DE3309027A1 - Schaltungsanordnung zur unterdrueckung von fremdlichteinwirkungen bei halbleiter - abbildungseinrichtungen - Google Patents

Schaltungsanordnung zur unterdrueckung von fremdlichteinwirkungen bei halbleiter - abbildungseinrichtungen

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DE3309027A1
DE3309027A1 DE19833309027 DE3309027A DE3309027A1 DE 3309027 A1 DE3309027 A1 DE 3309027A1 DE 19833309027 DE19833309027 DE 19833309027 DE 3309027 A DE3309027 A DE 3309027A DE 3309027 A1 DE3309027 A1 DE 3309027A1
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pulse
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semiconductor imaging
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DE19833309027
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Günter Gittler
Otto JÜNEMANN
Gunter LÜTH
Eberhard Schmidt
Bernd DDR 6902 Jena Veith
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Jenoptik AG
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Jenoptik Jena GmbH
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    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06KGRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/10Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
    • G06K7/10544Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation by scanning of the records by radiation in the optical part of the electromagnetic spectrum
    • G06K7/10821Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation by scanning of the records by radiation in the optical part of the electromagnetic spectrum further details of bar or optical code scanning devices
    • G06K7/10851Circuits for pulse shaping, amplifying, eliminating noise signals, checking the function of the sensing device
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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Description

