DE4327687A1 - Electronic image converter - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einem elektronischen Bildwandler nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bereits ein Fotodetektor der Firma Hamamatsu aus "Technical Notes", TN-102, 1982, Seiten 1 bis 10 bekannt, welcher vier Elektroden aufweist, die in Form eines Vier ecks einander paarweise gegenüberliegend auf einem Halbleiter ange ordnet sind und die Position eines Lichtpunkts auf der Halbleiter oberfläche detektieren. Die Grundlage für die Detektion des Licht punkts bildet der laterale Fotoeffekt ("Photoeffects in Nonuniformly Irradiated p-n-Junctions", Gerald Lucovsky, Journal of Applied Physics, Vol. 31, Nr. 6, 1960, Seiten 1088 bis 1095). Das Potential an den Elektroden entspricht einem Linienintegral bzw. Cauchy-Integral über die elektrische Potentialverteilung entlang einer geschlossenen Kurve auf der Halbleiteroberfläche, bei einer analytisch komplexen Darstellung. (Bronstein, Semendjajew, "Taschen buch der Mathematik", Verlag Harri Deutsch, 23. Auflage 1987, S. 518- 522). Für die Detektion mehrerer Lichtpunkte ist es möglich, mehrere solcher Fotodetektoren z. B. in Matrixanordnung zu vereinen und so auf jedem Detektor einen Lichtpunkt zu detektieren. Die An zahl der Fotodetektoren begrenzt dabei die Auflösung. The invention relates to an electronic image converter according to the Genus of the main claim. It is already a photo detector of the Hamamatsu company from "Technical Notes", TN-102, 1982, pages 1 to 10 known, which has four electrodes in the form of a four corners opposite each other in pairs on a semiconductor are classified and the position of a light spot on the semiconductor detect surface. The basis for the detection of light the lateral photo effect ("Photoeffects in Nonuniformly Irradiated p-n junctions, "Gerald Lucovsky, Journal of Applied Physics, Vol. 31, No. 6, 1960, pages 1088 to 1095). The potential on the electrodes corresponds to a line integral or Cauchy integral along the electrical potential distribution a closed curve on the semiconductor surface, at a analytically complex representation. (Bronstein, Semendjajew, "Taschen book of mathematics ", Verlag Harri Deutsch, 23rd edition 1987, p. 518- 522). For the detection of several light points, it is possible to several such photo detectors z. B. to combine in a matrix arrangement and thus to detect a point of light on each detector. The An The number of photo detectors limits the resolution.
Weiter bekannt ist die Verwendung von Festkörperbildsensoren, z. B. aus "IS 256 Optic RAM 262, 144 Element Solid-State Image Sensor" (Micron Technology 1986) für die Detektion mehrerer Bildpunkte. Auf grund der hierbei nötigen zeitlichen Abtastung kann auf einen Bild punkt nur periodisch zugegriffen werden. Die Einhaltung des Abtast theorems zur Vermeidung von Aliasing-Effekten führt dabei zu hohem technischem Aufwand und begrenzt die Leistungsfähigkeit des Systems.Also known is the use of solid-state image sensors, e.g. B. from "IS 256 Optic RAM 262, 144 Element Solid-State Image Sensor" (Micron Technology 1986) for the detection of multiple pixels. On Due to the necessary time sampling, an image can be taken point can only be accessed periodically. Compliance with the scan Theorems to avoid aliasing effects lead to high technical effort and limits the performance of the system.
