控制照明单元和传感器装置。此外，传感器模块或传感器装置可以具有接口，以便与主机***通信。

在3D摄像装置成像***中，可以生成两种类型的图像：常规2D图像和具有距离信息的附加1D图像。这两种图像可以进行组合以产生3D图像。传感器装置允许以装置为基础来补偿光学偏移。因此，2D图像和附加的1D图像可以以更高的精度对准。

在光谱仪中，限定波长的入射光可以在传感器装置的限定位置例如限定的光电检测器或光电检测器阵列(例如子阵列)上成像。为了提高光谱分辨率，考虑光学偏移可能是重要的。传感器装置允许以装置为基础这样做。

在用于操作传感器装置的方法的实施方式中，传感器装置包括光电检测器阵列、多路复用器电路和连接至该多路复用器电路的输出端子的时间数字转换器阵列。该方法包括下述步骤：使用连接至光电检测器阵列的多路复用器电路分别为阵列中的每个光电检测器提供专用输出路径。经由至少一个控制端子将控制信号施加至多路复用器电路。根据控制信号，多路复用器电路通过光电检测器的输出路径仅将该光电检测器子阵列的输出路径连接至该多路复用器电路的输出端子。

在至少一个实施方式中，该方法还包括：根据至少一个控制信号，分配来自阵列中的多个光电检测器以形成子阵列。由该至少一个控制信号限定一个或更多个操作配置。

在基本配置的至少一个实施方式中，子阵列由位于光电检测器阵列的公共中心周围的第一数目的光电检测器来确定。在第一操作配置中，子阵列包括相对于光电检测器阵列的公共中心偏移的光电检测器。在第二操作配置中，子阵列包括不同于第一数目的光电检测器的第二数目的光电检测器。该方法还包括以下步骤：确定偏移以补偿光学未对准；或者根据期望的感兴趣区域借助于控制信号来设置第二数目的光电检测器。这使得能够创建完全定制的传感器的视场。区域的形状的大小、形式和位置可以定制。

这支持以更好的校正粒度进行更容易的光学中心校正，因为可以用1个光电检测器的步长进行校正并且每个区域(或像素)通常可以使用8到64个光电检测器。如果如现有技术经常做的那样将在捕获图像之后进行校正，则步长仅为一个区域。这对于具有中等分辨率的dToF传感器尤其重要，例如当使用16个区域时。±1个区域的校正在最终应用中将是不可用的并且可能太粗糙。另外，所提出的构思提供了改变具有不同配置的区域大小、形状和区域数目的自由度。这使得能够对应用进行区域定制。

根据上面描述的传感器装置、传感器模块和成像***的实施方式，用于根据改进的构思操作传感器装置的方法的另外的实施方式对于本领域技术人员来说变得明显，并且反之亦然。

以下对示例实施方式的附图的描述可以进一步示出和说明改进构思的各方面。具有相同结构和相同效果的部件和部分分别以等同的附图标记呈现。在部件和部分在其在不同附图中的功能方面彼此对应的情况下，针对以下附图中的每一个不必重复对这些部件和部分的描述。

附图说明

在附图中：

图1示出了传感器装置的示例实施方式；

图2示出了水平多路复用器的示例实施方式；

图3示出了垂直多路复用器的示例实施方式；

图4示出了所提出的传感器装置的示例应用；以及

图5示出了所提出的传感器装置的示例应用。

具体实施方式

图1示出了传感器装置的示例实施方式。该传感器装置包括光电检测器阵列10、多路复用器电路20和时间数字转换器阵列40。

阵列包括按行和列布置的光电检测器。例如，光电检测器是单光子雪崩光电二极管SPAD。然而，下面更详细呈现的构思可以应用于其他类型的光电检测器。在附图中，为了便于参考，阵列中的单个SPAD 13由光电二极管符号表示。本实施方式中的阵列包括8×8SPAD，即每行和每列均具有8个SPAD。选择该阵列作为示例并且以方便说明。行或列中的SPAD的数目不限于任何有限的数目，并且对于行和列，SPAD的数目可以不同。SPAD经由猝灭器15连接至地以及连接至供应电压VDD_HV。连接猝灭器15和SPAD 13的电路节点16经由包括放大器30和脉冲整形器31的脉冲整形电路连接至多路复用器电路20。

