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Titel der Erfindung
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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.
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Sie findet Anwendung in der Meß-, Handhabe- und Robotertechnik und
hier insbesondere bei eleletrooptischen Meßsystemen, die einen Ausschluß von Fremdlichteinwirkungen
erfordern.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Darstellung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, Möglichkeiten für die Verarbeitung des optoelektronischen Sende- und Empfangssignals
zu finden.
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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.
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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.
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Besteht die Ansteuerschaltung aus einem Transportsignalgeber und einem
nachfolgenden Steuerteil, so kann der Transportsignalgeber zugleich als Taktgenerator
für den impulszähler genutzt werden.
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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.
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Ausführungebeispiel Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert werden.
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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.
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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.
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Zur Kopplung von Sender und Empfänger weist der Taktausgang der Ansteuerschaltung
3 eine weitere elektrische Verbindung mit diesem Synchronisationseingang auf.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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