Der erfindungsgemäße elektronische Bildwandler mit den kenn zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vor teil, daß für die Detektion mehrerer Bildpunkte nur ein Bildwandler mit der erfindungsgemäßen Anordnung der Einzelelektroden nötig ist. Des weiteren entstehen bei der Detektion mehrerer Bildpunkte keine räumliche Lücken, wie sie zwangsläufig bei der Anordnung mehrerer Bildwandler auftreten würden, so daß sich die Auflösung eines Bildes vorteilhaft verbessert. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß mit relativ geringem Aufwand eine hohe Anzahl von Bildpunkten detektiert werden kann, wobei die Messung zeitkontinuierlich erfolgt. Dadurch entsteht der weitere Vorteil, daß kein zeitliches Abtasttheorem zu erfüllen ist und auch keine zeitlichen Aliasing-Effekte auftreten können. Der Bildwandler führt außerdem den Vorteil mit sich, daß daßelbe Wandlerprinzip sowohl zur Umwandlung von optischen als auch akustischen Bildern in elektrische Signale und in umgekehrter Rich tung einsetzbar ist.The electronic image converter according to the invention with the kenn The drawing features of the main claim have the opposite part that only one image converter for the detection of several pixels with the arrangement of the individual electrodes according to the invention is necessary. Furthermore, none are created when multiple pixels are detected spatial gaps, as inevitably in the arrangement of several Image converter would occur so that the resolution of an image advantageously improved. Another advantage is that with detects a high number of pixels with relatively little effort can be, the measurement being carried out continuously. Thereby there is the further advantage that there is no temporal sampling theorem is fulfilled and there are also no temporal aliasing effects can. The image converter also has the advantage that the same transducer principle for converting both optical and acoustic images in electrical signals and in reverse direction tion can be used.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen elektronischen Bildwandlers möglich. The measures listed in the subclaims provide for partial further training and improvements of the main claim specified electronic image converter possible.
Die Ausbildung des Trägerelements als Halbleiter führt den Vorteil der einfachen Herstellbarkeit und bessere Eignung für die Massen produktion mit sich.The design of the carrier element as a semiconductor leads to the advantage the ease of manufacture and better suitability for the masses production with itself.
Die Ausgestaltung des Bildwandlers als pin-Schichthalbleiter führt in vorteilhafter Weise zu einer hohen Genauigkeit des Wandlers, da eine hohe Ausbeute an optisch generierten Ladungsträgerpaaren erreicht wird.The configuration of the image converter as a pin layer semiconductor leads to advantageously to a high accuracy of the converter, since a high yield of optically generated charge carrier pairs achieved becomes.
Besonders vorteilhaft ist es, die Referenzelektrode optisch trans parent auszuführen, wodurch der elektronische Bildwandler von zwei Seiten her mit Licht bestrahlbar ist. Bestrahlt man den Wandler mit Licht von der Seite mit der transparenten Referenzelektrode, so können Störungen durch die am Rand der Halbleiteroberfläche ver teilten Einzelelektroden, wie sie auf der gegenüberliegenden Seite vorliegen, verringert werden.It is particularly advantageous to optically trans the reference electrode parent, making the electronic imager of two Sides can be irradiated with light. If you irradiate the converter with Light from the side with the transparent reference electrode, see above can be disturbed by the ver at the edge of the semiconductor surface shared individual electrodes as they are on the opposite side are reduced.
Die Ausbildung des elektronischen Bildwandlers mit einer hochohmigen und einer piezoelektrischen Schicht dient in vorteilhafter Weise zur Verwendung des elektronischen Bildwandlers zur Aufnahme oder Abgabe von akustischen, räumlich verteilten Signalen, d. h. akustischen Bildern.Training the electronic image converter with a high impedance and a piezoelectric layer is used advantageously for Use of the electronic image converter for recording or delivery of acoustic, spatially distributed signals, d. H. acoustic Pictures.
Die Verwendung von Polyvinyliden-Fluorid als piezoelektrische Schicht bietet die Vorteile der Empfindlichkeit sowohl im optischen als auch im akustischen Bereich vereint mit der Eröffnung des Infra rot-Spektrums zur Bilderfassung, der leichten Beschichtbarkeit mit Elektroden-Strukturen und der Möglichkeit der Realisierung großer, flexibler Schichten. The use of polyvinylidene fluoride as the piezoelectric Layer offers the advantages of sensitivity in both optical as well as in the acoustic area combined with the opening of the infra red spectrum for image acquisition, easy coating with Electrode structures and the possibility of realizing large, flexible layers.
Die Ausführung der Referenzelektrode als infrarotlichttransparente Elektrode eröffnet einem mit Polyvinyliden-Fluorid beschichteten elektronischen Bildwandler die Möglichkeit, ebenfalls zur Vermeidung von Randeffekten, von der Oberseite her bestrahlbar zu sein.The design of the reference electrode as an infrared light transparent Electrode opens one coated with polyvinylidene fluoride electronic image converter the possibility, also to avoid of edge effects, to be irradiable from the top.
