Omar Elkhalili :

Entwicklung von opischen 3D CMOS-Bildsensoren auf der Basis der Pulslaufzeitmessung

Dissertation angenommen durch: Universität Duisburg-Essen, Campus Duisburg, Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik, 2005-04-26

BetreuerIn: Prof. Ph. D. Bedrich J. Hosticka , Universität Duisburg-Essen, Campus Duisburg, Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik

GutachterIn: Prof. Ph. D. Bedrich J. Hosticka , Universität Duisburg-Essen, Campus Duisburg, Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
GutachterIn: Prof. Dr.-Ing. Klaus Schumacher , Universität Dortmund, Fachbereich für Elektrotechnik, Lehrstuhl für Bauelemente der Elektrotechnik

Schlüsselwörter in Deutsch: 3D, Bildsensor, CMOS-Bildsensor, dreidimensional, Abbildung, MDSI, TOF, Pixel, Array, Zeile
Schlüsselwörter in Englisch: CMOS Photo Sensor, TOF, Multiple Double Short Time Integration (MDSI), Pixel Array, Image Sensor

 
   
 Klassifikation     
    Sachgruppe der DNB: 620 Ingenieurwissenschaften
 
   
 Abstrakt     
   

Abstrakt in Deutsch

In dieser Arbeit wurde ein 3D CMOS Bildsensor entwickelt und erfolgreich getestet. Der Sensor verwendet einen aktiven gepulsten Klasse 1 Laser mit Wellenlängen von 910nm, um die dreidimensionale Szene zu beleuchten. Die Tiefe der Szene wird ermittelt durch Messung der Laufzeit eines reflektierten Pulses mit Hilfe eines on-Chip synchronisierten Shutters. Ein sog. “Multiple Double Short Time Integration” (MDSI) Verfahren ermöglicht die Unterdrückung des Hintergrundlichts, und die Eliminierung der Reflexionsänderung der Objekte in der Szene. Der Sensorchip besitzt zwei Pixel-Zeilen. Jedes Pixel hat zwei Photodioden. Damit sind es insgesamt 4x64 lichtempfindliche Sensoren. Der Chip funktioniert in zwei verschiedene Modi; der erste ist der Binning-Modus, indem die Doppelpixel kurzgeschlossen sind (zwei Zeilen auf den Chip) und das mittlere Signal wird gemessen. Der zweite Modus ist der Hochauflösungs-Modus. In diesem sind die Pixel getrennt (vier Zeilen auf dem Chip) . Der Chip wurde in 0,5µm n-Wanne Standard CMOS-Prozess gefertigt. Die Pixelgröße ist 130µm. Um den Füllfaktor groß zu halten, wurde die Ausleseelektronik an den Seiten des Chips platziert.

Abstrakt in Englisch

In this thesis, a 3D CMOS imager based on time-of-flight (TOF) has been developed and successfully tested. It uses an active pulsed class 1 laser operating at 910nm to illuminate a 3D scene. The scene depth is determined by measurement of the travel time of reflected pulses by employing a fast on-chip synchronous shutter. A so-called 'Multiple Double Short Time Integration'(MDSI) enables suppression of the background illumination and correction for reflectivity variations in the scene objects. The sensor chip contains two pixel lines with each pixel containing twin photodiodes, thus the chip contains 4x64 sensors. The chip allows tow operating modes; the first is the binning mode, where the twin pixels are short-circuited (tow lines on the die) and the average signal is measured. The second mode is the high-resolution mode. In this mode the pixels operate separately (four lines on the die). The chip has been realized in 0.5mm n-well standard CMOS process. The pixel pitch is 130mm. To get a good fill factor, the readout circuitry is located at the sides of the chip.