DD207322A3 - Schaltungsanordnung zur unterdrueckung von fremdlichteinwirkungen bei halbleiter-abbildungseinrichtungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung findet Anwendung in der Mess-, Handhabe- und Robotertechnik und hier insbesondere bei elektrooptischen Messsystemen, die einen Ausschluss von Fremdlichteinwirkungen erfordern. Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer elektrooptischen Messeinrichtung mit einer Strahlungsquelle als Sender und einer fotoempfindlichen nochaufloesenden Halbleiter-Abbildungseinrichtung als Empfaenger, die bei starken Fremdlichteinwirkungen mit geringem Aufwand eine zuverlaessige Signalerkennung ermoeglicht. Es ist die Aufgabe zu loesen, Moeglichkeiten fuer die Verarbeitung des optoelektronischen Sende- und Empfangssignals zu finden. Dies erfolgt, indem eine Synchronisation von Sender und Empfaenger vorgenommen wird. Durch eine neuartige getaktete Ansteuerung der Steuerelektrode wird garantiert, dass nur zum Zeitpunkt der Abstrahlung des Sendesignals auch eine Aktivierung des Sensors und Auswertung dieses Sendesignals moeglich ist. Die Fremdlichtunterdrueckung erfolgt ohne wesentlichen Mehraufwand, ist charakterisiert durch einen grossen Signal-Rausch-Abstand, besitzt eine hohe Zuverlaessigkeit und ist gekennzeichnet durch einen geringen Energieverbrauch.

Description

Titel der Erfindung

Schaltungsanordnung zur Unterdrückung von Fremdlichteinwirkungen bei Halbleiter-Abbildungseinrichtungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Unterdrückung einer starken Fremdlichteimvirkung bei fotoempfindlichen hochauflösenden sequentiell auslesbaren Halbleiter-Abbildungseinrichtungen.

Sie findet Anwendung in der MeS-, Handhabe- und Robotertechnik und hier insbesondere bei elektrooptischen Meßsystemen, die einen Ausschluß von Fremdlichteinwipkungen erfordern.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Ein elektrooptisches Meß- oder Erkennungssystem kann im weitesten Sinne aus einer Strahlungsquelle als Sender, einem optischen Kanal und einem fotoempfindlichen Sensor als Empfänger bestehen. Die Trendentwicklung sieht einen Einsatz von hochauflösenden Halbleiter-Abbildungseinrichtungen als Empfänger vor. Solche bekannten Halbleiter-Abbildungseinrichtungen liefern eine Information über die relative Intensität der auf einen gegebenen Fotoplatz auftreffenden Strahlung im Vergleich zu anderen Fotoplätzen.

Erfolgt nun die übertragung eines optischen Informationssignal unter Beeinflussung eines Fremdlichtpegels, so kommt es zu einer Oberlagerung des Nutzsignals und des störenden Fremdlichtpegels. Dies erschwert oder verhindert die Auswertung der am Ausgang aer Halbleiter-Abbil-

3933

dungseinrichtung vorliegenden information. Durch eine Erhöhung der Sendeleistung und oder durch die Abschirmung des optischen Kanals vor Fremdlichtq-uelien kann unter Einschränkung und hoherr! Aufwand eine Halbleiter-Abbildungseinrichtung zur Anwendung kommen. Eine andere Möglichkeit der Fremdlichtunterdrückung wird in der Erfindungsbeschreibung DE 25 57 363 dargestellt. Dabei wird der Fremdlichtanteil als Gleichanteil bzw.. als Wechselanteil mit niedrigen Frequenzkomponenten angenommen.

O Es wird vorgeschlagen, das zu übertragende optische Signal mit einer hohen Frequenz zu modulieren. Das Ausgangs-.signal der Smpfangseinbeit wird einem Demodulator über Filter zugeführt, wo eine Diskrimination hinsichtlich der Signale des Umgebungsrauschens von sehr viel niedrigeren Frequenzen als die Modulationsfrequenz erfolgt.

