DE2947722A1

DE2947722A1 - Vorrichtung zum erhalt der raeumlichen frequenzkomponente eines lichtbildes

Info

Publication number: DE2947722A1
Application number: DE19792947722
Authority: DE
Inventors: Akira Ogasawara; Hiroshi Shirasu; Ken Utagawa
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1978-11-30
Filing date: 1979-11-27
Publication date: 1980-06-12
Also published as: JPS5582621U; US4291224A

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erhalt der räumlichen Frequenzkomponente eines durch ein optisches System erzeugten Bildes.

Es ist bekannt, die Ausgangssignale der photoelektrischen Wandler eines aus einer Vielzahl solcher Wandler aufge-

auf
bauten Feldes (Aas ein Bild mit Hilfe eines optischen Systems abgebildet wird) in Wechselstromsignale umzusetzen, deren Amplituden der Größe der Ausgangssignale entsprechen und deren Phasen sukzessive um 21Γ/Ν (N ganzzahlig) in der Reihenfolge der Anordnung der Wandler verzögert sind, wobei diese Wechselstromsignale dazu benutzt werden, aus dem Bild eine räumliche Frequenzkomponente zu erhalten, die als ihre Periode die räumliche Länge der N photoelektrischen Wandler in Richtung ihrer Anordnung besitzt (siehe beispielsweise US-Patentanmeldung 972 261 und DE-OS 28 56 233).

Die Ausgangssignale der photoelektrischen Wandler sind üblicherweise klein, ihre Verstärkung ist deshalb wünschenswert, worauf sich die Umsetzung in die besagten Wechselstromsignale anschließt. Jedoch müssen diese Umwandlungen gleichzeitig für sämtliche Ausgangssignale der photoelektrischen Wandler stattfinden, d.h. in paralleler Weise für alle Wandlerausgangssignale bewerkstelligt werden. Dieses bedeutet, daß Verstärker in paralleler Anordnung den photoelek-

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trischen Wandlern zugeordnet sein müssen, um deren Ausgangssignale zu verstärken. Wenn jedoch eine derartige Vielzahl Verstärker zu verwenden ist, müssen dabei die Verstärkungskennlinien aller Verstärker einander gleichgemacht werden, was zu einer sehr teuren Vorrichtung insgesamt führt.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung zum Erhalt der räumlichen Frequenzkonponente eines durch ein optisches System erzeugten Bildes bereitzustellen, bei dem die Ausgangssignale der photoelektrischen Wandler, ohne eine Vielzahl paralleler Verstärker benutzen zu müssen, verstärkt und in die Wechselstromsignale in paralleler Weise umgesetzt werden können.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Anspruches 1 wiedergegeben.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche .

Nachstehend ist die Erfindung anhand in der Zeichnung dargestellter Ausfuhrungsformen im einzelnen beschrieben.

Es zeigen:

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Fig. 1 das Schaltbild einer Vorrichtung zum Erhalt der räumlichen Frequenzkomponente eines Bildes in erfindungsgemäßer Ausbildung und

Fig. 2A_f Signal/Zeit-Diagramme zur Darstellung der einzel-2B, 2C,

3A, 3B, nen Signalwellenformen an den verschiedenen Stel-3C u. 3D

len der Schaltung nach Fig. 1

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung des Ausführungsbeispiels enthält das photoelektrische Wandlerfeld 1 eine Reihe aus vier Photodioden D. -D₄- Den vier Photodioden ist eine Schaltelementreihe 2 aus vier Feldeffekttransistoren (FETs) Sl - S4 zugeordnet. D±e Schaltungsteile 1 und 2 sind mit einer Abtastwerthalteschaltung 3 aus einem Operationsverstärker 3a, einem Rückkopplungskondensator 3b und einem Rücksetzschalter 3c verbunden. Der Ausgang der Schaltung 3 ist mit einer Verstärkerschaltung 40 aus einem FET 4, einem Kondensator 5 und Operationsverstärkern 6 und 7 verbunden. Weiterhin sind Halte-Schaltungen 8-11 mit Operationsverstärkern 8b - 11b mit dem Ausgang der Verstärkerschaltung 40 über FETs SlO bis S40 verbunden.

