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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einer Sensoranordnung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Solche
Sensoranordnungen sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus
der Druckschrift
DE 10
2006 028 435 A1 ein Sensor zur ortsaufgelösten Detektion
bekannt, wobei der Sensor ein Substrat, ein mikrostrukturiertes
Sensorelement mit einer ihren Wert temperaturabhängig ändernden
elektrischen Eigenschaft, insbesondere eine Diode, und eine oberhalb
einer Kaverne im Substrat angeordneten Membran aufweist und wobei
das Sensorelement an einer Unterseite der Membran angeordnet ist.
Die Sensorelemente umfassen insbesondere über einzelne
Zuleitungen kontaktierbare Diodenpixel, wobei eine Mehrzahl von
Diodenpixeln vorzugsweise in einem Diodenpixelarray angeordnet sind
und über die einzelnen Zuleitungen an gemeinsame Zuleitungen
angeschlossen sind, so dass über eine sukzessive Adressierung
der einzelnen Diodenpixel ein sequentielles Auslesen der einzelnen
Diodenpixel ermöglicht wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Sensoranordnung und das erfindungsgemäße
Verfahren zum Betrieb einer Sensoranordnung gemäß den
nebengeordneten Ansprüchen haben den Vorteil, dass die
Auslesegeschwindigkeit der Sensoranordnung gegenüber dem
Stand der Technik mit vergleichsweise einfachen Mitteln deutlich
erhöht wird, ohne das zeitliche Artefakte auftreten. Dies
wird dadurch erreicht, dass Sensorelemente zu Sensorelementblöcken
zusammengefasst werden, welche parallel ausgewertet werden und ineinander
verschachtelt angeordnet sind. Eine verschachtelte Anordnung zweier
Sensorelementblöcke im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet
insbesondere, dass wenigstens ein Sensorelement eines Sensorelementblocks
zwischen zwei Sensorelementen eines anderen Sensorelementblocks angeordnet
ist. Durch die Aufteilung der Sensorelemente in eine Mehrzahl von
parallel auswertbaren Sensorelementblöcken wird die Bildrate
und somit die Auslesegeschwindigkeit der Sensoranordnung erhöht.
Die Verschachtelung der Sensorelementblöcke verhindert
dabei das Auftreten von zeitlichen Artefakten, da vergleichsweise
nah beieinanderliegende und insbesondere benachbarte Sensorelemente
verschiedenen Sensorelementblöcken zugeordnet sind und
daher parallel ausgewertet werden. Zeitliche Verzögerungen
bei der Auswertung einer Mehrzahl von Sensorelementen treten daher
lediglich bei vergleichsweise weit auseinanderliegenden Sensorelementen
auf. Zeitliche Artefakte, wie dass beispielsweise ein vergleichsweise
schnell durch ein Blickfeld der Sensoranordnung bewegtes Objekt
nicht mehr als geradlinig bzw. kontinuierlich bewegt, sondern als
sprunghaft bzw. zeitversetzt bewegt wahrgenommen wird, werden somit
mit vergleichsweise einfachen und kostengünstig zu implementierenden
Mitteln unterbunden, wobei die Signalqualität konstant
bleibt. Bei einer bloßen Erhöhung der Bildrate
würde im Gegensatz dazu die Signalqualität in
erheblicher Weise negativ beeinflusst. Durch die Zuordnung des ersten
Sensorelements zum ersten Sensorelementblock und des dritten Sensorelements
zum zweiten Sensorelementblocks ist eine parallele Auswertung des
insbesondere benachbarten ersten und dritten Sensorelements in einem
ersten Verfahrensschritt möglich, wobei die Auswertung
des vergleichsweise weiter vom ersten Sensorelement entfernt angeordneten
zweiten Sensorelements erst im zweiten Verfahrensschritt erfolgt.
