DE3106359A1 - Signalaufnehmerschaltung - Google Patents
SignalaufnehmerschaltungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft allgemein eine Signa Laufnehmerschaltung,
und insbesondere eine Signalaufnchmerschaltung
zur Verwendung mit einer Bildaufnahmeeinrichtung, die ein Rauschen bei dem Vorladungs-Betrieb beseitigen kann.
Eine herkömmliche Maßnahme zum Erfassen einor Signalladung,
die durch fotoelektrische Umsetzung in einer Festkörper-Bildaufnahmeeinrichtung
oder einem Bildfühler,der beispielsweise ein ladungsgesteuertes Bauelement (CCJ)) verwendet,
erreicht ist, und zu deren Ableiten als Ausgangssignal wird im Folgenden erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels der herkömmlichen Signalausgabe-bzw. einer Signalaufnehmerschaltung für einen
CCD-Bildfühler. Bei diesem Beispiel handelt es sich bei dem Betriebssystem für den CCD-Bildfühler um ein Rahmentransport
syst em, und die als Information gespeicherten Minoritätsträger sind durch ein Elektron gebildet. Bei dem
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Beispiel gemäß Fig. 1 bildet der Abschnitt links einer Strichlinie
P die CCD-Bildfühlereinrichtung, die auf dem Chip einer integrierten Schaltung (IC) gebildet ist, und der
Abschnitt rechts der Strichlinie B bildet eine Abtastspeicherschaltung, die als Wellenformerschaltung dient.
Fig. 1 zeigt allgemein eine Bildaufnahme_einrichtung 1 und
einen Ausgangsanschluß la, der das Ausgangssignal ableitenden bzv. der aufnehmenden Schaltung. Die Bildaufnahmeeinrichtung
1 weist eine licht- bzw. fotoempfindliche Fläche 2, einen Speicherbereich 3 für die fotoempfindliche Fläche 2,
1^ ein Ausleseregiater k für den Speicherbereich 3 und ein
Ausgabetor-mit Ausgang^diodenabschnitt 5 auf, der in Sperrrichtung
vorgespannt ist.
Die in der fotoempfindlichen Fläche 2 erzeugte Signalleitung
wird zu dem Speicherbereich übertragen, wobei in der
fotoempfindlichen Fläche 2 eine solche fotoelektrische
Umwandlung stattfindet, daß die in dem Speicherbereich 3 zwischengespeicherte Signalladung zu dem Ausleseregister 4
bei jeder Zeile in Horizontalrichtung übertragen wird und in zeitlicher Folge über den Ausgangstor-und Ausgangsdiodenabschnitt
5 abgegeben wird. Der Ausgangsanschluß > , des Ausgangstor- und Ausgangsdiodenabschnitts 5 liegt über
einen Kondensator 6 an Masse bzw. ist geerdet und ist auch mit der Source oinea FET (Feldeffekttransistors) 7 verbunden,
dessen Drain mit einer Gleichspannung E}i versorgt
ist, und dessen Gate mit einem Vorladungsimpuls P (vgl.
ei
Fig. 2A) versorgt ist, der mit dem Übertragungstakt für das Ausleseregister 4 synchronisiert ist. Der Verbindungspunkt zwischen dem Abschnitt 5 und dem Kondensator 6 ist
mit dem Gate eines FET 8 verbunden, dessen Drain mit einer Gleichspannung E versorgt ist, und dessen Source mit dem
Ausgangsanschluß la verbunden ist.
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Daher, bei der obigen Ausgangssignalablnitschaltung,
während eines Zeitintervalls Tp,während dem der Impuls
Pa auf hohem Pegel ist, wie in Fig. 2A dargestellt, schaltet der FET 7 durch und wird daher der Kondensator 6 auf
die Spannung E„ vorgeladen. Wenn ein Zeitintervall Tg,
während dem der Impuls Pa auf niedrigem Pegel ist, beginnt, sperrt der FET 7 t weshalb die Spannung über dem
Kondensator 6 abhängig von der Ausgangesignalladung niedrig
wird. Deshalb wird, wenn die Spannung ] „ als Bezugspegel genommen wird, -die Spannung über den l·ondensator 6
in dem Intervall T„ der Signalpegel.