Diese Lösung basiert auf der Verwendung eines modulierten Senders und setzt voraus, daß der vorhandene Fremdlichtanteil betreffs seiner Frequenzkomponenten bekannt sein muß. Weiterhin ist der Empfang der notwendigen hohen Modu-

O lationsfrequenz beim derzeitigen Stand der Technik an Einzelempfänger gebunden. Der Einsatz von hochauflösenden Halbleiter-Abbildungseinrichtungen macht eine solche Modulationserkennung unmöglich

In der Erfindungsbeschreibung DE 27 02 452 wird vorgeschlagen, ein paralleles Strahlenbündel mit einem bestimmten Querschnitt auf einen Bereich des zu untersu- . chenden Objektes zu richten. Das vom Objekt reflektierte Licht wird durch eine Aufnahmeeinrichtung empfangen und anschließend ausgewertet. Dabei wird die Lichtintensität der vom Objekt reflektierten Fremdbeleuchtung kleiner der vom parallelen Strahlenbündel angenommen. Befindet sich aber eine Fremdlichtquelle im Lichtaufnahmewinkel des Empfängersystems, so wird das Erkennungsprinzip gestört. Außerdem ist die für viele Meßprinzipien gefor-

»5 derte Verwendung von divergentem Licht bei der vorliegenden Erkennungseinrichtung unmöglich.

Die Erfindungsbeschreibung DE 29 48 510 beinhaltet eine Anordnung zur Qualitätskontrolle. Unter Verwendung einer Halbleiter-Abbildungseinrichtung wird ein Meßsignal ge-

1-0 wonnen, das aus dem Informationssignal und einem Grundsignal besteht. Durch ständige Messung des Grundsignal'S

7O77

und deren Speicherung wird durch digitale Subtraktion des Grundsignals vom MeSsignai das MeSergebnis gebildet . Es zeigt sich aber, daS solch eine Digitalisierung und anschließende Subtraktion sehr aufwendig ist.

Ziel der Erfindung

Für eine eiektrooptische Meßeinrichtung mit einer Strahlungsquelle als Sender und einer fotoempfindlichen hochauflösenden Halbleiter-Abbildungseinrichtung als Em-

2-0 pfänger soll bei starken Fremdlichteinwirkungen mit geringem Aufwand eine zuverlässige Signalerkennung ermöglicht werden.

Darstellung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Möglichkeiten für die Verarbeitung des optoelektronischen Sende- und Empfangssignals zu finden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Schaltungsanordnung zur Unterdrückung von Fremdlichteinwirkungen mit einer strahlungsempfindlichen sequentiell auslesbaren Halbleiter-Abbildungseinrichtung als Empfänger und einer Strahlungsquelle als Sender, bei der die Halbleiter-Abbildungseinrichtung eine Transportelektrode, eine Transferelektrode und eine Steuerelektrode zur Beeinflussung der Akkumulation informationstragender Ladungsträger aufweist und zur Bereitstellung des Transporttaktes und zur Schaffung der Anschlußbedingungen für die Halbleiter-Abbildungseinrichtung eine Ansteuerschaltung vorhanden ist, deren Ausgänge mit den jeweiligen Elektroden in elektrischer Verbindung stehen, dadurch gelöst, daß die Strahlungsquelle als Impulsstrahler ausgebildet ist, in dessen Energieversorgungsleitung eine Impulssteuerung mit einem Synchronisationseingang vorhanden ist, und daß von einem Taktausgang der Ansteuerschaltung eine elektrische VeT-bindung zur Steuerelektrode zu deren getakteten Steuerung besteht und der Taktausgang eine weitere elektrische Verbindung mit dem Synchronisationseingang der Impulssteuerung aufweist.

3933

Die Impulssteuerung kann einen Impulszähler und im Signalvveg nachfolgend einen Impulswandler enthalten. Der Synchronisationseingang der Impulssteuerung ist dann als Start/Stopp-Eingang des Impulszählers ausgebildet. Vorn Takteingang des Impulszahlers besteht eine elektrische Verbindung zu einem Taktgenerator. Besteht die Ansteuerschaltung aus einem Transportsignalgeber und einem nachfolgenden Steuerteil, so kann der Transportsignalgeber zugleich als Taktgenerator für den Impulszähler genutzt werden.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für eine Halbleiter-Abbildungseinrichtung auch bei starken Fremdlichteinwirkungen eine zuverlässige Signalerkennung ermöglicht wird.

^ 5 Die Fremdlichtunterdrückung erfolgt ohne großen Mehraufwand an schaltungstechnischen bzw. optischen Anordnungen. Damit wird ein geringer Material-, Platz- und Kostenaufwand garantiert. Die Lösung ist charakterisiert durch einen großen Signal-Rausch-Abstand, eine hohe Zuverläs-

-^ sigkeit, einen geringen Energieverbrauch und eine sehr schnelle Bereitstellung des Inforinationssignals. Weiterhin zeigt sich, daß eine Einschränkung bezüglich des optischen Heßprinzips nicht vorliegt.