Die im Wesentlichen zeitgleiche Auswertung der insbesondere benachbarten
ersten und dritten Sensorelemente ermöglicht somit eine
im Wesentlichen ruckelfreie Auswertung eines vergleichsweise schnell
durch das Blickfeld des ersten und des dritten Sensorelements bewegten
Objektes ohne eine Beeinträchtigung der Signalqualität.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen,
sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmbar.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass dem zweiten Sensorelementblock ferner
ein viertes Sensorelement zugeordnet ist, wobei das zweite Sensorelement
zwischen dem dritten und dem vierten Sensorelement angeordnet ist.
Besonders vorteilhaft ist somit das zweite Sensorelement vergleichsweise
nah und insbesondere benachbart zum vierten Sensorelement angeordnet,
so dass auch in denjenigen Teilbereichen des Blickfelds der Sensoranordnung,
in welchem die zweiten und vierten Sensorelemente angeordnet sind,
eine im Wesentlichen zeitgleiche Auswertung der benachbarten Sensorelemente
erzielt wird und nach diesem Prinzip zeitliche Artefakte auf der
gesamten Sensoranordnung bzw. auf dem gesamten Blickfeld der Sensoranordnung durch
die vollständige Verschachtelung der Sensorelementblöcke
unterdrückt werden und gleichzeitig die Auslesegeschwindigkeit
erhöht wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Sensoranordnung einen
dritten Sensorelementblock umfasst, wobei dem dritten Sensorelementblock
wenigstens ein fünftes Sensorelement zugeordnet ist, welches
zwischen dem zweiten und dem dritten Sensorelement angeordnet ist.
Besonders vorteilhaft ist durch die Zuordnung des dritten Sensorelements
zum dritten Sensorelementblock eine höhere Auslesegeschwindigkeit der
Sensoranordnung erzielbar, da im ersten Verfahrensschritt zusätzlich
zum ersten und dritten Sensorelement auch das fünfte Sensorelement
auslesbar ist, wobei die Anordnung des fünften Sensorelement zwischen
dem zweiten und dem dritten Sensorelement bzw. somit in der Nähe
des zweiten Sensorelements zur Unterdrückung von zeitlichen
Artefakten dient.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass zusätzliche
Sensorelemente zusätzlichen Sensorelementblöcken
zugeordnet sind, wobei zumindest ein zusätzliches Sensorelement
eines jeden zusätzlichen Sensorelementblocks zwischen dem
ersten Sensorelement und dem zweiten Sensorelement angeordnet ist.
Durch die weitere Unterteilung der Sensoranordnung in zusätzliche
Sensorelementblöcke wird die Auslesegeschwindigkeit der
Sensoranordnung immer weiter erhöht, da in jedem Verfahrensschritt
gleichzeitig die zusätzlichen Sensorelemente mit ausgelesen
werden. Die Verschachtelung der zusätzlichen Sensorelementblöcke
ermöglicht dabei die Unterdrückung der zeitlichen
Artefakte.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste
Sensorelement in einer ersten Spalte mit weiteren ersten Sensorelementen
angeordnet ist und/oder dass das zweite Sensorelement in einer zweiten
Spalte mit weiteren zweiten Sensorelementen angeordnet ist und/oder
dass das dritte Sensorelement in einer dritten Spalte mit weiteren
dritten Sensorelementen angeordnet ist und/oder dass das vierte
Sensorelement in einer vierten Spalte mit weiteren vierten Sensorelementen
angeordnet ist und/oder dass das fünfte Sensorelement in
einer fünften Spalte mit weiteren fünften Sensorelementen
angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist somit jeweils eine ganze
Spalte von Sensorelementen mit den jeweiligen weiteren Sensorelementen
Teil eines Sensorelementblocks, wobei insbesondere eine Mehrzahl
von weiteren Sensorelementen in einer Mehrzahl von Zeilen in der
jeweiligen Spalte angeordnet sind, so dass die gesamte Sensoranordnung
besonders bauraumkompakt in einer Zeilen-Spalten-Struktur realisierbar
ist. Alternativ sind die Begriffe Zeile und Spalte umkehrbar, so
dass auch eine Spalten- Zeilen-Struktur der ineinander verschachtelten
Sensorelementblöcke Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Sensorelemente und
die weiteren Sensorelemente einer jeden Spalte über erste
Leitungen elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind,
so dass besonders vorteilhaft jedes Sensorelement einer Spalte über
die entsprechende gemeinsame erste Leitung auswertbar oder ansteuerbar
ist, so dass der Kontaktierungsaufwand in erheblicher Weise eingeschränkt
wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die wenigstens
ersten und zweiten Sensorelemente über einen ersten Multiplexer
mit einem ersten Auswertemittel, die wenigstens dritten und vierten
Sensorelemente über einen zweiten Multiplexer mit einem
zweiten Auswertemittel und das wenigstens fünfte Sensorelement über
einen dritten Multiplexer mit einem dritten Auswertemittel verbunden
sind. Ferner ist vorgesehen, dass weitere Sensorelemente über
weitere Multiplexer mit weiteren Auswertemitteln verbunden sind.