In diesem Fall tritt, da der Impuls Pa jmit
< em Übertragungstakt für das Ausleseregister 4, wie erwähnt, synchronisiert ist, eine Ladungserfassungs-Ausgangsspannung V0, in der der
Vorladungspegel und der Signalpegel sich bed jedem einstufigen Abschnitt des Ausleseregisters k wiederholen, d.h., bei einem
Einbit-Abschnitt, über dem Kondensator 6 auJ, und wird
eine derartige Spannung V_ dem Ausgangsanscbluß la über
den FET 8 zugeführt, der einen Pufferverstäjker bildet (vgl.
Fig. 2B).
Bei diesem Ausführungsbeispiel springt der .Impuls ,Pa in den
Signalweg über die Streukapazität zwischen aem Gate und
der Source des FET 7» so daß eine Spannungs-omponente Ep
aufgrund des Springens des Impulses Pa der Ausgangsspannung Vn überlagert wird, die an dem Ausgangsanschluß la
auftritt, wie das in Fig. 2B dargestellt ist. Da die Einsprung-Spanrmngskomponente
Ep jedoch annähernd konstant ist, tritt keine Beeinträchtigung auf, selbst wenn ein Signal,
das um die Spannung ED höher als der Pegel E ist, als Bezugspegel
für den Signalpegel genommen wird. Deshalb tritt tatsächlich keine Beeinträchtigung auf, selbst wenn die
Spannung E + E , die um E1-. höher als der normale Vorladungs-
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- 6 pegel ist, als Vorladungspegel genommen wird.
Die so dem Ausgangsanschluß la zugeführte Ausgangsspannung
Vq wird einer Abtastspeicherschaltung 10 oder der Drain
eines PET 11 darin für das Abtasten zugeführt. Dieser FET 11 wird an seinem Gate mit einem Abtastimpuls Pb versorgt,
der hohen Pegel in dem Signalpegelintervall Tg der Ausgangssignalspannung
Vn einnimmt, wie in Fig. 2C dargestellt, so daß der FET 11 durchschaltet innerhalb des
Hochpegel-Intervalls des Impulses Pb, weshalb der Signalpegel der Ausgangsspannung V abgetastet wird. Dann wird
ein Kondensator 12 zum Halten oder Speichern in d>är Schaltung 10 auf den Signalpegel des abgetasteten Signals
geladen oder entladen, weshalb der Signalpegel in dem Kondensator 12 gehalten bzw. gespeichert wird. Eine gehaltene
oder gespeicherte Spannung V„ über dem Kondensator
12 wird übrr einen FET 13, der einen Pufferverstärker
bildet, einem Aasgangsanschluß Ib zugeführt. Weiter sind
in Fig. 1 Ladeviderstände 9 und I^ für die FET 8 bzw.
dargestellt.
