CZ300055B6 - Zpusob zjištování fázových a/nebo amplitudových informací o elektromagnetické vlne, fotonový smešovací prvek, usporádání smešovacích prvku a zarízeník provádení tohoto zpusobu - Google Patents

Abstract

Zpusob pro zjištování fázových a/nebo amplitudových údaju o elektromagnetické vlne je založen na prostorovém hloubkovém rozkladu získaných obrazovýchúdaju, a realizuje se následujícími kroky: elektromagnetická vlna se vyzaruje na povrch fotonového smešovacího prvku, majícího alespon jeden obrazovýprvek, pricemž tento obrazový prvek má alespon dve na svetlo citlivé modulacní fotobrány G.sub.am.n. a G.sub.bm.n. a sdružené akumulacní brány G.sub.a.n. a G.sub.b.n., na modulacní fotobrány G.sub.am.n. a G.sub.bm.n. se uplatnují modulacní fotobránová napetí U.sub.am.n.(t) a U.sub.bm.n.(t), která jsou ve forme U.sub.am.n.(t) = U.sub.0.n. + U.sub.m.n.(t) a U.sub.bm.n.(t) = U.sub.0.n. - U.sub.m.n.(t); na akumulacní brány G.sub.a.n. a G.sub.b.n. seuplatnuje stejnosmerné napetí, jehož velikost je alespon tak velká, jako je velikost souctu U.sub.0.n. a amplitudy modulacního napetí U.sub.m.n.(t); nosice náboje vytvárené v prostorové nábojové zónemodulacních fotobran G.sub.am.n. a G.sub.bm.n. prostrednictvím dopadající elektromagnetické vlny sevystavují potenciálovému gradientu driftového pole v závislosti na polarite modulacních fotobránových napetí U.sub.am.n.(t) a U.sub.bm.n.(t) a driftují k odpovídajícím akumulacním branám G.sub.a.n. aG.sub.b.n.; náboje q.sub.a.n. q.sub.b.n., driftované k príslušným akumulacním branám G.sub.a.n. a G.sub.b.n., se vyrazují. Odpovídající fotonový smešovací prvek má alespon jeden obrazový prvek (1), který obsahuje alespon dve na svetlo citlivé modulacní fotobrány G.sub.am.n. a G.sub.bm.n. a akumulacní brány G.sub.a.n., G.sub.b.n., které jsou sdruženy s modulacními fotobránami G.sub.am.n., G.sub.bm.n. a jsou stíneny vzh

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu zjišťování fázových a amplitudových informací o elektromagnetické vlně.

Vynález se rovněž týká fotonového směšovacího prvku a uspořádání směšovacích prvků.

Vynález se dále rovněž týká zařízení k provádění shora uvedeného způsobu.

Výrazu fáze jc zde obvykle používáno pro fázovou tranzitní dobu a pro označení tranzitní doby, které je rovněž používáno v souladu s příslušným tvarem signálu.

V dalším textu jsou uváděny odkazy na světelnou vlnu namísto odkazů na elektromagnetickou vlnu. lo však neznamená omezení pouze na spektrální rozsah viditelných elektromagnetických vln, neboť jde pouze o účely zjednodušení.

Dosavadní stav techniky

Pro měření frekvence složek z hlediska amplitudy a fáze širokopásmových a vysokofrekvenčních signálů jsou v dosavadním stavu techniky v oblasti elektronického měření a v oblasti komunikací využívány fázové detektor}; kterč násobí nebo směšují neznámý signál se sinusovým kmitáním a určují stálou složku, která se objeví za přítomnosti složky signálu o stejné frekvenci prostřednictvím integrace nebo nízkoprůchozího filtrováni.

Tento postup vytváří korelační funkci neznámého signálu s mísícím či směšovacím signálem pro danou nastavitelnou relativní fázovou polohu.

Střídáním směšovací frekvence (rozkladem) může být neznámý signál rozdělen na jeho spektrál55 ní složky. Stálé složky, proměnlivá amplituda a fáze neznámé frekvenční složky o stejné frekvenci může být určena prostřednictvím alespoň tří fázových poloh.

Výzkum odpovídajících optických signálů, který dosáhl zvýšeného významu v měřicí a spojovací technice, je nyní prováděn mimo jiné prostřednictvím širokopásmových fotodetektoru, jako jsou elektrooptieké převodníky s následujícím zjišťováním elektronické měřicí hodnoty; jak již bylo dříve popsáno pro elektrické signály.

Z důvodů vysokých vynakládaných nákladů jsou tyto způsoby a příslušná měřicí zařízení obvykle pouze jedno nebo dvoukanálové.

V případě optických signálů však musí být velké množství paralelních kanálů, zejména celých obrazových sekvencí, a to s vysokými frekvenčními složkami často sledováno současně.

Kromě spektrálních modulačních vlastností dvourozměrných světelných vln je aspektem zvýše50 ného zájmu rychlý běh obálky v prostoru a v čase. Kromě toho zde existuje přání docílit rychlého a přesného sledování třírozměrných objektů, například prostřednictvím optických radarových procesů, což vyžaduje velmi rychle detektory jako výsledek světelné rychlosti zvukových signálů. Současně mohou být dostupné jako soustavy detektorů pokud je nutno odstranit časově náročné operace skenování aktivně nebo pasivné jasných třírozměrných objektů.

C7. 300055 B6

Taková třírozměrná kamera je navrhována v patentovém spise DC 44 39 298 Al, který· si předmět iuiiOÍO vYFiaicZu bei‘€ jako SVUj /akltidin v_yCÍiu/l bud.

Na obr. 10 je znázorněna třírozměrná kamera, která je založena na zpracování zvukové tranzitní 5 doby nebo fázové tranzitní doby. Vysokofrekvenční modulovaná světelná vlna 101. která je vyzařována modulovaným světelným vysílačem 107 a 103 a která je odrážena třírozměrným objektem 100. obsahuje všechny hloubkové informace ve zpoždění vzhledem k fázovému čelu.

Pokud je dopadající světelná vlna modulována ještě jednou v přijímacím otvoru 102 s pomocí dvourozměrného optického směšovače 104 o stejné frekvenci, který odpovídá homodynnimu io směšovacímu nebo demodulačnímu procesuje výsledkem stálý vysokofrekvenční interferogram.

fento vysokofrekvenční interferogram muže být nahráván konvenční CCD - kamerou 105 a podroben dalšímu zpracování prostřednictvím uspořádání 106 pro zpracování obrazu. Integrace stálé složky smíšeného produktu CCD - fotoelektriekého náboje odpovídá vytváření korelační funkce is dvou směšovacích signálů.

Na vzdálenosti závislé fázové zpoždění v důsledku zvukových tranzitních časů a amplitud může být vypočítáno jako obrazový prvek ze tří nebo z více interferogramů v důsledku různých fází demodulaění směšovací frekvence, například 0°. 120° a 240° nebo 0°, 90°, 180° a 270°. takže ni úže být takto rekonstruován třírozměrný hloubkový obraz.

Dvourozměrný optický směšovač 103 nebo HM, který je rovněž nazýván prostorovým světelným modulátorem nebo SLM. obsahuje v takovém případě například Pockelovu buňku, která má celou řadu výrazných nedostatků, které jsou v literatuře popsány.

Další prováděcí možnosti jsou poskytovány prostřednictvím LCD-oken, která nejsou příliš drahá, avšak která mají faktor 1000 příliš nízký z hlediska požadované pásmové šířky.

Využití takzvané mikrokanálovc desky, která je používána u obrazových zesilovačů, je rovněž 30 drahé a nákladné. Zesílení může být modulováno prostřednictvím modulace akceleračníbo napětí, které je uplatňováno u mikrokanálů, a které ovlivňuje druhotné vyzařování elektronů v mikrokanálech.

Kromě toho je z dosavadního stavu techniky znám návrh na dvourozměrný korelátor, založený na 35 soustavě foíodetektorů CCD, který' je obsažen v publikaci „Ihe Lock- ln CCD-Two

Dimensional Synchronous Detection ofLight, jejímiž autory jsou Spirtg, Seitz a další, která byla zveřejněna v časopise IEEE Journal of Quantum Electronics, díl 31, č. 9, září 1995. strany 1705-1708. Zde je obrazový prvek dotazován prostřednictvím čtyř přenosových bran za účelem zjištění fáze sinusově modulovaného světla.

Pro každou sinusovou periodu je odebrán příslušný ekvidistantní vzorek se čtyřmi přenosovými branami, přičemž může být fáze velmi snadno vypočtena.

Tento postup je příliš pomalý pro uvedené problémy, neboť je harmonický světelný signál nejpr45 ve integrován během snímání, což výrazně vymezuje šířku pásma. Teprve poté je prováděn požadovaný směšovací proces s uloženým nábojem, který je vzat jako snímaný vzorek.

Podstata vynálezu Si)

Úkolem tohoto vynálezu je proto vyvinout způsob a zařízení pro zjišťování fázových a/nebo amplitudových informací, a tím obálky světelné vlny, což umožní jednodušší širokopásmovou a méně nákladnou korelátorovou koncepci a rychlé sledování trojrozměrného objektu prostřednictvím předem stanoveného osvětlení.

CZ 300055 Bó

Shora uvedeného cíle bylo podle tohoto vynálezu dosaženo tím. že byl vyvinul způsob zjišťování fázových anicho amplitudových informací o elektromagnetické vlně.

kdy elektromagnetická vlna se vyzařuje na povrch fotonového směšovacího prvku, majícího alespoň jeden obrazový prvek, přičemž tento obrazový prvek má alespoň dvě na světlo citlivé modulační fot obrány G_am a Gbm a sdružené akumulační brány G_;) a G_b.

na modulační fotobrány G_am a <j_bm se uplatňují modulační fotobránová napětí U_am(t) a U_bm(t), která jsou ve formě U_iin(l) - U₍₎ + U_m(t) a U_bm(t) = U₍₎ - U_[n(t), io na akumulační brány G_a a G_b se uplatňuje stejnosměrné napětí, jehož velikost jc alespoň tak velká, jako je velikost součtu U_o a amplitudy modulačního napětí U_ir](t).

nosiče náboje, vytvářené v prostorové nábojové zóně modulačních fot obran G_am a G_bm prost ředíš nictvím dopadající elektromagnetické vlny, se vystavují potenciálovému gradientu driťtového pole v závislosti na polaritě modulačních fotobránových napětí U_am(t) a U_bm(t) a driftují k odpovídajícím akumulačním branám G_a a G_b, a náboje q_;1 a q_b. driftované k příslušným akumulačním bránám G_a a G_h, se vyřazují.

U výhodného provedení tohoto vynálezu obsahuje způsob kroky, že intenzitou modulovaná elektromagnetická vlna se ozařuje vysílačem, elektromagnetická vlna, odražená objektem, se vyzařuje na povrch fotonového směšovacího prvku, modulační fotobránová napětí lJ_am(t) a U_bm(t) jsou v pevném fázovém vzájemném vztahu s fází elektromagnetické vlny, ozařované vysílačem, a

5(1 vytvářené nosiče náboje se dále vystavují potenciálovému gradientu drifte vého pole v závislosti na fázi souměrných modulačních fotobránových napětí U_am(t)a LJ_bm(t)·

S výhodou se pro dva rozdílné fázové posuvy Λ_φ, a ζ\_φ, modulačních fotobránových napětí U_am(l)

5? a U_bm(t) vzhledem k fázi elektromagnetické vlny, ozařované vysílačem, náboje q._H a q_bl stejně jako náboje q_a2 a q_b2 vyřazují a vytvářejí se nábojové rozdíly (q_;ii - q_b) a (q_;t2 - q_b2), a v souladu s rovnicí ψιιρΙ ί/,η-ί/Ν se stanovuje fáze (p_opt dopadající elektromagnetické vlny vzhledem k fázi elektromagnetické vlny, ozařované vysílačem, čímž se stanovuje tranzitní doba elektromagnetické vlny. přijímané obrazovým prvkem.

Prostřednictvím čtyř modulačních fotobran G_ai«, G_bm, G_ťm a G_dm a čtyř sdružených akumulačních bran G_a. G_b, G_c a G_d pro dva různé fázové posuvy Δ_φ( a A_tp2 modulačních fotobránových napětí

5» U_ílllt(t) = + U_T1]I(t) a U_bm(t) - U<>- U,„,(t) a U_ein(t) = U, + U_lll?(t) a lJ_dm(t) - U, - U„,₂(t) vzhledem k fázi elektromagnetické vlny. ozařované vysílačem, se s výhodou současně náboje q_a, q_b. q_t a q_d oddělují a vyřazují, a

- Ί CZ 300055 B6 v souladu s rovnicí &>pi í/_£, í//>

se stanovuje fáze φ_υρ| obrazového prvku elektromagnetické vlny, ozařované vysílačem, a tím i tranzitní doba elektromagnetické vlny; přijímané obrazovým prvkem.

io IJ výhodného provedení tohoto vynálezu obsahuje způsob kroky, že fotonový směšovací prvek má větší množství obrazových prvků.

alespoň jeden obrazový prvek se přímo vyzařuje s částí intenzitou modulované elcktromagnetic15 ké vlny z vysílače, a kalibrace fázového posuvu mezi ozařovanou elektromagnetickou vlnou a modulačními fotobránovými napětími U_ajl,(t) a Ub_m(t) se provádí z fázového posuvu, měřeného s uvedeným obrazovým prvkem.

IJ dalšího výhodného provedení obsahuje způsob kroky, že:

elektromagnetická vlna s nezávisle buzenou neznámou intenzitovou modulací se vyzařuje na povrch fotonového směšovacího prvku.

modulační fot obráno vá napětí U_am(t) a U_bn,(t) se vytvářejí lad i tel ným modulačním generátorem, vytvářené nosiče nábojů se dodatečně vystavují potenciálovému gradientu drift o vého pole v závislosti na fázi souměrných modulačních fotobránových napětí l.J_am(t) a U_blll(t), a fotonový směšovací prvek a modulační generátor vytvářejí alespoň jednu fázově uzavřenou smyčku a elektromagnetická vlna se měří v souladu se synchronním způsobem.