Weiter erweist es sich als vorteilhaft, den elektronischen Bild wandler mit einer elektrolumineszenten Schicht zu versehen, wodurch der Bildwandler als Geber für optische Bildsignale geeignet ist.It also proves advantageous to use the electronic image to provide transducers with an electroluminescent layer, thereby the image converter is suitable as a transmitter for optical image signals.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung des Bildwandlers ist eine Kombination einer hochohmigen Schicht mit einer Flüssigkristall schicht, die in Verbindung mit einer Lichtquelle ebenfalls als optischer Geber fungieren kann.Another advantageous embodiment of the image converter is a Combination of a high-resistance layer with a liquid crystal layer, which in connection with a light source also as optical encoder can function.
Ein homogener Raumwiderstand vereinfacht in vorteilhafter Weise die weitere Verarbeitung der an den Einzelelektroden anliegenden Potentiale in reeller Darstellung, da eine einheitliche Gewichtung für bezüglich der Anordnung der Einzelelektroden symmetrische Einzelelektroden in der Potentialmatrix wählbar ist.A homogeneous spatial resistance advantageously simplifies the further processing of those applied to the individual electrodes Potentials in real representation, because of a uniform weighting for symmetrical with respect to the arrangement of the individual electrodes Individual electrodes can be selected in the potential matrix.
Durch die Berechnung der Matrix der gemessenen Potentiale in reeller Darstellung mittels Hilbert und inverser Fourier-Transformation er folgt eine Zuordnung der an den Einzelelektroden anliegenden Potentiale zu den Intensitäten und Orten der auftreffenden Licht strahlen.By calculating the matrix of the measured potentials in real Representation using Hilbert and inverse Fourier transformation there follows an assignment of those applied to the individual electrodes Potentials for the intensities and locations of the incident light shine.
Eine Berechnung eines eindimensionalen Signals mittels Fourier-Transformation und Realteilbildung führt zu einer Dar stellung der korrespondierenden zweidimensionalen Potentialmatrix und dem ebenfalls korrespondierenden Bild auf dem Bildwandler. A calculation of a one-dimensional signal using Fourier transformation and real part formation leads to a dar position of the corresponding two-dimensional potential matrix and the corresponding image on the image converter.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen elektronischen Bildwandler als optischen Bildaufnehmer in einer unteren Draufsicht, Fig. 1 shows a solid state imager according to the invention as optical image sensor in a bottom plan view
Fig. 2 einen erfindungsgemäßen elektronischen Bildwandler als opti schen Bildaufnehmer im Querschnitt, Fig. 2 is a solid state imager according to the invention as a rule optical imager in cross-section,
Fig. 3 einen erfindungsgemäßen elektronischen Bildwandler als akustischen und optischen Bildaufnehmer bzw. -geber im Querschnitt, Fig. 3 is a solid state imager according to the invention as an acoustic and optical image sensor or sensors in cross-section,
Fig. 4 einen erfindungsgemäßen elektronischen Bildwandler als opti schen Bildgeber mit einer Flüssigkristallschicht im Querschnitt, Fig. 4 shows a solid state imager according to the invention as a rule optical imager having a liquid crystal layer in cross-section,
Fig. 5 ein Blockschaltbild mit einem Bildaufnehmer, Verstärkern und einem Bildgeber, Fig. 5 is a block diagram showing an image sensor, amplifier and an imager,
Fig. 6 ein Flußdiagramm zur Berechnung eines eindimensionalen Aus gangssignals aus der Potentialmatrix, Fig. 6 is a flowchart for calculating a one-dimensional off-crossing signal from the potential matrix,
Fig. 7 ein Flußdiagramm zur Berechnung der Potentialmatrix aus dem eindimensionalen Ausgangssignal. Fig. 7 is a flowchart for calculating the potential matrix from the one-dimensional output signal.
