DE3119184C2

DE3119184C2 - Einrichtung zum Auslesen einer Photodetektorzeile

Info

Publication number: DE3119184C2
Application number: DE19813119184
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Phys. Dr. 8035 Gauting Dietrich; Walter Dipl.-Phys. Dr. 8012 Ottobrunn Kroy
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Dietrich Klaus Prof Dipl-Phys Drrernat 87
Priority date: 1981-05-14
Filing date: 1981-05-14
Publication date: 1986-06-12
Also published as: DE3119184A1

Abstract

Eine Einrichtung zum Auslesen von zeilen- oder matrixartigen Fotodetektoranordnungen (16) ist mit einer Signalverarbeitungseinheit (30, 31) aus einem Transferglied (17, 20), einem Zwischenspeicher (18, 21) und einem Ausgangsglied (19, 22) ausgerüstet. Jedem Fotoelement (1 bis n) der Fotodetektoranordnung (16) sind mindestens zwei Signalverarbeitungseinheiten (30, 31) aus Transfergliedern (17, 20), Zwischenspeichern (18, 21) und steuerbaren Ausgangsgliedern (19, 22) angeschlossen. Die Transferglieder (17, 20) sind von einem Synchronsignal ( Φ ↓1, Φ ↓2) abwechselnd auf Weitergabe schaltbar. Die Ausgangssignale (U ↓o ↓u ↓t, Φ ↓1, U ↓o ↓u ↓t, Φ ↓2) der Signalverarbeitungseinheiten (30, 31) werden vorgegeben miteinander verknüpft.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Auslesen einer Photodetektorzeile gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine derartige Einrichtung ist aus der Zeitschrift nachrichten elektronik 5—1977, Seite 136 bekannt. Die dort vorgestellte Einrichtung besteht aus einer Halbleiter-Sensorzeile mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Sensorelementen sowie zwei zugeordneten Signalverarbeitungseinheiten. Jede dieser Signalverarbeitungseinheiten besteht aus einem ersten Transferglied, einem ersten Ausleseregister, welches in gewissem Sinne auch Speichereigenschaften besitzt, einem zweiten Transferglied sowie einem zweiten Ausleseregister. Das erste Transferglied ist jeweils mit jedem zweiten Sensorelement verbunden und überträgt aus diesen die Photoladungen gleichzeitig in die Registerelemente des ersten Ausleseregisters. In einem zweiten Schritt werden die Inhalte jedes zweiten Registerelementes des ersten Ausleseregisters durch das zweite Transferglied in das zweite Ausleseregister übertragen, während die Inhalte der dazwischenliegenden Registerelemente des ersten Ausleseregisters noch in diesen gespeichert verbleiben. Erst in einem dritten Schritt werden die Inhalte der beiden Ausleseregister zum Ausgang hin transportiert.

Bei dieser bekannten Einrichtung werden also erste Transferglieder verwendet, welche lediglich mit jedem zweiten Sensor- bzw. Photcdetektorelement der Sensorzeile verbunden sind. Folglich kann das jeweilige erste Transferglied auch nur jedes zweite Sensorelement gleichzeitig auf das nachgeschaltete Ausleseregister durchschalten. Das zweite Ausleseregister wiederum ist über das zweite Transferglied, das erste Ausleseregister sowie das erste Transferglied lediglich mit jedem vierten Sensorelement der Sensor- bzw. Photodetektorzeile verbunden. Diese Struktur der bekannten Einrichtung dient dem Zweck, die Anzahl der Bildpunkte pro Zeile und somit die Auflösung zu steigern und trotzdem eine

praktikable Aus'esemethode bereitzustellen.