Somit sind jedem Sensorelementblock genau ein Multiplexer und genau
ein Auswertemittel zugeordnet, so dass in verschiedenen und insbesondere
aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten sequentiell von dem jeweiligen
Multiplexer verschiedene Spalten eines jeweiligen Sensorelementblocks
mit dem jeweiligen Auswertemittel verbunden werden und somit nacheinander
jede Spalte des jeweiligen Sensorelementblocks durch das jeweilige
Auswertemittel auswertbar sind. Besonders vorteilhaft werden durch
die Verschachtelung der Sensorelementblöcke miteinander
im Wesentlichen benachbarte Spalten, welche insbesondere unterschiedlichen
Sensorelementblöcken zugeordnet sind, parallel und nahezu
gleichzeitig ausgewertet.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste,
das zweite, das dritte, das vierte und/oder das fünfte
Sensorelement in einer Zeile angeordnet sind und insbesondere über
eine zweite Leitung elektrisch leitfähig miteinander verbunden
sind, wobei die zweite Leitung vorzugsweise von einem Adressmultiplexer
adressiert wird. Die jeweiligen Zeilen der Spalten sind somit über
zweite Leitungen miteinander verbunden. Besonders vorteilhaft wird
durch den Adressmultiplexer wenigstens eine Zeile durch alle Spalten
adressiert, so dass die Sensorelemente in dieser Zeile durch die ersten
Leitungen jeweils auswertbar sind.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Sensorelemente
Dioden umfassen und/oder dass die Sensoranordnung einen Sensor zur
ortsaufgelösten Detektion, insbesondere zur ortsaufgelösten
Messung von Temperatur, Strahlung und/oder eines Fingerabdruckes,
umfasst und/oder dass die Sensoranordnung einen Sensor zur Detektion
einer Gaskonzentration umfasst. Besonders vorteilhaft ist somit
durch die im Vergleich zum Stand der Technik erheblich vergrößerte
Auslesegeschwindigkeit der Sensoranordnung eine ortsaufgelöste
Detektion von vergleichsweise kurzlebigen Ereignissen und/oder sich
vergleichsweise schnell bewegenden Objekten möglich.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren
zum Betrieb einer Sensoranordnung, wobei in einem ersten Verfahrensschritt das
erste Sensorelement von dem ersten Auswertemittel und das dritte
Sensorelement von dem zweiten Auswertemittel ausgewertet werden,
wobei in einem zweiten Verfahrensschritt das zweite Sensorelement von
dem ersten Auswertemittel und vorzugsweise das vierte Sensorelement
von dem zweiten Auswertemittel ausgewertet werden und/oder dass
in dem ersten Verfahrensschritt ferner das fünfte Sensorelement
von dem dritten Auswertemittel ausgewertet wird. Somit ist wie oben
beschrieben eine im Vergleich zum Stand der Technik deutlich schneller
Auswertegeschwindigkeit erzielbar, wobei gleichzeitig die Bildung
von zeitlichen Artefakten unterdrückt wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Adressmultiplexer in
jedem Verfahrensschritt zeilenweise nacheinander die Sensorelemente