-5 Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden

Die zugehörigen Zeichnungen zeigen

^ Fig. 1 Blockschaltbild der Schaltungsanord

nung zum Ausführungsbeispiel

Fig. 2 Impuls-Zeit-Diagramm zum Ausführungsbeispiel

Die im Ausführungsbeispiel verwendete strahlungsempfindliche sequentiell auslesbare Halbleiter-Abbildungsein-.richtung i als Empfänger besitzt zur ihrer Ansteuerung eine Transportelektrode, eine Transferelaktrode und eine Steuerelektrode, wobei das Eingangssignal der Steuerelek-

K) trode^g aktiv Einfluß auf die Akkumulation von infor-

mationstragenden Ladungsträger nimmt. Somit kann als Steuerelektrode ζ.3. der in der 1, und 2. Generation der Halbleiter-Abbildungseinrichtungen als Photogateelektrode bezeichnete Anschluß dienen. Zur Bereitstellung der notwendigen Anschiußbedingungen ist der Halbleiter-Abbildungseinrichtung 1 eine Ansteuerschaltung 3, deren Ausgänge mit den jeweiligen Elektroden in .elektrischer Verbindung stehen, zugeordnet. Insbesondere muß von einem Taktausgang der Ansteuerschaltung 3 eine elektrische Verbindung zur getakteten Steuerung der Steuerelektrode vorhanden sein. Die als Sender verwendete Strahlungsquelle ist als Impuisstrahler 2 ausgebildet. In der Energieversorgungsleitung des Impulsstrahlers 2 ist eine Impulssteuerung 4 mit einem Synchronisationseingang vorhanden.

Zur Kopplung-von Sender und Empfänger weist der Taktausgang der Ansteuerschaltung 3 eine weitere elektrische Verbindung mit diesem Synchronisationseingang auf. Zur Unterdrückung von Fremdlichteinwirkungen kann dieser Grundaufbau der Schaltungsanordnung bei jeder Halbleiter-Abbildungseinrichtung 1 Anwendung finden. Die Unterdrükkung basiert dabei darauf, daß nur während des Zeitabschnittes der Abstrahlung des Sendesignals durch den Impulsstrahler 2 auch eine Aktivierung des Sensors und eine damit verbundene Auswertung dieses Sendesignals möglich ist. Die Folge ist !eine wesentliche Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses. Diese Synchronisation-. von Sender und Empfänger wird durch die Anwendung der bisher nicht bekannten getakteten Steuerung der Steuerelektrode realisiert. Bei der Verwendung einer Halbleiter-Abbildungseinrichtung der 1. Generation kann somit entweder mittels der Photogateelektrode oder einer eventuell vorhandenen Anti-Blooming-Elektrode die Generationszeit der Ladungsträger und damit die Integrationszeit auf den Zeitabschnitt der Übermittlung des Sende- signals begrenzt werden. Die getaktete Steuerung der Photogateelektrods bei Halbleiter-Abbildungseinrichtungen der 2. Generation hat daaeqen auch einen wesentlichen

3933

Einfluß auf die Ladungsübertragungsvorgänge dieses Sensors. Nur während der Sendezeit des Impulsstrahlers 2 erfolgt eine Akkumulation der informationstragenden Ladungsträger in der der Photogateelektrode zugeordneten Raumladungszone oder in der CCD-Schieberegisterstruktur der Halbleiter-Abbildungseinrichtung 1. Durch die gegebene Möglichkeit der Elimination der durch die Fremdlichteinwirkungen erzeugten Ladungsträger beim Ladungsübertragungsvorgang ist es hierbei vorteilhaft, während eines

D Meßvorganges mehrere Sendeimpulse abzustrahlen. Um dies zu realisieren, wird ohne großen Aufwand der bisherige Grundaufbau der Schaltungsanordnung weiter untersetzt.' In der Fig. 1 ist das Blockschaltbild zu diesem Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Impulssteuerung 4 enthält dabei einen Impulszähler 7 und im Signalweg nachfolgend einen Impulswandler 8. Der Synchronisationseingang der Impulssteuerung 4 ist als Start/Stopp-Eingang des Impulszählers 7 ausgebildet. Der Takteingang des Impulszählers 7 weist eine elektrische Verbindung

D zu einem Taktgenerator auf. Besteht die Ansteuerschaltung 3 aus einem Transportsignalgeber 5 und einem nachfolgenden Steuerteil S, so kann der Transportsignalgeber 5 zugleich als Taktgenerator für den Impulszähler 7 genutzt werden. ·

