Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem elektronischen Bildwandler nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1. Es ist bereits ein Fotodetektor der Firma Hamamatsu aus "Technical Notes", TN-102, 1982, Seiten 1 bis 10, bekannt, welcher vier Elektroden aufweist, die in Form eines Vierecks einander paarweise gegenüberliegend auf einem Halbleiter angeordnet sind und die Position eines Lichtpunkts auf der Halbleiteroberfläche detektieren. Die Grundlage für die Detektion des Lichtpunkts bildet der laterale Fotoeffekt ("Photoeffects in Nonuniformly Irradiated p-n-Junctions", Gerald Lucovsky, Journal of Applied Physics, Vol. 31, Nr. 6, 1960, Seiten 1088 bis 1095). Das Potential an den Elektroden entspricht einem Linienintegral bzw. Cauchy-Integral über die elektrische Potentialverteilung entlang einer geschlossenen Kurve auf der Halbleiteroberfläche, bei einer analytisch komplexen Darstellung.
(Bronstein, Semendjajew, "Taschenbuch der Mathematik", Verlag Harri Deutsch, 23. Auflage 1987, S. 518-522). Für die Detektion mehrerer Lichtpunkte ist es möglich, mehrere solcher Fotodetektoren z.B. in Matrixanordnung zu vereinen und so auf jedem Detektor einen Lichtpunkt zu detektieren. Die Anzahl der Fotodetektoren begrenzt dabei die Auflösung.
Weiter bekannt ist die Verwendung von Festkörperbildsensoren, z.B. aus "IS 256 Optic RAM 262, 144 Element Solid-State Image Sensor" (Micron Technology 1986) für die Detektion mehrerer Bildpunkte. Aufgrund der hierbei nötigen zeitlichen Abtastung kann auf einen Bildpunkt nur periodisch zugegriffen werden. Die Einhaltung des Abtasttheorems zur Vermeidung von Aliasing-Effekten führt dabei zu hohem technischem Aufwand und begrenzt die Leistungsfähigkeit des Systems.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemässe elektronische Bildwindler mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass für die Detektion mehrerer Bildpunkte nur ein Bildwandler mit der erfindungsgemässen Anordnung der Einzelelektroden nötig ist. Des weiteren entstehen bei der Detektion mehrerer Bildpunkte keine räumliche Lücken, wie sie zwangsläufig bei der Anordnung mehrerer Bildwandler auftreten würden, so dass sich die Auflösung eines Bildes vorteilhaft verbessert. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, dass mit relativ geringem Aufwand eine hohe Anzahl von Bildpunkten detektiert werden kann, wobei die Messung zeitkontinuierlich erfolgt. Dadurch entsteht der weitere Vorteil, dass kein zeitliches Abtasttheorem zu erfüllen ist und auch keine zeitlichen Aliasing-Effekte auftreten können.
Der Bildwandler führt ausserdem den Vorteil mit sich, dass dasselbe Wandlerprinzip sowohl zur Umwandlung von optischen als auch akustischen Bildern in elektrische Signale und in umgekehrter Richtung einsetzbar ist.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen elektronischen Bildwandlers möglich.
Die Ausbildung des Trägerelements als Halbleiter führt den Vorteil der einfachen Herstellbarkeit und bessere Eignung für die Massenproduktion mit sich.
Die Ausgestaltung des Bildwandlers als pin-Schichthalbeiter führt in vorteilhafter Weise zu einer hohen Genauigkeit des Wandlers, da eine hohe Ausbeute an optisch generierten Ladungsträgerpaaren erreicht wird.
Besonders vorteilhaft ist es, die Referenzelektrode optisch transparent auszuführen, wodurch der elektronische Bildwandler von zwei Seiten her mit Licht bestrahlbar ist. Bestrahlt man den Wandler mit Licht von der Seite mit der transparenten Referenzelektrode, so können Störungen durch die am Rand der Halbleiteroberfläche verteilten Einzelelektroden, wie sie auf der gegenüberliegenden Seite vorliegen, verringert werden.