Die FETs Sl - S4 werden in momentane Leitfähigkeit durch Treibimpulse derselben Periode T₁ aber mit sukzessiv unterschiedlichen Zeitverzögerungen t-, gebracht, wie dieses

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in Fig. 2A dargestellt ist. Als Folge der sukzessiv leitenden FETs Sl - S4 werden die während der Nichtleitungsintervalle der FETs Sl - S4 insoweit an den PN-Übergängen der Photodioden D₁ - D. gespeicherten Ladungen, die der empfangenen Lichtstärke entsprechen, aufeinanderfolgend zum Rücksetzschalter 3c übertragen. Der Rücksetzschalter 3c wird durch einen Impuls (Fig. 2B) unmittelbar vor dem Leitungsintervall eines jeden der FETs Sl - S4 leitend gemacht, um die übertragene Ladung von einer vorausgegangenen Photodiode zu entfernen und für die Übertragung der Ladung aus der nächsten Photodiode vorbereitet zu sein. Danach erzeugt, wenn die FETs Sl - S4 jeweils um die Zeit t₁ verzögert nacheinander leiten, die Abtastwerthalteschaltung 3 Ausgangsspannungen e.. - e. entsprechend den jeweils an den Photodioden D₁ - D. empfangenen Lichtintensitäten.

Nachstehend sei die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1 beschrieben. Wenn der FET 4 nichtleitend ist, dann ist die Ausgangsspannung V₃ der Verstärkerschaltung 40 gegeben durch

V₃=G₁-G₂-V₁.-(1+G₁JG₂-V₂+(1+G₂ JV₁ (1)

hierin sind G₁= R₂/Ri
G₂= R₄/R₃

V = Referenzspannung

Vj= Ausgangsspannung der Schaltung 3 V₂= am Kondensator 5 gespeicherte Spannung.

Folglich wird, wenn die Widerstände R₁ - R. so gewählt

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R₂R₄
werden, daß G₁ -G_o-_n --■ = 1 wird, dann erhält man für Gleichung 1 folgenden Ausdruck

V₃=V_r+ (1+G₂) (V₁-V₂) (2)

Wenn weiterhin der FET Sl leitet, dann wird die Ausgangs spannung V- der Schaltung 3, wie erwähnt, gleich e.. .

Wenn als nächstes der FET 4 und der FET SlO zum aus Fig. 2C ersichtlichen Zeitpunkt leiten, erhält man V =V =e.. , und Gleichung (2) reduziert sich zu

Dieses wird im Kondensator 8a der Halteschaltung 8 über den FET SlO gespeichert. Sodann wird die Schaltung 3 durch Leitendmachen des Rücksetzschalters 3c zurückgesetzt, wonach V =e_ nach Leitendwerden des FET S2 wird.

Während dieser Zeit leitet der FET S20, jedoch nicht der FET 4, man erhält deshalb V-^e.. und aus Gleichung (2) folgenden Ausdruck

V₃=V_r+(l+G₂) Ce^e₁)

Dieser Wert wird im Kondensator 9a der Halteschaltung 9 gespeichert.

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Sodann wird V-=e auf die Leitung des FET S3 hin und wird V=e~ wegen der Nichtleitung des FET 4 und man erhält deshalb aus Gleichung (2)
V₃=V_r+(l+G₂)(e₃-_ei).

Dieser Wert wird in der Halteschaltung 10 auf die Leitung des FET S30 hin gespeichert.

In ähnlicher Weise wird auf die Leitung der FETs S4 und S40 hin die Spannung V₃=V +(l+G«)(e.-e-) in der Halteschaltung 11 gespeichert.

Auf diese Weise wird die Eingangsspannung V des Operationsspeichers 6 in der Halteschaltung 8 unabhängig vom Wert von e., gespeichert. Wird die verstärkte Differenz zwischen e_ und e. + V in der Halteschaltung 9 gespeichert und werden die verstärkten Differenzen zwischen e_ und e. und zwischen e. und

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e- + V in den Halteschaltungen 10 bzw. 11 gespeichert.

Der Verstärker 40 verstärkt demnach die Differenz zwischen den photoelektrischen Ausgangsxmpulsen der Reihe 1, so daß selbst bei starker Änderung der mittleren Beleuchtung im Lichtbild eine genau arbeitende Vorrichtung sichergestellt ist.

Umsetzer mit FETs SlOO - S4OO sind ausgangsseitig mit den

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Halteschaltungen 8-11 verbunden. Diese FETs SlOO - S400 werden durch Treibimpulse derselben Periode T (Fig. 3A-3D) ein- und ausgeschaltet, wobei jedoch diese Impulse aufeinanderfolgend je um aus T~/T. in der Reihenfolge der Anordnung der Photodioden D1-D4 phasenverschoben sind.