Wenn die in der CCD-Bildfühlereinrichtung gespeicherte Ladung nach Umsetzung in eine Spannung in der erwähnten
Weise abgeleitet wird, ist es notwendig, daß dann, wenn der Minorität sbräger das Elektron ist, wie das erwähnt
worden ist, der Kondensator bei jedem Bit vorgeladen wird. Während des Vorladebetriebs werden Rauschsignale,
wie das interne Rauschen des FET 7» das Versorgungsquellenrauschen
für dea FET 7 und dergleichen erzeugt und schwankt der Bezugs-Vorladepegel durch die Rauschsignale. Weiter
wird ein Pegel V der in dem Vorladeintervall erzeugten Rauscheignale dirch den Kondensator 6 in einem Einbit-Intervall
Y - Tp + T„ gehalten bzw. gespeichert oder
wird das Rauschon in Form das abtastgespeicherten Signals ausgegeben. Als Ergebnis schwankt die Ausgangsspannung
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V , wie durch die Strichlinie in Fig. 2B dargestellt, aufgrund
des Rauschens, weshalb der Signalpegel in dem Intervall
Tg ebenfalls schwankt. Folglich wird, wenn der Signalpegelabschnitt der Ausgangsspannung VQ lediglich,
wie bei der herkömmlichen Ausführungsforra gemäß Fig. 1 abgetastet und gespeichert wird, die RauscKKomponente in
eine Signalkomponente S eingemischt und wir<l dann als das Ausgangssignal abgegeben.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Si,t nalaufnehmerschaltung,
insbesondere für eine Bildaufnahmeeinrichtung anzugeben, bei der unter Vermeidung der erwi hnten Nachteile
Rauschen aufgrund des Vorladebetriebef wirksam verringerbar
oder entfernbar ist.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird eine Signalaufnehmerschaltung
angegeben, die aufweist:
a) Eine Bildaufnahmeeinrichtung einschließlich eines Ladungstransportelementes,
die eine Ausgangeladung erzeugt, die einem aufzunehmenden Gegenstand bzw« Objekt entspricht,
b) eine Einrichtung zum Empfang der Ausgangisladung von der
Bildaufnahmeeinrichtung und zum Erzeugen eines Ladungserfassungssignals einschließlich eines Bi zugspegelabschnittes
und eines Signalabschnittes, diis durch das
Laden oder Entladen abhängig von der Ausgangsladung erreicht
ist, wobei der Bezugspegelabschnitt und der Signalabschnitt bei jedem Bit der Ausgangsladung wiederholt
werden, und
c) eine Einrichtung zum Erreichen eines Differenzausgangssignals
zwischen dem Bezugspegelabschnitt und dem Signalpegelabschnitt.
Die Erfindung wird durch die Merkmale der Unteransprüche weitergebildet.
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Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert; Es zeigen
Fig. 1 ein Schaltbild einer herkömmlichen Ladungserfassutigsschaltung,
die als Ausgangssignal-Ableitschaltung bei einer Festkörper-CCD-Bildaufnahmeeinrichtung
verwendet ist,
Fig.2A-2C Signalverläufe zur Erläuterung der Betriebsweise
der herkömmlichen Schaltung gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine systematische Darstellung der wesentlichen
Teile eines Ausführungsbeispiels der Signalaufnehme ^schaltung gemäß der Erfindung,
Fig.4A-4C Signalverläufe zur Erläuterung der Betriebsweise
des .Ausführungsbeispiels der Erfindung gemäß Fig. 3i
Fig. 5 ein systematisches Schaltbild der wesentlichen Teile
eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig.6A-6G SignaLverlaufe zur Erläuterung der Betriebsweise
des in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Eine herkömmliche Schaltung wurde mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 bereits erläutert.
Die Erfindung beruht im wesentlichen darauf, daß der Rauschpegel in einem iCinbit-Intervall t konstant ist und keine
Signalkomponente in dem Vorladungsintervall Tp vorliegt,
und beseitigt das Rauschen durch Erhalten der Pegeldifferenz zwischen den Pegeln des Vorladungsintervalls Tp und des
Signalpegelintervalls Tg.
Ein Beispiel der Signalaufnehmerschaltung gemäß der Erfindung
wird nun mit Bezug auf Fig. 3 näher erläutert, die die wesentlichen TeLIo der Erfindung zeigt, da die im übrigen
bei der Erfindung verwendeten Teile im wesentlichen die gleichen sind wie in Fig. 1 bzw. der Teil links der Strich-
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— 9 linie P in Fig. 1.
