DE19533361C1

DE19533361C1 - Image scanner with interline transfer CCD sensor

Info

Publication number: DE19533361C1
Application number: DE19533361A
Authority: DE
Inventors: Emil Dr Ott; Peter Rappl
Original assignee: PCO COMPUTER OPTICS GmbH
Current assignee: PCO COMPUTER OPTICS GmbH
Priority date: 1995-09-09
Filing date: 1995-09-09
Publication date: 1996-10-31
Anticipated expiration: 2015-09-10

Abstract

The sensor comprises several image points or pixel forming exposition regions in one image plane, for conversion of light into an electric charge. There is a memory section allocated to each one. There are also controllable transfer channels for transmitting the changes from the exposition regions to the allocated memory sections. For attaining short exposition time periods, or changes of the sensor sensitivity, an energising circuit continuously activates the discharge of the exposition regions, at least in each image phase. This deactivates, or interrupts, only for the duration of the exposition period, or the change of the sensor sensitivity. The transfer channels are activated before and during the discharge deactivation.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bilderfassungssystem gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auch auf ein Verfahren zum Steuern oder Schalten eines als Interline-Transfer-Sensor ausgebildeten CCD-Sensors (Charge Coupled Device-Sensor) gemäß Oberbegriff Patentanspruch 14.The invention relates to an image acquisition system according to the preamble Claim 1. The invention further relates to a method for Control or switching of a CCD sensor designed as an interline transfer sensor (Charge Coupled Device Sensor) according to the preamble of claim 14.

Unter Bilderfassungssysteme sind im Sinne der Erfindung u. a. Kameras mit CCD-Sensoren oder wenigstens eine solche Kamera aufweisende Systeme zu verstehen. Bilderfassungssysteme gemäß der Erfindung sind aber auch andere Systeme, die wenigstens einen CCD-Sensor besitzen, mit dem ein auf seiner Bildebene erzeugtes optisches Bild in elektrische Bildsignale umgesetzt werden soll. CCD-Sensoren, insbesondere auch in ihrer Ausbildung als Interline-Transfer-Sensoren sind dem Fachmann bekannt.Under image acquisition systems are within the meaning of the invention. a. Cameras with CCD sensors or at least to understand systems having such a camera. Image acquisition systems according to the invention are also other systems that have at least one CCD sensor with which one generated on its image plane optical image to be converted into electrical image signals. CCD sensors, are also skilled in the art, particularly in their training as interline transfer sensors known.

CCD-Bildsensoren sind bekannt (DE-OS 40 01 072 und EP-OS 0 501 333) und zeichnen sich durch eine Reihe von Vorteilen aus, beispielsweise durch die Möglichkeit einer relativ preiswerten Herstellung, durch eine robuste Bauform usw. CCD-Bildsensoren werden hauptsächlich in Kamera-Systemen verwendet, und zwar in der Weise, daß die an den Belichtungsbereichen erzeugten Ladungen jeweils am Ende einer Bildphase, die beispielsweise bei nach der CClR-Norm arbeitenden bekannten Systemen ein Halbbild ist, durch Aktivierung entsprechender Transferkanäle an den zugehörigen Speicherbereich eines vertikalen Schieberegisters weitergeleitet werden. Im Anschluß daran werden die Ladungen vertikal und zeilenweise in ein Ausleseregister geschoben, aus dem sie dann jeweils seriell ausgelesen werden. Es besteht hierbei die Möglichkeit, die Belichtungszeit (Verschlußöffnungszeit), d. h. diejenige Zeit, in der an den Belichtungsbereichen Ladungen erzeugt werden, zu verändern, und zwar dadurch, daß in einem dieser Belichtungszeit entsprechenden zeitlichen Abstand vor dem Transfer der Ladungen von den Belichtungsbereichen in die abgedunkelten Speicherbereiche sämtliche Ladungen an den Belichtungsbereichen durch einen Substrat-Steuerimpuls zunächst gelöscht werden, so daß dann nur noch die nach Beendigung dieses Substrat-Steuerimpulses und vor dem Beginn des Transfer-Signals verbleibende Zeit für die Bildung von Ladungen an den Belichtungsbereichen zur Verfügung steht.CCD image sensors are known (DE-OS 40 01 072 and EP-OS 0 501 333) and draw is characterized by a number of advantages, for example the possibility of one relatively inexpensive production, due to a robust design, etc. CCD image sensors are mainly used in camera systems, in such a way that the the exposure areas generated charges at the end of an image phase, the for example a field in known systems operating according to the CClR standard by activating appropriate transfer channels to the associated memory area of a vertical shift register. Following this, the Loads are pushed vertically and line by line into a readout register, from which they are then transferred can be read out serially. There is the possibility of exposure time (Shutter opening time), d. H. the time at the exposure areas Charges are generated to change, in that in one of these Exposure time corresponding time interval before the transfer of charges from all the charges in the darkened storage areas the exposure areas are first erased by a substrate control pulse, so that then only after the completion of this substrate control pulse and before Start of the transfer signal remaining time for the formation of charges on the Exposure areas is available.