Fig. 1 zeigt die Unterseite eines elektronischen Bildwandlers mit
einem quadratischen mehrschichtigen Halbleiter 1, der eine Wandler
fläche 18 aufweist, an dessen gesamter quadratischer Randlinie 19
entlang gleichmäßig verteilt einander paarweise gegenüberliegend
mehrere rechteckige Einzelelektroden 2 nebeneinander angeordnet
sind. Auf der Oberfläche des quadratischen mehrschichtigen Halb
leiters 1 innerhalb der Wandlerfläche 18 ist ein Auftreffpunkt eines
Lichtstrahls 6 markiert. Wie Fig. 2 zeigt, ist der quadratische
mehrschichtige Halbleiter 1 aus einer p-leitenden
Schicht 3, einer n-leitenden Schicht 5 und einer zwischen den beiden
Schichten 3, 5 liegenden intrinsischen Schicht 4 aufgebaut. Auf der
der intrinsischen Schicht 4 gegenüberliegenden Seite der p-leitenden
Schicht 3 befindet sich eine Referenzelektrode 12, die die gesamte
Fläche der der intrinsischen Schicht 4 gegenüberliegenden Seite der
p-leitenden Schicht 3 bedeckt. Fig. 1 shows the underside of an electronic image converter with a square multilayer semiconductor 1 , which has a transducer surface 18 , along its entire square edge line 19 along evenly distributed mutually opposing pairs of rectangular individual electrodes 2 are arranged side by side. On the surface of the square multilayer semi-conductor 1 within the transducer surface 18 , an impact point of a light beam 6 is marked. As shown in FIG. 2, the square multilayer semiconductor 1 is made of a p-type
Layer 3 , an n-conducting layer 5 and an intrinsic layer 4 lying between the two layers 3 , 5 . On the side of the p-type layer 3 opposite the intrinsic layer 4 there is a reference electrode 12 which covers the entire surface of the side of the p-type layer 3 opposite the intrinsic layer 4 .
Wird zwischen den Einzelelektroden 2 und der Referenzelektrode 12 eine Spannung angelegt, so bilden sich bei einem von oben oder unten auf den elektronischen Bildwandler einfallenden Lichtstrahl 6 durch den lateralen Fotoeffekt Ladungsträgerpaare, die durch das zwischen den Einzelelektroden 2 und der Referenzelektrode 12 bestehende elektrische Feld getrennt und abgesaugt werden, ehe Rekombination eintritt. Die Menge der Ladungsträger ist proportional der Licht intensität. Durch Messung der an den Einzelelektroden 2 ankommenden Ladungsträger erhält man die Potentiale an den Einzelelektroden 2 als Meßergebnisse, die von der Lichtintensität und dem Ort des Lichtstrahls 6 abhängen. Die Randlinie 19 der Wandlerfläche 18 be grenzt dabei in etwa die Fläche, innerhalb derer die Auftreffpunkte von Lichtstrahlen 6 liegen sollen, um ein exaktes Ergebnis der Wand lung zu erhalten.If a voltage is applied between the individual electrodes 2 and the reference electrode 12 , then in the case of a light beam 6 incident on the electronic image converter from above or below, pairs of charge carriers are formed by the lateral photo effect, which are separated by the electrical field existing between the individual electrodes 2 and the reference electrode 12 and suctioned off before recombination occurs. The amount of charge carriers is proportional to the light intensity. By measuring the charge carriers arriving at the individual electrodes 2 , the potentials at the individual electrodes 2 are obtained as measurement results which depend on the light intensity and the location of the light beam 6 . The edge line 19 of the transducer surface 18 be approximately the area within which the points of incidence of light rays 6 should lie in order to obtain an exact result of the wall treatment.
Durch Rechnung kann aus den gemessenen Potentialen sowohl der Ort als auch die Intensität des Lichtstrahls 6 ermittelt werden. Als Grundlage dafür dienen die Hilbert-Transformation (siehe z. B. H.Marko "Methoden der Systemtheorie", Nachrichtentechnik 1, Springer Verlag 1986 S. 114 ff), die Fourier-Transformation (siehe z. B. H.Marko "Methoden der Systemtheorie", Nachrichtentechnik 1, Springer Verlag 1986 S. 15 ff), bzw. das Cauchy-Integral (siehe z. B. Schaum's Outline Series, "Theory and problems of Complex Variables", Murray R. Spiegel, Mc Graw Hill Book Company, S. 92-97, 118-120). The location and the intensity of the light beam 6 can be determined from the measured potentials by calculation. The basis for this is the Hilbert transformation (see, for example, BHMarko "Methods of System Theory", Telecommunications 1, Springer Verlag 1986 pp. 114 ff), the Fourier transformation (see, for example, BHMarko "Methods of System Theory", Telecommunications 1, Springer Verlag 1986 pp. 15 ff), or the Cauchy-Integral (see e.g. Schaum's Outline Series, "Theory and problems of Complex Variables", Murray R. Spiegel, Mc Graw Hill Book Company, pp. 92-97, 118-120).