Jako periodické modulace se s výhodou využívá kontinuální nebo nekontinuální vysokofrekveně55 ní modulace, pseudozvukové modulace nebo modulace lineárně proměnným kmitočtem.

Modulací je s výhodou vysokofrekvenční modulace a s výhodou jsou náboje q_;1 a q_h a případně náboje q_c a q_d pro fázové posuvy Δ_ο ~ ()°/l 80° a A,_p - 90°/270° vyřazeny .

S výhodou se využívá modulace stálého stavu s modulačními fotobránovými napětími U_iim Uo + U_mo a Ubm “ Co-υ,,,ο s nastavitelným modulačním stejnosměrným napětím U_i1l(], které je z hlediska času konstantní, a s nímž se specificky upravuje diferenční obraz z rozdílu nábojů q_;) aq_b.

Náboje q_a a q_b pod akumulačními branami G_a a G_t, se s výhodou integrují a čtou s pomocí multiplexní struktury; s výhodou s pomocí struktury CCD.

Akumulační brány G_;1 a G_b jsou s výhodou ve formě pn-diod, s výhodou blokovaných nízkokapacítních pn-diod. s výhodou využívajících technologii CMOS, a u kterých náboje q_rnaq_b a případně náboje q_L a q_d čtou přímo jako napětí nebo jako proud.

báze obrazového prvku nebo tranzitní doba obrazového prvku a jasnost obrazového prvku se s výhodou zjišťuji přímo prostřednictvím aktivní senzorové struktury obrazového prvku (APS) a s výhodou se selektivně a/nebo sériově čtou prostřednictvím čipové multiplexní struktury;

.4CZ 300055 B6

Jasnost obrazového prvku se s výhodou příslušně vyhodnocuje jako součet nábojů sdružených akumulačních bran jako hodnota scdcho obrazu.

V případě osvětlení pozadí nebo vnějšího nemodulovaného přídavného osvětlení se rozdílu hodnotv šedých obrazů s výhodou využívá jako korekčního parametru jednak tehdy, kdy je modulační osvětlení zapnuto, a jednak tehdy, kdy je modulační osvětlení vypnuto.

S výhodou se využívá většího množství samostatných směšovacích prvků v lineární, povrchové nebo prostorové soustavě.

Alespoň jeden z obrazových prvků se s výhodou přímo vyzařuje s částí intenzitou modulované elektromagnetické vlny, sloužící pro osvětlování, přičemž měření na alespoň jednom obrazovém prvku se využívá pro kalibraci ostatních výsledků z hlediska fáze a jasnosti, přičemž se s výhodou referenční obrazový prvek nebo obrazové prvky zpracovávají prostřednictvím vysílače s různými hladinami intenzity nebo s hladinami intenzity, které mohou být různě nastaveny.

V souladu s dalším aspektem tohoto vynálezu byl rovněž vyvinut fotonový směšovací prvek, který

2o má alespoň jeden obrazový prvek, má alespoň dvě na světlo citlivé modulační fotobrány G_am. G_bl„, a má akumulační brány G_a, G_b, které jsou sdruženy s modulačními fotobránami G_ani. G_hlll. a které jsou stíněny vzhledem k dopadající elektromagnetické vlně.

Mezi modulačními fotobránami G_am, G_bm je s výhodou uspořádána střední brána Go.

Obrazový prvek 1 má s výhodou čtyři s výhodou souměrně uspořádané modulační fotobrány G_am.

5u G_bm. G_cm, G_dm a akumulační brány G_;[, G_b, G_c, G_d.

Akumulační brány G_;t. G_b a případně akumulační brány G_ť, G_d jsou s výhodou ve formě pn - diod, s výhodou blokovaných nízkokapacitních pn - diod a s výhodou technologie C MOS, přičemž náboje q_a, q_b a připadne náboje q_L, q_d mohou být členy přímo jako napětí nebo proud.

Pro účely zvýšení maximální modulační rychlosti je obrazový prvek vytvářen s využitím technologie GaAs, s výhodou typu „ponořeného kanálu (například ponořeného n - kanálu) a s integrovaným driftovým polem.

•ta Obrazový prvek je s výhodou ve formě aktivní senzorové struktury- obrazového prvku s částečným zpracováváním signálu, týkajícího se obrazového prvku, a s částečným zpracováváním signálu, týkajícího se případné matrice,

Stínění je rovněž s výhodou rozšířeno 11a okrajové oblasti modulačních foto bran.

V souladu s dalším aspektem tohoto vynálezu bylo dále rovněž vyvinuto uspořádání směšovacích prvků, mající alespoň dva shora uvedené fotonové směšovací prvky, přičemž fotonové směšovací prvky jsou uspořádány v jednorozměrném, dvourozměrném nebo trojrozměrném uspořádání.

Dvě modulační fotobrány G_amjl, G_;iiI, _n, ] a G_bll,G_bmil, _h příslušně sdružené s dvěma přilehle uspořádanými různými obrazovými prvky n. nd 1, mají s výhodou společnou akumulační bránu G_s. přičemž modulační fotobrány G_am.,„ G_ai)1[rl a G_t)mil, G_hmj,. 1 jsou ovládány stejnými modulačními fotobránovými napětími U_am(t) a U_bm(t).

-5CZ 300055 Bó

S výhodou jsou zde uspořádána zařízení pro přímé ozařování alespoň jednoho obrazového prvku jako I cícienčninu obrazového pí vku. jejichž prostřednictvím je část intenzitou modulovaného elektromagnetického záření, vyzařovaného vysílačem, zaměřena na příslušný obrazový prvek nebo na příslušné obrazové prvky.

Zařízení pro přímé ozařování jsou s výhodou vybavena pro změny z hlediska prostoru a/nebo doby intenzity přímého ozařování.

Obrazové prvky jsou s výhodou ztělesněny s využitím technologie MOS na silikonovém substrátu tu a mohou být čteny s použitím multiplexní struktury, s výhodou s použitím struktury CC'D.

S výhodou je zde uspořádán mikročočkový optický systém, který poskytuje v podstatě pro každý směšovací prvek, použitý pro zaznamenávám obrazu, jeho vlastní mikrocočky, s jejichž pomocí je dopadající záření zaostřováno do střední oblasti směšovacího prvku, jejíž velikost tak muže být snížena.

V souladu s dalším aspektem tohoto vynálezu bylo dále rovněž vyvinulo zařízení pro zjišťování fázových údajú o elektromagnetické vlně, které má alespoň jeden fotonový směšovací prvek podle jednoho z nároku 17 až 23. má modulační generátor, má vysílač, jehož ozařované elektromagnetické vlny jsou intenzitou modulované prostřednictvím

2? modulačního generátoru, předem stanoveným způsobem, přičemž elektromagnetická vlna, která je odražena objektem, je vyzařována na povrch fotonového směšovacího prvku, a

5d přičemž modulační generátor napájí fotonový směšovací prvek modulačními napětími U_m(t). která jsou v předem stanovených fázových vzájemných vztazích vzhledem k fázi elektromagnetické vlny, vyzařované vysílačem.

S výhodou je zde uspořádán optický systém a uspořádání směšovacího prvku případně podle .b jednoho z nároků 24 až 29, přičemž optický systém vytváří obraz odražené elektromagnetické vlny na povrchu směšovacího prvku nebo uspořádání směšovacích prvků.

S výhodou je zde provedeno uspořádání směšovacích prvků se druženým optickým přijímacím systémem, systémem elektronického vyhodnocování a zpracovávání signálu pro různé signály, to součet signálů a sdružených referenčních signálů s digitální pamětí pro hodnotu šedého obrazu a tranzitní dobou nebo distančním obrazem, vysílač pro osvětlování trojrozměrné scény s pomocí modulovaných elektromagnetických vln a s nastavitelným optickým přenosovým systémem, odpovídajícím optickému přijímacímu systému, tvořenému digitální trojrozměrnou fotografickou kamerou ve formě kompaktní jednotky.

Pro vytvoření digitální trojrozměrně nahrávající videokamery je zde s výhodou provedeno uspořádání směšovacích prvků s přidruženým optickým přijímacím systémem, systémem elektronického vyhodnocování a zpracovávání signálu pro různé signály, součet signálů a sdružených referenčních signálů s digitální pamětí pro hodnotu šedého obrazu a tranzitní dobou nebo distančním

5o obrazem, vysílač pro osvětlování trojrozměrné scény s pomocí modulovaných elektromagnetických vln a s nastavitelným optickým přenosovým systémem, odpovídajícím optickému přijímacímu systému, přiěemžjsou zde dále provedeny paměťové prostředky pro uchovávání digitálních obrazových sekvencí.

-6CZ 300055 B6

Vysílač je s výhodou opatřen zařízeními pro vyzařování světelných vln v různých spektrálních uljiči^Ícelí pio vytváření bťiicvnýeli obia/ó nebo baicvnýcli obiazových složek.

Princip tohoto vynálezu je založen na kolísání, způsobovaném modulačním fotobránovým napě5 tím a oddělováním menšiny nosičů napětí, světelně generovaných světelnou vlnou v materiálu pod alespoň dvěma přiléhajícími na světlo citlivými modulačními fotobranami. V tomto případě tyto nosiče náboje unikají v důsledku působení modulačních fotobránových napětí U_;,_1T1(t) a Ub_m(t), uplatňovaných na modulační fotobrány a v závislosti na příslušné polaritě nebo fázi na akumulační brány, které jsou předpjaty s výhodou dvojitým stejnosměrným napětím U_a a U_b. io

Modulační fotobránová napětí U_a,„(t) a Ub,_n(t) jsou s výhodou doplňkově uplatňována ajsou s výhodou složena z předpětí U<> a z. modulačního napětí +U_m(t) a U_m(t). která jsou příslušně složena v souměrném vzájemném vztahu. Dvé modulační fotobrány spolu s výhodou vytvářejí čtvercový povrch. Obrazový prvek pouze se dvěma modulačními fotobranami bývá často rovněž nazýván jako dvoj itý obrazový prvek.

Tento princip podle tohoto vynálezu předpokládá fotoelcklrieký kvantový efekt, způsobovaný elektromagnetickými vlnami. Nicméně bude v dalším popise rovněž poukazováno na světelné vlny. aniž by to bylo možno interpretovat jako nějaké omezení.

Skutečny směšovací nebo násobící proces spočívá v modulaci na napětí závislého nebo na fázi závislého kolísání světelně generovaných nosičů náboje na pravou nebo na levou stranu modulační fotobrány („kývání náboje). V tomto ohledu pak rozdíl náboje mezi nosiči nábojů, které jsou odděleny tímto způsobem a které jsou shromážděny pod akumulačními branami a přemístěny do elektronického čtecího systému, představuje měření, týkající se korelační funkce obálky dopadajícího modulovaného světelného signálu a modulovaného napětí U_ni(t).

Současně pak součet náboje těch nosičů nábojů, které unikly do akumulačních bran a prošly jimi. zůstává bez ovlivnění polohou kyvného náboje a je k dispozici jako vhodná intenzita obrazového prvku nebo jako šedá hodnota obrazového prvku.

Za účelem stanovení relativního fázového nebo časového zpoždění dopadající světelné vlny je nutno, jak již bylo shora popsáno, provést tři měření z hlediska tří parametrů složky stejnoměrného napětí a složky střídavého napětí a relativní fáze. Takže je možno zahrnout i uspořádání obra35 zového prvku fotonového směšovacího prvku se třemi na světlo citlivými modulačními fotobránami. které jsou napájeny modulačními fotobránovým i napětími, která obsahují tří odlišné fázové posuvy vzhledem ke světelné vlně, vyzařované vysílačem.

Avšak za účelem zjištění fáze přijímacího signálu v každém obrazovém prvku fotonového směso40 vacího elementu od výsledných korelačních amplitud se provádějí čtyři různá měření, týkající se čtyř různých fází směšovacího signálu.

To vede k přeurčení, jehož prostřednictvím může být podstatně snížen šum.

Souměrné uspořádání modulačních fotobránových napětí na dvou modulačních fotobránáeh pro obrazový prvek umožňuje, že jsou současně prováděna dvě příslušná shora uvedená měření současně. Takže například v případě vysokofrekvenční modulace je postačující provést dvě měření, která jsou příslušně posunuta o 90° ve fázovém rozdílu 0°/180° a rovně 90°/270° vzhledem k modulačním fotobránovým napětím U_am(t) a U_b111(t) a vzhledem k fázi vyzařovaného světla za účelem získání nezbytných čtyř rozdílných naměřených hodnot.

Zejména výhodné uspořádání je tak jedno, u kterého příslušný fotonový směšovací prvek, vytvářející obrazový prvek, obsahuje čtyři souměrně uspořádané modulační fotobrány, přičemž jsou každé dvč příslušně vzájemně proti sobě umístěné modulační fotobrány napájeny souměrnými nebo o 180° fázově posunutými modulačními fotobránovým i napětími, přičemž dvě měření, která

-7CZ 300055 B6 jsou příslušně posunuta o 90° a která již byla shora popsána v souvislosti s dvojitým obrazovým prvkem s fázovým rozdílem CC/ISO⁰ a rovněž 9ír'27íT modulačních foiobránových napěli, jsou v tomto případě prováděna současně. Takový obrazový prvek muže být rovněž nazýván čtyřnásobným obrazovým prvkem.

Kromě toho je pro kalibraci fázového posuvu modulačních fotobránových napětí U_ain(t) a LJ_hrn(l) s výhodou možno zaměřit část světelných vln. vyzařovaných vysílačem, přímo na alespoň jeden z většího počtu obrazových prvku uspořádání většího množství fotonových směšovacích prvků.

la Fázové a amplitudové informace, získané od takto přímo vyzařovaného obrazového prvku, mohou být poté využity pro kalibrační operaci nebo mohou být využity pro nastavení fázového posuvu na předem stanovenou hodnotu.

A naopak v případě nezávisle buzené neznámé modulace dopadající světelné vlny. vyzařované aktivním objektem prostřednictvím alespoň jednoho fotonového směšovacího prvku, je možno měřit světelnou vlnu s pomocí známé úrovně rozkladu synchronního zesilovače.

