DE3124716A1

DE3124716A1 - "anordnung zur mehrspektralen abbildung von objekten, vorzugsweise von zielen"

Info

Publication number: DE3124716A1
Application number: DE19813124716
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Ing. 2080 Pinneberg Fibich; Hans-Jürgen Dr. Ing. 2081 Appen Steil
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Priority date: 1981-06-24
Filing date: 1981-06-24
Publication date: 1983-05-19
Also published as: DE3124716C2

Description

igQnordnung zur mehrspektralen Abbildung von Objekten, vorzugsweise von
Zielen0,, Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur mehrspektralen Abbildung von Objekten, vorzugsweise von Zielen, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
ladungegekoppelte Halbleiterbauelemente sind allgemein bekannt. Sie ermöglichen einen Transfer von Ladungen in kontrollierter Weise von einer Elektrode zu einer benachbarten Elektrode eines Halbleitersubtrates. Sie können einen erstaunlich weiten Bereich von elektronischen Funktionen verrichten und werden beispielsweise als Bildsensoren in TV-Kameras oder in Bildtelegraphiesystemen verwendet. Ladungsgekoppelte Bildsensoren werden eingeteilt in eindimensionale Sensoren und in Flächen-Sensoren.
Eindimensionale Sensoren stellen ein einfaches Gerade-Linien-Array von Fotosensoren mit vereinigtem Leseausgang und Sensorschaltkreis, der sogenannten Ladungstransferschaltungsanordnung, dar. Flächen-Sensoren weisen ein zweidimensionales Mosaik aus Fotosensoren mit vereinigtem Leseausgang und Sensorschaltkreis auf. Eine Ladungstransferschaltung enthält zwei Arten von Registern, nämlich zum einen eingangs- und ausgangsseitig jeweils ein seriell mit zwei Phasen eines Taktes zu be- treibendes serielles Register und zum anderen zwischen diesen seriellen Registern im Multiplexmode zu betreibende parallele Register.
Anordnung en zur Nachbildung von zweidimensionalen Bildern mit Hilfe eines linearen ladungsgekoppelten Bildsensors sind allgemein bekannt.
Bei einer bekannten Anordnung (Scientific American, Febr. 1974, Seite 10) wird das abzutastende Bild auf einer rotierenden Trommel angeordnet, dessen Rotations-Geschwindigkeit z. B. mit dem vertikalen Abtastvorgang eines Darstellungsmonitors synchronisiert ist.
So erzeugen z. B. der ladungsgekoppelte Teil und der nachgeschaltete Ausleseschaltkreis horizontale Videozeilen mit einem Takt, der schnell genug ist, um einen vollständigen Bildausschnitt der Szene auf dem blonitor abzubilden.
Um eine Unterscheidung von zwei oder mehreren Objekten, insbesondere von Zielen, vor strukturiertem Hintergrund zu erhalten, ist es bekannt, Signale aus mindestens zwei Wellenlängengebieten mit Hilfe von Einzeldetektoren zu erfassen. Ein erster Teil dieser Einzeldetektoren absorbiert einen ersten Wellenlängenbereich, während ein zweiter Teil der Einzeldetektoren einen anderen Wellenlängenbereich absorbiert. Wobei nachteiligerweise zwei getrennte optische Kanäle mit entsprechenden Detektoren verwendet werden, hierbei ist eine Anordnung mit Ladungstransfer bekannt. Bei einer anderen Lösung liefern die Einzeldetektoren, die nachteiligerweise übereinander und somit nicht gleichzeitig in der Brennebene einer Optik liegen, entsprechend dem von ihnen absorbierten Wellenlängenbereich elektrische Signale an eine Auswertungsschaltungsanordnung, jedoch ist bei dieser Anordnung keine Ladungstransferschaltungsanordnung möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, mit der eine Unterscheidung von Objekten, vorzugsweise von Zielen, durch Signale aus mindestens zwei Wellenlängenbereichen mit Hilfe von in einer Brennebene liegenden Einzeldetektoren, die an das ladungsgekoppelte Halbleiterbauelement an- oder eingefügt sind, möglich ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 beschrieben.
Ein Vorteil der Erfindung ist in der Verwendbarkeit von verhältnismäßig billigen ladungsgekoppelten Halbleiterbauelementen zu sehen, die wegen der Verwendung typischer IC-Techniken schnell und preisgünstig in Serie hergestellt werden können. Weiterhin ist es vorteilhaft, daß durch die Anordnung aller Einzeldetektoren in einer Brennebene keine Teilung des die Einzeldetektoren beleuchtenden Lichtstrahles erforderlich ist; somit entfallen irgendwelche optischen Strahlteilereinrichtungen wie z. B. halbdurchlässige Spiegel. Bekannterweise entfallen bei IR-CCD's die sonst bei IR-Detektoren notwendigen aber empfindlichen Vorverstärker . Dies wird besonders vorteilhaft, wenn hohe Detektoranzahlen notwendig sind, da dann erhebliche Volumen- und Gewichtseinsparungen erzielt werden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt: Figur 1 ein ladungsgekoppeltes Halbleiterbauelement mit zugehörender Optik, Figur 2 einen vergrößerten Ausschnitt eines ladungsgekoppelten Halbleiterbauelementes in Draufsicht, und Figuren 3 und 4 jeweils einen Ausschnitt einer Seitenansicht eines ladungsgekoppelten Halbleiterbauelementes in hybrider bzw.
monolithischer Technik.
Das aus Fig. l ersichtliche ladungsgekoppelte Halbleiterbauelement 1 mit zugehörender Optik 2 ist die Anordnung zur mehrspektralen Abbildung von Objekten (Zielen). Auf der der Ladungstransferschaltungsanordnung gegenüberliegenden Seite weist das Halbleiterbauelement eine Reihe von Detektorstreifen 5 bzw. 6 auf, die für unterschiedliche Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche strahlungsempfindlich sind, und die aus zwei oder mehreren Einzeldetektoren bestehen. Die Abmessungen der Detektorstreifen sind derart gewählt, daß die Abbildung eines Objektpunktes infolge des Streukreises der Optik 2 auf zwei oder mehreren Einzeldetektoren von zusammengehörenden Detektorstreifen zu gleichen Teilen erfolgt. Dieses ist aus Fig. 2 zu entnehmen, in der zwei nebeneinanderliegende Detektorstreifen 5 oder 6 aus den Einzeldetektoren 3 und 4 bestehen. Die Detektorstreifen 5 sind beispielsweise für einen Wellenlängenbereich #1 - #2 strahlungsempfindlich, während die Detektorstreifen 6 einen Wellenlängenbereich A 3 - A 4 aufweisen. Auf ausgewählten Detektorstreifen 5 3 4 und 6 mit den Einzeldetektoren 3 und 4 wird ein Punkt 7 eines Objektes zu gleichen Teilen abgebildet. Enthält der Punkt 7 IR-empfindliches oder sichtbares Licht der beiden Wellenlängenbereiche i l 2 2 und X 3 - / 4,so erzeugen die Detektorstreifen 5 und 6 Ausgangssignale, die der Ladungstransferschaltungsanordnung des ladungsgekoppelten Halbleiterbauelementes l zugeführt werden. Jeder Detektorstreifen 5 bzw. 6 der Einzeldetektoren 3 bzw. 4 bildet somit eine Detektorreihe für einen bestimmten Spektralbereich, so daß die Unterscheidung von Objekten (Zielen) durch Signale aus zwei Wellenlängenbereichen ermöglicht wird, z. B. durch Darstellungen auf einem Monitor.
Weitere Wellenlängenbereiche lassen sich durch eine Vervielfachung der Detektorstreifen von mehreren entsprechenden Einzeldetektoren erfassen, wobei diese Detektorstreifen jeweils für verschiedene Wellenlängenbereiche empfindlich sein müssen.
In Fig. 3 ist ein ladungsgekoppeltes Halbleiterbauelement 8 dargestellt, das durch hybride Technik hergestellt ist. Dieses Halbleiterbauelement 8 weist die Detektorstreifen 10 und 11 auf, die für unterschiedliche Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche strahlungsempfindlich sind und auf einem Siliziumhalbleiterbauelement 12 angeordnet sind, das die Ladungstransferschaltungsanordnung (CCD-Bereich) enthält.
Ein durch monolithische Technik hergestelltes ladungsgekoppeltes Halbleiterbauelement 13 ist aus Fig. 4 ersichtlich. Die Detektorstreifen 15 und 16 sind in einem die Ladungstransferschaltungsanordnung (CCD-Bereich) enthaltenden Siliziumhalbleiterbauelement 17 integriert. Die unterschiedliche Wellenl ängenbereichsempfindl ichkeit der Detektorstreifen 15 bzw. 16 wird durch unterschiedliche Dotierung hergestellt.
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Claims