Bekannt ist es insbesondere auch, die vorstehend erwähnten CCD-Bildsensoren so anzusteuern, daß die Entladung der Belichtungsbereiche jeweils periodisch durch Impulse während des horizontalen Bildrücklaufes erfolgt, wobei diese Entladung für die Dauer der jeweiligen Belichtungszeit unterbrochen ist. Durch die Verlegung der Entladungsimpulse in den horizontalen Zeilenrücklauf wird die im bekannten Fall angestrebte kontinuierliche Videowiedergabe nicht gestört. Auch bei dieser Ansteuerung werden die während der Belichtungszeit gesammelten Ladungen durch Aktivierung des jeweiligen Transferkanals erst nach der Belichtungszeit an den zugehörigen Speicherbereich des vertikalen Schieberegisters weitergeleitet.It is also known in particular that the above-mentioned CCD image sensors to control that the discharge of the exposure areas periodically by pulses during the horizontal image rewind, this discharge for the duration of the exposure time is interrupted. By releasing the discharge pulses in the horizontal line return is the continuous desired in the known case Video playback not disturbed. With this control, too, during the Exposure time collected charges by activating the respective transfer channel only after the exposure time to the associated storage area of the vertical Shift registers forwarded.

Mit diesen bekannten Systemen lassen sich allerdings keine Belichtungszeiten oder kurzzeitige Änderungen der Empfindlichkeit unter 1 µs erreichen. In vielen Anwendungen sind wesentlich kürzere Belichtungszeiten oder Änderungen der Lichtempfindlichkeit eines Bilderfassungssystems erwünscht. Hierfür mußten bisher aufwendige Systeme mit Bildverstärkern usw. verwendet werden.With these known systems, however, no exposure times or achieve brief changes in sensitivity below 1 µs. In many Applications are much shorter exposure times or changes in Sensitivity of an image acquisition system is desirable. So far we have had to do this complex systems with image intensifiers, etc. are used.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bilderfassungssystem sowie ein Verfahren zur Steuerung eines CCD-Sensors aufzuzeigen, welches trotz Verwendung des CCD-Sensors extrem kurze Belichtungszeiten bzw. ein sehr schnelles Schalten der Lichtempfindlichkeit dieses Sensors ermöglicht.The object of the invention is an image acquisition system and a method for control of a CCD sensor, which is extremely despite the use of the CCD sensor short exposure times or a very fast switching of the light sensitivity this Sensor enables.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind ein Bilderfassungssystem entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 und ein Verfahren entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 14 ausgeführt. To solve this problem, an image acquisition system is required characterizing part of claim 1 and a method corresponding to characterizing part of claim 14 executed.

Die Erfindung sieht eine völlig neue Art des Schaltens oder der Steuerung des CCD- Sensors vor, die (Ansteuerung) in überraschender Weise extrem kurze Belichtungszeiten oder Änderungen der Lichtempfindlichkeit ermöglicht, und zwar bis zu 10ns.The invention provides a completely new way of switching or controlling the CCD Sensor before, (control) surprisingly extremely short exposure times or changes in light sensitivity, up to 10ns.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below with the aid of an exemplary embodiment explained in more detail. Show it:

Fig. 1 in vereinfachter Darstellung ein Ranging-System mit Laser-Puls-Beleuchtung und einer einen CCD-Bildsensor aufweisenden Kamera; FIG. 1 is a simplified representation of a ranging system with laser-pulse illumination and a CCD image sensor having the camera;

Fig. 2 zur Erläuterung des Systems der Fig. 1 in vereinfachter Darstellung ein Zeitdiagramm eines vom Laser ausgesandten Lichtimpulses und des an die Kamera zurückgeführten Lichtes; FIG. 2 shows a time diagram of a light pulse emitted by the laser and the light returned to the camera in a simplified representation to explain the system of FIG. 1;

Fig. 3 in sehr vereinfachter Darstellung eine Grundeinheit der Belichtungs- und Speicherbereiche eines Interline-Transfer-CCD-Sensors; FIG. 3 shows in a very simplified representation of a repeat unit of the exposure and storage areas of an interline transfer CCD sensor;

Fig. 4 in den Positionen a-c den grundsätzlichen Aufbau des Interline-Transfer-CCD- Sensors mit Belichtungs- und Steuerbereichen sowie die grundsätzliche Arbeitsweise beim Verschieben der Ladungen aus den Belichtungsbereichen in das vertikale Schieberegister, beim Auslesen der Ladungen aus den vertikalen Schieberegistern in das horizontale Ausleseregister und beim seriellen Auslesen der Ladungen aus diesem Ausleseregister; Fig. 4 in the positions ac the basic structure of the interline transfer CCD sensor with exposure and control areas and the basic mode of operation when moving the charges from the exposure areas into the vertical shift register, when reading the charges from the vertical shift registers into the horizontal Readout register and when reading the charges in series from this readout register;