Pro tento účel pak foton ický směšovací prvek společně s lad i telným modulačním generátorem, který je na místě vysílače, vytváří fázově blokovanou smyčku. Kromě toho je synchronní zesilo2o vání fázově blokované smyčky používáno například pro vysokofrekvenční modulaci, přičemž jc rovněž zpožděné blokovaná smyčka používána pro digitální modulaci.

Pro průzkum pasivních objektů může být modulace vyzařovaného světla a odpovídající modulace modulačních foiobránových napětí U_;iIll(t) a U_bril(t) prováděna různými způsoby. Především je možné prováděn kontinuální vysokofrekvenční modulaci, v kterémžto případě jsou rozdíly nábojů a součty nábojů snímány opakovaně v intervalech, které mohou být zpětně ovlivňovány intenzitou obrazového prvku, a to pro vyhodnocení fázových a amplitudových informací o světelné vlně, so Výhodným postupem je přerušovaný nebo střídavý režim provozu s im pulzní formou vysokofrekvenční modulace a osvětlování, například za účelem přesazení vzájemného působení osvětlení pozadí.

V takovém případě jsou pouze světelně generované náboje příslušně integrovány během vysoko35 frekvenčního impulzu a poté jsou vyhodnocovány.

Pří zjišťování informací zejména o fázové nebo přechodové době odražených světelných vln jc za účelem zvýšení úrovně fáze nebo přechodového časového rozkladu možno využít vysokofrekvenčního kompresního procesu, známého / oblasti radarového techniky, a to s úzkými korelačními mi funkcemi, například s frekvenčně modulovaným postupem. V tomto případě pak modulační signál jednotlivého fotonového směšovacího prvku a rovněž světelná vlna /.vysílače, která svítí s předem stanoveným fázovým vzájemným vztahem, a tím rovněž světelná vlna. odražená s požadovaným fázovým vzájemným vztahem, jsou opakovaně modulovány lineárně proměnným kmitočtem. Prostřednictvím modulace lineárně proměnným kmitočtem, provedené vhodným způsobem, pak vložení a nastavení zpoždění mezi modulačním fotobránovým napětím fotonového směšovacího prvku a světlem, vyzařovaným vysílačem, umožňuje rozlišování většího počtu cílů nebo většího počtu potlačených odrazů osvětlené scény.

Pseudošumová modulace (PN - modulace), která zde bude dále popsána, je dostupná jako další forma modulace, a to jak základní pásmová PN - modulace, tak rovněž jako vysokofrekvenční PN - modulace. Vzorkový postup s prováděním operací upevněných vzorků v případě opakovaných světelných signálů je zvláštním případem směšování a korelace s jehlovými impulzy. Fotonový směšovací prvek podle tohoto vynálezu může být v tomto případě rovněž s výhodou využíván. přičemž může být využíván i pro jiná použití impulzní modulace.

5

- 8 CZ 300055 Bó

Uplatňované modulační způsoby jsou samy o sobě všeobecně známé z dosavadního stavu techniky v dané oblasti.

Náboje, které unikly do akumulačních bran, mohou být nyní předmětem dalšího zpracování různými způsoby.

Na jedné straně může být fotonový směšovací prvek zkonstruován s využitím technologie CCD, v kterémžto případě jsou náboje shromažďovány nebo integrovány pod akumulačními branami a potě jsou konvenčním způsobem přemísťovány do čtecího obvodu CCD. například v třífázovém posuvovém cyklu, a jsou snímány prostřednictvím p - difúze nebo n - difúze.

Na druhé straně může být fotonový směšovací prvek ztělesněn s využitím technologie CMOS jako aktivní obrazový prvek prostřednictvím specifického elektronického čtecího a signál předběžně zpracujícího systému. V takovémto případě je v praxi čtecí či snímací obvod, který je běžně znám v technické oblasti CCD, připojen na obou příslušných stranách k modulační fotobráne.

V takovém případě jsou akumulační brány s výhodou ve formě zablokovaných nízkokapacitních pn-diod a přenášejí přicházející světelně generované náboje s výhodou přímo prostřednictvím elektrod G_;i a G_b k elektronickému čtecímu a signál předběžně zpracovávajícímu systému obrazového prvku pro jejich uložení a další zpracování.

V posledně uvedeném případě pak dvě nábojové složky nábojového rozkmitu jsou nepřetržitě snímány a mohou být uloženy prakticky bez reakce, například s pomocí nábojového zesilovače v příslušném směrem po proudu zapojeném kondenzátoru.

Z dosavadního stavu techniky je známo, že před každou novou měřicí operací jsou nabité kondenzátory vybity prostřednictvím elektronických nu lovac ích přepínačů a že s výhodou chybná napětí, naměřená při znovu nastavených podmínkách, jsou použita pro opravu skutečných naměřených hodnot. Využití tohoto čtecího postupu poskytuje tu výhodu. Že celková dynamika fotonového směšovacího prvku a tím i měřicí postup může být podstatným způsobem zdokonalen v porovnání s používáním technologie CCD.

U dalšího výhodného postupu jc možné přímo počítačově zpracovávat fázové a amplitudové informace v elektronickém čtecím a signál předběžně zpracovávajícím systému obrazového prvku, zejména ve formě čipovc integrace. Takovéto uplatnění specifického optického elektronického čipu (ASOC) nebo takový aktivní snímač obrazového prvku (APS) přispívá ke zvyšování měřicí rychlosti a umožňuje předběžné zpracování fází a/nebo amplitud obrazového prvku.

Významná výhoda předmětu tohoto vynálezu spočíváv tom, že modulace je prováděna současně s generováním a oddělováním náboje. Jinými slovy k detekci a směšování dochází současně bez přídavných šumových a pásmo omezujících mezilehlých etap. Proto je zamezeno chybám v době kolísání, ke kterým dochází mimo jiné u známého stavu techniky, přičemž operace modulace a integrace náboje, které jsou odděleny z hlediska času a prostoru od detekčních operací, se nezbytně objevují a nemusejí být potlačovány.

Další výhoda předmětu tohoto vynálezu spočívá ve vysoké mezní frekvenci foton ického směšovacího prvku. Mezní frekvence přenosu náboje prostřednictvím souměrného modulačního napětí je srovnatelná z hlediska maximální kolísající délky nebo přenosové vzdálenosti, to znamená z hlediska součtu délky modulačních fotobran s mezní frekvencí odpovídajících tranzistoru MOS, čímž je dosaženo rozmezí GHz.

Kromě toho jsou rušivé signály společného režimu potlačeny v důsledku protisoumčrncho oddělení nosiče náboje a různé formace. Každý interferenční signál, který nekoreluje s modulačním

-9C7 300055 B6 signálem, například osvětlení pozadí, je potlačen v rozdílu náboje, čehož výsledkem je vysoký poměr signálu k šumu.

Kromě toho je zde pouze slabé časové kolísání v důsledku kombinace detekce, směšování a integrace nosiče náboje a rozdílné formace na stejném čipu. Kromě toho pak kombinace prakticky veškerých měřicích funkcí se stává možnou v rámci jediné polovodičové struktury'.

V porovnání se známým stavem techniky, který je popsán v patentovém spise DE-A1—14 39 298, jsou s vy užitím Pockelových buněk jako modulátorů nutná pouze nízká modulační napětí o veliio kosti I v namísto 1000 V, Kromě toho dvourozměrné uspořádání fotonových směšovacích prvků podle tohoto vynálezu zajišťuje velkou aperturu na přijímací straně.

Kromě toho není pro určování fázových a/nebo amplitudových informací vyžadováno žádné koherentní nebo polarizované světlo. Proto je možné využít dalších specifických vlastností dopa15 dajících světelných vln protiproudýrn uspořádáním selektivních filtrů, například z hlediska polarizace a vlnové délky světla. Kromě toho toto uspořádání poskytuje vysokou úroveň citlivosti a vysoký poměr signálu vůči šumu v důsledku eliminace elektronických směšovaeú a širokopásmových fotodetektorovýeh zesilovačů, které jsou používány ve známém dosavadním stavu techniky.

2d

Spektrální optická šířka pásma světelných vln, které mají být zkoumány, je určována pomocí spektrální světelné citlivosti materiálu, použitého v prostorové zóně náboje pod folobranami. to znamená, žc například v případě křemíku je přibližné rozmezí vlnové délky od 0,3 do 1,1 μιη, v případě InGaAs v rozmezí od 0,8 do 1,6 μιη a v případě InSb v rozmezí od 1.0 do 5.5 μιη.

Fotonové směšovací prvky mohou být rozmístěny v jakémkoliv nulovém, jednorozměrném nebo dvourozměrném uspořádání, čímž poskytují široké spektrum využitelných geometrií. V tomto ohledu muže být několik set tisíc fotonových směšovacích prvků provozováno v paralelním zapojení s modulační šířkou pásma například 10 až 1000 MHz, takže například kamerový snímek so třírozměrné scény může být proveden mimořádně rychle s určením informace o vzdálenosti každého obrazového prvku.

Fázový obraz (p(x.y) nebo v případě modulovaného osvětlení vzdálenost obrazu nebo hloubka obrazu s vektorem poloměru nebo hlasovou vzdáleností R(\,y) jsou stanoveny prostřednictvím rozdílu náboje u nábojů, které proudí k akumulačním branám a které jsou snímány. Odpovídající součty nábojů poskytují konvenční hodnotu šedého obrazového prvku A(x.y). Tylo dvě hodnoty mohou být kombinovány za účelem získání stupnicové šedé hodnoty obrazu nebo třírozměrného obrazu A(x,y,z)

V tomto ohleduje opakovači rychlost třírozměrného obrazu v rozmezí zhruba od 10 liz až přes 1000 Hz a závisí na počtu použitých fotonových směšovacích prvků a na úrovni světelně intenzity. Prostřednictvím přídavných barevných filtrů je možno získat obvyklé barevné hodnoty červené (x,y), zelené (x.y) a modré (x.y) vzdáleného obrazu R(x,y).

Integrační struktura směšovací integrace a integrace nosiče náboje nemusí být rovněž prováděna v případě jednoduché struktury vzhledem k fotonovému směšovacímu prvku. Konečně zde není žádná nutnost vynakládat další náklady v přijímacím kanálu, neboť konvenční optický zobrazovací systém je postačující pro zobrazení dopadající nebo případně odražené světelné vlny, pokud jde o jednorozměrnou nebo dvourozměrnou scénu.

Měřicí zařízení může být pružně přizpůsobeno různým třírozměrným scénám prostřednictvím synchronního transfokátoru nebo optického vysílacího a přijímacího systému.

V případě způsobu podle tohoto vynálezu a odpovídajícího směšovacího prvku nebo uspořádání většího počtu směšovacích prvků jsou tyto žádoucí, pokud jsou fáze obrazového prvku nebo tran- 10CZ 300055 B6 žitní doba obrazového prvku a jasnost obrazového prvku zjištěny přímo prostřednictvím aktivní senzorové struktury obrazového prvku (APS) a poté čteny selektivně nebo, rovněž sériové s výhodou prostřednictvím vícenásobné struktury, uspořádané na stejném čipu (takzvaná on Čipová vícenásobná struktura),

Pokud navíc jasnost obrazového prv ku je vyhodnocena jako součet nábojů sdružených akumulačních bran jako šedá hodnota obrazu, je zejména výhodné provedení předmětu tohoto vynálezu takové, které v případě osvětlení pozadí, to znamená v případě nemodulovaného světla, které je přítomno za modulovaným světlem, eliminuje pomocí výpočtu náboje, produkovaného prostředni nictvím tohoto přídavného osvětlení v akumulačních branách, prostřednictvím postupu, kde je vytvářen rozdíl mezi šedou hodnotou obrazů, která je získávána na jedné straně s pomocí zapnutého modulovaného osvětleni a na druhé straně bez modulovaného osvětlení, to znamená až po vypnutí zdroje modulovaného světla.

Žádné korelační informace nejsou obsaženy v základní jasnosti nebo v základním množství nábojů v akumulačních hranách, takže skutečné korelační informace se objev í mnohem jasněji po odečtení tohoto základního množství.

Jak již bylo shora zmíněno, je zcela evidentně vhodné, pokud je použito většího množství smčšo2o vacích prvků buď v lineární soustavě, v povrchové soustavě nebo v prostorové soustavě.

V tomto ohledu je výraz „lineární“ soustava určen ktomu, že znamená nejenom sadu směšovacích prvků, které jsou uspořádány v přímé řadě vedle sebe nebo za sebou. avšak obecně sadu směšovacích prvků, které jsou uspořádány podél jedné linie, přičemž tato linie může být přímá nebo rovněž zakřivená.

V případě povrchového uspořádání rovněž není možné pouze utvářet rovinná uspořádání směšovacích prvků ve formě pravoúhlé či obdélníkové základny, i když to může být z praktických důvodů velice výhodné, avšak v principu mohou být směšovací prvky uspořádány v souladu s jakýmkoliv požadovaným vzorem, a to rovněž i na zakřiveném povrchu, například na vnitřním povrchu kulového pláště.

Je rovněž možné využívat soustav směšovacích prvků na zalomených plochách, to znamená současně na dvou povrchových plochách, které spolu vzájemné svírají určitý úhel, je li takové uspo55 rádání vhodné pro dané uplatnění. Uspořádání tohoto typu jsou nazývána pojmem „prostorová soustava“.

V případě takových soustav, obsahujících větší počet a možná i několik set nebo do konce tisíc směšovacích prvků, je výhodným a žádoucím uspořádáním způsobu podle tohoto vynálezu takoi(i vé jeho uspořádání, u kterého alespoň jeden / obrazových prvků nebo směšovacích prvků je přímo ozařován částí elektromagnetické vlny s modulovanou intenzitou, sloužící jako osvětlení, v kterémžto případě jsou takto získané naměřené výsledky využity u uvedeného alespoň jednoho obrazového prvku pro účely kalibrace dalších fází a výsledků jasnosti.