Die Ausbildung des elektronischen Bildwandlers mit einer hochohmigen und einer piezoelektrischen Schicht dient in vorteilhafter Weise zur Verwendung des elektronischen Bildwandlers zur Aufnahme oder Abgabe von akustischen, räumlich verteilten Signalen, d.h. akustischen Bildern.
Die Verwendung von Polyvinyliden-Fluorid als piezoelektrische Schicht bietet die Vorteile der Empfindlichkeit sowohl im optischen als auch im akustischen Bereich vereint mit der Eröffnung des Infrarot-Spektrums zur Bilderfassung, der leichten Beschichtbarkeit mit Elektroden- Strukturen und der Möglichkeit der Realisierung grosser, flexibler Schichten. Die Ausführung der Referenzelektrode als infrarotlichttransparente Elektrode eröffnet einem mit Polyvinyliden-Fluorid beschichteten elektronischen Bildwandler die Möglichkeit, ebenfalls zur Vermeidung von Randeffekten, von der Oberseite her bestrahlbar zu sein.
Weiter erweist es sich als vorteilhaft, den elektronischen Bildwandler mit einer elektrolumineszenten Schicht zu versehen, wodurch der Bildwandler als Geber für optische Bildsignale geeignet ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung des Bildwandlers ist eine Kombination einer hochohmigen Schicht mit einer Flüssigkristallschicht, die in Verbindung mit einer Lichtquelle ebenfalls als optischer Geber fungieren kann.
Ein homogener Raumwiderstand vereinfacht in vorteilhafter Weise die weitere Verarbeitung der an den Einzelelektroden anliegenden Potentiale in reeller Darstellung, da eine einheitliche Gewichtung für bezüglich der Anordnung der Einzelelektroden symmetrische Einzelelektroden in der Potentialmatrix wählbar ist.
Durch die Berechnung der Matrix der gemessenen Potentiale in reeller Darstellung mittels Hilbert und inverser Fourier-Transformation erfolgt eine Zuordnung der an den Einzelelektroden anliegenden Potentiale zu den Intensitäten und Orten der auftreffenden Lichtstrahlen.
Eine Berechnung eines eindimensionalen Signals mittels Fourier-Transformation und Realteilbildung führt zu einer Darstellung der korrespondierenden zweidimensionalen Potentialmatrix und dem ebenfalls korrespondierenden Bild auf dem Bildwandler.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen erfindungsgemässen elektronischen Bildwandler als optischen Bildaufnehmer in einer unteren Draufsicht,
Fig. 2 einen erfindungsgemässen elektronischen Bildwandler als optischen Bildaufnehmer im Querschnitt,
Fig. 3 einen erfindungsgemässen elektronischen Bildwandler als akustischen und optischen Bildaufnehmer bzw. -geber im Querschnitt,
Fig. 4 einen erfindungsgemässen elektronischen Bildwandler als optischen Bildgeber mit einer Flüssigkristallschicht im Querschnitt,
Fig. 5 ein Blockschaltbild mit einem Bildaufnehmer, Verstärkern und einem Bildgeber,
Fig. 6 ein Flussdiagramm zur Berechnung eines eindimensionalen Ausgangssignals aus der Potentialmatrix,
Fig. 7 ein Flussdiagramm zur Berechnung der Potentialmatrix aus dem eindimensionalen Ausgangssignal.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Fig. 1 zeigt die Unterseite eines elektronischen Bildwandlers mit einem quadratischen mehrschichtigen Halbleiter 1, der eine Wandlerfläche 18 aufweist, an dessen gesamter quadratischer Randlinie 19 entlang gleichmässig verteilt einander paarweise gegenüberliegend mehrere rechteckige Einzelelektroden 2 nebeneinander angeordnet sind. Auf der Oberfläche des quadratischen mehrschichtigen Halbleiters 1 innerhalb der Wandlerfläche 18 ist ein Auftreffpunkt eines Lichtstrahls 6 markiert. Wie Fig. 2 zeigt, ist der quadratische mehrschichtige Halbleiter 1 aus einer p-leitenden Schicht 3, einer n-leitenden Schicht 5 und einer zwischen den beiden Schichten 3, 5 liegenden intrinsischen Schicht 4 aufgebaut.