Fig. 5 den zeitlichen Verlauf des die Transferkanäle sämtlicher aktivierter Pixeleinheiten ansteuerten Transfersignals TS sowie den zeitlichen Verlauf des das Entladen der Belichtungsbereiche über das Substrat des CCD-Sensors steuerenden Substratsteuersignals S und die sich durch diese Ansteuerung ergebenden Belichtungszeiten bzw. Bildfenster B; FIG. 5 shows the time course of the transfer channels of all activated pixels units headed for the transfer signal TS and the time profile of the discharging of the exposure areas on the substrate of the CCD-sensor control forming substrate control signal S and the exposure times and the image window B entailed by such control;

Fig. 6 in zeitlicher Vergrößerung eine der Unterbrechungen des Substratsteuersignals. Fig. 6 in temporal enlargement of one of the interruptions in the substrate control signal.

In der Fig. 1 ist ein System dargestellt, welches es ermöglicht, einen Körper 1 mit einer Videokamera 2 mit Ansteuerschaltung 3 zu erfassen, obwohl sich der Körper 1 in einer Umgebung oder in einem Medium 4 mit Licht reflektierenden Partikeln, beispielsweise in einer trüben Flüssigkeit oder im Nebel, und/oder vor einem reflektierenden Hintergrund 5 befindet.In FIG. 1, a system is shown, which makes it possible to detect a body 1 with a video camera 2 having drive circuit 3, although the body 1 in an environment or in a medium 4 with light-reflecting particles, for example in a turbid liquid or in the fog, and / or in front of a reflective background 5 .

Das System weist einen impulsbetriebenen Laser 6 auf, der in einer vorgegebenen Folge Lichtimpulse L (Fig. 2) zur Beleuchtung des Körpers 1 aussendet. Das an die Kamera 2 rückgeführte Licht ist in der Fig. 2 mit R bezeichnet und stammt nur zum Teil (Bereich r) von dem Körper 1. Zum größten Teil handelt es sich hierbei um Streu-Licht, welches von den Partikeln des Mediums 4 und vorn Hintergrund 5 stammt und welches dem Bild des Körpers 1 überlagert ist, so daß dieser von einer normalen Videokamera nicht oder aber nur sehr gestört erfaßt werden könnte. Um diesen Nachteil zu beheben wird die Videokamera 2 bzw. deren CCD-Sensor 7, der als Interline-Transfer-Sensor ausgebildet ist, synchron mit den vorn Laser gelieferten Lichtimpulse L bzw. deren Impulsfolge in der nachstehend noch näher beschriebenen Weise für extrem kurze Belichtungszeiten angesteuert.The system has a pulse-operated laser 6 , which emits light pulses L ( FIG. 2) in a predetermined sequence for illuminating the body 1 . The light returned to the camera 2 is denoted by R in FIG. 2 and comes only partially (area r) from the body 1 . For the most part, this is scattered light, which comes from the particles of the medium 4 and the background 5 in front, and which is superimposed on the image of the body 1 , so that it could not be detected by a normal video camera, or could only be detected with a lot of interference . In order to remedy this disadvantage, the video camera 2 or its CCD sensor 7 , which is designed as an interline transfer sensor, is synchronized with the light pulses L delivered by the laser or its pulse train in the manner described in more detail below for extremely short exposure times controlled.

Die Fig. 3 zeigt in vereinfachter Funktionsdarstellung einen Teil des CCD-Sensors, dessen aktiver Bereich in Belichtungsbereiche 8 und Speicherbereiche 10 unterteilt ist, wobei bei der dargestellten Ausführungsform jedem Speicherbereich jeweils ein Be- lichtungsbereich 8 zugeordnet ist und zusammen mit diesem eine Grundeinheit 11 bildet. Diese sind in einer Zeilen-Reihen-Anordnung in horizontaler und vertikaler Richtung angeordnet, wobei die Speicherbereiche 10 in jeder vertikalen Reihe ein vertikales Schieberegister 12 bilden (hierzu auch Fig. 4). Fig. 3 shows in simplified functional representation of a portion of the CCD sensor, whose active area in exposure regions 8 and memory areas is divided 10, wherein a loading associated with clearing section 8 in the illustrated embodiment, each storage area in each case and forms together therewith a base unit 11 . These are arranged in a row-row arrangement in the horizontal and vertical directions, the memory areas 10 forming a vertical shift register 12 in each vertical row (see also FIG. 4 in this regard).

Die Belichtungsbereiche 8 sind in der Bildebene des Sensors 7 angeordnet und wandeln das auf sie auftreffende Licht in eine von der Intensität des Lichtes abhängige Ladung Q um.The exposure areas 8 are arranged in the image plane of the sensor 7 and convert the light striking them into a charge Q which is dependent on the intensity of the light.