und die weiteren Sensorelemente in jeder Spalte adressiert. Besonders
vorteilhaft wird somit von den Multiplexern in jedem Verfahrensschritt
eine entsprechende Spalte von Sensorelementen adressiert, während
in einer Mehrzahl von Verfahrensunterschritten in jedem Verfahrensschritt von
dem Adressmultiplexer sequentiell alle Zeilen der entsprechenden
Spalten adressiert werden. Die Sensoranordnung wird folglich in
aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten spaltenweise und in aufeinanderfolgenden
Verfahrensunterschritten zeilenweise ausgelesen, wobei in jedem
Verfahrensunterschritt insbesondere wenigstens ein Sensorelement eines
jeden Sensorelementblocks ausgelesen wird.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Es
zeigt 1 eine schematische Aufsicht einer Schaltungsanordnung
gemäß einer beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist
eine schematische Aufsicht einer Schaltungsanordnung gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
dargestellt, wobei die Schaltungsanordnung vier Zeilen 7 von
Schaltungselementen 2, insbesondere Dioden, jeweils mit
ersten und zweiten Anschlüssen 5, 6 aufweisen.
Eine der Zeilen 7 umfasst ein erstes und ein zweites Sensorelement 101, 102,
welche zusammen einem ersten Sensorelementblock 3 zugeordnet sind,
ein drittes und viertes Sensorelement 103, 104, welche
zusammen einem zweiten Sensorelementblock 3' zugeordnet
sind, und ein fünftes und sechstes Sensorelement 105, 106,
welche einem dritten Sensorelementblock 3'' zugeordnet
sind. Das dritte und fünfte Sensorelement 103, 105 sind
dabei zwischen dem ersten und zweiten Sensorelement 101, 102 angeordnet,
während das zweite Sensorelement 102 zwischen
dem fünften und vierten Sensorelement 105, 104 angeordnet
ist. Die Sensorelementblöcke sind somit derart verschachtelt,
dass zwischen wenigstens zwei Sensorelementen eines Sensorelementblocks
immer wenigstens ein Sensorelement wenigstens eines anderen Sensorelementblocks
angeordnet ist. In einer ersten Spalte 201 mit dem ersten
Sensorelement 101 sind ferner drei weitere erste Sensorelemente 101' des
ersten Sensorelementblocks 3, in einer zweiten Spalte 202 mit
dem zweiten Sensorelement 101 sind ferner drei weitere zweite
Sensorelemente 201' des ersten Sensorelementblocks 3,
in einer dritten Spalte 203 mit dem dritten Sensorelement 103 sind
ferner drei weitere dritte Sensorelemente 103' des zweiten
Sensorelementblocks 3' angeordnet, in einer vierten Spalte 204 mit dem
vierten Sensorelement 104 sind ferner drei weitere vierte
Sensorelemente 104' des zweiten Sensorelementblocks 3,
in einer fünften Spalte 205 mit dem fünften
Sensorelement 105 sind ferner drei weitere fünfte
Sensorelemente 105' des dritten Sensorelementblocks 3'' und
in einer sechsten Spalte 206 mit dem sechsten Sensorelement 106 sind
ferner drei weitere sechste Sensorelemente 106' des dritten Sensorelementblocks 3 angeordnet.
