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Omar Elkhalili :
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
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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.
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