Über Steuerleitungen 13 sind die Belichtungsbereiche 8 bzw. diesen zugeordnete Transferkanäle 15 für eine Übertragung der Ladung Q aus dem jeweiligen Belichtungsbereich 8 an den zugehörigen Speicherbereich 10 steuerbar, und zwar durch ein Transfer-Signal TS. Die Ansteuerung erfolgt in der Weise, daß bei jeder Bildphase die Transferkanäle sämtlicher Belichtungsbereiche 8 des Sensors für eine Übertragung der Ladungen Q an die zugehörigen Speicherbereiche 10 aktiviert bzw. geöffnet werden. Für die nachfolgenden Erläuterungen wird davon ausgegangen, daß die Transferkanäle 15 für eine Ladungsübertragung von dem jeweiligen Belichtungsbereich 8 an den zugehörigen Speicherbereich 10 immer dann aktiviert oder geöffnet sind, wenn das Transfer-Signal einen positiven Signalwert H aufweist.The exposure areas 8 or transfer channels 15 assigned to them can be controlled via control lines 13 for transferring the charge Q from the respective exposure area 8 to the associated memory area 10 , specifically by means of a transfer signal TS. The control takes place in such a way that the transfer channels of all exposure areas 8 of the sensor are activated or opened for transferring the charges Q to the associated memory areas 10 in each image phase. For the following explanations, it is assumed that the transfer channels 15 for charge transfer from the respective exposure area 8 to the associated memory area 10 are always activated or opened when the transfer signal has a positive signal value H.

Mit 16 ist ein für alle Pixel oder Belichtungsbereiche 8 gemeinsames Substrat 16 bezeichnet. Dieses ist über eine Steuerleitung 17 mit einem Substrat-Steuersignal S ansteuerbar, welches die beispielsweise als Dioden ausgebildeten Belichtungsbereiche 8 in einen leitenden Zustand überführt, so daß dann, wenn dieses Substrat-Steuersignal S anliegt, also beispielsweise einen positiven Signalwert H aufweist, die Ladungen Q der Belichtungsbereiche 8 unmittelbar an das Substrat 16 über einen niederomigen Strompfad abgeführt werden oder sich Ladungen Q an den Belichtungsbereiche 8 überhaupt nicht bilden können. 16 with a common for all pixels or exposure regions 8 substrate 16 is referred to. This can be controlled via a control line 17 with a substrate control signal S, which converts the exposure areas 8, for example in the form of diodes, into a conductive state, so that when this substrate control signal S is present, that is to say, for example, has a positive signal value H, the charges Q of the exposure areas 8 are dissipated directly to the substrate 16 via a low-current path or charges Q cannot form at all in the exposure areas 8 .

Die Ansteuerung des Substrates 16 mit dem Substrat Steuersignal S erfolgt wiederum für sämtliche Pixel oder Belichtungsbereiche 8 gleichzeitig.The control of the substrate 16 with the substrate control signal S in turn takes place simultaneously for all pixels or exposure areas 8 .

Bestandteil des CCD-Sensors 7 ist auch noch ein Ausleseregister 18 (Fig. 4). Wie dort in den Positionen b und c angedeutet ist, ist die grundsätzliche Arbeitsweise des CCD- Sensors 7 so, daß die Ladungen Q, die während der Belichtungszeit, also bei nicht anliegendem Substratsteuersignal S in einer Bildphase an den Belichtungsbereichen 8 erzeugt wurden, am Ende dieser Bildphase an den jeweiligen Speicherbereichen 10 zur Verfügung stehen, dann Zeile für Zeile in das Ausleseregister 18 geschoben (Position b der Fig. 4) und dabei seriell aus dem Ausleseregister 18 ausgelesen werden.A readout register 18 ( FIG. 4) is also part of the CCD sensor 7 . As indicated there in positions b and c, the basic mode of operation of the CCD sensor 7 is such that the charges Q, which were generated at the exposure areas 8 during the exposure time, that is to say when the substrate control signal S is not present in an image phase, at the end this image phase are available in the respective memory areas 10 , then shifted line by line into the readout register 18 (position b of FIG. 4) and are read out serially from the readout register 18 .

Bei der herkömmlichen Ansteuerung des CCD-Sensors 7, beispielsweise entsprechend CCIR-Norm, wird erst am Ende jeder Bildphase (in diesem Fall Halbbild) durch Aktivieren der entsprechenden Transferkanäle 15 ein paralleles Übertragen der Ladungen Q an die Speicherbereiche 10 durchgeführt (Dauer ca. 2,5 µs). Die Belichtungszeit kann bei dieser herkömmlichen Ansteuerung nur dadurch geändert werden, daß in jeder Bildphase die für das Erzeugen der Ladungen Q zur Verfügung stehende Zeit entsprechend geändert wird, und zwar durch Anlegen des Substrat-Steuersignales S vor dem Aktivieren der Transferkanäle 15. Extrem kurze Belichtungszeiten lassen sich hiermit allerdings nicht erreichen.In the conventional control of the CCD sensor 7 , for example in accordance with the CCIR standard, a parallel transfer of the charges Q to the memory areas 10 is carried out only at the end of each image phase (in this case, field) by activating the corresponding transfer channels 15 (duration approx. 2 , 5 µs). With this conventional control, the exposure time can only be changed by changing the time available for generating the charges Q in each image phase accordingly, namely by applying the substrate control signal S before activating the transfer channels 15 . However, extremely short exposure times cannot be achieved with this.