V tomto ohledu je žádoucí, pokud je takový referenční obrazový prvek zpracováván vysílačem se selektivně odlišnými hladinami intenzity nebo pro situace, kdy je použito většího počtu referenčních obrazových prvků, přičemž je každý z těchto obrazových prvků podroben různé hladině intenzity, 1 o umožňuje odstranit chyby, které by se zřejmě objevily v důsledku velkého dynamického rozsahu měřicích signálů.

V případě jednorozměrného nebo vícerozměrného uspořádání směšovacích prvků shora uvedeného typu je žádoucí, aby obrazové prvky byly konstruovány s využitím technologie MOS na křemíkovém substrátu a aby mohly být snímány s pomocí vícenásobné struktur), s výhodou s pomocí struktury CCD.

C7 300055 Bó

Zde je nutno zdůraznit, že směšovací prvky podle tohoto vynálezu jsou zcela vhodné pro využití v digitálních íinugiánckýtli aparátech nebo ve videokamerách, rio tyto účely je numo pouze provést vhodné uspořádání směšovacích prvků (například ve formě pravoúhlé matice) s integrovanými přijímacími optikami, elektronickým vyhodnocovacím systémem a zpracováním signálu pro různé signály, součty signálů a přidružené referenční signály, společně s digitální pamětí pro vypočítanou šedou hodnotu obrazu a pro přenosovou dobu nebo vzdálenost obrazu.

Toto uspořádání rovněž zahrnuje vhodný vysílač nebo vhodný světelný zdroj, který ozařuje trojrozměrnou scénu modulovanými elektromagnetickými vlnami nebo modulovaným světlem, io a vysílací optiku, která bude vhodně přizpůsobitelná vůči přijímací optice, přičemž veškeré tyto složky jsou spolu vzájemné kombinovány za účelem vytvoření kompaktní jednotky, jako je digitální kamera.

V tomto ohledu pak rozdíl mezi digitálním fotografickým přístrojem a digitální videokamerou is spočívá v podstatě v tom. že u odpovídající videokamery musí být snímáno a ukládáno poměrně velké množství obrazů v odpovídajících krátkých časových intervalech, takže zde musí hýl zabudováno vhodné zařízení pro ukládání a reprodukci odpovídajících obrazových sekvencí.

Zde jc nutno zdůraznit, že kromě toho pak při všech použitích osvětlování nebo iluminace může

2o bvt scéna osvětlována modulovaným světlem z různých spektrálních oblastí, takže barevné složky nebo chromatické složky obrazů, které jsou tímto způsobem dosahovány, mohou být využity za účelem získání a rekonstrukce úplných barevných obrazů s prostorovou hloubkovou informací, která je dodávána současně.

Pro účely dosažení vyšší pásmové šířky a například rovněž pro zlepšení okrajové detekce může být žádoucí používat mikročočkový optický systém, kde je s každým směšovacím prvkem nebo obrazovým prvkem sdružen mikročočkový optický systém, který redukuje světlo, dopadající do středové oblasti obrazového prvku tak, že odchylky od ideálního potenciálového uspořádání v modulačních branách, ke kterým dochází zejména v okrajových oblastech na světlo citlivých povrchů, jsou prakticky odstraněny.

Kromě toho pak rozostřené zobrazení, které je prováděno prostřednictvím mikrocočkového optického systému v detektorové rovině směšovacích prvků, může rovněž zabezpečit, že zobrazení okrajů, jejichž zobrazení zasahuje náhodně do středu mezi dvěma polovinami obrazového prvku nezpůsobuje vytvářeni diferenčních nábojů v akumulačních branách, které simulují korelaci nebo klamnou hloubku informací. Soustavy se světelnými směšovacími prvky podle tohoto vynálezu jsou rovněž velice vhodné pro zjišťování a případně rovněž pro sledování předem stanovených jednorozměrných, dvourozměrných nebo trojrozměrných struktur z hlediska příslušného uspořádání, přičemž je věnována pozornost rovněž hloubkové informaci nebo vzdálenosti objektu od

4o objektu, který je zjišťován, a který má být případně sledován.

Ve zvláštních případech volitelné stanovení amplitud a posunutí souřadnic X a Y a rovněž časové souřadnice I modulačních signálu o ΑΧ. ΔΥ. AT (kde X a Y definují dvě lineárně nezávislé souřadnice, které leží v rovině matice směšovacího prvku, a čas T představuje tranzitní časové zpož45 dění modulačních signálů) umožňuje zavedení trojrozměrné korelace, přičemž je předem stanovený trojrozměrný objekt hledán v prostoru, je zjišťován a případně sledován.

Světelný směšovací prvek podle tohoto vynálezu má dále rovněž velmi širokou škálu uplatnění v oblasti přenosu optických dat. V tomto ohledu je světelný směšovací prvek podle tohoto vyná5o lezu jednoduše využíván namísto světelné diody v konvenčních přijímačích optického signálu, kde je tvar modulačního signálu přizpůsoben optimálním způsobem ke tvaru signálu a fáze modulačního signálu je rovněž přizpůsobena optimálním způsobem ve fázově uzavřené smyčce fázové poloze přijímaného signálu. Jinými slovy je hodinový impulz získáván zvláštního systému a je využíván pro optimální vyvážení přijímaného signálu, přičemž je signál separován opti?5 málním způsobem od rušivého sumo vého pozadí.

- 12 CZ 300055 B6

ΤιΊιιίυ /piivHJcm p<ik liíiivosí d j ιίοΓιι i ipi ickél m pícnusii dui mů/c bý i výrazně /lepšená v porovnání s konvenčními světelnými diodami. To může rovněž umožnit výrazné zvýšení délky optických přenosových úseků bez mezilehlého zesilování a vyššího poetu paralelních komun ikač5 nich kanálů současně.

A konečné světelný směšovací prvek podle tohoto vynálezu muže být rovněž využíván například u optických detekčních systémů na zjišťování polohy, kde je provozní režim v principu obdobný, jako je režim u známých systémů CPS, které umožňují velmi přesné zjišťování polohy prostředio nictvím satelitních vysílačů, které umožňují kódované vysílání signálu, IJ odpovídajícího optického systému na zjišťování polohy může být satelitní vysílač, který je znám ze systému GPS. nahrazen široce disperzním modulovaným světelným zdrojem, který je uspořádán odpovídajícím způsobem blíže objektu, jehož poloha má být zjišťována, například prostřednictvím laserových diod a optického disperzního nebo rozptylového systému, přičemž je přijímač tvořen jedním nebo iš více světelnými směšovacími prvky na objektu, s výhodou pak větším množstvím světelných směšovacích prvků, které jsou orientovány v různých směrech za účelem zjišťování signálů ze světelných zdrojů, stacionárně uspořádaných v různých bodech s různými modulacemi.

V takovém případě pak kódovaná modulace umožňuje jasné sdružení stacionárních světelných zdrojů a objektu, jehož poloha má být zjišťována, stejně jako sdružených přenosových časů signálu, jejichž prostřednictvím jc tato poloha zjišťována.

Další využití je jako demulliplexor pro optický přenos dat. Kódování ve formě speciální modulace a přidružená korelace prostřednictvím světelného směšovacího prvku umožňuje jasné sdružení různých kanálů. Další využití a uplatnění vysoké úrovně fázové citlivosti světelných směšovacích prvků podle tohoto vynálezu spočívá v měření Sagnacova efektu, to znamená tranzitní doby nebo fázového posuvu světelných vln v rotačních referenčních systémech. Pro tyto účely je modulované světlo spojeno do optického vlákna, které je s výhodou ve formě většího počtu závitů a výstup optického vlákna osvětluje jeden ze světelných směšovacích prvků podle tohoto vynálezu.

Modulační brány tohoto směšovacího prvku jsou modulovány stejnou frekvencí, jako spojené světelné vlny, takže výsledkem korelace je distribuce náboje ve světelném směšovacím prvku a měření frekvence proudu nebo fázového posuvu. Během každé otáčky referenčního systému, jehož osa otáčení neleží v rovině závitů optického vlákna nebo optického vlnovodu, se frekvence a tranzitní doba a tím rovněž fázová poloha mění ajsou automaticky zjišťovány prostřednictvím světelného směšovacího prvku.

V tomto ohleduje třeba zdůraznit, že se světelným směšovacím prvkem mohou být takové systémy, jako jsou systémy vláknitých gyrokompasů, založených na Sagnacově efektu, provedeny prostřednictvím i n koherentní ho světla, s nímž nevznikají žádné problémy z hlediska dlouhodobé stability, jako je tomu u odpovídajících zdrojů chyb, známých z dosavadního stavu techniky, přičemž vysokofrekvenční zesilovač optického detektoru a elektronický směšovaě jsou zcela vyloučeny.

4? Kromě absolutního směrového měření, které je umožněno prostřednictvím daného systému, je rovněž možno provádět měření rychlosti pohybujícího se objektu prostřednictvím světelného směšovacího prvku podle tohoto vynálezu, například natolik, žeje ěást světelných vln odstraněna štěpením paprsku před jeho vstupem do optického vlnovodu a je zaměřen na stacionární objekt, v kterémžto případě světlo, odražené stacionárním objektem, je zachyceno vhodným přijímačem světelného směšovacího prvku a vyhodnoceno způsobem, který již byl popsán na celé řadě případů v souvislosti s Dopplerovým posuvem kmitočtu.

V závislosti na příslušném významu a důležitosti dodatečné hloubkové informace linkového nebo maticového obrazu může být daný počet světelných směšovacích prvků integrován pomocí vliod55 né technologie do obrazového senzoru CCD, CMOS nebo TFA (tenký film na ASIC).

- 13 CZ 300055 Bó í\[oiiif íoiíij pii využni ín ij lú/uici nc iiiimivc iicoo maticové kamery v $uuiauii s preumeiem tonuto vynálezu může být vhodné přídavně využívat rovněž konvenční dvourozměrné kamery, přičemž je s výhodou spektrální umístění a přivádění aktivně modulované osvětlovací složky do třírozměrné kamery a jinc nemodulované osvětlovací složky prováděno prostřednictvím štěpení paprsku.

Pro používání světelných směšovacích prvků pro trojrozměrné měření nebo sledování pro větší vzdálenosti, pro které je modulované světlo příliš slabé, je možno využívat kombinaci alespoň io dvou trojrozměrných linkových nebo maticových kamer, v kterémžto případe je podle vynálezu měření nebo sledování prováděno v blízké oblasti na základě principu tranzitní doby, a ve vzdálené oblasti na základě triangulačního principu s využitím existujícího osvětlení pozadí. V takovémto případě je hloubkové měření v blízké oblasti prováděno tak, jak již bylo shora popsáno.

v tomto případě tedy paralelně prostřednictvím alespoň dvou kamer,

Pro měření hloubky ve vzdálené oblasti jsou optické osy kamer, které jsou tvořeny prostřednictvím středního bodu čipu PMD, zaměřeny na společný průsečík v měřené prostorové oblasti, například prostřednictvím vhodného posunutí čipu PMD ve vodorovném a ve svislém směru a vzhledem k prostorovému umístění čipu PMD, přičemž je současně nastaveno zaostření optic20 kých sy st č m ů kamer na t ut o vzdá lenost. S v h od n ý m přede hoz.í m na st a ven í m pak hod noty j asnost i obrazového prvku mají v této prostorové oblastí největší hloubkovou ostrost.

Pro účely zjišťování a identifikace objektů v takovéto prostorové oblasti v případě odpovídajících amplitud obrazového prvku je součtový obraz světelných směšovacích prvků přidán prostřednictvím mírně uplatňovaného stejnosměrného modulačního napětí ve vztahu k diferenčnímu obrazu, sdruženému s nastavenými údaji o vzdálenosti, aje vyhodnocen, přičemž neodpovídající amplitudy obrazového prvku jsou odstraněny v diferenčním obrazu prostřednictvím modulačního napětí, které je nastavené na nulu:

?()

Dma EJnib θ ·

Tímto způsobem je prostřednictvím úhlového snímání rovněž měřena a sledována trojrozměrná scéna vně rozmezí modulačního vysílaného světla, přičemž nezbytné úhly jsou získány jak prostřednictvím vhodného posunuli čipů PMD. tak rovněž otáčením jednotlivých stereo kamer a/nebo otočným pohybem celého zařízení. Celou řadu možných využití, z nichž zde byla pouze některá popsána částečně podrobněji a částečně pouze stručně zmíněna, je rovněž možno nalézt na základě následujícího přehledu, obsahujícího další možná využití, jejichž další popis by překračoval rámce rozsahu tohoto vynálezu, z kteréhožto pohledu rovněž není následující přehled žádným způsobem vyčerpávající.

Řada specifických možných využití je velmi smysluplná a může být předpokládána v následujících oblastech:

digitální trojrozměrná fotografická kamera,

4? - digitální trojrozměrná videokamera, sledování a monitorování nebezpečných oblastí, bezpečnostní oblast a „inteligentní stavebnice“, zjišťování a identifikace obsazenosti v motorových vozidlech, „inteligentní air bag“, elektronické trojrozměrné zpětné zrcátko, zjišťování dopravní situace v silniční dopravě, navigace motorových vozidel.

- 14 CZ 300055 Bó i n koherentní měření vláken gyro a Dopplerovy rychlosti, řízení motorových dopravních vozidel,

- průmyslové čisticí roboty,

- zjišťování a identifikace osob a prověřování jejich způsobilosti ke vstupu.

- identifikace objektů, například vozidel, sledování a monitorování výroby, zkoušení materiálu, zkoušení stoprocentní kvality; elektronické „trojrozměrné oko“ pro ruku robota, pro robustní, malý a pevný stav,

- měření rychlosti a vzdálenosti vozidla, zjišťování stavu vozovky, dopravní zácpy, bezkolejová signalizace, kontaktní drátové monitorování na železnici.

io - lékařství a zdravotnictví, endoskopie, technická oblast CDMA pro optickou bezdrátovou nebo linkovou komunikaci, interaktivní trojrozměrná komunikace, například v oblasti multimédii, a trojrozměrné měření pohybujících se objektů s pomocí linkv světelných směšovacích prvků.