多路复用器电路包括第一支路23和第二支路24。在该实施方式中，针对光电检测器阵列的每一行(在图中由“···”表示)存在一个第一支路23。第一支路23包括为SPAD提供输出路径的多路复用器线25。多路复用器的逻辑电路25包括第一部分26和第二部分27。每个第一支路包括逻辑电路中的连接至脉冲整形器的输出的第一部分26。第一部分将行中的每个SPAD 13线或连接至所有多路复用器线25并且包括控制端子21以接收控制信号。线或连接接收来自SPAD的一个输入和来自控制端子的另一输入。借助于线或，所述输入连接在一起使得第一部分的作用类似于多个或门。

针对其余行的第一支路具有相同的电路结构，使得每行分别具有专用的多路复用器线25作为可能的输出路径。存在下述专用逻辑电路，该专用逻辑电路将给定行的每个SPAD进行线或至多路复用器电路的对应第一支路的所有多路复用器线25。为了更容易表示，该图在元素重复出现的各处包括空格保持“···”。

多路复用器电路的第二支路24经由逻辑电路的第二部分27连接至第一支路23。在该实施方式中，对于每个第一支路，即对于光电检测器阵列的每行，存在连接至多路复用器线25的部分27。第二支路24包括多路复用器线0、……、9，表示为通道，这些多路复用器线电连接至输出端子22。第二部分将来自第一支路23的所有多路复用器线线或连接至第二支路24的多路复用器线0、……、9。逻辑电路的第二部分27包括控制端子21以接收控制信号例如使能信号。例如，线或连接接收来自第一支路的多路复用器线25的一个输入和来自控制端子21的另一输入。借助于线或，所述输入连接在一起使得第二部分的作用类似于多个或门。

在该示例实施方式中，第二支路24包括8个多路复用器线或通道1、……、8，用于分别连接与第一支路23连接的光电检测器的行的输出路径或多路复用器线25。此外，两个多路复用器线0和9是为参考光电检测器14保留的。第二支路24的多路复用器线被表示为通道。在该实施方式中，存在10个通道，包括反馈光电检测器阵列10的参考SPAD 14的输出端子22的两个参考通道。

第一支路和第二支路形成多路复用器电路，并且在下文中被表示为水平多路复用器和垂直多路复用器。

时间数字转换器(或TDC)阵列40连接至垂直多路复用器的输出端子。在该实施方式中，垂直多路复用器进行线或，使得每一行的SPAD中的8个SPAD可以多路复用至10个TDC通道(包括两个参考SPAD)。TDC包括两个输入端子，所述两个输入端子分别连接至多路复用器电路的两个输出端子。

由于使用相同或相似的线或逻辑结构的水平和垂直多路复用器的实现，多路复用器电路在很大程度上是对称的。这样，可以使时间延迟最小化，并且多路复用器比普通电路快得多。这也使得能够将每个延迟保持为几乎相等。

图2示出了水平多路复用器的示例实施方式。该图更详细地示出了图1中的水平多路复用器。逻辑电路的第一部分26包括逻辑或门的并行连接。门的数目与多路复用器线25的数目一样多。所述门包括线与门和MOSFET晶体管，其中，线与门的输出分别连接至晶体管的控制端子(即，门)。门的一个输入经由脉冲整形器31连接至SPAD，以接收SPAD 13的脉冲。另一输入连接至控制端子21。晶体管的源极端子或漏极端子连接至一个多路复用器线25。每个门连接至唯一的多路复用器线，并且相应地，多路复用器线25可以以唯一的方式来寻址，例如经由在专用控制端子21处施加相应的控制信号来寻址。使用晶体管、MOSFET或其他器件降低了寄生电容。例如，控制信号可以由诸如控制器或状态机的另一部件来提供。