Auf der der intrinsischen Schicht 4 gegenüberliegenden Seite der p-leitenden Schicht 3 befindet sich eine Referenzelektrode 12, die die gesamte Fläche der der intrinsischen Schicht 4 gegenüberliegenden Seite der p-leitenden Schicht 3 bedeckt.
Wird zwischen den Einzelelektroden 2 und der Referenzelektrode 12 eine Spannung angelegt, so bilden sich bei einem von oben oder unten auf den elektronischen Bildwandler einfallenden Lichtstrahl 6 durch den lateralen Fotoeffekt Ladungsträgerpaare, die durch das zwischen den Einzelelektroden 2 und der Referenzelektrode 12 bestehende elektrische Feld getrennt und abgesaugt werden, ehe Rekombination eintritt. Die Menge der Ladungsträger ist proportional der Lichtintensität. Durch Messung der an den Einzelelektroden 2 ankommenden Ladungsträger erhält man die Potentiale an den Einzelelektroden 2 als Messergebnisse, die von der Lichtintensität und dem Ort des Lichtstrahls 6 abhängen. Die Randlinie 19 der Wandlerfläche 18 begrenzt dabei in etwa die Fläche, innerhalb derer die Auftreffpunkte von Lichtstrahlen 6 liegen sollen, um ein exaktes Ergebnis der Wandlung zu erhalten.
Durch Rechnung kann aus den gemessenen Potentialen sowohl der Ort als auch die Intensität des Lichtstrahls 6 ermittelt werden. Als Grundlage dafür dienen die Hilbert-Transformation (siehe z.B. H.Marko "Methoden der Systemtheorie", Nachrichtentechnik 1, Springer Verlag 1986 S. 114 ff), die Fourier-Transformation (siehe z.B. H.Marko "Methoden der Systemtheorie", Nachrichtentechnik 1, Springer Verlag 1986 S. 15 ff), bzw. das Cauchy-Integral (siehe z.B. Schaum's Outline Series, "Theory and problems of Complex Variables", Murray R. Spiegel, Mc Graw Hill Book Company, S. 92-97, 118-120).
Bei einer Anordnung von beispielsweise je vier Einzelelektroden 2 an jeder Seite der quadratischen Randlinie 19 auf der Oberfläche des quadratischen mehrschichtigen Halbleiters 1 entsteht eine Matrixanordnung aus 16 in einem Quadrat angeordneten Feldern. Da durch die Anordnung der Einzelelektroden 2 die Wandlerfläche 18 virtuell in eine Matrixstrukur aufgeteilt wird und somit bereits der Ort jedes Matrixelements bekannt ist, muss lediglich die Intensität des Lichtstrahls 6 im jeweiligen Matrixelement ermittelt werden. An jeder Einzelelektrode 2 wird eine lineare Kombination der Potentiale aller Matrixelemente gemessen.
Aus den gemessenen Potentialen erfolgt eine Berechnung in ein eindimensionales Ausgangssignal A. Die Berechnung wird anhand der Fig. 6 noch erläutert.