Bei einer Anordnung von beispielsweise je vier Einzelelektroden 2 an jeder Seite der quadratischen Randlinie 19 auf der Oberfläche des quadratischen mehrschichtigen Halbleiters 1 entsteht eine Matrix anordnung aus 16 in einem Quadrat angeordneten Feldern. Da durch die Anordnung der Einzelelektroden 2 die Wandlerfläche 18 virtuell in eine Matrixstruktur aufgeteilt wird und somit bereits der Ort jedes Matrixelements bekannt ist, muß lediglich die Intensität des Licht strahls 6 im jeweiligen Matrixelement ermittelt werden. An jeder Einzelelektrode 2 wird eine lineare Kombination der Potentiale aller Matrixelemente gemessen.With an arrangement of, for example, four individual electrodes 2 on each side of the square edge line 19 on the surface of the square multilayer semiconductor 1 , a matrix arrangement of 16 fields arranged in a square is created. Since the arrangement of the individual electrodes 2 virtually divides the transducer surface 18 into a matrix structure and thus the location of each matrix element is already known, only the intensity of the light beam 6 in the respective matrix element must be determined. A linear combination of the potentials of all matrix elements is measured at each individual electrode 2 .
Aus den gemessenen Potentialen erfolgt eine Berechnung in ein ein dimensionales Ausgangssignal A. Die Berechnung wird anhand der Fig. 6 noch erläutert.The measured potentials are used to calculate a one-dimensional output signal A. The calculation is explained with reference to FIG. 6.
Während mit einer Anordnung aus Sensoren vom Typ Hamamatsu für 16 Bildpunkte 16 Sensoren mit je fünf Elektroden, was einer Gesamtan zahl von 80 Elektroden entspricht, nötig wäre, ist bei einer An ordnung vom erfindungsgemäßen Typ bei geringer Auflösungseinbuße nur eine Anzahl von 17 Einzelelektroden nötig. Bei einer Anordnung von vielen Matrixelementen, entsteht aufgrund der Bandbegrenztheit reeller Bilder der Effekt einer Bandbreitenreduzierung, wodurch weniger Einzelelektroden angeordnet sein müssen, als Matrixelemente vorhanden sind. Dieser Effekt verläuft nichtlinear.While with an array of sensors of the Hamamatsu type for 16 Pixels 16 sensors with five electrodes each, which is a total of number of 80 electrodes, would be necessary for one type Order of the type according to the invention with a low loss of resolution only 17 individual electrodes required. With an arrangement of many matrix elements, is due to the limited band real images the effect of a bandwidth reduction, whereby fewer individual electrodes have to be arranged than matrix elements available. This effect is non-linear.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungs gemäßen elektronischen Bildwandlers. Eine piezoelektrische Schicht 8 weist an ihrer Oberseite eine Referenzelektrode 12 auf. Auf der Unterseite ist die piezoelektrische Schicht 8 mit der Oberseite einer hochohmigen Schicht 7 verbunden. Auf der Unterseite der hoch ohmigen Schicht 7 befinden sich wieder an der Randlinie 19 der Wandlerfläche 18 verteilt analog Fig. 1 die Einzelelektroden 2. Fig. 3 shows a further embodiment of an electronic image converter according to the Invention. A piezoelectric layer 8 has a reference electrode 12 on its upper side. On the underside, the piezoelectric layer 8 is connected to the top of a high-resistance layer 7 . On the underside of the high-resistance layer 7 , the individual electrodes 2 are again distributed along the edge line 19 of the transducer surface 18 analogously to FIG. 1.