Überraschenderweise sind aber solche extrem kurze Belichtungs- oder Verschlußöffnungszeiten, und zwar Zeiten bis zu 10ns mit einer Folgefrequenz bis zu 40 MHz mit der in der Fig. 5 angedeuteten erfindungsgemäßen Ansteuerung des CCD- Sensors 7 möglich. Bei dieser Betriebsweise sind während jeder Bildphase die den Belichtungsbereich 8 zugeordneten Transferkanäle 15 ständig oder aber periodisch während einer größeren Zeit T, beispielsweise während einer Zeitdauer von 1-5 ms geöffnet oder aktiviert. Weiterhin liegt das Substratsteuersignal S ständig an und wird lediglich kurzzeitig, beispielsweise periodisch unterbrochen (Unterbrechung u) bzw. abgeschaltet, und zwar jeweils für eine sehr kurze Zeitdauer. Das Transfersignal TS und das Substratsteuersignal S sind derart synchronisiert, daß bereits vor und auch während der Unterbrechung u die Transferkanäle 15 geöffnet sind.Surprisingly, however, such extremely short exposure or shutter opening times, namely times up to 10 ns with a repetition frequency up to 40 MHz, are possible with the control of the CCD sensor 7 according to the invention indicated in FIG. 5. In this mode of operation, the transfer channels 15 assigned to the exposure area 8 are continuously or periodically opened or activated during a longer time T, for example for a period of 1-5 ms, during each image phase. Furthermore, the substrate control signal S is constantly present and is only briefly, for example periodically interrupted (interruption u) or switched off, in each case for a very short period of time. The transfer signal TS and the substrate control signal S are synchronized in such a way that the transfer channels 15 are opened before and also during the interruption u.

Nur während der Unterbrechungen u können die Belichtungsbereiche 8 dem auftreffenden Licht entsprechende Ladungen Q erzeugen, die dann über die aktivierten Transferkanäle 15 sofort an die Speicherbereiche 10 weitergeleitet werden. Mit dem Ende jeder Unterbrechung u und mit dem dann wieder anliegenden Substrat-Steuersignal S wird die Erzeugung von elektrischen Ladungen Q an den Belichtungsbereichen 8 sofort beendet, so daß dann auch die Übertragung weiterer Ladungen Q aus den Belichtungsbereichen 8 an die Speicherbereiche 10 nicht mehr möglich ist.Only during the interruptions u can the exposure areas 8 generate charges Q corresponding to the incident light, which charges are then immediately forwarded to the storage areas 10 via the activated transfer channels 15 . With the end of each interruption u and with the substrate control signal S then present again, the generation of electrical charges Q at the exposure areas 8 is ended immediately, so that the transfer of further charges Q from the exposure areas 8 to the storage areas 10 is then no longer possible is.

Durch diese Arbeitsweise, bei der die Transferkanäle 15 während der Belichtungszeiten bzw. Unterbrechungen u ständig aktiviert sind, lassen sich die vorstehend genannten extrem kurzen Belichtungszeiten bis zu 10ns bei hohen Folgefrequenzen bis zu 40 Mhz erreichen.This method of operation, in which the transfer channels 15 are continuously activated during the exposure times or interruptions, allows the aforementioned extremely short exposure times of up to 10 ns to be achieved at high repetition frequencies of up to 40 MHz.

Auch bei den erfindungsgemäßen System erfolgt am Ende jeder Bildphase das Auslesen der Ladungen Q aus den von den Speicherbereichen 10 gebildeten vertikalen Schieberegistern 12 jeweils zeilenweise in das Ausleseregister 18 und das serielle Auslesen der Zeilen aus diesen Ausleseregister.In the system according to the invention, at the end of each image phase, the charges Q are read out from the vertical shift registers 12 formed by the memory areas 10 line by line into the readout register 18 and the lines are read out serially from these readout registers.

Erfolgt bei dem erfindungsgemäßen System während einer Bildphase eine mehrfache Unterbrechung des Substratsteuersignales S, wie dies in der Fig. 5 dargestellt ist, so werden die während jeder Unterbrechung u unmittelbar an den zugehörigen Speicherbereich 10 übertragenden Ladung Q dort gesammelt bzw. addiert.If, in the system according to the invention, the substrate control signal S is interrupted several times during an image phase, as is shown in FIG. 5, the charge Q transferred directly to the associated memory area 10 during each interruption u is collected or added there.