Bei dem in Fig. J dargestellten Ausführungsl ei spiel der
Erfinduxig wird die» am Ausgangsanschluß la al geleitete
Ausgangsspannung V (vgl. Fig. 4-A) einer Vojzögerungsschaltung
oder -leitung 15 zugeführt und wii d darin um
f, verzögert (O <V, ^i,)» wodurch sich ein ί ignal VQ.
ergibt (Fig. kB). Dieses verzögerte Signal Y , wird dem invertierenden Eingangsanschluß eines Diffeienzverstärkers
l6 zugeführt, der auch an seinem nichtinveriierenden Eingangsanschluß
mit dem Signal V so versorgt ist, wie es ist. Daher erzeugt der Differenzverstärker 16 ein Differenz-Ausgangssignal
zwischen beiden Signalen VQ und V^.
Das Ausgangssignal von dem Differenzverstärker 16 wird der
Abtastspeicherschaltung 10 ähnlich wie gemäß Fig. 1 zugeführt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Abtastspeicherschaltung
10 mit einem Abtastimpuls SPQ (Fig. kC)
versorgt, dessen Periode tR ist, und der dei Pegel "1"
in dem Vorladungsintervall Tp* des Signals \ . einnimmt,
weshalb der Wert des Ausgangssignals von den· Differenzverstärker
16 in der Periode Tp1 abtastgespeichert wird.
In diesem Fall ist während der Vorladungs-Pt riode tJ des
Signals V ein Eingangssignal V zu dem DiIferenzverstärker
16 die Signalkomponente zuzüglich der Rauschkomponente und
ist das andere Eingangssignal V . dorthin lediglich die Rauschkomponente, so daß das Ausgangssignal von dem Differenzverstärker
16 in dieser Periode Tp' ein solches Ausgangssignal
wird, bei dem die Rauschkomponente von dem ursprünglichen Ausgangssignal V0 subtrahiert bzw. entfernt ist.
Folglich wird der Signalpegel, von dem das bauschen entfernt worden ist, in der AbtastspeicherschaJtung 10 abtastgespeichert
und dann als Ausgangssignal dem Ausgangs-
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anschluß Ib zugeführt. In den Fig. 4A und ^B zeigen die
Strichlinien jeweils Rauschen enthaltende Erfassungssignale ..
Bei dem in Fig. 3 daxgestellten Ausführungsbeispiel der
j Erfindung ist es zum wirksamen Durchführen des Subtrahierbetriebes
der Pauschkomponente von der Signalkomponente mit der Rauschkomponente in dem Differenzverstärker 16
erwünscht, daß der obige Betrieb an dem letzten Abschnitt der Signalpegelperiode T„ durchgeführt wird, bei dem der
Signalpegel richtig wird. Deshalb ist als Verzögerungs-1^
zeit X j für die Verzögerungsleitung 15 ein Wert 1C , äs T
- (Länge von Tp) optimal.
Selbstverständlich kann, wenn die Impulsbreite der Abtastimpulse
SP0 innerhalb der Periode Tp J ist, die Impulsbreite
der ImpuLse SjP0 kürzer als Tp* sein.
Ein anderes AutCührungsbeispiel der Erfindung ist in Fig.
dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird anstelle
der Verzögerungsleitung 15 gemäß Fig. 3 eine Abtastspeicherschaltung
zum \erzögern des Signals V_ verwendet.
ν , Insbesondere wird das Ausgangssignal VQ (vgl. Fig. 6A), das
am Ausgangsanschluß la auftritt, einer Abtastspeicherschal-
v tung I7 zugeführt, die auch mit einem Abtastimpuls SP^
(Fig. 6b) versorgt ist, das die Periode t„ besitzt, wobei
die Anstiegs- oder Vorderflanke gegenüber derjenigen des Vorladungs-Intervalls Tp des Ausgangssignals V um ■ f =
1„ - Tp verzögert ist,und wobei die Impulsbreite gleich der
Periode Tp ist. Daher wird der Signalpegelabschnitt des
Ausgangssignalf V0 in der Ab tastspeicherschaltung I7 als
gespeichertes cder gehaltenes Ausgangssignal HL· abtastgespeichert,
wie das in Fig. 6D dargestellt ist. Dieses ge-
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speicherte Ausgangssignal Ης wird von dort cem invertierenden
Eingangsanschluß eines Differenzverf tärkers 20
zugeführt.