Dadurch fließen während der Leitung der FETs SlOO - S400 Ströme durch die entsprechenden FETs entsprechend den gehaltenen Werten der Halteschaltungen 8-11. Auf diese Weise wird jedes photoelektrische Signal nach seiner Verstärkung in ein Rechteckwellen-Wechselstromsignal entsprechender Amplitude umgesetzt, das in der Reihenfolge der Anordnung der photoelektrischen Wandler in der Phase jeweils um 2*"/4 verzögert (oder voreilend) ist. Diese Ströme werden sämtlich auf einem gemeinsamen Leiter 12 addiert.

Ein Bandpassfilter 13 mit der Durchlaßfrequenz ι/τ ±_st an den gemeinsamen Leiter 12 angeschlossen. Danach ist die Größe des Ausgangssignals des Filters 13 jene, die durch Entnehmen aus dem Lichtbild auf den Photodioden Dl - D4 erhältlich ist, nämlich eine spezielle, räumliche Frequenzkomponente, die die Länge der vier Photodioden in Richtung ihrer Anordnung als die räumliche Periode besitzt.

Hierbei wird die Periode aus T„ der Treibimpulse der FETs

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SlOO - S400 kleiner gemacht als die Periode T₁ der Treibimpulse der FETs Sl - S4, und zwar deswegen, weil das Ausgangssignal eines photoelektrischen Wandlers in das Wechselstromsignal umgesetzt sein muß, bevor nach der Zeitspanne T- das Ausgangssignal des nächsten photoelektrischen Wandlers erzeugt wird. Wünschenswert ist dabei T₂ so groß wie t. oder mehrere Male größer als t.. .

Bei der dargestellten Ausführungsform ist die räumliche Periode der zu entnehmenden räumlichen Frequenzkomponente durch vier Photodioden Dl - D4 geteilt, jedoch ist diese Zahl beliebig, und wird die räumliche Periode durch N photoelektrische Wandler unterteilt, dann werden die Phasen der Rechteckwellen-Wechselstromsignale je um 2T/N verzögert.

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L e e r s e i t e

Claims

BLUMBACH . V./EEER 3T-IRC-EN · KRAMER ZWiRNER · BREHM

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

PatentcoriEult RadedcestraOe 43 8000 München 60 Telefon (089) 83 3603/833604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsult Patentconsult Sonnenbergef Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsult

Nippon Kogaku K.K.

Tokyo, Japan Case 4 32

Vorrichtung zum Erhalt der räumlichen Frequenzkomponente eines Lichtbildes

Patentansprüche

/ 1. Vorrichtung zum Erhalt der räumlichen Frequenzkomponente eines durch ein optisches System erzeugten Bildes,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale a) eine Einrichtung mit einem Feld aus einer Vielzahl photoelektrischer Wandler, auf die das Bild projiziert wird, und einer Schaltung zum zeitlich nacheinander und mit vorbestimmter Periode erfolgenden Erzeugen eines Ausgangsimpulssignals, entsprechend der Intensität des bei einem jeden Wandler empfangenen Lichtes,

München: R. (Cramer Dipl.-Ing. . W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · H. P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-Ing. · P. Bergen Dipl.-Ing. Dr. ]ur. ■ G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

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ORIGINAL INSPECTED

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b) eine Schaltung zum aufeinanderfolgenden Speichern der einfallenden Ausgangsimpulse,

c) eine Schaltung zum Umsetzen der gespeicherten Ausgangsimpulse in ein Wechselstromsignal und

d) eine Schaltung zum Addieren der Wechselstromsignale und zum Abgeben derselben.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß zwischen der Ausgangsimpulssignal-Erzeugungsschaltung und der Speicherschaltung eine Verstärkeranordnung zur Verstärkung der zeitlich nacheinander auftretenden Ausgangsimpulse vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkeranordnung für eine Verstärkung der Differenz zwischen einem Ausgangsimpuls, der als Bezugsimpuls dient, und jedem der anderen Ausgangsimpulse ausgelegt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Periode, (T₂) des Wechselstromsignals im wesentlichen gleich wie oder einige Male größer als die vorbestimmte Periode (t..) der zeitlich aufeinanderfolgenden Ausgangsimpulse gemacht wird.

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