In der Fig. 5 sind mit B die Bildfenster bzw. Belichtungszeiten angegeben. Für das in der Fig. 1 dargestellte System bedeutet dies, daß durch entsprechende Synchronisation zwischen dem Laser 6 und den von der Ansteuerschaltung 3 erzeugten Signalen, insbesondere auch der Transfersignale TS und des Substratsteuersignals S, sichergestellt ist, daß jedes Bildfenster B zeitlich mit dem Bereich r zusammenfällt, so daß mit der Videokamera 2 tatsächlich der Körper 1 erfaßt wird, und zwar trotz des diesen Körper umgebenden lichtreflektierenden Mediums 4 und Hintergrundes 5. Die Synchronisation erfolgt beispielsweise über einen Kanal, der ein einstellbares Verzögerungsglied 19 enthält, so daß die Bildfenster B genau auf den Bereich r eingestellt werden können.In FIG. 5, the image window or exposure times are indicated with B. For the system shown in FIG. 1, this means that by appropriate synchronization between the laser 6 and the signals generated by the control circuit 3 , in particular also the transfer signals TS and the substrate control signal S, it is ensured that each image window B coincides with the area r coincides so that the body 1 is actually recorded with the video camera 2 , in spite of the light-reflecting medium 4 and background 5 surrounding this body. The synchronization takes place, for example, via a channel which contains an adjustable delay element 19 , so that the image windows B can be set precisely to the region r.

Eine Besonderheit der Erfindung besteht auch darin, daß die Transferkanäle 15 nur langsam geschaltet werden müssen, die kurzen Belichtungszeiten aber durch das schnelle Schalten des Substrates 16 erreicht werden, und daß auch der zeitliche Versatz zwischen der Erzeugung der Ladungen Q an den Belichtungsbereichen 8 und dem Übertragen der Ladungen Q an die Speicherbereiche 10 entfällt.A special feature of the invention is that the transfer channels 15 only have to be switched slowly, but the short exposure times are achieved by the rapid switching of the substrate 16 , and that the time offset between the generation of the charges Q at the exposure areas 8 and the Transfer of the charges Q to the storage areas 10 is omitted.

Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, daß Änderungen oder Abwandlungen möglich sind. So ist es beispielsweise auch möglich, während der jeweiligen Bildphase die Transferkanäle 15 ständig zu aktivieren. Dies kann aber zu einer Bildverschlechterung insbesondere durch thermisches Rauschen der Transferkanäle 15 führen, so daß die in der Fig. 5 dargestellte periodische Aktivierung jeweils über eine Zeitdauer T von maximal 1-5 ms von Vorteil ist. The invention has been described above using an exemplary embodiment. It is understood that changes or modifications are possible. For example, it is also possible to continuously activate the transfer channels 15 during the respective image phase. However, this can lead to image deterioration, in particular due to thermal noise in the transfer channels 15 , so that the periodic activation shown in FIG. 5 is advantageous over a time period T of at most 1-5 ms.

Das erfindungsgemäße System eignet sich nicht nur für das in der Fig. 1 wiedergegebene Ranging-System-Laser-Puls-Beleuchtung, sondern auch andere Anwendungen, die kurze Belichtungszeiten oder Änderungen der Lichtempfindlichkeit erfordern, so beispielsweise 3 D-Sehen, Fluoreszenz-Lifetime-Messungen, Hochgeschwindigkeitskameras usw.The system according to the invention is suitable not only for the ranging system laser pulse illumination shown in FIG. 1, but also for other applications which require short exposure times or changes in photosensitivity, for example 3D viewing, fluorescence lifetime. Measurements, high speed cameras etc.

"Bildphase" ist im Sinne der Erfindung ein Zeitbereich, beispielsweise das Halbbild der CClR-Norm oder der RS170-Norm oder das Vollbild der VGA-Norrn bzw. -Darstellung."Image phase" in the sense of the invention is a time range, for example the field of the CClR standard or the RS170 standard or the full screen of the VGA standard or display.

Durch die Möglichkeit des sehr schnellen Schaltens des CCD-Sensors 7 mit hoher Folgefrequenz erlaubt die Erfindung auch eine Steuerung der Empfindlichkeit dieses Sensors durch Impulsbreitenmodulation. Eine Beispiel für eine solche Steuerung ist in der Fig. 6 angedeutet, die eine der Unterbrechungen u des Substratsteuersignals nochmals in zeitlicher Vergrößerung wiedergibt. Mit den Linien 20 sind innerhalb dieser Unterbrechung u Impulse angedeutet, die eine im Vergleich zu der Unterbrechung u sehr kleine Impulsbreite bei hoher Impulsfolgefrequenzen besitzen und dem Substratsteuersignals derart überlagert sind, daß innerhalb der Unterbrechung u ein mehrfaches kurzzeitiges Schalten des Substratsteuersignals S zwischen O auf H mit der hohen Folgefrequenz erfolgt. Bei diesem Schalten werden jeweils Teilladungen von den Belichtungsbereichen an das Substrat abgeführt, so daß ohne Änderung der Belichtungszeit, ohne Änderung der Unterbrechung u durch Impulsbreitenmodulation der Impulse 20 die Teilentladungen und dadurch auch die Empfindlichkeit des CCD-Sensors gesteuert werden können.Because the CCD sensor 7 can be switched very quickly with a high repetition frequency, the invention also allows the sensitivity of this sensor to be controlled by pulse width modulation. An example of such a control is indicated in FIG. 6, which shows one of the interruptions u of the substrate control signal again in a temporal enlargement. The lines 20 indicate within this interruption u pulses which have a pulse width which is very small compared to the interruption u at high pulse repetition frequencies and are superimposed on the substrate control signal in such a way that within the interruption u a multiple brief switching of the substrate control signal S between O to H with the high repetition frequency. With this switching, partial charges are discharged from the exposure areas to the substrate, so that the partial discharges and thereby the sensitivity of the CCD sensor can be controlled without changing the exposure time, without changing the interruption u by pulse width modulation of the pulses 20 .