V daném ohledu jc nutno zdůraznit následující výhody světelných směšovacích prvků podle tohoto vynálezu (označovaných dále zkratkou „HMD, používanou pro „světelné směšovací ústrojí“):

1. PMD kombinuje: zjišťování, souměrné směšování a integraci ve velmi malém prostoru

2o o velikosti 1/100 až 1/1000 mm, z čehož vyplývá elektrooptická korelace.

2. Dvakrát/čtyřikrát PMD; nahrazení dvou nebo čtyř nákladných širokopásmových zesilovačů vysoce dynamickými konstantami a konstantami skupinové tranzitní doby a příslušně pro dva a čtyři elektronické směšovače.

3. ,lc odstraněna vysoká hladina elektronické citlivosti pronikání signálů mezi vysílačem a přijímačem.

4. Vysoká úroveň schopnosti integrace s některý m z deseti tisíc paralelních elektrooptických

5o modulátorů.

5. PMD trojrozměrná fotografická kamera nebo videokamera jc plně integrovat ctná, malá, lehká, robustní a pružně přizpůsobitelná pomocí optického transfokátorového systému světelnému vysílači a přijímači. Měřicí objemy pro přirozené povrchy, vzdálenosti zhruba od 20 em do o 50 m s apertačními úhly od zhruba 5° do 50^ů.

6. Mimořádně rychlé trojrozměrné zaznamenávání obrazu v rozmezí 10 Hz až 1000 Hz. Citlivost a poměr S/N odpovídá současným kamerám systémů CCD a CMOS.

io 7. Očekávaná hloubka rozkladu je zhruba 0,5 mm až 50 mm v závislosti na příslušné době měření, intenzitě osvětlení, na použitých optických systémech a prostoru v důsledku optimální reference.

8. Maximální šířka pásma v souladu s příslušnou velikostí obrazového prvku až do řádu GHz.

9. Modulační napětí v rozmezí menším, než 1 V.

. i s CZ 300055 B6

10. Žádné koherentní, polarizované nebo úzkopásmové světlo není vyžadováno, přičemž spektrální rozmezí závisí na světeine citlivém materiálu (například v případe ínSb az do 5.5 μιη).

11. Současné zaznamenávání trojrozměrné hloubky obrazu a dvourozměrné šedé hodnoty obra5 zu v důsledku slučování dat poskytuje optimalizované hodnocení třírozměrné šedé hodnoty obrazu (nebo třírozměrného barevného obrazu).

12. Čtecí obvod v důsledku změny integrační doby T„ závislé na intenzitě, umožňuje zvýšení dynamiky o zhruba 8 bitů (faktor 256).

io

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude v dalším podrobněji objasněn prostřednictvím popisu jeho příkladných provedení, i? který bude podán s přihlédnutím k přiloženým výkresům, kde:

obr. la) znázorňuje v řezu obrazový prvek prvního provedení fotonového směšovacího prvku podle tohoto vynálezu s využitím technologie CCD;

obr. lb) až obr. 1 f) znázorňuje potenciálovou distribuci U_s(t) pro různé táze nebo časy dvou doplňkových modulačních fotobránovýeh napětí U_;il1!(t) a l-Wt);

obr. 2 znázorňuje blokové schéma dvou lineárně uspořádaných obrazových prvků s využitím technologie CCD včetně části mezi linkového přenosového čtecího zařízení;

obr. 3 znázorňuje graf, ukazující rozdělení intenzity dopadajícího světla a potenciálové vzory napětí U_sep(t). U_a(t), U_bm(t) a U_b(t) v případě vysokofrekvenční modulace;

obr. 4 znázorňuje graf, ukazující charakteristiky směšovacích a korelačních výsledků fotono30 vého směšovacího prvku ve formě průměrných světelně generovaných proudu ¹ a ^a č nosičů napětí, unikajících do akumulačních bran v případe vysokofrekvenční modulace v závislosti na relativní fázi nebo na posuvu φ_(φ| ~ ω,,,τ tranzitní doby;

obr. 5 znázorňuje grafy pro PN - modulaci, přičemž obr. 5a) zobrazuje modulační signál, obr. 5b) zobrazuje charakteristiky směšovacích a korelačních výsledků jak pro dvojitý obrazový prvek (pouze č ^a ú). tak rovněž pro čtyřnásobný obrazový prvek s ^{1 e} '' v případě

4o zpoždění v modulačním signálu pro třetí a čtvrtou modulační bránu cm a dm z T_B, a obr. 5c) zobrazuje rozdílové hodnoty ^δ'»λ +^0,=/,-14+(0-0) ^Δ' ,,»-^Δί „+ <-' 4 které jsou relevantní pro hodnocení vzdálenosti;

obr. 6a) znázorňuje pohled v řezu na obrazový prvek druhého provedení s využitím technologie

CCD fotonového směšovacího prvku podle tohoto vynálezu se střední modulační fotobránou G₍₁.

stejně jako potenciálová distribuce pod modulačními fotobránami a akumulačními bránami, přičemž

- 16 C.7. 300055 B6

-______λ.____.u i,, j____1.1» j„ ' _ j.. i_ :____**; i i /. v

Ulil·. Ulij /.llťlAUl 11U)V punivu ρινί IMUUIIU IHUUUldVI I I llcipuil <1 obr. 6c) znázorňuje pohled pro záporné modulační napětí lJ_m(t);

obr. 7a) znázorňuje pohled v řezu na obrazový prvek podle třetího provedení fotonového směšovacího prvku podle tohoto vynálezu, a obr. 7b) až obr. 7f) znázorňuje potenciálovou distribuci pro různé fáze, obdobně jako na obr, 1:

obr. 8 znázorňuje půdory sný pohled, ukazující obrazový prvek podle čtvrtého provedení fotonového směšovacího prvku podle tohoto vynálezu se čtyřmi modulačními foto brán a mi a se čtyřmi akumulačními bránami, týkajícími se čtyřnásobného obrazového prvku;

is obr. 9 znázorňuje půdorysný pohled, ukazující obrazový prvek podle pátého provedení fotonového směšovacího prvku podle tohoto vynálezu se čtyřmi modulačními fotobránami a se čtyřmi akumulačními bránami a s centrální souměrnou střední bránou Gq;

obr. 10 znázorňuje schematický pohled na zařízení, známé z dosavadního stavu techniky a určené pro zj išfování fázových a amplitudových informací o světelné vlně;

obr. 11 znázorňuje schematický pohled na zařízení podle tohoto vynálezu pro zjišťování a určování fázových a amplitudových informací o světelné vlně pro vysokofrekvenční modulací;

obr. 12 znázorňuje schematický pohled na zařízení podle tohoto vynálezu pro zjišťování fázových a amplitudových informací o světelné vlně, například pro PN - modulaci nebo pro pravoúhlou obdélníkovou modulaci;

obr. 13a) znázorňuje pohled v řezu na obrazový prvek podle šestého provedení fotonového 30 směšovacího prvku podle tohoto vynálezu s elektronickým čtecím a předběžně zpracovávajícím systémem obrazového prvku s využitím technologie CMOS, přičemž obr. 13b) a obr. 13c) znázorňují potenciálovou distribuci, obdobně jako obr. 6. a to pro dvě fáze nebo polarity modulačního fotobránového napětí; a obr. 14 znázorňuje půdorysný pohled na obrazový prvek podle šestého provedení fotonového směšovacího prvku podle tohoto vynálezu se čtyřmi modulačními fotobránami, se čtyřmi akumulačními bránami a se střední bránou G₍„ který má uspořádání ve tvaru kříže, a který je určen zejména pro digitální modulaci.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. la) je znázorněn pohled v řezu na jednotlivý obrazový prvek 1 fotonového směšovacího 45 prvku, s využitím příkladu struktury CCD neboli součástky s vazbou nábojem. V tomto případě pak fotonový směšovací prvek kromě jednotlivého obrazového prvku i obsahuje struktury pro operace dodávání napětí a odvádění signálu.

Vnější brány G_sep slouží pouze pro elektrické vymezení tohoto obrazového prvku 1 ve vztahu 50 k přiléhajícím strukturám.

Uspořádání, znázorněné na obr. 1, je vytvořeno na p-dotovaném silikonovém substrátu 2. Směšovací nebo násobící operace navrhované koncepce budou nejprve uvažovány pro čistě vysokofrekvenční modulaci trvalé netluměné vlny (CW).

- 17CZ 300055 B6

Na obr. lb) až 10 jsou v řezu schematicky znázorněna potenciálová rozložení pro rúznc fáze sdíěšovaeíiιυ po>iupu. Síícuiií mudulačiií foiobiány G_am a G_biy, předsiavují část citlivou na svéíio a jsou v opačné poloze. Navíc ke kladnému předpětí U₍₎ ve vodivém nebo opticky částečně průhledném horním víku například z polysilikonu jsou ovládány přiloženými souměrnými napětími

U_IH(t). To poskytuje příslušná modulační napětí

U_am(t) - Ur, + LUt)

U_blíl(t)-U_b-U_in(t) .

Ta multiplikačně způsobují oddělování menšiny nosičů náboje, generovaných prostřednictvím fotonů dopadající světelné vlny v prostorové nábojové zóně bezprostředně pod izolační vrstvou 3. například z oxidu křemičitého nebo z nitridu křemíku,

Tyto nosiče náboje (kterými jsou vdaném případe elektrony) unikají vlivem modulačního souměrného napětí do blízce přiléhajících kladných akumulačních bran G, nebo G_b a jsou zde integrovány, přičemž většina nosičů náboje nebo otvorů proudí k uzemňovací koncovce substrátu p- Si. Je rovněž možno použít zadního osvětlování.

2o Obr. 2 znázorňuje půdorysný pohled na dva obrazové prvky i fotonového směšovacího prvku podle tohoto vynálezu včetně části mez i řádkového přenosového čtecího zařízení 7 ve formě třífázového posuvného registru s vazbou nábojem (CCD), na jehož jednom konci je umístěn elektronický čtecí systém s difuzním spojením pro seriálové zpracování hodnot náboje, získaných prostřednictvím korelace.

Po uplynutí předem stanovené doby T pro akumulaci nábojů pod všemi akumulačními branami linie, například v obrazovém prvku č. n procházejí náboje cg a y_b pod branami G__a a G_b prostřednictvím příslušných přenosových bran TG_;, a TG_b do třífázového čtecího posuvného registru. Vymezující separační brány G_sei, chrání korelační obrazový prvek před nežádoucími vnějšími vlivy a mají s výhodou zemní potenciál.

Na obr. 3 jsou znázorněny napěťové konfigurace, vztahující se k vyobrazení podle obr. 1. Modulační foto brány G_aiII a G_bm jsou ovládány prostřednictvím modulačního fot obráno vého napětí, znázorněného na obr. 3, včetně protifázového vysokofrekvenčního modulačního napětí U_m(t).

í? které je definováno následovně:

flám Uo+LfuCOsC.Opit) (la)

U^Uo+U^cosío),^-180°>U() IVosícoJ) (I b).

Na obr. lb až obr. 1 f je zcela jasně znázorněno potenciálové rozložení lJ_s(s) v prostoru nábojové zóny nad prostorovým rozsahem s příslušného obrazového prvku i pro všechny příslušné brány tohoto obrazového prvku i. V časovém úseku od t_b do tg po dobu trvání období T₍₁₁ vysokofrekvenčního modulačního signálu.

V akumulačních branách G_a a G_b poměrně vysoké kladné napětí způsobuje hromadění ťotogenerováných nosičů náboje po jejich driftování buď převážně směrem k levé straně nebo převážně směrem k pravé straně obrazového prvku L znázorněného v řezu na obr. 1. v souladu s polaritou modulačních fotobránových napětí lL,_m(t) a Ubm(t). Tato operace má účinek zejména tehdy, kdy má světelná modulace a modulační ťotobránové napětí V)_am(t) stejnou frekvenci. Poté je v závislosti na příslušném fázovém rozdílu (^_p1 hlavní přednostní směr driftování nosičů náboje k akumulačním branám G, a G_b. Přidružené průměrné proudy jsou označeny ¹ a ^a G.

- 18 CZ 300055 Bó

Základní korelační postup muže byt matematicky vyjádřen následovně:

V přijímací rovině nejobecnějšího případu systému 2D fotonových směšovacích prvků z = 0 a dopadající modulová světelná vlna je potom obecně vyjádřena jako

P_opl(x,y,t-T) .

Zde je to vyjádřeno prostřednictvím foto generovaných nosičů náboje se souměrným modulačním signálem, který zde působí, obecné ve formě io

Un/x.y.t) a který je přibližně multiplikačně a integrálně spojen z hlediska rozdílů náboje vzhledem ke dvěma akumulačním branám.

Odpovídající korelační funkce (pl lni’ Popt (-VY'!) je popsána například pro průměrné rozdíly driftování nosičů náboje Δ^/Ϊ'^Δ;

(kde T je integrační doba) do akumulačních bran G_a a Gi, v tom nejobecnějším případě závislosti na umístění jako trojice konvolucí:

Um

2? S tranzitním časovým rozdílem τ - φ„_ρι/ο·>_ιτη, modulační uhlovou frekvencí W„, a konstantami k, a k₂, které jsou závislé na struktuře, které však nejsou z hlediska operačního principu důležité.

Fotonový směšovací prvek podle tohoto vynálezu dosahuje tohoto cíle s vysokou úrovní polohového a časového rozkladu v důsledku rychlého oddělování dopravovaných nábojů fotoelektronů ΐο a jejich souměrného ukládání a rozdílu a součtového hodnoceni. V této souvislosti v důsledku vytváření rozdílu průměrných drift o vých proudů které jsou závislé na čase v případě nestabilních světelných vln, jsou všechny obtížné přesazené složky potlačeny a současně je vytvořena požadovaná korelační funkce, týkající se světelného signálu P_cp,(t-T) s modulačním napětím U_in(t).

Tento postup bude nyní v dalším popsán podrobněji. Vysokofrekvenční kolísající/driftové pole, způsobované napětím U_am(t) a IWt). způsobuje, že elektrony unikají na příslušnou kladnou stranu. Během například kladné půlvlny modulačního fotobranového napětí

U;mi(t) “ U() ⁺ U,_n(l) to znamená v průběhu záporné půlvlny

- 19budou fotogenerované nosiče náboje unikat k akumulační bráně (J, a budou se zde potom shromažďovat nebo budou procházet jako nábojové množství g (víz dvě shora uvedená modu! ač ni fotobránová napčfová rozložení na obr. lb) a na obr. 1c).