Bisher konnten bei Bildaufzeichnungen mit derartigen zeilen- oder (durch Parallelanordnung mehrere Zeilen) matrixförmigen Photodetekioranordnungen hochfrequent beleuchtete oder leuchtende Objekte von einem andersartig beleuchteten oder leuchtenden Hintergrund nicht unterschieden bzw. hervorgehoben werden. Eine derartige Problemstellung ergibt sich beispielsweise dann, wenn bei der Verfolgung eines Zielobjektes

ίο dieses mit einem hochfrequent gepulsten Laser beleuchtet wird, um es dann mittels Videotechnik auf einem Bildschirm sichtbar zu machen, wobei die das Zielobjekt umgebende Landschaft soweit wie möglich unterdrückt werden soll. Dies kann mit der bekannten Einrichtung zum Auslesen von Photodetektorzeilen nicht geleistet werden, da mit ihr immer nur das Gesamtbild, bestehend aus Hintergrund und hochfrequent beleuchtetem Zielobjekt, ausgelesen, der Hintergrund also nicht unterdrückt werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die es ermöglicht, intermittierend oder hochfrequent beleuchtete oder leuchtende Objektbereiche deutlicher hervorzuheben bzw. den diese Objektbereiche umgebenden Hintergrund nach Möglichkeit gänzlich zu unterdrücken.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mittels der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Mit der Einrichtung gemäß der Erfindung ist es möglich, für jedes Detektorelement einer Photodetektorzeile ein Lock-in-Verfahren durchzuführen. Während eines Belichtungsintervalls wird die insgesamt erzeugte Photoladung pro Detektorelement, von externen Synchronisationssignalen gesteuert, auf zwei oder mehrere Ladungspakete verteilt. Beim Auslesen der Photodetektorzeile stehen dann pro Detektorelement parallel mindestens zwei Ausgangssignale zur Verfügung, die phasenabhängig die jeweilige Beleuchtungsstärke wiedergeben.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispie! der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Photodetektorzeile mit zwei Signalverarbeitungseinheiten,

Fig.2 ein Beispiel für die Weiterverarbeitung der Ausgangssignale.

F i g. 1 zeigt eine aus η Detektorelementen bestehende Photodetektorzeile 16 sowie eine Einrichtung zum Auslesen der Photodetektorzeile 16 mit zwei Signalverarbeitungseinheiten 30, 31. Jede Signalverarbeitungseinheit 30, 31 besteht aus einem Transferglied 17, 20, einem Zwischenspeicher 18, 21 und einem Ausgangsglied 19, 22. Durch ein Synchronisationssignal werden Zeitintervalle Φ\ und Φι definiert, deren Länge nicht gleich sein muß. Die Ausgangsglieder 19, 22 erhalten Start- und Taktsignale zum Auslesen der Daten. Am Ausgang der Ausgangsglieder 19,22 bzw. der Signalverarbeitungseinheiten 30, 31 stehen die Ausgangssignale Uoai, Φ\ bzw. U_out, Φ₂ an.

Von allen angeschlossenen Transfergliedern 17, 20 ist immer nur eines geöffnet. Durch die Synchronisationssignale ist bestimmt, zu welchem Zeitpunkt welches der Transferglieder 17, 20 geöffnet wird. Die in dem jeweiligen Zeitintervall anfallende Photoladung wird in dem zugeordneten Zwischenspeicher 18 oder 21 integriert, dessen Transferglied gerade geöffnet ist. Im Ausführungsbeispiel fließt während des Zeitintervalls Φ\ die Photoladung aus den Detektorelementen der Photode-

tektorzeile 16 über das Transferglied 20 in den Zwischenspeicher 21. Im Zeitintervall Φ2 erfolgt dies über das Transferglied 17 in den Zwischenspeicher 18.