Patentansprüche 9 Ånordnung zur mehrspektralen Abbildung von Objekten, vorzugsweise von Zielen, insbesondere IR-empfindliches oder sichtbares lichtempfindliches Such-, Detektions- oder Identifizierungsgerät bzw. -sustem, unter Verwendung einer die Objektpunkte der Objekte auf mindestens einem ladungsgekoppelten Halbleiterbauelement abbildenden Optik, wobei jedes ladungsgekoppelte Halbleiterbauelement eine Vielzahl von lichtempfindlichen Einzeldetektoren und eine Ladungstransferschaltungsanordnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einzeldetektor (3, 4) in mindestens zwei Teilbereiche (5, 6, 10, 11, 15, 16) zusammengefaßt sind, die für unterschiedliche Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche empfindlich sind, daß die Abbildung jedes Objektpunktes (7) infolge des Streukreises der Optik (2) auf jedem Teilbereich (5, 6, 10, 11, 15, 16) von mehreren Einzeldetektoren (3, 4) erfolgt, und daß die Ausgangssignale jedes Einzeldetektors (3, 4) der Teilbereiche (5, 6, 10, 11, 15, 16) der Ladungstransferschaltungsanordnung (CCD-Bereich) zugefiihrt werden.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzeldetektoren (3, 4) der Teilbereiche (5, 6, 10, 11, 15, 16) gleich große Flächen aufweisen.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ladungsgekoppelten Halbleiterbauelemente (8) für unterschiedliche Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche strahlungsempfindliche Detektorstreifen (10, 11) aufweisen, die von zwei oder mehreren Einzeldetektoren gebildet werden, und die auf einem die Ladungstransferschaltungsanordnung (CCD-Bereich) enthaltenden Siliziumhalbleiterbauelement (12) angeordnet sind (hybride Technik).
4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ladungsgekoppelten Halbleiterbauelemente (13) Detektorstreifen (15, 16) aufweisen, die in einem die Ladungstransferschaltungsanordnung (CCD-Bereich) enthaltenden Siliziumhalbleiterbauelement (17) integriert sind, deren Strahlungsempfindlichkeit für unterschiedliche Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche durch verschieden dotiertes Grundmaterial hergestellt ist, und die von zwei oder mehreren Einzeldetektoren gebildet werden (monolithische Technik).