Na obr. 3 je pro situaci stabilního a harmonicky modulovaného světla představována optická energie na obrazový prvek jako:

CZ 30<M)55 B6

Gpt

P_mcos (ω;-φ_ορ1ί kde

Po představuje hlavní hodnotu, zahrnující osvětlení pozadí,

P_m - představuje modulační amplitudu.

ω_ιη - před st a v uj e vy sokol rek venč η í mod u lač η í frek venc i, φ_(φ1 - představuje fázové zpoždění, a τ — φ_ορ1/ίο_ιη — představuje odpovídající přenosové časové zpoždění dopadající světelné vlny vzhledem k modulační fázi v modulační fotobráně G_í1tn.

Celkový fotoproud. generovaný na obrazový prvek, je:

ί (t) -S; ť_op_t (t ~^rT / — [ PF_ffl COS ; CO_mL ~Φορί ) ] i ) i (t) =I₀+I_m'cos (cú_mt-<p_QpJ (5) kde parametiy i(t) = i.,(t) + i_b(t),

Io - rovná se hlavní hodnotě fotoproud u obrazového prvku v souladu s P₍₎.

I,_n- rovná sc střídavě amplitudě modulovaného ťotoproudu v souladu s P_m, a

S>. - rovná se spektrální citlivosti.

Uvedený celkový fotoproud na obrazový prvek je rozdělen na dvě složky, konkrétně pak na proud i_;)(t) akumulační brány G_a, a na proud i_b{t) akumulační brány G_b. Tylo hodnoty jsou integrovány s pomocí technologie CCD pod příslušnými akumulačními branami G,, a G_b a v případě technologie CMOS, která čte způsobem obrazového prvku s výhodou v elektronickém čtecím systému, což je postačující pro další uvažování s ohledem na hlavní hodnoty d ^a J tčehto proudů. Maxima z hlediska oddělování nábojů jc dosaženo pro uhel φ_ορΙ - 0 a τ - 0.

Tato situace je znázorněna na vyobrazení podle obr. 3.

Harmonická modulace poskytuje za předpokladu ideálních podmínek Jako je vhodná modulační amplituda, zanedbatelné driftové tranzitní doby, stoprocentní modulace hloubky, kdy P_l51 - P, . pro hlavní fotoproudy ¹ a ^a J následující vztahy :

-20 CZ 300055 B6

N = V + —COS(«9 ,) ('/) π

Na obr. 4 je znázorněno uspořádání těchto ideálních hlavních proudů obrazového prvku. Ty představují korelační funkce opačných fází. které vyplývají z vysokofrekvenčně modulovaného přijímaného světla a z vysokofrekvenčně modulovaných fotobránových napětí, uplatňovaných v modulačních loto bránách G_;im a G_bin. Příslušný součet odpovídá I_G světlené energie ΪΥ hlavního obrazového prvku.

Celkové množství nábojů, které se nahromadí v průběhu času io T = N*T_m (to znamená v průběhu N období T,„ vysokofrekvenčního modulačního napětí) poskytuje:

f (ů-^r=Mů=7^+C£“'-£ ů+ÝM ^(SÍ s tranzitní dobou τ = φ_ίψΙ/(ΰ_ηι, odpovídající fázovému zpoždění. V dalším textuje q_ai označováno pouze jako q_a.

Celkové množství nábojů příslušných akumulačních bran CL a G_b všech obrazových prvků f vytváří dva místně nespojitě vysokofrekvenční interferogramy, a to a - interferogram a b interfcrogram, který je posunut o 180° vůči a - interferogramu, přičemž je od nich diferencováním

2(i odvozen tranzitní časový diferenční vysokofrekvenční interferogram, který byl hledán a který je popsán rovnicí (2),

Na obr. 11 je znázorněn schematický pohled na 30 - kameru podle tohoto vynálezu, která využívá přímého směšování na základě soustavy fotonových směšovacích prvků. V porovnání s kon25 cepcí 3D-kamery, známé / dosavadního stavu techniky; která je znázorněna na vyobrazení podle obr. 10, je na obr. 11 modulace vysílače i pro osvětlování opticky pasivních 30-objektů prováděna přímou modulací proudu laserové diody; V tomto případě je modulace produkována prostřednictvím vysokofrekvenčního generátoru |3. Pro dlouhé vzdálenosti je výhodné například používat vysoceenergetický laserový diodový svazek s přednostně společným modulačním prou3o dem a pro účely bezpečnosti oka s rozdílnými vlnovými délkami.

První optický systém 5 vytváří obraz světelné vlny na povrchu objektu 6. Světelná vlna, odrážená od objektu 6, je poté promítána přes druhý optický systém 7 na povrch soustavy 8 fotonových směšovacích prvků.

Soustava 8 fotonových směšovacích prvků je rovněž uváděna do činnosti prostřednictvím vysokofrekvenčního generátoru 13, přičemž toto uvádění do činnosti je prováděno pro různě fázové posuny vzhledem k fázi světelné vlny; vyzařované vysokofrekvenčním generátorem 13. Signály soustavy 8 fotonových směšovacích prvků jsou dále hodnoceny hodnotící jednotkou 9, pokud lo

4o již nebylo provedeno na čipu.

Na základě měřicího zařízení podle tohoto vynálezu není pro navrhovanou koncepci 3D kamery nutný žádný optický modulátor s vysokou aperturou kromě soustavy 8 fotonových sméšovas cích prvků podle tohoto vynálezu, takže je poskytována struktura či konstrukce, která je ekonomi i c ky vy hodnu. Pro ucely stáno v cm fuze o brazo v c h o pr v k u z vy s 1 cd nvch ko re 1 ac ί ι í c h amplitud bylo, jak již bylo shora uvedeno, použito všech čtyř různých interferogramů v případě čtyř různých fází směšovacího signálu. Čtyři fáze směšovacího signálu vznikají za situace, kdy jsou modulační fotobránová napětí U_am a U_bm přepnuta ze stavu fázového vztahu 0°/180° do stavu 90/270° nebo zpožděna o 90°. To poskytuje dvě sdružené imaginární složky nebo složky s fázovým rozdílem 90° ve vztahu k reálným složkám nebo ke složkám ve fázi. z nichž je možno vypočítat hledanou fázi obrazového prvku, a to v souladu s dále uvedenou rovnicí (10).

io Tento režim provozu současné umožňuje eliminovat rušivá přesazená napětí, která jsou vyvolávána jasností pozadí a v důsledku směšovací operace.

Kromě měřicí operace, která je popsána formou příkladu ve vztahu k trvalým netlumeným modulovaným 3D-světelným vlnám prostřednictvím 2D korelace s modulačním napětím U_in(x.y,t) s výhodou o stejné frekvenci v rovině soustavy 8 fotonových směšovacích prvků, je možné, aby bylo měřicí zařízení podle tohoto vynálezu rovněž s výhodou využíváno s modulačními signály v impulzní formě.

Zejména pseudozvuková modulace světla je výhodná pro úkoly, zahrnující vysoce přesné měření 20 přechodového času 3D - světelných vln.

Příkladné provedení pro sledování a měření opticky pasivních 3D-objektů je znázorněno na obr. 12.

Obdobně jako u provedení, zahrnujícího harmonickou modulaci podle obr. 11, má zařízení podle tohoto vynálezu vhodné světelné ústrojí, které osvětluje 3D - objekty 6 světlem, které je pseudozvukově modulováno v intenzitě, přičemž odrážené a přijímané světlo je podrobováno korelačnímu zpracování s výhodou s odpovídajícím pseudozvukovým modulačním signálem, který je produkován vysokofrekvenčním generátorem JJ.

Pokud se korelace ve vztahu k pseudozvukovým signálům tohoto typu se zvyšující sc délkou slov T„-T₁₍(2ⁿ-1) podobá trojúhelníkovému jehlovému impulzu, jehož poloviční hodnota šířky je stejná, jako bitová šířka Tu. potom pro jasné a úplné měření celkového světelného objemu nebo celkového osvětleného prostoru musí relativní zpoždění T_B mezi světelným modulačním pseudozvukovým signálem a demodu lačním pseudozvukovým souměrným napětím l J_m(t) stejného signálového tvaru na modulační fotobráně procházet alespoň jednou přes celé zpožďovací rozmezí maximální doby zvukového tranzitu nebo stupňovitě ve stupních 1_B. Tohoto účelu je dosahováno prostřednictvím zpožďovacího členu JJ, který je nastavitelný z hlediska zpoždění Td prostřednictvím řídicí a hodnotící jednotky 9.

Na obr. 5a) je znázorněn modulační signál U_m(t), týkající se příkladu pravoúhlé bitové pseudo45 zvukové sekvence JJ. Výsledkem korelace prostřednictvím fotonového směšovacího prvku jsou průměrné driftovc proudy J ^a znázorněné na obr, 5b) ve vztahu k relativnímu zpoždění τ.

V případě čtyřnásobného obrazového prvku, který bude nyní v dalším popsán, a který je znázorněn na obr. 8, obr. 9 a obr. 14, pak souměrná modulační fotobránová napětí, která jsou uplatňována na modulační fotobrány G_cm a G_dlI1 a která jsou vzájemně složena na předpětí U₍₎. jsou s výhodou zpožděna o zpoždění T_fi vůči souměrným modulačním fotobránovým napětím, uplatňovaným na modulační fotobrány G_;1 a G_b, to znamená, že

1-Λιιι(0 Uo ⁺ Uin(t“ 1 li)

- 22 CZ 300055 B6 což má za následek velice výhodné měření amplitudy a tranzitní doby.

S výjimkou předem určitelného zpoždění T₍₎ vůči modulačním napětím pak světelná intenzita eonst/P_l)p,(t). vyzařovaná vysílačem 4, zahrnuje stejnou strukturu pseudozvukovcho signálu. Odraz dosahuje fotonové směšovací prvky po zvukové tranzitní době. Korelace se souměrnými modulačními napětími má za následek v souladu s příslušným relativním zpožděním τ tranzitní io doby pro 1j, - O v ideálním případě bez jasnosti pozadí, v případě dvojitého obrazového prvku hlavní proudy ¹« ^a O, znázorněné na obr. 5b, a v případě čtyřnásobného obrazového prvku se stanoveným časovým posunem T_B přídavné k hlavním proudům C ^a C obrazového prvku.

Korelační charakteristiky nejprve ukazují, že celá řada odrazů objektu může býl rozdělena na i? stejný poloměrový vektor, například pro odlišení většího množství částečně průsvitných objektů.

které jsou umístěny jeden za druhým, nebo pro účely odstranění vícenásobných odrazů.

Kromě toho součet a rozdíl rozdílu hlavního driftového proudu, jak je znázorněno na obr. 5c) jsou s výhodou vytvořeny sousledně v případě dvojnásobného obrazového prvku a současně

2o v případě čtyřnásobného obrazového prvku v příslušných odpovídajících elektronických čtecích a signálních procesních systémech J_5. Umožňují provádět vysoce citlivá měření, neboť jde pouze o šířku měřicích okének l _B až 2T_K, kde se objevují hodnoty signálu, které nejsou rovny nule.

Hodnocení součtu umožňuje stanovit relevanci měření na základě minimální amplitudy. Rozdíl ukazuje strmé lineární uspořádání v použitelné šířce Τ» měřicího okénka, což umožňuje stanovit tranzitní dobu s vysokým stupněm rozlišovací schopnosti.

Je zde například uplatňována následující rovnice ^Α>~^Δ>

^{+ Aí} ai (9)

5(i která je zde idealizována.

Blokové schéma odpovídajícího měřicího zařízení pro optické měření 3D - objektů s pseudozvukovou modulací, založené na navrženém svazku korelačních fotodetektorů se vyznačuje strukturální a konstrukční jednoduchostí, jak je možno vidět na obr. 12.

V tomto případě zde kromě generátoru 10 a zpožďovacího členu 11 uplatňována stejná konstrukce, jako je ta, která je znázorněna na obr. 11.

V souladu s předmětem tohoto vynálezu je pro účely rychlého zjištění vzdálenosti s poměrně 4« nízkou úrovní rozkladu využíváno rovněž jednoduché pravoúhlé či obdélníkové modulace vysílače i prostřednictvím generátoru 10 s dobou Tas výhodou se stejným impulzním a prostorovým trváním T_;i. Způsob zjišťování tranzitní doby je prováděn v souladu s rovnicí (9),

Úroveň rozkladu se zvyšuje stupňovitě v průběhu doby T trvání, což snižuje faktor 2. v kterémžto 45 případě je pak první měřicí krok nejprve následován druhým měřicím krokem, který má stejnou dobu avšak s časovým posunem

T[j = T/4.

- 23 CZ 300055 B6

Průřez obrazového prvku 1 fotonového směšovacího prvku podle tohoto vynálezu, znázorněny m nýn hyt ορΐΪΓΠΗ! ÍZOVáf! Z hlťdískH je!lO !ΊΊ?ΖΠ! tVckv^nnphn ηΓηυοΗμηι rvj rvhr <71 II1UU pl UMU ce pomocí vhodného uspořádání potenciálového gradientu, způsobovaného souměrným modulačním napětím. V tomto ohledu je na obr. 6 znázorněno příkladné provedení, u kterého je střední brána G₍₎ uspořádána mezi modulačními fotobránami G_am a G_bm. přičemž tato střední brána má s výhodou předpětí U₍₎ a společně s modulačními fotobranami G_ími a G_bm vytváří tři potenciálové

Co je požadováno, to je potenciálový gradient, který je pokud možno stejnoměrný, nebo modlilo lační kolísaj íeí/driftové pole, které je pokud možno konstantní a kterého je dosaženo zvyšováním počtu článků ze dvou na tři nebo do konce na víc. Ve fotosenzitivní prostorové nábojové zóné pak stupeň definice nebo vyjádření článků v každém případě klesá se vzdáleností od izolační vrstvy 3.

i? Tohoto účinku je využíváno u dalšího provedení předmětu tohoto vynálezu, které je známo jako ..ponořený kanál, slabě dotovaný n - kanál, který je vzdálen několik mikrometrů od izolační vrstvy 3. která je poněkud hlouběji v p - substrátu pod modulačními fotobránami.