Während mit einer Anordnung aus Sensoren vom Typ Hamamatsu für 16 Bildpunkte 16 Sensoren mit je fünf Elektroden, was einer Gesamtanzahl von 80 Elektroden entspricht, nötig wäre, ist bei einer Anordnung vom erfindungsgemässen Typ bei geringer Auflösungseinbusse nur eine Anzahl von 17 Einzelelektroden nötig. Bei einer Anordnung von vielen Matrixelementen entsteht aufgrund der Bandbegrenztheit reeller Bilder der Effekt einer Bandbreitenreduzierung, wodurch weniger Einzelelektroden angeordnet sein müssen, als Matrixelemente vorhanden sind. Dieser Effekt verläuft nichtlinear.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen elektronischen Bildwandlers. Eine piezoelektrische Schicht 8 weist an ihrer Oberseite eine Referenzelektrode 12 auf. Auf der Unterseite ist die piezoelektrische Schicht 8 mit der Oberseite einer hochohmigen Schicht 7 verbunden. Auf der Unterseite der hochohmigen Schicht 7 befinden sich wieder an der Randlinie 19 der Wandlerfläche 18 verteilt analog Fig. 1 die Einzelelektroden 2. Mit dieser Ausgestaltung des elektronischen Bildwandlers ist eine Raumverteilung von Schall messbar. Für eine gegebene Raumverteilung des Schalls 13 auf der Oberfläche der Referenzelektrode 12 entsteht eine äquivalente elektrische Potentialverteilung auf der Grenzfläche zwischen piezoelektrischer Schicht 8 und hochohmiger Schicht 7.
Da die hochohmige Schicht 7 einen einheitlichen Raumwiderstand aufweist, können die auf der Grenzfläche existierenden elektrischen Potentiale mit den Einzelelektroden 2 erfasst werden. Diese Art des elektronischen Bildwandlers kann auch als akustischer Bildgeber eingesetzt werden. Ein Anlegen von elektrischen Potentialen an die Einzelelektroden 2 führt zum Ausbilden eines äquivalenten Schalldruckpotentials auf der piezoelektrischen Schicht 8.
Die Verwendung von Polyvinyliden-Fluorid als Material für die piezoelektrische Schicht 8 ist besonders zweckmässig. Dieses Material weist fast die gleiche akustische Impedanz wie Wasser auf und ist somit besonders für Unterwasser-Schallwandler geeignet. Ausserdem erweist sich Polyvinyliden-Fluorid als infrarotempfindlich. Damit kann der erfindungsgemässe elektronische Bildwandler mit einer Polyvinyliden-Fuorid-Schicht gleichzeitig als akustischer und optischer Bildgeber und -aufnehmer eingesetzt werden.
Weiterhin ist es vorgesehen, die piezoelektrische Schicht 8 durch eine elektrolumineszente Schicht 8 zu ersetzen. In diesem Fall muss die Referenzelektrode 12 optisch transparent sein. Ein so ausgestalteter elektronischer Bildwandler fungiert als optischer Bildgeber. Ein Anlegen eines elektrischen Potentials an die Einzelelektroden 2 führt zur Abgabe eines optischen Signals von der elektrolumineszenten Schicht. Ein solcher Bildwandler kann daher ein elektronisch kodiertes Bild wiedergeben, dessen Kodierung z.B. mittels eines weiteren nach dem gleichen Prinzip aufgebauten Bildwandlers erzeugt wurde. Dabei bedingt die Art der Kodierung eine Ermittlung der elektrischen Potentiale entlang einer geschlossenen Linie, die die Randlinie des Bildwandlers darstellt.
Fig. 4 zeigt eine Ausgestaltung des elektronischen Bildwandlers mit einer Flüssigkristallschicht. Eine Flüssigkristallschicht 11 wird von Seitenverschlüssen 10 und einer auf der Unterseite einer Frontscheibe 9 angebrachten Referenzelektrode 12 nach oben hin verschlossen. Die Unterseite der Flüssigkristallschicht 11 liegt auf einer hochohmigen Schicht 7 auf, an deren Unterseite an der Randlinie 19 der Wandlerfläche 18 entlang die Einzelelektroden 2 angebracht sind. Unter der Anordnung befindet sich eine Lichtquelle 14.
Der so aufgebaute Bildwandler fungiert ebenfalls als optischer Bildgeber. Auch hier wird eine an den Einzelelektroden 2 anliegende elektrische Potentialverteilung auf eine Verteilung der Transparenz der Flüssigkristallschicht 11 abgebildet. Die Transparenzverteilung auf der Wandleroberfläche erscheint durch die Beleuchtung der Lichtquelle 14 als optisches Bild.
Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild mit zwei erfindungsgemässen elektronischen Bildwandlern mit dazwischengeschalteten Verstärkern. Ein erster elektronischer Bildwandler 15 mit rundem Querschnitt und auf seiner Oberfläche entlang der Randlinie 19 verteilten Einzelelektroden 2 weist an jeder seiner Einzelelektroden 2 eine elektrische Verbindung zu je einem Verstärker 16 auf. Der Ausgang jedes Verstärkers 16 ist auf die Einzelelektroden 2 eines zweiten elektronischen Bildwandlers 17 geführt.
Das mit dem ersten elektronischen Bildwandler 15 aufgenommene Bild wird umgewandelt in elektrische Potentiale an den Einzelelektroden 2 abgegriffen und über den jeweiligen Verstärker 16 auf den zweiten elektronischen Bildwandler 17 geführt, wo die elektrischen Potentiale an dessen Einzelelektroden 2 wieder in ein optisches Bild umgewandelt werden.
In Fig. 6 ist ein Flussdiagramm zur Berechnung eines eindimensionalen Ausgangssignals A aus der Potentialmatrix E dargestellt. In Analogie zum Linienintegral (Cauchy-Integral) für eine analytische komplexe Potentialverteilung erfolgt dabei eine Umformung der Potentialmatrix E in reeller Darstellung in ein äquivalentes Ausgangssignal A. Dabei wird die Matrix E der Elektrodenpotentiale mittels der Hilbert-Transformation H(E) in eine komplexe Matrix K = E + j*H(E) erweitert und dann mittels der inversen Fourier-Transformation F<-><1> in das eindimensionale Ausgangssignal A = F<-><1>(K) umgeformt.
In Fig. 7 ist die Berechnung der Matrix der Elektrodenpotentiale aus dem Ausgangssignal A als Flussdiagramm dargestellt.
Nach der Anordnung des Ausgangssignals A in eine Matrixform A erfolgt eine Fouriertransformation F(A). Mittels Realteilbildung Re(F) erhält man die Potentialmatrix E, deren Elemente die an die Einzelelektrode 2 anzulegenden Potentiale zur Wiedergabe des korrespondierenden Bildes auf der Wandlerfläche 18 darstellen.
Die elektrische Potentialverteilung kann ebenso als analytische komplexe Funktion dargestellt werden, die dann mittels des Cauchy-Linien-Integrals in ein eindimensionales Signal umgewandelt wird.
Eine besondere Anwendung kann der Bildwandler bei Elektrokardio- und Elektroenzephalogrammen finden, wobei vorteilhafterweise eine hohe Anzahl von Einzelelektroden 2 zur Ermittlung einer Potentialverteilung am Herzen oder am Gehirn dient.
Die Einzelelektroden 2 können auch andere als eine rechteckige Form, wie z.B. rund oder oval aufweisen, was unter anderem von der Geometrie der Wandlerfläche abhängen kann.
Eine Ausführung des in Fig. 1 gezeigten Bildwandlers mit an nur zwei Seiten des quadratischen mehrschichtigen Halbleiters 1 verteilten Einzelelektroden 2 ist bereits zur Detektion mehrerer Bildpunkte geeignet. Im Sinne einer geringen Redundanz und hoher Signalgüten ist jedoch eine gleichmässige Verteilung entlang der gesamten Randlinie 19 vorzuziehen.
State of the art
The invention is based on an electronic image converter according to the preamble of independent claim 1. A photodetector from Hamamatsu from "Technical Notes", TN-102, 1982, pages 1 to 10, is already known, which has four electrodes, which in The shape of a square are arranged in pairs opposite to each other on a semiconductor and detect the position of a light spot on the semiconductor surface. The basis for the detection of the light spot is the lateral photo effect ("Photoeffects in Nonuniformly Irradiated p-n-Junctions", Gerald Lucovsky, Journal of Applied Physics, Vol. 31, No. 6, 1960, pages 1088 to 1095). The potential at the electrodes corresponds to a line integral or Cauchy integral over the electrical potential distribution along a closed curve on the semiconductor surface, in an analytically complex representation.