Das Ausgangssignal Vn wird auch einer Abtasi speicherschaltung
l8 zugeführt, die auch mit einem Al tastimpuls SP2
(Fig. 6C) versorgt ist, das zu "1" während ces Vorladungsintervalls Tp des Signals V_ wird. Daher wild der Pegel
des Signals V in dem Invervall Tp in der Altastspeicherschaltung
18 abtastgespeichert. Ein gespeicl ertes Aüsgangssignal tL... (Fig. 6E) wird von dort einer weiteren Abtastspeicherschaltung
19 zugeführt, die auch mü dem Abtastimpuls
SP versorgt ist. Daher wird das gespeicherte Ausgangssignal H in der Abtastspeicherschaltung I9
abtastgespeichert. Ein gespeichertes Ausgan;.' ssignal H„ ~
(vgl. Fig. 6F) wird von dort dem nichtinveri ierenden Eingangsanschluß
des Differenzverstärkers 20 zugeführt.
Pulsierende Spannungen E ' in den jeweiligen gespeicherten
Ausgangssignalen Hg, H^. und KL·«, die in den Fig. ÖD,
6E bzw. OF dargestellt sind, sind "eingesprungene" oder
eingeführte Impulskomponenten, die dadurch erzeugt werden, daß die Abtastimpulse SP1 und SP3 jeweils in das Ausgangssignal
über die Kapazität zwischen Gate und Source des FET 11 (Fig. 1) in der Abtastspeicherschaltung 10
einspringen bzw. eingeführt werden.
In diesem Fall enthält, da das gespeicherte Ausgangssignal Hg von der Abtastspeicherschaltung 17 der abgetastete
Wert des Ausgangssignals Vn in dessen äigna:intervall τ
U ö
ist, das Ausgangssignal Hg die Signalkömpon<?nte und die
Rauschkomponente. Dagegen enthält, da das gespeicherte Ausgangssignal HN1 von der Abtastspeicherschaltung l8 der
abgetastete Wert des Ausgangssignals V_ in dessen Vorladungs-
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Intervall Tp ist, das Ausgangssignal EL·., keine Signalkoraponente
und lediglich die Rauschkomponente. Folglich
kann die Rauschkomponente durch Subtrahieren des Ausgangssignals
EL·, von dem Ausgangssignal H5 entfernt werden.
Da jedoch beide Ausgangssignale EL· und EL·., abtastgespeicherte
Ausgangssignale des Ausgangssignals V^ bei verschiedenen
Zeiten sind, besteht eine Phasendifferenz zwischen den eingeführten
Impulsen in den jeweiligen Ausgangssignalen,
wie sich das aus den Fig. 6D und 6E ergibt. Folglich treten, wenn die Differenz zwischen den Ausgangssignalen
Hg und EL·, beibehalten wird, die eingeführten Impulse
so wie sie sind auf.
Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel wird
jedoch das Ausgangssignal HN1 weiter mittels der Abtastimpulse
SP. abtastgespeichert, so daß die in dem gespeicherten Ausgangssignal HL· von der Abtastspeicherschaltung
auftretenden eingeführten Impulse gleichphasig zu denjenigen
sind, die in dem gespeicherten Ausgangssignal H auftreten. Das heißt, die Abtastspeieherschaltungen l8
und 19 führen den gleichen Betrieb aus, wie die Verzögerungsleitung 15 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3· Daher
erzeugt der Differenzverstärker 20 ein Ausgangssignal S
und gibt dies an den Ausgangsanschluß Ib ab, das keine
Rauschkomponenten enthält, wobei die bei dem Abtastspeicherbetrieb eingeführten Impulse ausreichend unterdrückt
sind, wie das in Fig. 6G dargestellt ist.