Vor dem Beginn eines Meßzyklus muß am Impulszähler 7 ein Zählerstand eingestellt werden.. Die Größe des Zählsrstandes hängt einerseits von der möglichen Folgefrequenz der Übermittlung eines Sendesignals 2 durch den Impulsstrahler 2 und andererseits von der Amplitude des Aus-

O gangssignals des Impulsstrahlers f, und der Erkennungsschvvelle des Sensors ab. Mit dem Start des Meßvorganges liegt das Ausgangssignal des Transportsignalgebers f^ am Eingang des Steuerteils S und am Takteingang des Impulszählers 7 vor. Im Steuerteil S werden die notwendigen Anschlußbedingungen für die Halbleiter-Abbildungseinrichtung 1, das,Eingangssignal für die Transportelektrode 0j, das Eingangssignal für die Transferelektrode 0^ und das Eingangssignal für die Steuerelektrode 0^, erzeugt. Zu einem ausgewählten Zeitpunkt erscheint an dem

, . 3933

Taktausgang der Ansteuerschaltung 3, der mit- der Steuerelektrode elektrisch verbunden ist, ein Taktsignal* Dieses schafft in car dar Steuerelektrode zugeordneten Raumladungszone die Bedingungen zur Akkumulation von informationstragenden Ladungsträgern. Gleichzeitig dient dieses Taktsignal als.Startsignal für den Impulszähler Mit Erreichen des eingestellten Zählerstandes wird am Ausgang des nachfolgenden Impulswandlers 8 ein dem Impulsstrahler 2 angepaßtes Impulssignal bereitge'stellt.

Damit wird der Impulsstrahler 2 kurzzeitig aktiviert und ein Sendesignal wird ausgestrahlt. Dieser Zählvorgang wird ständig wiederholt und bricht erst ab, wenn am Taktausgang der Ansteuerschaltung 3 das Taktsignal entfällt. Der Zähler wird gestoppt und eine Akkumulation und übertragung der inforraationstragenden Ladungsträger ist nicht mehr möglich. Nach Schaffung aller Anfangsbedingungen kann der Meßzyklus neu beginnen, in der Fig. 2 ist das dazugehörige Impuls-Zeit-Oiagramm dargestellt. Mit dieser Schaltungsanordnung kann mit einem geringen Aufwand eins wesentliche Vergrößerung des Signal-Raüsch-Abstandes und damit eine wirksame Unterdrükkung der Fremdlichteinwirkungen erfolgen.

3933

Claims (3)

1. brfindunqsänSpruch

   1. Schaltungsanordnung zur Unterdrückung von Fremdlichteinvvirkungen mit einer strahlungsempfindlichen sequential! auslesbaren Halbleiter-Abbildungseinrichtung, als Empfänger und einer Strahlungsquelle als Sender, bei der die Halbleiter-Abblldungseinrichtung eine Transportelektrode, eine Transf e.relektrode und eine Steuerelektrode zur Beeinflussung der Akkumulation informationstragender Ladungsträger aufweist und zur Bereitstellund des Trans-

   ® porttaktes und zur Schaffung der Anschlußbedingungen für die Halbleiter-Abbildungseinrichtung eine Ansteuerschaltung vorhanden ist, deren Ausgänge mit den jeweiligen Elektroden in elektrischer Verbindung stehen, gekennzeichnet dadurch, daß die Strahlungsquelle als Impulsstrahler ausgebildet ist, in dessen Energieversorgungsleitung eine Impulssteuerung mit einem Synchronisationseingang vorhanden ist, und daß von einem Taktausgang der .Ansteuerschaltung eine elektrische Verbindung zur Steuerelektrode zu deren getakteten Steuerung besteht und der

   ^ Taktausgang eine weitere elektrische Verbindung mit dem Synchronisationseingang der Impulssteuerung aufweist.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Impulssteuerung einen Impulszähler und im Signalweg nachfolgend einen Impulswandler enthält, wobei der Synchronisationseingang der Impulssteuerung als Start/Stopp-Eingang des Impulszählers ausgebildet ist, und daß der Takteingang des . Impulszählers eine elektrische Verbindung zu einem Taktgenerator -aufweist,
3. 3. Schaltungsanordnung nach Punkt 1 Und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Ansteuerschaltung aus einem Transportsignalgeber und einem nachfolgenden Steuerteil besteht und daß der Transportsignalgeber zugleich den

   ^;5 Taktgenerator darstellt.

   Hierzu ein Blatt Zeichnungen .

   3933