Das Ausgangssignal der Videokamera 2 wird beispielsweise einem nicht dargestellten Bildspeicher bzw. dem am Eingang dieses Bildspeichers vorgesehenen Analog-Digital- Wandler zugeführt, wobei dieser Bildspeicher dann an seinem Ausgang bzw. an den dortigen Digital-Analog-Wandler ein Bildsignal liefert, welches die unterschiedlichsten Normen erfüllen kann.The output signal of the video camera 2 is fed, for example, to an image memory (not shown) or the analog-to-digital converter provided at the input of this image memory, this image memory then supplying an image signal at its output or to the digital-to-analog converter located there, which signal signals the most varied Can meet standards.

BezugszeichenlisteReference list

1 Körper
2 Videokamera
3 Videosystem
4 umgebendes Medium
5 Hintergrund
6 Laser
7 CCD-Interline-Transfer-Sensor
8 Belichtungsbereich
10 Speicherbereich
11 Grundeinheit
12 Schieberegister
13 Steuerleitung für Transfersignal TS
15 Transferkanal
16 Substrat
17 Steuerleitung für Substratsteuersignal S
18 Ausleseregister
19 Verzögerungsglied
20 Impulse
u Unterbrechung
B Bildfenster
T,t Zeitdauer
TS Transfersignal
S Substratsteuersignal
Q Ladung 1 body
2 video camera
3 video system
4 surrounding medium
5 background
6 lasers
7 CCD interline transfer sensor
8 exposure range
10 memory area
11 basic unit
12 shift registers
13 Control line for transfer signal TS
15 transfer channel
16 substrate
17 Control line for substrate control signal S
18 readout registers
19 delay element
20 impulses
u interruption
B Image window
T, t duration
TS transfer signal
S substrate control signal
Q charge

Claims

1. Image acquisition system, with at least one CCD sensor ( 7 ) designed as an interline transfer sensor, which has several exposure areas ( 8 ) forming image points or pixels in an image plane for converting light into electrical charge (Q), each of which Memory area ( 10 ) is assigned, with controllable transfer channels ( 15 ), which can be activated for transferring the charges (Q) from the exposure areas ( 8 ) to the associated memory areas ( 10 ), with a substrate ( 16 ), via which at activation, in a discharge of the exposure regions (8) whose charges (Q) are discharged, and with a control circuit (3) via which the transfer channels (15) and the substrate (16) are each activated with a predetermined period of time and in a predetermined time sequence characterized that in order to achieve short exposure times (B), or changes in the light sensitivity of the CCD sensor (7), the drive circuit (3) the Entladu ng of the exposure areas ( 8 ) activated at least in each image phase and only deactivated or interrupted for the duration of the respective exposure time (B) or change in photosensitivity, and that the transfer channels ( 1 5) in each case even before the discharge and are activated during this deactivation by the control circuit ( 3 ).

2. Image acquisition system according to claim 1, characterized in that the control circuit ( 3 ) a transfer signal (TS) for activating the transfer channels ( 15 ) and a substrate control signal (S) for activating the discharge or discharge of the charges (Q) to the substrate ( 16 ) with a predefined time period and in a predefined time sequence, and that the substrate control signal (S) is only interrupted during the respective short exposure time (B) or change in the light sensitivity and the transfer signal (TS) before the start of each interruption (u) of the substrate Control signal (S) and pending for the entire duration of such an interruption.

3. Image acquisition system according to claim 1 or 2, characterized by a first control input ( 13 ) for the transfer signal (TS) and at least a second control input ( 17 ) for the substrate control signal (S).

4. Image acquisition system according to one of claims 1-3, characterized in that the exposure areas ( 8 ) form groups, each group of which has several such exposure areas ( 8 ) and associated memory areas ( 10 ) with transfer channels ( 15 ), and that the memory areas ( 10 ) each group form a common shift register ( 12 ), from which the charges (Q) of the individual memory areas ( 10 ) can be read out one after the other in chronological order.

5. Image acquisition system according to one of claims 2-4, characterized in that the transfer signal (TS) is constantly present.

6. Image acquisition system according to one of claims 2-4, characterized in that the control circuit ( 3 ) activates the transfer channels ( 1 5) periodically, in each case over a period of time (T) which is greater than the respective exposure time (B) or Duration of change in light sensitivity.