  • Titel der Erfindung
  • Schaltungsanordnung zur Unterdrückung von Fredlichteinwirkungen bei Halbleiter-Abbildungseinrichtungen Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Unterdrückung einer starken Fremdlichteinwirkung bei fotoempfindlichen hochauflösenden sequentiell auslesbaren Halbleiter-Abbildungseinricht ungen.
  • Sie findet Anwendung in der Meß-, Handhabe- und Robotertechnik und hier insbesondere bei eleletrooptischen Meßsystemen, die einen Ausschluß von Fremdlichteinwirkungen erfordern.
  • Charakteristik der bekannten tochnischen Lösungen Ein eiotrooptisches Meß- oder Erkennungssystem kann im weitesten Sinne aus einer Strahlungsquelle als Sender, einem optischen Kanal und einem fotoempfindlichen Sensor als Empfänger bestehen.
  • Die Trendentwicklung sioht 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 Obertragung eines optischen Infornationssignals unter Beeinflussung eines Fremdlichtpegels, so kommt es zu einer Überlagerung des Nutzsignals und des störenden Fremdlichtpegels. Dies erschwert oder verhindert die Auswertung der an ausgang der Halbleiter-AbMildungseìnrichtun9 vorliegenden Information. Durch eine Erhöhung der Sendeieistung und oder durch die Abschirmung des optischen Kanals vor Fremdlichtquellen kann unter Einschränkungen und hohem Aufwand eine Halbleiter-Abbildungseinrichtung zur Anwendung kommen. Eine andere Nöglichkeit der Fremdlichtunterdrückung wird in der Erfindungsbeschreibung DE 25 57 863 dargestellt. Dabei wird der Fremdlichtanteil als Gleichanteil bzw. als echselanteil mit niedrigen Frequenzkompcnenten angenommen, Es wird vorgeschlagen, das zu übertragende optische Signal mit einer hohen Frequenz zu modulieren.
  • Das Ausgangssignal der Empfangseinheit 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 uns setzt voraus, daß der vorhandene Fremdlichtanteil betreffs seiner Frequenzkomponenten bekannt sein muß. Weiterhin ist der Empfang der notwendigen hohen Modulationsfrequenz 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 untersuchenden 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 Fremdlichtquellç im Lichtaufnahmewinkel des Empfängersystems, so wird das Erkennungsprinzip gestört. Außerdem ist die für viele Meßprinzipien geforderte 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 gewonnen, das aus dem Informationasignal und einem Grundsignal besteht. Durch ständige Messung des Grundsignals und deren speicherung wird durch digi- tale Subtraktion des Grundsignals vorn Meßsignal das Meßergobnis gebildet. Es zeigt sich aber, daß solch eine Digitalisierung und anschließende Subtraktion sehr aufwendig ist.
  • ie: dcr Ertindung Für einc elektrooptische Meßeinrichtung mit einer Strahlungsquelle als Sender und einer fotoempfindlichen hochauflösenden Halbleiter-Abbildungseinrichtung als Empfänger 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 t4albleiter-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 Verbindung zur Steuerelektrode u deren getakteten Steuerung besteht und der Taktausgang eine weitere elektrische Verbindung mit dem Synchronisationseingang der Impulssteuerung aufweist.
  • Die Impulssteuerung kann einen Impulszähler und im Signales nachfolgend einen Impulswandler enthalten. Der Synchronisationseingang der Impulssteuerung ist dann als Start/Stopp-Eingang des Impulszählers ausgebildet. Vom Takteingang des Impulszählers 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-Abbildungsein richtung auch bei starken Fremdlichteinwirkungen eine zuverlässige Signalerkennung ermöglicht wird. Die Fremdlichtunterdrückung erfolgt ohne großen Mehraufwand an schaltungstechnischein bzw. optischen Anordnungen, Damit wird ein geringer Material-, Platz- und Kostenaufwand garantiert. Die Lösung ist charakterisiert durch einon großen Signal-llausch-Abstand, eine hohe Zuverlässigkeit 1 einen geringen Energieverbrauch und eine sehr schnelle Bereitstellung des Informationssignals. Weiterhin zeigt sich, daß eine Einschränkung bezüglich des optischen Neßprinzips nicht vorliegt.
  • Ausführungebeispiel Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
  • Die zugehörigen Zeichnungen zeigen Fig. 1 Blockschaltbild der Schaltungsanordnung zum Ausführungsbeispiel Fig. 2 Impuls-Zeit-Diagramm zum Ausführungsbeispiel Die im Ausführungsbeispiel verwendete strahlungsempfindliche sequentiell auslesbare HalbIeiter-Abbildungseinrichtung 1 als Empfanger besitzt zur ihrer Ansteuerung eine Transportelektrode, eine Transferelektrode und eine Steuerelektrode, wobei das Eingangssignal der Steuerelektrode S aktiv Einfluß auf die Akkumulation von informationstragenden Ladungsträger nimmt.
  • Somit kann als Steuerelektrode a,B. der in der 1. und 2. Generation der Halbleiter-Abbildungseinrichtungen als Photogateelektrode bezeichnete Anschluß dienen. Zur Bereitstellung der notwendigen Anschlußbedingungen ist der Halbleiter-Abblldungseinrichtung 1 eine Ansteuerschaltung3, 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 dor Steuerelektrode vorhanden sein. Die als ender verwendete Strahlungsquelle ist als Impulsstrahler 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 Frendlichteinwirlcungen kann dieser Grundaufbau der Schaltungsanordnung bei jeder Halbleiter-Abbildungs einrichtung 1 Anwendung finden. Die Unterdrückung basiert dabei darauf, daß nur während des Zeitabschnittes der Abstrahlung des Sendesignals durch den Impulsstrahier 2 auch eine Aktivierung des Sensors und eine damit verbundene Auswertung dieses Sendesignals möglich ist. Die Folge ist eine