图3示出了垂直多路复用器的示例实施方式。该图更详细地示出了图1中的垂直多路复用器。逻辑电路的第二部分27包括逻辑或门的并行连接。门的数目与多路复用器线25的数目一样多。所述门包括如图中所描绘的连接的线与门和MOSFET晶体管。

每个线与门的控制侧经由相应的反相器32连接至一个控制端子21。例如，一个反相器32由另一门的另一控制侧共享(并且电连接至另一门的另一控制侧)。非门的输出分别连接至晶体管的控制端子(即，门)。门的一个输入连接至多路复用器线25，以接收SPAD 13的脉冲。另一输入连接至控制端子21，并且将一个门的输出引导至另一门。晶体管的源极端子或漏极端子连接至垂直多路复用器的一个多路复用器线或通道0、……、9。每个门连接至唯一的通道，并且相应地，通道可以以唯一的方式来寻址，例如经由在专用控制端子处施加相应的控制信号来寻址。使用晶体管、MOSFET或其他器件降低了寄生电容。例如，控制信号可以由诸如控制器或状态机的另一部件提供。

图4示出了根据垂直多路复用器的示例实施方式的剖视图。所述图示出了示例反相器32、第一对33线或门即线与门和MOSFET晶体管、以及第二对34线或门。由于反相器32，带框的第一对的线或或者第二对的线或处于活动状态例如连接至TDC0或TDC4。这种实现方式是可选的并且有助于节省配置位。

图5示出了所提出的传感器装置的示例应用。该图示出了光电检测器阵列和3×3的示例子阵列。背景指示用于调整的可用焦平面。借助于多路复用器电路，子阵列的中心可以向上、向下、向左、向右移动以及根据需要重新调整大小例如用于补偿未对准。此外，子阵列的形状和分配至子阵列的光电检测器的数目几乎可以是任意的。

虽然本说明书包含许多细节，但是这些细节不应被解释为对本发明的范围或可以要求保护的范围的限制，而是作为对特定于本发明的特定实施方式的特征的描述。本说明书中在单独的实施方式的上下文中描述的某些特征也可以以在单个实施方式中以组合的方式实现。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施方式中单独地或以任何合适的子组合的方式来实现。此外，虽然特征可以如上面描述为以某些组合起作用并且甚至最初如此要求保护，但是在一些情况下，来自所要求保护的组合的一个或更多个特征可以从该组合中删除，并且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变型。

类似地，虽然在附图中以特定顺序描绘了操作，但所这不应当被理解为要求以所示的特定顺序或连续顺序执行这样的操作或者执行所有示出的操作，以实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。

已经描述了许多实现方式。然而，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种修改。因此，其他实现方式也落入权利要求的范围内。

附图标记

0，9 参考通道

1，…，8 通道

10 光电检测器阵列

11 子阵列

12 公共中心

13 SPAD

14 参考SPAD

15 猝灭器

20 多路复用器电路

21 控制端子

22 输出端子

23 第一支路

24 第二支路

25 多路复用器线

26 第一部分

27 第二部分

28 输出端子

30 放大器

31 脉冲整形器

32 反相器

33 第一对线或

34 第二对线或

40 时间数字转换器阵列

50 飞行时间传感器模块

51 传感器封装件

52 光学透镜

53 模室

54 集成电路

55 光屏障

56 传感器装置

Claims (15)

1.一种传感器装置，包括：

-光电检测器阵列(10)；

-多路复用器电路(20)，其连接至所述光电检测器阵列(10)并且分别为所述阵列(10)中的每个光电检测器提供专用输出路径，所述多路复用器电路(20)还包括至少一个控制端子(21)；

-时间数字转换器阵列(40)，其连接至所述多路复用器电路(20)的输出端子(22)；

其中：

-根据要施加在所述至少一个控制端子(21)处的控制信号，所述多路复用器电路(20)被布置成仅将光电检测器子阵列(11)的输出路径电连接至所述多路复用器电路(20)的输出端子(22)。

2.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，所述光电检测器阵列(10)中的光电检测器按行和/或列布置，并且所述多路复用器电路(20)包括：