Die ersten Anschlüsse 5 aller Sensorelemente in
einer Zeile sind jeweils elektrisch leitfähig über
erste Leitungen 9 untereinander und mit einem Adressmultiplexer
verbunden, während die zweiten Anschlüsse 6 aller
Sensorelemente in einer Spalte jeweils elektrisch leitfähig über
zweite Leitungen 10 untereinander verbunden sind. Die erste
und die zweite Spalte 201, 202 sind mittels erster
Leitungen 10 und einem ersten Multiplexer 11 mit
einem ersten Auswertemittel 4, die dritte und die vierte
Spalte 203, 204 sind mittels erster Leitungen 10 und
einem zweiten Multiplexer 11' mit einem zweiten Auswertemittel 4' und
die fünfte und die sechste Spalte 205, 206 sind
mittels erster Leitungen 10 und einem dritten Multiplexer 11'' mit
einem dritten Auswertemittel 4'' verbunden, wobei die ersten,
zweiten und dritten Auswertemittel 4, 4', 4'' insbesondere erste,
zweite und dritte Verstärker 14, 14', 14'' umfassen.
Jedem Sensorelementblock 3, 3', 3'' ist somit genau
ein Multiplexer 11, 11', 11'' und ein
Auswertemittel 4, 4', 4'' zugeordnet,
wobei jeder Multiplexer 11, 11', 11'' jeweils
genau eine Spalte des entsprechenden Sensorelementblocks 3, 3', 3'' zum
Auswertemittel 4, 4', 4'' des entsprechenden
Sensorelementblocks 3, 3', 3'' durchschaltet
und wobei der Adressmultiplexer 12 immer genau eine Zeile 7 der
Sensoranordnung 1 adressiert bzw. aktiviert. In einem beispielhaften
ersten Verfahrensschritt werden von dem ersten Auswertemittel 4 das
erste Sensorelement 101 in der ersten Spalte 201 und
einer ersten Zeile und parallel dazu von dem zweiten bzw. dem dritten Auswertemittel 4', 4'' das
dritte bzw. das fünfte Sensorelement 103, 105 in
der dritten bzw. der fünften Spalte und jeweils in der
ersten Zeile ausgewertet. In Verfahrensunterschritten wird von dem
Multiplexer die erste Zeile deaktiviert und eine zweite Zeile aktiviert,
so dass die Sensorelemente der ersten, dritten und fünften
Spalte in der zweiten Zeile von dem ersten, zweiten und dritten
Auswertemittel 4, 4', 4'' ausgewertet
werden. In weiteren Verfahrensunterschritten werden nach diesem
Muster weitere Zeilen sequentiell aktiviert bis alle Zeilen ausgewertet
sind. Daraufhin wird in einem zweiten Verfahrensschritt von dem
ersten Multiplexer 11 die zweite Spalte 202 zum
ersten Auswertemittel 4, von dem zweiten Multiplexer 11' die
vierte Spalte 204 zum zweiten Auswertemittel 4' und
von dem dritten Multiplexer 11'' die sechste Spalte 206 zum
dritten Auswertemittel 4'' durchgeschaltet. Zur Auswertung
aller Sensorelemente in der zweiten, vierten und sechsten Spalte 202, 204, 206 werden
von dem Adressmultiplexer 12 wieder sequentiell alle Zeilen
nacheinander aktiviert. Dieses Ausleseschema ist erfindungsgemäß auf
eine beliebige Anzahl von Sensorelementen, Spalten, Zeilen und Sensorelementblöcken
erweiterbar. Ferner wäre es denkbar, den Adressmultiplexer
durch eine Mehrzahl von Zeilenmultiplexern zu ersetzen und die Sensorelemente
in den Zeilen nach dem gleichen oder einem ähnlichen Muster
wie die Spalten in Zeilensensorelementblöcke einzuteilen,
welche ebenfalls ineinander verschachtelt angeordnet sind. Weiterhin
sind nicht nur zeilenweise oder spaltenweise Verschachtelungen von
Sensorelementblöcken Gegenstand der vorliegenden Erfindung,
sondern auch jede andere denkbare Art der Verschachtelung von Sensorelementblöcken,
wie beispielsweise auch die Verschachtelung entlang konzentrischer
Ringe oder gekrümmter Kurven um einen Mittelpunkt der Sensoranordnung
oder allgemein entlang einer freiwählbaren Metrik auf der
Sensoranordnung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006028435
A1 [0002]