Toto uspořádání rovněž zahrnuje stínění J_2 pro akumulační brány G_a a G_b. takže nejsou osvět20 lovány světelnými vlnami a nejsou vytvářeny přídavné nosiče náboje.

Na obr. 7 je znázorněno jednotlivé uspořádání a spojení fotonových směšovacích prvků, u kterého jsou v porovnání s provedením podle obr. 1 dvě modulační fotobrány příslušně odděleny pouze společnou akumulační branou G_sn. čímž je dosahováno vysokého stupně plnicí akce. Toto uspořádání je rovněž opatřeno stíněním J_2 pro akumulační brány G_a a G_t1, V tomto případě se polarita souměrných modulačních napětí nebo pořadí Gam,» a G_b,_M.„ mění od obrazového prvku k obrazovému prvku.

Trojnásobná doba bran je vhodná současně pro přímé ctění s pomocí operace jako je třífázový posuvný registr. Nevýhoda, která může být u určitých uplatnění tolerována, spočívá v distribuci náboje rovněž k příslušným přiléhajícím obrazovým prvkům, čehož výsledkem je zdánlivé zvýšení velikosti obrazového prvku a nižší stupeň pozičního rozkladu v příslušném směru.

Výpočet těchto vzájemných poměrů a vlivů ukazuje, že v porovnání se sto procenty využitelného náboje pak po vyhodnocení nábojových rozdílů střední obrazový prvek získává pouze 50 % a dva připojené obrazové prvky získávají každý 25 %.

Za účelem zobrazení distribuce náboje pak obr, 7, obdobně jako obr. 1, ukazuje různé fáze potenciálové distribuce pro modulaci trvalé nctluniené vlny.

Na obr. 8 je znázorněno další výhodné provedení tvaru obrazového prvku fotonového směšovacího prvku, které v případě modulace trvalé netluměné vlny nevyžaduje žádné IQ (ve fázi. fázový posun o 90°) přepínání mezi stavy 1 a Q. Namísto shora popsaného dvojitého obrazového prvku je navrhován čtyřnásobný obrazový prvek s modulačními fotobránami G_íim, G_bm, G_t„, a G_dm, stejně jako s přidruženými akumulačními bránami G_;i, G_b, G_t a <j_tb které umožňují současné provádění korelace pro čtyři fázové polohy, neboť souměrná modulační fotobránová napětí U_am(t) a lJi„_n(t). LUt) a U_dl„(t) jsou příslušně posunuta vzájemně vůči sobě zejména v případě vysokofrekvenční modulace o 90°.

V pravoúhlém uspořádání s ohledem na shora popsané modulační fotobrány G_íim s φ,,,,, = 0° a G_bm s t(2b_in = 180° jsou zde dvě další modulační fotobrány G_cm s t^_cill = 90° a G_dm s $_dl)1 = 270°, které jsou souměrně integrovány v rámci obrazového prvku a které pracují na základe stejného principu, To poskytuje Čtyřfázovou nábojovou akumulaci s jednotlivými náboji q_b cg a g_d pod přidruženými akumulačními branami G_a, G_b, G_c a Gj nebo v přidruženém elektronickém čtecím

-24systému, přičemž prostřednictvím jednoduché aritmetické operace lze přidruženou fázi (β_ι>ρι přímo k-i A »+,»♦ « Λ c· 1 nrl/M no ·

V > |JW I LUL uw.

q -Qa ¢, =arctan (10)

Pro jednoduché zjištční šedých hodnot jednotlivého obrazového prvku jsou jednotlivá napětí všech akumulačních bran obrazového prvku sečtena:

qiw “ q_a + qi, + q_t ⁺ qjČtecí proces vzhledem k příslušným čtyřem nábojům je v tomto případě výhodně prováděn io aktivním tvarem obrazového prvku s využitím technologie CMOS s předběžným zpracováním integrovaného signálu jako obrazového prvku.

Na obr. 9 je stejně jako na obr. 8 znázorněn čtyřnásobný obrazový prvek fotonového směšovacího prvku, avšak s potenciálovým gradientem, který' je hladký, jak je znázorněno na obr, 6. při15 čemž vyhlazení je provedeno prostřednictvím centrální čtvercově střední brány G₍₎, která má s výhodou potenciál Uo.

Na obr. 14 je stejně jako na obr. 9 znázorněn čtyřnásobný obrazový prvek fotonového směšovacího prvku, jehož struktura jc optimalizována pro digitální modulační signály . Střední brána G«.

2o uspořádaná mezi s výhodou čtvercovými modulačními fotobránami, slouží obdobným způsobem, jako u provedení podle obr. 9, pro vyhlazování potenciálového gradientu, produkovaného modulačním fot obra no vým napětím.

A konečně jc na obr. 13 znázorněno další výhodné provedení obrazového prvku i. který na rozdíl od shora popisovaných provedení nevyužívá technologie CC D součástky s vazbou nábojem, avšak využívá technologie CMOS s elektronickým systémem 15 pro čtení a předběžné zpracování signálu. V tomto případě je způsob provozu modulačního driftování. závislého na napětí nosičů náboje na rozkmitu náboje stejný, jako u shora popisovaných provedení. Jediným rozdílem. kterým se provedení, znázorněné na obr. 13, odlišuje, je způsob uplatňování dalšího zpraeo30 vání co se týče nábojů G_řl a G_b, které unikly do akumulačních bran G_;i a G_h.

Ll tohoto provedení jsou akumulační brány G_;t a G^ ve lorrně blokovaných pn - diod. Kladně předpjaté akumulační hrány G_a a G_b jsou vytvořeny prostřednictvím n, - dopovaných elektrod na s výhodou slabě dopovaném p Si substrátu 3 podle obr. 13. Přitom, eo je známo jako způsob provozu „plovoucí difúze nebo vy sok o od porový napěťový čtecí způsob, jako v případe použiti technologie CCD součástek s vazbou nábojem, jsou náboje G_a a G_b integrovány na kapacitách akumulačních bran G_;| a G|, a jsou čteny vysoceodporovým způsobem ve formě napěťových hodnot,

4o S výhodou je rovněž možné využívat způsobu čtení proudu, ve kterém nejsou fotogenerovaně nosiče napětí integrovány v potenciálové jímce, avšak nepřetržitě procházejí prostřednictvím výstupní difúze prostřednictvím vhodných obvodů pro čtení proudu, které jsou připojeny k příslušným akumulačním bránám G, a G_b. Tato napětí jsou poté integrována například na příslušnou vnější kapacitu.

Čtecí obvod u způsobu čtení proudu, který udržuje napětí akumulační brány skutečně konstantní prostřednictvím zesilovací zpětné vazby, s výhodou zajišťuje, že v důsledku intenzivního ozařování obrazového prvku množství akumulovaných nábojů q, a nezpůsobí reakci nebo přeplnění potenciálové jímky.

5(1

Dynamika fotonového směšovacího prvku je tak výrazně zlepšena. V tomto případě rovněž shora popsaná technologie, zahrnující slabě dotovaný n - kanál („ponořenou vrstvu) pod izolační vrst-25 CZ 300055 B6 vou modulačních bran, poskytuje zlepšení a zdokonalení mimo jiné při zvýšení limitního km i točili.

Konstruování fotonového směšovacího prvku s využitím technologie CMOS dále umožňuje využití aktivního tvaru obrazového prvku (APS) s jehož pomocí může být u každého obrazového prvku integrován čtecí obvod a obvod pro předběžné zpracování signálu do fotonového směšovacího prvku. To umožňuje provádět předběžné zpracování elektrických signálů přímo v obrazovém prvku ještě předtím, než jsou tyto signály předávány do vnějšího obvodu. Zejména jc možno tímto způsobem vypočítat fázové a amplitudové informace přímo na čipu. takže může být ryclilo lost měření ještě více zvýšena.

Další uspořádáni předmětu tohoto vynálezu poskytuje k využití soustavu s výhodou dvourozměrných fotonových směšovacích prvků pro průzkum a sledování trojrozměrného elektronického objektu formou pasivního nebo aktivního osvětlování objektů na základě různých kritérií, jako je například tvar objektu, jeho poloha, barva, polarizace, vektor rychlosti, jas nebo kombinace vlastností objektu.

Je li například pří průchodu různých modulačních signálů (například frekvenčního nebo kódového střídání při trojrozměrném měření dopadající světelné vlny, která může být zpočátku neznámá.

?o nalezena místní korelace pomocí kritéria různých driftových proudů, které se nerovnají nule, polom může být rozmezí objektu kontinuálně měřeno zejména / hlediska uvedených vlastností objektu, a sledováno případně v případě změn prostřednictvím regulační smyčky, která zejména rov něž obsahuje hloubku obrazu.

fotonový směšovací prvek je používán v celé řade provozních režimů, které budou popsány v dalším.

V tomto ohledu má součet nábojů v akumulačních bránách G_a a G_b menší význam, neboť vždy odpovídá celkové intenzitě dopadajících světelných vln, q_a + q_h = konst.*P_()|)1 ^/'f, kde T = doba so integrace.

Diferenční náboj závisí na celé řadě faktorů a může být využit různými způsoby pro měření dopadající světelné vlny. Pro tyto účely je nutno brát v úvahu základní jasnost, která je vždy přítomna Pn > = P_m viz obr. 3a).

Volitelně například při měření objektu 6, který je osvětlován vysilačem 4 modulovaným světlem, je napájení vysílače zapnuto nebo vypnuto, takže P_m se začíná blížit nebo je rovno nule. Současně id pak volitelně modulační napětí U_rn(t) se bud¹ rovná nule nebo je zapnuto k použitému uspořádání ve vysílači a je obsaženo v dopadajícím světle, nebo k napěli U_nio, které je během integrační doby konstantní.

Proto je tedy tehdy, kdy Pn * 0, dosahováno čtyř důležitých provozních režimů:

1) Aq_ab = 0 pro P_ni = lJ_m - 0.

2) Aq_ab = 0 s konečným P_m a s U_m(t) jako vysokofrekvenčním modulačním signálem.

5o 3) S konečným P_ni a vysokofrekvenčním modulačním napětím Aq_ab je funkce U_m(t), relativní přenosový časový posun τ a energetická složka dopadajícího světla P_m(l), která je tímto způsobem modulována.

-26CZ 300055 B6

4) Pokud je během integrační doby T dopadající hlavní světelná intenzita P₍₎ a konstantní modulační napětí ί_'_πιο, ροίοηι je diferenční náboj Aq_ab íunkcí a hlavní světelné energie P<_s.

V případě světelných vln. které nejsou modulovány z hlediska intenzity, pak další uspořádání předmětu tohoto vynálezu zajišťuje, že fotonový směšovací prvek je využíván v souladu se čtvrtým případem možného provozního režimu, například pro zpracovávání dvourozměrného obrazu.

V tomto případě je každý směšovací prvek ovladatelný specificky a nezávisle na každém dalším, například sdružením příslušného rychle přepisovatelného modulačního napěťového slova pro io U_mn, s výhodou prostřednictvím složky RAM. Hodnocení je s výhodou prováděno pouze vzhledem k diferenčním napětím T* a diferenčním driftovým proudům které jsou přibližně úměrné k υ,,,ο, V takovém případě je modulační napětí U_mo příslušně odvozeno z modulačního napěťového slova.

To znamená, že U,„(t) již. není nadále nastavováno periodicky nebo kvaziperiodiekv jako u předcházejících příkladů použití, avšak neperiodicky, například v souladu s předem stanoveným obsahem obrazu nebo v souladu s měřeným obsahem obrazu. Pro U,„(t) - 0 se všechny diferenční proudy rovnají nule. takže sdružený diferenční obraz D(x,y) se rovněž objeví s nulovou amplitudou nebo intenzitou.

Rozdíly jasnosti obrazu mohou tak být specificky ovlivňovány zrněnou v U_m(\,y,t). Tímto způsobem pak v souladu s předmětem tohoto vynálezu mohou být jakékoliv světelné vlny nebo obrazy, to znamená i do konce nemodulované, podrobeny víceúčelovému obrazovému zpracování prostřednictvím mimořádně rychle nastavitelné váhové funkce

G(x,y,t) - k/U_m(x,y,t) například prostřednictvím shora zmíněných ovladatelných sdružených paměťových buněk, jako například pro shora zmíněné účely zkoumání a sledování objektu, avšak v tomto případě bez aspektu hloubkových informací.

Claims (3)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob zjišťování fázových a/nebo amplitudových informací o elektromagnetické vlně kdv elektromagnetická vlna se vyzařuje na povrch fotonového směšovacího prvku, majícího ales4o poň jeden obrazový prvek, přičemž tento obrazový prvek má alespoň dvě na světlo citlivé modulační fot o brány G_;llll a Gb_m a sdružené akumulační brány G_a a G_b, na modulační foto brány G_am a G_bm se uplatil ují modulační ťotobránová napětí U_;illl{t) a U^ýt), která jsou ve formě U_am(t) U_n + U_m(t) a U_bm(l) = U_o U_n(t), na akumulační brány G_n a G_b se uplatňuje stejnosměrné napětí, jehož velikost je alespoň tak velká, jako je velikost součtu U<> a amplitudy modulačního napětí U_ni(t), nosiče náboje, vytvářené v prostorové nábojové zóně modulačních fotobran G_iim a G_blll prostřed5o nictvím dopadající elektromagnetické vlny, se vystavují potenciálovému gradientu driftového pole v závislosti na polaritě modulačních fotobránových napětí LJ_am(t) a U_bm(t) a drift uj í k odpovídajícím akumulačním branám G, a G_b. a náboje q_:i a q_b, driftované k příslušným akumulačním bránám G., a G_bl se vyřazují.