(Bronstein, Semendjajew, "Taschenbuch der Mathematik", Verlag Harri Deutsch, 23rd edition 1987, pp. 518-522). For the detection of several light spots, it is possible to use several such photo detectors e.g. to combine in a matrix arrangement and thus to detect a light spot on each detector. The number of photo detectors limits the resolution.
The use of solid-state image sensors, e.g. from "IS 256 Optic RAM 262, 144 Element Solid-State Image Sensor" (Micron Technology 1986) for the detection of several pixels. Due to the time sampling required here, a pixel can only be accessed periodically. Compliance with the sampling theorem to avoid aliasing effects leads to high technical expenditure and limits the performance of the system.
Advantages of the invention
In contrast, the electronic image diaper according to the invention with the characterizing features of independent claim 1 has the advantage that only one image converter with the arrangement of the individual electrodes according to the invention is necessary for the detection of several image points. Furthermore, when several image points are detected, there are no spatial gaps that would inevitably occur if several image converters were arranged, so that the resolution of an image is advantageously improved. Another advantage is that a high number of pixels can be detected with relatively little effort, the measurement taking place continuously in time. This has the further advantage that no temporal sampling theorem can be fulfilled and that temporal aliasing effects cannot occur.
The image converter also has the advantage that the same converter principle can be used both for converting optical and acoustic images into electrical signals and in the opposite direction.
The measures listed in the dependent claims allow advantageous developments and improvements of the electronic image converter specified in the independent claim.
The formation of the carrier element as a semiconductor has the advantage of being easy to manufacture and more suitable for mass production.
The configuration of the image converter as a pin layer semiconductor advantageously leads to a high accuracy of the converter, since a high yield of optically generated charge carrier pairs is achieved.
It is particularly advantageous to make the reference electrode optically transparent, as a result of which the electronic image converter can be irradiated with light from two sides. If the transducer is irradiated with light from the side with the transparent reference electrode, interference from the individual electrodes distributed at the edge of the semiconductor surface, as are present on the opposite side, can be reduced.
The formation of the electronic image converter with a high-resistance and a piezoelectric layer advantageously serves to use the electronic image converter to record or emit acoustic, spatially distributed signals, i.e. acoustic images.
The use of polyvinylidene fluoride as the piezoelectric layer offers the advantages of sensitivity in both the optical and acoustic areas combined with the opening of the infrared spectrum for image acquisition, the ease of coating with electrode structures and the possibility of realizing large, flexible layers. The design of the reference electrode as an infrared-transparent electrode opens up the possibility for an electronic image converter coated with polyvinylidene fluoride to also be able to be irradiated from the top in order to avoid edge effects.
It also proves to be advantageous to provide the electronic image converter with an electroluminescent layer, as a result of which the image converter is suitable as a transmitter for optical image signals.
Another advantageous embodiment of the image converter is a combination of a high-resistance layer with a liquid crystal layer, which can also function as an optical transmitter in conjunction with a light source.
A homogeneous spatial resistance advantageously simplifies the further processing of the potentials present at the individual electrodes in a real representation, since a uniform weighting for individual electrodes symmetrical with respect to the arrangement of the individual electrodes can be selected in the potential matrix.
By calculating the matrix of the measured potentials in real representation by means of Hilbert and inverse Fourier transformation, the potentials at the individual electrodes are assigned to the intensities and locations of the incident light beams.
A calculation of a one-dimensional signal by means of Fourier transformation and real part formation leads to a representation of the corresponding two-dimensional potential matrix and the likewise corresponding image on the image converter.
drawing
Embodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description.
Show it:
1 shows an electronic image converter according to the invention as an optical image sensor in a bottom plan view,
2 shows an electronic image converter according to the invention as an optical image sensor in cross section,
3 shows an electronic image converter according to the invention as an acoustic and optical image sensor or transmitter in cross section,
4 shows an electronic image converter according to the invention as an optical image generator with a liquid crystal layer in cross section,
5 is a block diagram with an image sensor, amplifiers and an image generator,
6 shows a flowchart for calculating a one-dimensional output signal from the potential matrix,
7 shows a flowchart for calculating the potential matrix from the one-dimensional output signal.