Die Integrationszeit der Photoladung kar:n eine oder viele Perioden des Synchronisationssignals betragen. Die Transferglieder 17, 20 werden vom Synchronisationssignal abwechselnd, aber für alle Üetektorelemente der Photodetektorzeile 16 gleichzeitig geschaltet. Beim Auslesen stehen pro Detektorelement M Ausgangssignale Uouh Φ(1 </ < M)parallel an, wenn an die Photodetektorzeile M Signalverarbeitungseinheiten angeschlossen sind. Im Falle der F i g. 1 stehen pro Detektorelement die Ausgangssignale LZ₀₁₁₁, Φ\ und LU, Φ2 zur Verfügung. LU, Φ\ gibt den Wert für die erzeugte Photoladung im Zeitintervall Φ\ und U_ouh Φ₂ den entsprechenden Wert für das Zeitintervall Φ2 an. Durch einfache arithmetische Verknüpfung der Ausgangssignr.!e untereinander zu einem neuen Signal LU lassen sich z. B. folgende Ergebnisse erzielen:

1. Addition: U₀₁₁, = υ_ουι,Φ\ + υ_ουι,Φ₂

Das neue Ausgangssignal LU entspricht der Gesamtintensität pro Detektorelement während der gesamten Belichtungsdauer. Eine Unterscheidung im Sinne einer Hervorhebung hochfrequent und phasensynchron zum Schaltrhythmus der Synchronisationssignale beleuchteter Objekte ist nicht möglich.

2. Subtraktion: LU = U_oui, Φ\ — LU, Φι

Das neue Ausgangssignal entspricht der Intensität pro Detektorelement von hochfrequent und im obigen Sinne phasensynchron beleuchteten oder leuchtenden Objekten. Für andere Objekte gilt LU ~ 0, d. h. nicht phasensynchron beleuchtete oder leuchtende Objekte werden unterdrückt, wenn die Zeitintervalle Φ\ und Φ2 gleich lang sind.

3. Division: LU = (U₀₁₁₁, Φ\ ΐυ_ου,,Φί)^±χ

Für nicht phasensynchron beleuchtete Objekte gilt LU » 1, für phasensynchron beleuchtete Objekte gilt

JLUI > 1 oder|LUI « 1.

In Fig. 2 ist ein Beispiel für die Weiterverarbeitung der Ausgangssignale LU. Φ\ und LU, Φ2 dargestellt. Bei der dargestellten wechselseitigen Verknüpfung der Signale kann ein Gesamtbild, ein Bild nur mit phasensynchron beleuchteten Objekten (PSBO) und ein Bild ohne phasensynchron beleuchtete Objekte (PSBO) gewonnen werden.

Zu einer Erweiterung der Einrichtung von einer Photodetektorzeile zu einer matrixförmigen Photodetektoranordnung bedarf es lediglich der Parallelanordnung mehrerer der beschriebenen Linearstrukturen. Das Auslesen der Daten erfolgt nach den für matrixförmige Photodetektoranordnungen bekannten Verfahren. Die Synchronisationssignale zur Definition der Zeitinterval-Ie Φ,(\ < i < Absind für alle Photodetektorzeilen der Matrix gleich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Auslesen einer aus einer Vielzahl von Detektorelementen bestehenden Fotodetektorzeile mit mindestens zwei, der Fotodetektorzeile jeweils fest zugeordneten, jeweils ein Transferglied und einen aus Speicherelementen bestehenden Zwischenspeicher aufweisenden Signalverarbeitungseinheiten, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Detektorelement (1 — n) über die Transferglieder (17,20) auf ein Zwischenspeicherelement (18, 21) aller Signalverarbeitungseinheiten (30, 31) mit einem Synchronisationssignal abwechselnd durchgeschaltet wird, das phasensynchron zur vom darzustellenden Objekt ausgehenden modulierten Strahlung ist, und

daß die Ausgangssignale der jedem Detektorelement (1— n) jeweils zugeordneten Zwischenspeicherelemente (18,21) einer arithmetischen Verknüpfungseinheit (F i g. 2) zugeführt werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung zweier Signalverarbeitungseinheiten (30, 31) die Ausgangssignale der Zwischenspeicherelemente (18, 21) in der Verknüpfungseinheit subtrahiert oder dividiert werden.