Wie erläutert, kann gemäß der Erfindung das bei der Vorladung erzeugte Rauschen in der Ausgangsstufe der Ladungserfaesungsschaltung
verringert oder entfernt werden.
Hei den erläuterten Ausführungebeispielen der Erfindung
wird, da der Minoritätsträger, der in dem CCD als Infor-
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mation gespeichert ist, das Elektron ist, b<lm Erfassen
der Ladung der Kondensator auf den Bezugspei;el zuvoraufgeladen und dann abhängig von der Ladung entladen.
Jedoch -wird, wenn der Minoritätsträger ein 'Loch" ist,
die gespeicherte Ladung im Kondensator 6 zuvor auf den Bezugspegel entladen und wird der Kondensator 6 abhängig
von der Ladung aufgeladen. Im letzteren Fall! kann das bei dem Entladen erzeugte Rauschen selbstverständlich
in einer Weise entfernt oder verringert werben, wie bei dem Fall, bei dem der Minoritätsträger das llektron ist.
Selbstverständlich ist die Erfindung nichtmr auf das erwähnte
CCD-Ladungstransportelement anwendbaj , sondern auch auf andere Ladungstransportelemente, wie eine Eimerketteneinrichtung
(BBD) oder dergleichen, m:i t gleicher Wirkung.
Weiter ist die Erfindung auch auf eine sogenannte Zwischenzeilen-CCDJ-Bildaufnahmeeinrichtung
anwendbar, die sich von der in Fig. 1 dargestellten Rahmentransport-CCD-Bildaufnahmeeinrichtung
1. unterscheidet.
Selbstverständlich sind noch andere Ausführt ngsformen der Erfindung möglich.
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.-ZV-Lee r s e i t e
Claims (1)
- Ansprüche:/1. Signalaufnehmarschaltung, mita) einer Bildaufnahmeeinrichtung einschließlich eines Ladungstransportelements, die eine Ausgangsladung entsprechend einem aufzunehmenden Olijekt erzeugt,gekennzeichnet durchb) eine Einrichtung zum Empfang der Ausgangsladung von der Bildaufnahmeeinrichtung und zum Krzeugen eines Ladungserfassungssignals einschließlich eines Bezugspegelabschnittes und eines Signalabschnittes, das durch Laden oder Entladen abhängig von der Ausgangsladung erzeugt ist, wobei der Bezugspegelabschnitt und der Signalabschnitt bei jedem Bit der Ausgangsladung wiederholt werden, undc) eine Einrichtung (10,15»16,17-20) zum Erreichen eines Differenzausgangssignals zwischen dem Bezugspegelabschnitt und dem Signalabschnitt.130066/061 12. Signalaufnehmerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß letztere Einrichtung eine Differenz zwischen einem Signal erreicht, das durch Verzögern des Ladungserfassungssignals und des ursprünglichen Ladungserfassungssignals erzeugt ist, und einen Bezugspegelabschnitt des verzögerten Signals abtastspeichert.3. Signalaufnehmerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,daß die letztere Einrichtung eine Verzögerungsschaltung (15) zum Verzögern des Ladungserfassungssignals und einen Differenzverstärker (l6) zum Bilden einer Differenz zwischen dem Ladungserfassungssignal und dem verzögerten Ladungserfassungssi,^nal enthält.k. Signalaufnehmerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die letztere Einrichtung eine Differenz zwischen einem abtastgespeicherten Ausgangssignal des Signalabschnitts des LadungserfasBungssignals und einem abtastgespeicherten Abschnitt des Bezugspegelabschnittes des Ladungserfassungssignals bildet.5. Signalaufnehmerschaltung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet,daß die letztere Einrichtung einen Abtastspeicher (17) zum Abtastspeichern des Signalpegelabschnittes des Ladungserf as sungssi u;nal β und zwei Abtast.spei eher (18,19) zum AbtastapoicJns rn eines Vorladungspog« Labsclmi tts des Ladungeerfasnuiigssignals und zu dessen Verzögerung enthält.130066/061 1
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