Description of the embodiments
1 shows the underside of an electronic image converter with a square multilayer semiconductor 1, which has a converter surface 18, along the entire square edge line 19 of which several rectangular individual electrodes 2 are arranged next to one another in an evenly distributed manner opposite one another in pairs. A point of incidence of a light beam 6 is marked on the surface of the square multilayer semiconductor 1 within the transducer surface 18. 2 shows, the square multilayer semiconductor 1 is made up of a p-type layer 3, an n-type layer 5 and an intrinsic layer 4 lying between the two layers 3, 5.
On the side of the p-type layer 3 opposite the intrinsic layer 4 there is a reference electrode 12 which covers the entire surface of the side of the p-type layer 3 opposite the intrinsic layer 4.
If a voltage is applied between the individual electrodes 2 and the reference electrode 12, then in the case of a light beam 6 incident on the electronic image converter from above or below, pairs of charge carriers are formed by the lateral photo effect, which are separated by the electrical field existing between the individual electrodes 2 and the reference electrode 12 and suctioned off before recombination occurs. The amount of charge carriers is proportional to the light intensity. By measuring the charge carriers arriving at the individual electrodes 2, the potentials at the individual electrodes 2 are obtained as measurement results which depend on the light intensity and the location of the light beam 6. The edge line 19 of the transducer surface 18 roughly delimits the surface within which the points of incidence of light rays 6 should lie in order to obtain an exact result of the conversion.
The location and the intensity of the light beam 6 can be determined from the measured potentials by calculation. The basis for this is the Hilbert transformation (see, for example, H.Marko "Methods of System Theory", Telecommunications 1, Springer Verlag 1986 pp. 114 ff), the Fourier Transformation (see, for example, H.Marko "Methods of System Theory", Telecommunications 1 , Springer Verlag 1986 pp. 15 ff), or the Cauchy-Integral (see e.g. Schaum's Outline Series, "Theory and problems of Complex Variables", Murray R. Spiegel, Mc Graw Hill Book Company, pp. 92-97, 118 -120).
With an arrangement of, for example, four individual electrodes 2 on each side of the square edge line 19 on the surface of the square multilayer semiconductor 1, a matrix arrangement of 16 fields arranged in a square is created. Since the arrangement of the individual electrodes 2 virtually divides the transducer surface 18 into a matrix structure and thus the location of each matrix element is already known, only the intensity of the light beam 6 in the respective matrix element has to be determined. A linear combination of the potentials of all matrix elements is measured at each individual electrode 2.
The measured potentials are used to calculate a one-dimensional output signal A. The calculation is explained with reference to FIG. 6.
While with an arrangement of sensors of the Hamamatsu type for 16 pixels, 16 sensors with five electrodes each, which corresponds to a total of 80 electrodes, would be necessary, with an arrangement of the type according to the invention, only a number of 17 individual electrodes are required with a low loss of resolution. In the case of an arrangement of many matrix elements, the bandwidth limitation effect of real images creates the effect of a bandwidth reduction, as a result of which fewer individual electrodes have to be arranged than there are matrix elements. This effect is non-linear.
3 shows a further exemplary embodiment of an electronic image converter according to the invention. A piezoelectric layer 8 has a reference electrode 12 on its upper side. On the underside, the piezoelectric layer 8 is connected to the top of a high-resistance layer 7. On the underside of the high-resistance layer 7, the individual electrodes 2 are again distributed along the edge line 19 of the transducer surface 18 analogously to FIG. 1. With this configuration of the electronic image transducer, a spatial distribution of sound can be measured. For a given spatial distribution of the sound 13 on the surface of the reference electrode 12, an equivalent electrical potential distribution is created on the interface between the piezoelectric layer 8 and the high-resistance layer 7.