   - 27 CZ 300055 B6 '7 = ι. .. _j|,. . 1 /,|Ml\UU puuiv llťllUMJ i intenzitou modulovaná elektromagnetická vlna sc ozařuje vysílačem.

   elektromagnetická vlna, odražená objektem, sc vyzařuje na povrch fotonového směšovacího prvku.

   modulační fotobránová napětí U_am(t) a U_bm(t) jsou v pevném fázovém vzájemném vztahu stází io elektromagnetické vlny. ozařované vysílačem, a vytvářené nosiče náboje se dále vystavují potenciálovému gradientu driftového pole v závislosti na fázi souměrných modulačních fotobránovýeh napětí lJ_ain(t)a LJ_bn,(l).

   !5 3. Způsob podle nároku 2. vyznačující se tím, že pro dva rozdílné fázové posuvy Δ_φ, a Δ_φ2 modulačních fotobránovýeh napětí U_atn(t) a Ui„„(t) vzhledem k fázi elektromagnetické vlny. ozařované vysílačem, se náboje q._d a q_bl stejně jako náboje q_a2 a q_b2 vyřazují a vytvářejí se nábojové rozdíly (q_:ii - q_b|) a (q_a2 - q_b2), a v souladu s rovnicí se stanovuje fáze <p_op, dopadající elektromagnetické vlny vzhledem k fázi elektromagnetické vlny. ozařované vysílačem, čímž se stanovuje tranzitní doba elektromagnetické vlny. přijímané obrazo2^ vým prvkem.
2. 4. Způsob podle nároku 3. vyznačující se t í m , že prostřednictvím čtyř modulačních fotobran G_;il11, G_blll, G_cm a Cijn, a čtyř sdružených akumulačních to bran G_a, G_b. a G₍₎ pro dva různé fázové posuvy Λ_φ, a Λ_φ2 modulačních fotobránovýeh napětí

   U_nin(t) - u + υ_υι1(1) a C_bm(t) = IJ- U_m,(t) a f-Ut) = U, + U_m2(t) a UJt) = Ui - U_l1i2(t) vzhledem k íázi elektromagnetické vlny. ozařované vysílačem, se současně náboje q_:b q_t„ q_c a q_d oddělují a vyřazují, a

   35 v souladu s rovnicí se stanovuje fáze φ_ορ, obrazového prvku elektromagnetické vlny, ozařované vysílačem, a tím i tranzitní doba elektromagnetické vlny, přijímané obrazovým prvkem.

   40 5. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se t í ni, že fotonový směšovací prvek má větší množství obrazových prvku, alespoň jeden obrazový prvek se přímo vyzařuje s částí intenzitou modulované elektromagnetic45 ké vlny z vysílače, a kalibrace fázového posuvu mezí ozařovanou elektromagnetickou vlnou a modulačními fot obráno vým i napětími U_ain(t) a U_bm(t) sc provádí z fázového posuvu, měřeného s uvedeným obrazovým prvkem.

   -28CZ 300055 B6

   6. Způsob podle nároku 1. vy z n ač uj íc í se t í m . že elektromagnetická vlna s nezávisle buzenou neznámou intenzitovou modulací se vyzařuje na povrch fotonového směšovacího prvku, modulační fotobránová napětí U_am(t) a U_bm(t) se vytvářejí laditelným modulačním generátorem, vytvářené nosiče nábojů se dodatečně vystavují potenciálovému gradientu driftového pole v závislosti na fázi souměrných modulačních fotobránových napěli U_am(t) a U_bm(t). a fotonový směšovací prvek a modulační generátor vytvářejí alespoň jednu fázově uzavřenou smyčku a elektromagnetická vlna se měří v souladu se synchronním způsobem.

   7. Způsob podle jednoho z nároků i až 6, vyznačující se tím, že jako periodické is modulace se využívá kontinuální nebo nekontinuální vysokofrekvenční modulace, pseudozvukové modulace nebo modulace lineárně proměnným kmitočtem.

   8. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím. že modulací je vysokofrekvenční modulace a s výhodou jsou náboje q_a a q_b a případně náboje q_c a q_d pro fázové a Δ_φ - 0°/!80°

   70 a A,_p = 90°/270° vyřazeny.

   9. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se využívá modulace stálého stavu s modulačními fotobránovými napětími U_am = U_o ⁺ ILo a U_hm = U₍₎- U_m„ s nastavitelným modulačním stejnoměrným napětím U_m0, které je z hlediska času konstantní, a s nímž se specific25 ky u pra v uj e d i fe re n č η í o b raz z rozd ί I u n á boj ů q_a a q _b.

   10. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že náboje q_a a q_b pod akumulačními branami G_a a G_b se integrují a čtou s pomocí multiplexní struktury; s výhodou s pomocí struktury CCD.

   11. Způsob podle jednoho z nároků I až 9. vyznačující se t í m , že akumulační brány G_a a G_h jsou ve formč pn - diod. s výhodou blokovaných nízkokapacitníeh pn - diod. s výhodou využívajících technologii CMOS, a u kterých se náboje q_a a q_b a případně náboje q_c a q_d čtou přímo jako napětí nebo jako proud.

   12. Způsob podle nároku 11, vyznačující se tím. že fáze obrazového prvku nebo tranzitní doba obrazového prvku a jasnost obrazového prvku se zjišťují přímo prostřednictvím aktivní senzorové struktury obrazového prvku (APS) a s výhodou se selektivně a/nebo sériově čtou prostřednictvím čipové multiplexní struktury.

   H)

   13. Způsob podle jednoho z nároků I až 12, vyznačující se t í m . žc jasnost obrazového prvku se příslušně vyhodnocuje jako součet nábojů sdružených akumulačních bran jako hodnota šedého obrazu.

   45 14. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 13, vyznačující se tím, že v případě osvětlení pozadí nebo vnějšího nemodulovaného přídavného osvětlení se rozdílu hodnoty šedých obrazů využívá jako korekčního parametru jednak tehdy; kdy je modulační osvětlení zapnuto, a jednak tehdy, kdy je modulační osvětlení vypnuto.

   50 15, Způsob podle jednoho z nároků 1 až 14, vyznačující se tím, že sc využívá většího množství samostatných směšovacích prvků v lineární, povrchové nebo prostorové soustavě.

   16. Způsob podle nároku 15, vyznačující se tím, že alespoň jeden z obrazových prvků se přímo vyzařuje s částí intenzitou modulované elektromagnetické vlny, sloužící pro

   55 osvětlování, přičemž měření na alespoň jednom obrazovém prvku se využívá pro kalibraci ostat- 29 CZ 300055 B6 nich výsledků z hlediska fáze a jasnosti, přičemž se s výhodou referenční obrazový prvek nebo (iÍhíi/.ovc pí vkv zpracovávají prostřednic lvím vysdacc 3 ruzrivmi hkidinunu intenzity nebo s hladinami intenzity, které mohou být různě nastaveny.

   17, Fotonový směšovací prvek, vyznačující se tím. že má alespoň jeden obrazový prvek (1).

   má alespoň dvě na světlo citlivé modulační fotobrány G_ai]1. G_bm, a má akumulační brány G_a, G_h, které jsou sdruženy s modulačními fotobránami G_;1]I1, G_bm, a které jsou stíněny vzhledem k dopadající elektromagnetické vlně.

   18. Směšovací prvek podle nároku 17, vyznačující se tím. že mezi modulačními i? fotobránami G_aiIi, G^ je uspořádána střední brána Go.

   19. Směšovací prvek podle nároku 17 nebo 18. vyznačující se tím, že obrazový prvek 1 má čtyři s výhodou souměrně uspořádané modulační fotobrány G_am, G_blll, G_nn. G₍|_in a akumulační brány G_a, G_b, G_c, G_t).

   20. Směšovací prvek podle jednoho z nároků 17 až 19, vyznačující se tím. že akumulační brány G,,. G_b a případně akumulační brány G_c, G_d jsou ve formě pn - diod. s výhodou blokovaných nízkokapacitních pn-diod a s výhodou technologie CMOS, přičemž náboje q_:i, q_b a případně náboje q_c, q_d mohou být čteny přímo jako napětí nebo proud.

   21. Směšovací prvek podle jednoho z nároků 17 až 20, vyznačující se tím, že pro účely zvýšení maximální modulační rychlosti je obrazový prvek (1) vytvářen s využitím technologie GaAs. s výhodou typu ..ponořeného kanálu“, například ponořeného n - kanálu a s integrovaným driftovýni polem.

   22. Směšovací prvek podle jednoho z nároků 17 až 21. vyznačující sc tím, že obrazový prvek (1) je ve Formě aktivní senzorové struktury' obrazového prvku s částečným zpracováváním signálu, týkajícího se obrazového prvku (1), a s částečným zpracováváním signálu, týkajícího se případné matrice.

   23. Směšovací prvek podle jednoho z nároků 17 až 22. vyznačující se tím. že stínění je rovněž rozšířeno na okrajové oblasti modulačních foto bran.

   24. Uspořádání směšovacích prvků, mající alespoň dva fotonové směšovací prvky podle jednoto ho z nároků 17 až 23, vyznačující se tím. žc fotonové směšovací prvky jsou uspořádány v jednorozměrném, dvourozměrném nebo trojrozměrném uspořádání.

   25. Uspořádání směšovacích prvků podle nároku 24. vyznačující se tím. že dvě modulační fotobrány G_{aill n}, G_{am n},| a G_bl11l„ G_bmn.|, příslušně sdružené s dvěma přilehle uspořá4? danými různými obrazovými prvky n, n+l, mají společnou akumulační bránu G_s, přičemž modulační fotobrány G_amn. G_am._n.i a Gu.n. G_blll._hi i jsou ovládány stejnými modulačními fotobránovými napětími U_am(t) a U_hni(t).

   26. Uspořádání směšovacích prvků podle nároku 24 nebo 25. vyznačující se tím. že 50 jsou zde uspořádána zařízení pro přímé ozařování alespoň jednoho obrazového prvku (I) jako referenčního obrazového prvku, jejichž prostřednictvím jc část intenzitou modulovaného elektromagnetického záření, vyzařovaného vysílačem, zaměřena na příslušný obrazový prvek nebo na příslušné obrazové prvky.

   -30CZ 300055 B6

   27. Uspořádání směšovacích prvku podle nároku 26. v y z π a č u j í c í se tím. že zařízení pro pi íme (.ι/ύιιινΰίιΐ jsou vy bavena pro zrncny z hlediska prosí ořu a/nebo doby mícn/ity při mého ozařování.
3. 5 28, Uspořádání jednorozměrných nebo vícerozměrných směšovacích prvků podle jednoho z nároku 24 až 27. vyznačující se tím. že obrazové prvky (I) jsou ztělesněny s využitím technologie MOS na silikonovém substrátu (2) a mohou být čten) s použitím rnultiplexní struktury, s výhodou s použitím struktury' CCD.

   io 29. Uspořádání směšovacích prvků podle jednoho z nároků 24 až 28. vyznačující sc tím, že je zde uspořádán mikročočkový optický systém, který’ poskytuje v podstatě pro každý směšovací prvek, použitý pro zaznamenávání obrazu, jeho vlastní mikročočkv, s jejichž pomocí je dopadající záření zaostřováno do střední oblasti směšovacího prvku, jejíž velikost tak může být snížena.

   30. Zařízení pro zjišťování fázových údajů o elektromagnetické vlně, vyznačující se tím, že má alespoň jeden fotonový směšovací prvek podle jednoho z nároků 17 až 23.

   má modulační generátor (10, 13).

   má vysílač (4), jehož ozařované elektromagnetické vlny jsou intenzitou modulované prostřednictvím modulačního generátoru (10, 13), předem stanoveným způsobem, přičemž elektromagnetická vlna, která je odražena objektem (6). je vyzařována na povrch fotonového směšovacího prvku, a přičemž modulační generátor (10, 13) napájí fotonový směšovací prvek modulačními napětími ío U_ni(t), která jsou vpředeni stanovených fázových vzájemných vztazích vzhledem k fázi elektromagnetické vlny, vyzařované vysílačem.

   31. Zařízení podle předcházejících nároků, týkajících se zařízení, vyznačující se tím. ze je zde uspořádán optický systém (7) a uspořádání směšovacího prvku případně podle jednoho

   35 z nároků 24 až. 29, přičemž optický systém (7) vytváří obraz odražené elektromagnetické vlny na povrchu směšovacího prvku nebo uspořádání směšovacích prvku.

   32. Zařízení podle nároku 30 nebo 31, vyznačující se tím, že je zde provedeno uspořádáni směšovacích prvků se sdruženým optickým přijímacím systémem, systémem elektro40 nického vyhodnocování a zpracovávání signálu pro různé signály, součet signálů a sdružených referenčních signálů s digitální pamětí pro hodnotu šedého obrazu a tranzitní dobou nebo distančním obrazem, vysílač pro osvětlování trojrozměrné scény s pomocí modulovaných elektromagnetických vln a s nastavitelným optickým přenosovým systémem, odpovídajícím optickému přijímacímu systému, tvořenému digitální trojrozměrnou fotografickou kamerou ve formě kompaktní

   45 jednotky.

   33. Zařízení podle nároku 30 nebo 31, v y zn a č u j í c í se t í m . že pro vytvoření digitální trojrozměrně nahrávající videokamery je zde provedeno uspořádání směšovacích prvku s přidruženým optickým přijímacím systémem, systémem elektronického vyhodnocování a zpracovávání

   5o signálu pro různé signály, součet signálů a sdružených referenčních signálů s digitální pamětí pro hodnotu šedého obrazu a tranzitní dobou nebo distančním obrazem, vysílač pro osvětlování trojrozměrné scény s pomocí modulovaných elektromagnetických vln a s nastavitelným optickým přenosovým systémem, odpovídajícím optickému přijímacímu systému, přičemž jsou zde dále provedeny paměťové prostředky pro uchovávání digitálních obrazových sekvencí.

   -31 CZ 300055 B6

   34. Zařízení podle nároku 32 nebo 33, vyznačující se tím, žc vysílač jc opatřen zařízen í m í po, v y zaro ván í světe 1 n vc h v! n v ruzných s p e k t rá! η í c h oblastech pro vytv áře η í ba re v n ýc h obrazů nebo barevných obrazových složek.