Mit dieser Ausgestaltung des elektronischen Bildwandlers ist eine Raumverteilung von Schall meßbar. Für eine gegebene Raumverteilung des Schalls 13 auf der Oberfläche der Referenzelektrode 12 entsteht eine äquivalente elektrische Potentialverteilung auf der Grenzfläche zwischen piezoelektrischer Schicht 8 und hochohmiger Schicht 7. Da die hochohmige Schicht 7 einen einheitlichen Raumwiderstand auf weist, können die auf der Grenzfläche existierenden elektrischen Potentiale mit den Einzelelektroden 2 erfaßt werden. Diese Art des elektronischen Bildwandlers kann auch als akustischer Bildgeber ein gesetzt werden. Ein Anlegen von elektrischen Potentialen an die Einzelelektroden 2 führt zum Ausbilden eines äquivalenten Schall druckpotentials auf der piezoelektrischen Schicht 8.With this configuration of the electronic image converter, a spatial distribution of sound can be measured. For a given spatial distribution of the sound 13 on the surface of the reference electrode 12 , an equivalent electrical potential distribution is created on the interface between the piezoelectric layer 8 and the high-resistance layer 7 . Since the high-resistance layer 7 has a uniform spatial resistance, the electrical potentials existing on the interface can be detected with the individual electrodes 2 . This type of electronic image converter can also be used as an acoustic image generator. Applying electrical potentials to the individual electrodes 2 leads to the formation of an equivalent sound pressure potential on the piezoelectric layer 8 .
Die Verwendung von Polyvinyliden-Fluorid als Material für die piezo elektrische Schicht 8 ist besonders zweckmäßig. Dieses Material weist fast die gleiche akustische Impedanz wie Wasser auf und ist somit besonders für Unterwasser-Schallwandler geeignet. Außerdem erweist sich Polyvinyliden-Fluorid als infrarotempfindlich. Damit kann der erfindungsgemäße elektronische Bildwandler mit einer Poly vinyliden-Fuorid-Schicht gleichzeitig als akustischer und optischer Bildgeber und -aufnehmer eingesetzt werden.The use of polyvinylidene fluoride as material for the piezoelectric layer 8 is particularly expedient. This material has almost the same acoustic impedance as water and is therefore particularly suitable for underwater sound transducers. In addition, polyvinylidene fluoride is found to be sensitive to infrared. The electronic image converter with a poly vinylidene-fluoride layer can thus be used simultaneously as an acoustic and optical image generator and sensor.
Weiterhin ist es vorgesehen, die piezoelektrische Schicht 8 durch eine elektrolumineszente Schicht 8 zu ersetzen. In diesem Fall muß die Referenzelektrode 12 optisch transparent sein. Ein so ausge stalteter elektronischer Bildwandler fungiert als optischer Bild geber. Ein Anlegen eines elektrischen Potentials an die Einzel elektroden 2 führt zur Abgabe eines optischen Signals von der elektrolumineszenten Schicht. Ein solcher Bildwandler kann daher ein elektronisch kodiertes Bild wiedergeben, dessen Kodierung z. B. mittels eines weiteren nach dem gleichen Prinzip aufgebauten Bildwandlers erzeugt wurde. Dabei bedingt die Art der Kodierung eine Ermittlung der elektrischen Potentiale entlang einer geschlossenen Linie, die die Randlinie des Bildwandlers darstellt.Furthermore, it is provided to replace the piezoelectric layer 8 by an electroluminescent layer 8 . In this case, the reference electrode 12 must be optically transparent. An electronic image converter designed in this way functions as an optical image generator. Applying an electrical potential to the individual electrodes 2 leads to the emission of an optical signal from the electroluminescent layer. Such an image converter can therefore reproduce an electronically coded image, the coding of which, for. B. was generated by means of another image converter constructed according to the same principle. The type of coding requires the electrical potentials to be determined along a closed line which represents the edge line of the image converter.
Fig. 4 zeigt eine Ausgestaltung des elektronischen Bildwandlers mit einer Flüssigkristallschicht. Eine Flüssigkristallschicht 11 wird von Seitenverschlüssen 10 und einer auf der Unterseite einer Front scheibe 9 angebrachten Referenzelektrode 12 nach oben hin ver schlossen. Die Unterseite der Flüssigkristallschicht 11 liegt auf einer hochohmigen Schicht 7 auf, an deren Unterseite an der Rand linie 19 der Wandlerfläche 18 entlang die Einzelelektroden 2 ange bracht sind. Unter der Anordnung befindet sich eine Lichtquelle 14. Fig. 4 shows an embodiment of electronic image converter having a liquid crystal layer. A liquid crystal layer 11 is joined by side seals 10 and a disk on the bottom 9 of a front-mounted reference electrode 12 toward the top ver. The underside of the liquid crystal layer 11 lies on a high-resistance layer 7 , on the underside of which line 19 of the transducer surface 18 along the individual electrodes 2 are introduced. A light source 14 is located below the arrangement.