Since the high-resistance layer 7 has a uniform spatial resistance, the electrical potentials existing at the interface can be detected with the individual electrodes 2. This type of electronic image converter can also be used as an acoustic image generator. Applying electrical potentials to the individual electrodes 2 leads to the formation of an equivalent sound pressure potential on the piezoelectric layer 8.
The use of polyvinylidene fluoride as material for the piezoelectric layer 8 is particularly expedient. This material has almost the same acoustic impedance as water and is therefore particularly suitable for underwater sound transducers. In addition, polyvinylidene fluoride proves to be sensitive to infrared. The electronic image converter according to the invention with a polyvinylidene fluoride layer can thus be used simultaneously as an acoustic and optical image generator and sensor.
Furthermore, it is provided to replace the piezoelectric layer 8 by an electroluminescent layer 8. In this case, the reference electrode 12 must be optically transparent. An electronic image converter designed in this way functions as an optical image generator. Applying an electrical potential to the individual electrodes 2 leads to the emission of an optical signal from the electroluminescent layer. Such an image converter can therefore reproduce an electronically encoded image, the encoding of which, e.g. was generated by means of another image converter constructed according to the same principle. The type of coding requires the electrical potentials to be determined along a closed line which represents the edge line of the image converter.
4 shows an embodiment of the electronic image converter with a liquid crystal layer. A liquid crystal layer 11 is closed at the top by side closures 10 and a reference electrode 12 attached to the underside of a windscreen 9. The underside of the liquid crystal layer 11 lies on a high-resistance layer 7, on the underside of which the individual electrodes 2 are attached along the edge line 19 of the transducer surface 18. A light source 14 is located below the arrangement.
The image converter constructed in this way also functions as an optical image generator. Here, too, an electrical potential distribution applied to the individual electrodes 2 is mapped onto a distribution of the transparency of the liquid crystal layer 11. The distribution of transparency on the transducer surface appears as an optical image due to the illumination of the light source 14.
5 shows a block diagram with two electronic image converters according to the invention with amplifiers connected in between. A first electronic image converter 15 with a round cross section and individual electrodes 2 distributed on its surface along the edge line 19 has an electrical connection to each of its individual electrodes 2 to an amplifier 16. The output of each amplifier 16 is routed to the individual electrodes 2 of a second electronic image converter 17.
The image recorded with the first electronic image converter 15 is tapped converted into electrical potentials at the individual electrodes 2 and passed via the respective amplifier 16 to the second electronic image converter 17, where the electrical potentials at its individual electrodes 2 are converted back into an optical image.
6 shows a flowchart for calculating a one-dimensional output signal A from the potential matrix E. In analogy to the line integral (Cauchy integral) for an analytical complex potential distribution, the potential matrix E is transformed into a real output signal A in real representation. The matrix E of the electrode potentials is converted into a complex matrix by means of the Hilbert transformation H (E) K = E + j * H (E) expanded and then converted into the one-dimensional output signal A = F <-> <1> (K) by means of the inverse Fourier transformation F <-> <1>.
FIG. 7 shows the calculation of the matrix of the electrode potentials from the output signal A as a flow chart.
After the output signal A has been arranged in a matrix form A, a Fourier transformation F (A) takes place. Real part formation Re (F) gives the potential matrix E, the elements of which represent the potentials to be applied to the individual electrode 2 for rendering the corresponding image on the transducer surface 18.
The electrical potential distribution can also be represented as an analytical complex function, which is then converted into a one-dimensional signal by means of the Cauchy line integral.
The image converter can be used particularly in electrocardio- and electroencephalograms, a large number of individual electrodes 2 advantageously being used to determine a potential distribution on the heart or brain.
The individual electrodes 2 can also have a shape other than rectangular, e.g. have round or oval, which can depend, among other things, on the geometry of the transducer surface.
An embodiment of the image converter shown in FIG. 1 with individual electrodes 2 distributed on only two sides of the square multilayer semiconductor 1 is already suitable for detecting a plurality of pixels. In the sense of low redundancy and high signal quality, however, a uniform distribution along the entire edge line 19 is preferable.