7. Image acquisition system according to one of claims 1-6, characterized in that the control circuit ( 3 ) deactivates or interrupts the discharge of the exposure areas ( 8 ) in the image phase at least once for the duration of the respective exposure time (B) or change in light sensitivity.

8. Image acquisition system according to one of claims 1-6, characterized in that the control circuit ( 3 ) deactivates or interrupts the discharge of the exposure areas ( 8 ) in the image phase at least twice for the duration of the respective exposure time (B) or change in light sensitivity.

9. imaging system according to any of claims 1-6, characterized in that the discharge of the exposure regions (8) is interrupted many times within an image phase over the substrate (6) by the drive circuit (3).

10. Image acquisition system according to one of claims 1-9, characterized in that the control circuit ( 3 ) controls the discharge of the exposure areas ( 8 ) on the substrate ( 16 ) synchronously with a light source emitting light pulses, for example pulse laser ( 6 ).

11. Image acquisition system according to claim 10, characterized by a device ( 19 ) for changing the phase position between the light pulses of the light source ( 6 ) and the interruption of the discharge of the exposure areas ( 8 ) or the substrate control signal (S) controlling this discharge.

12. Image acquisition system according to one of claims 4-11, characterized in that the shift registers ( 12 ) is assigned a common readout register ( 18 ) into which the charges (Q) of the same memory areas ( 10 ) of the shift registers ( 12 ) can be read in and out line by line which the charges (Q) of each line can be read out serially.

13. Image acquisition system according to one of claims 1-12, characterized in that the duration of the interruption (u) of the discharge of the image areas ( 8 ) via the substrate ( 16 ) is less than 1 µs, for example 10ns.

14. A method for controlling a CCD sensor ( 7 ) designed as an interline transfer sensor with exposure areas ( 8 ) arranged in an image plane, forming pixels or pixels, for converting light into electrical charge, each of which is assigned a storage area ( 10 ) , with controllable transfer channels ( 15 ), which can be activated for transferring the charges (Q) from the exposure areas ( 8 ) to the associated storage areas ( 10 ), and with a substrate ( 16 ), via which, when the discharge of the exposure areas is activated ( 8 ) whose charges can be dissipated, the transfer channels ( 15 ) and the substrate ( 16 ) each being activatable with a predefined time period and in a predefined time sequence, characterized in that, in order to achieve short exposure times (B) or changes in the photosensitivity of the CCD sensor ( 7 ) the discharge of the exposure areas ( 8 ) is activated and activated at least in each image phase is only deactivated or interrupted for the duration of the respective exposure time (B) or change in light sensitivity, and that the transfer channels ( 15 ) are opened or activated for charge transfer before the discharge is deactivated and during this deactivation.

15. The method according to claim 14, characterized in that for activating the transfer channels ( 15 ) a transfer signal (TS) and for activating the derivation of the charges on the substrate ( 16 ) a substrate control signal (S) each with a predetermined period and in a predetermined time sequence and that substrate control signal (S) is only interrupted during the respective short exposure time (B) or the duration of the respective change in light sensitivity and the transfer signal (TS) before the start of each interruption (u) of the substrate control signal (S ) and is pending for the entire duration of such an interruption.

16. The method according to any one of claims 14-15, characterized in that the exposure areas ( 8 ) form groups, each group of which has several such exposure areas ( 8 ) and associated memory areas ( 10 ) with transfer channels ( 15 ), the memory areas ( 10 ) each group forms a common shift register ( 12 ), from which the charges of the individual memory areas ( 10 ) are read out one after the other in chronological order.

17. The method according to claim 15 or 16, characterized in that the Transfer signal (TS) is constantly present.

18. The method according to claim 15 or 16, characterized in that the transfer channels ( 15 ) are periodically activated, each over a period (T) which is greater than the exposure time (B) or the duration of the respective change in light sensitivity.

19. The method according to any one of claims 14-18, characterized in that the discharge of the exposure areas ( 8 ) in each image phase is deactivated or interrupted at least once for the duration of the respective exposure time (B) or change in light sensitivity.

20. The method according to any one of claims 14-18, characterized in that the discharge of the exposure areas ( 8 ) in each image phase is deactivated or interrupted at least twice for the duration of the respective exposure time (B) or change in light sensitivity.

21. The method according to any one of claims 14-18, characterized in that the discharge of the exposure areas ( 8 ) on the substrate ( 16 ) is frequently interrupted within one image period.

22. The method according to any one of claims 14-21, characterized in that the discharge of the exposure areas ( 8 ) via the substrate ( 16 ) takes place synchronously with the light pulses of a light source emitting light pulses, for example pulse lasers ( 6 ).

23. The method according to any one of claims 14-22, characterized in that the shift registers ( 12 ) is assigned a common readout register ( 18 ), in which the charges of the same memory areas ( 10 ) of the shift registers ( 12 ) are read in line by line and from which the charges every line can be read out serially.

24. The method according to any one of claims 14 - 23, characterized in that the light sensitivity of the CCD sensor ( 7 ) is controlled by pulse width modulation of the interruption (u).