nesentliche Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses. Uiese Synchronisation von Sender und Empfänger wird durch. die Anwendung der bisher nicht bekannten getakteten Steuerung der Steuerelektrode realisiert. Bei der Verwendung eine einer Halbleiter-Abbildungseinrichtung der 1. Generation kann somit entweder mittels der Photogateelektrode oder einer eventuell vorhandenen Anti-Blooming-Elektrode die Generationezeit der Ladungsträger und damit die Integrationszeit auf den Zeitabschnitt der Übermittlung des Sendesignals begrenzet werden. iDie getaktete Steuerung der Photogateelektrode bei Halbleiter-Abbildungseinrichtungen der 2. Generation hat dagegen auch einen wesentlichen Einfluß auf die Ladungsübertragungsvorgänge dieses Sensors. Nur während der wendezeit des Impulsstrahlers 2 erfolgt eine Akkumulation der informationstragenden Ladungsträger in der der Photogateelektrode zugeordneten Raumladungezone oder in der CDD-Schieberegisterstruktur der Halbleiter-Abbildungseinrichtung 1. Durch die gegebene Möglichkeit der Elimination der durch die Fremdlichteinwirkungen erzeugten La dungsträger beim Ladungsübertragungsvorgang ist es hierbei vorteilhaft. während eines Meßvorganges mehrere Sendeimpulse abzutrahlon. Um dies zu realisieren, wird ohne großen ufan der bisherige Grundaufbau der Schaltungsanordnung weiter untersetzt.
  • In der Fig. l ist das Blockschaltbild zu diesem Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Impulssteuerung 4 enthält dabei einen Impulszähler 7 und im Signales nachfolgend einen Impulswandler 8. Der Synchronlsationseingang der Impulssteuerung 4 ist als Start/Stopp-Lingang des Impulszählers 7 ausgebildet.
  • Der Takteingang des Impulszählers 7 weist eine elektrische Verbindung zu einem Taktgenerator auf. Besteht die Ansteuerschaltung 3 aus einem Transportaignalgeber 5 und einem nachfolgenden Steuerteil 6, so kann der Transportsignalgeber 5 zugleich als taktgenerator für den Impulezähler 7 genutzt werden.
  • Vor dem Beginn eines Meßzyklus muß am Impulszähler 7 ein Zählerstand eingestellt werden. Die Größe des Zählerstandes hängt einerseits von der möglichen Folgefrequenz der Übermittlung eines Sendesignals 2 durch den Impuisstrahler 2 und andererseits von der Amplitude des Ausgangssignals des Impulsstrahlers f1 und der Erkennungssc11welle des Sensors ab. Mit dem Start des Meßvorganges liege das Ausgangssignal des Transportsignalgebrs fT am Eingang des Steuerteils 6 und am Takteingang des Impulszählers 7 vor. Im Steuerteil 6 werden die notwendigen Anschlußbedingungen für die Halbleiter-Abbildungseinrichtung l, das Eingangssignal für die Transportelektrode T> das Eingangssignal für die Transferelektrode X und das Eingangssignal für die Steuerelelctrode erzeugt. Zu einem ausgewählten Zeitpunkt erscheint an dem Taktausgang der Ansteuerschaltung 3, der mit der Steuerelektrode elektrisch verbunden ist, ein Taktsignal. Dieses schafft in der der Steuerelektrode zugeordneten Raumladungszone die Bedingungen zur Akkumulation von informationstragenden Ladungsträgern.
  • Gleichzeitig dient dieses Takt signal als Startsignal für den Impulsvähler 7. Mit Erreichen des eingestellten Zählerstandes wird am Ausgang des nact2iolgenden Impulswandlers 8 ein dem Impuisstrahler 2 ange-paßtes Impulsaignal bereitgestellt. Damit wird der Impulsstra11ler 2 kurzzeitig aktiviert und ein Sendesignal wird ausgestrahlt. Dieser Zähivorgang 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 informationstragenden Ladungsträger ist nicht mehr möglich. Nach Schaffung aller Anfangsbedingungen knn der Meßzylclus ncu beginnen. In der Fig. 2 ist das dazugehörige Impuls-Zeit-Diagramm dargestellt. Mit dieser Schaltungsanordnung kann mit einem geringen Aufwand eine wesentliche Vergrößerung des Signal-Rausch-Abstandes und damit eine wirksame Unterdrückung der Fremdlichteinwirkungen erfolgen.
  • Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen l Halbleiter-Åbbildungseinrichtung 2 Impulsstrahler 3 Ansteuerschaltung 4 Impulssteuerung 5 Transportsignaigeber 6 Steuerteil 7 Impulszähier 8 Impuiswandler T Eingangsstgnal der Transportelektrode Eingangssignal der Transferelelctrode pls Eingangssignal der Steuerelektrode fT Ausgangssignal des Transportsignaigebers fI Ausgangssignal des Impulsstrahlers Leerseite

Claims (3)

  1. PatentSprüche 0 Schaltungsanordnung zur Unterdrückung von Fremdlichteinwirkungen mit einer strahlungsempfindlichen sequentiell auslesbaren Halbleiter-Abbildungseinrichtung als Empfänger und einer Strahlungsquelle als Sender, bei der die Halbleiter-ADbildungseinrichtung eine Transportelektrode, eine Transferelektrode und eine Steuerelektrode zur Beeinflussung der Akkumulation informationstragender Ladungsträger aufweist und zur Bereitstellung des Transport taktes und zur Schaffung der Anschlußbedingungen für die Helbleiter-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 Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch1 daß die Impulssteuerung einen Impulszähler und im Signaiweg nachfolgend einen Impuiswandler enthält, wobei der Synchronisationseingang der Ixpulssteuerung als Start/Stopp-Eingang des Impulszählers auagebildet iet, und daß der Takteingang des Impulszählers eine elektrische Verbindung zu einem Taktgenerator aufweist.
  3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Ansteuerschaltung aus einem Transporteignalgeber und einem nachfolgenden Steuerteil besteht und daß der Transportsignalgeber zugleich den Taktgenerator darstellt.
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