-第一支路(23)，其中，每个第一支路(23)为公共行或公共列的光电检测器提供输出路径；以及

-第二支路(24)，其中，所述第二支路(24)包括所述输出端子(22)；以及

-逻辑电路，其根据所述控制信号将所述输出路径连接至所述多路复用器电路(20)的输出端子(22)。

3.根据权利要求2所述的传感器装置，其中，所述第一支路(23)经由所述逻辑电路线或连接至所述第二支路(24)。

4.根据权利要求2或3所述的传感器装置，其中，所述阵列(10)中的光电检测器线或至所述第一支路(23)的输出路径。

5.根据权利要求1至4中一项所述的传感器装置，其中，所述多路复用器电路(20)包括至少一个参考通道，所述至少一个参考通道将所述输出端子(22)反馈至所述光电检测器阵列(10)。

6.根据权利要求1至5中一项所述的传感器装置，其中，所述时间数字转换器阵列(40)中的时间数字转换器连接至至少两个输出端子(22)。

7.根据权利要求1至6中一项所述的传感器装置，其中：

-根据所述至少一个控制信号，分配来自所述阵列(10)中的多个光电检测器以形成所述子阵列(11)，以及

-所述至少一个控制信号限定一个或更多个操作配置。

8.根据权利要求7所述的传感器装置，其中：

-在基本配置中，所述子阵列(11)由位于所述光电检测器阵列(10)的公共中心周围的第一数目的光电检测器来确定，

-在第一操作配置中，所述子阵列(11)包括相对于所述光电检测器阵列(10)的公共中心偏移的光电检测器，以及/或者

-在第二操作配置中，所述子阵列(11)包括不同于所述第一数目的光电检测器的第二数目的光电检测器。

9.根据权利要求1至7中一项所述的传感器装置，其中，所述子阵列(11)由来自所述阵列(10)的连续区域的所述阵列(10)中的光电检测器来确定。

10.一种传感器模块，包括：

-根据权利要求1至9中一项所述的至少一个传感器装置；

-传感器封装件，其包封所述至少一个传感器装置；以及

-布置在所述传感器封装件中的光学器件，其中，所述光电检测器的第一子阵列(11)位于所述光学器件的视场中。

11.根据权利要求10所述的传感器模块，其中，所述至少一个传感器装置、所述传感器封装件和所述光学器件被布置为飞行时间传感器模块。

12.一种成像***，包括：

-根据权利要求1至11中一项所述的至少一个传感器装置；以及

-主机***，其中，所述至少一个传感器装置嵌入在所述主机***中。

13.一种用于操作传感器装置的方法，所述传感器装置包括光电检测器阵列(10)、多路复用器电路(20)以及连接至所述多路复用器电路(20)的输出端子(22)的时间数字转换器阵列(40)，所述方法包括下述步骤：

-使用连接至所述光电检测器阵列(10)的多路复用器电路(20)分别为所述阵列(10)中的每个光电检测器提供专用输出路径；

-经由至少一个控制端子(21)将控制信号施加至所述多路复用器电路(20)；以及

-根据所述控制信号，通过光电探测器的输出路径连接仅将光电检测器子阵列(11)的输出路径电连接至所述多路复用器电路(40)的输出端子(22)。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括下述步骤：

-根据所述至少一个控制信号，分配来自所述阵列(10)中的多个光电检测器以形成所述子阵列(11)；以及

-由所述至少一个控制信号限定一个或更多个操作配置。

15.根据权利要求14所述的方法，其中：

-在基本配置中，所述子阵列(11)由位于所述光电检测器阵列(10)的公共中心周围的第一数目的光电检测器来确定，

-在第一操作配置中，所述子阵列(11)包括相对于所述光电检测器阵列(10)的公共中心偏移的光电检测器，

-在第二操作配置中，所述子阵列(11)包括不同于所述第一数目的光电检测器的第二数目的光电检测器，并且其中，所述方法还包括下述步骤：

-确定所述偏移以补偿光学未对准；或者

-根据期望的感兴趣区域，借助于所述控制信号来设置所述第二数目的光电检测器。