Der so aufgebaute Bildwandler fungiert ebenfalls als optischer Bild geber. Auch hier wird eine an den Einzelelektroden 2 anliegende elektrische Potentialverteilung auf eine Verteilung der Transparenz der Flüssigkristallschicht 11 abgebildet. Die Transparenzverteilung auf der Wandleroberfläche erscheint durch die Beleuchtung der Licht quelle 14 als optisches Bild.The image converter constructed in this way also functions as an optical image generator. Here, too, an electrical potential distribution applied to the individual electrodes 2 is mapped onto a distribution of the transparency of the liquid crystal layer 11 . The transparency distribution on the transducer surface appears as an optical image due to the illumination of the light source 14 .
Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild mit zwei erfindungsgemäßen elektronischen Bildwandlern mit dazwischengeschalteten Verstärkern. Ein erster elektronischer Bildwandler 15 mit rundem Querschnitt und auf seiner Oberfläche entlang der Randlinie 19 verteilten Einzel elektroden 2 weist an jeder seiner Einzelelektroden 2 eine elektrische Verbindung zu je einem Verstärker 16 auf. Der Ausgang jedes Verstärkers 16 ist auf die Einzelelektroden 2 eines zweiten elektronischen Bildwandlers 17 geführt. Fig. 5 shows a block diagram with two inventive electronic imagers with interposed amplifiers. A first electronic image converter 15 with a round cross-section and individual electrodes 2 distributed on its surface along the edge line 19 has an electrical connection to an amplifier 16 on each of its individual electrodes 2 . The output of each amplifier 16 is routed to the individual electrodes 2 of a second electronic image converter 17 .
Das mit dem ersten elektronischen Bildwandler 15 aufgenommene Bild wird umgewandelt in elektrische Potentiale an den Einzelelektroden 2 abgegriffen und über den jeweiligen Verstärker 16 auf den zweiten elektronischen Bildwandler 17 geführt, wo die elektrischen Potentiale an dessen Einzelelektroden 2 wieder in ein optisches Bild umgewandelt werden.The image recorded with the first electronic image converter 15 is converted into electrical potentials at the individual electrodes 2 and is fed via the respective amplifier 16 to the second electronic image converter 17 , where the electrical potentials at its individual electrodes 2 are converted back into an optical image.
In Fig. 6 ist ein Flußdiagramm zur Berechnung eines ein dimensionalen Ausgangssignals A aus der Potentialmatrix E darge stellt. In Analogie zum Linienintegral (Cauchy-Integral) für eine analytische komplexe Potentialverteilung erfolgt dabei eine Um formung der Potentialmatrix E in reeller Darstellung in ein äqui valentes Ausgangssignal A. Dabei wird die Matrix E der Elektroden potentiale mittels der Hilbert-Transformation H(E) in eine komplexe Matrix K = E + j*H(E) erweitert und dann mittels der inversen Fourier-Transformation F-1 in das eindimensionale Ausgangssignal A = F-1(K) umgeformt.In Fig. 6 is a flowchart for calculating a one-dimensional output signal A from the potential matrix E represents Darge. In analogy to the line integral (Cauchy integral) for an analytical complex potential distribution, the potential matrix E is transformed into a real representation into an equivalent output signal A. The matrix E of the electrode potentials is converted by means of the Hilbert transformation H (E) in a complex matrix K = E + j * H (E) is expanded and then converted into the one-dimensional output signal A = F -1 (K) by means of the inverse Fourier transformation F -1 .
In Fig. 7 ist die Berechnung der Matrix der Elektrodenpotentiale aus dem Ausgangssignal A als Flußdiagramm dargestellt.In Fig. 7 the calculation of the matrix of the electrode potentials from the output signal A shown as a flow chart.
Nach der Anordnung des Ausgangssignals A in eine Matrixform A er folgt eine Fouriertransformation F(A). Mittels Realteilbildung Re(F) erhält man die Potentialmatrix E, deren Elemente die an die Einzel elektrode 2 anzulegenden Potentiale zur Wiedergabe des korrespon dierenden Bildes auf der Wandlerfläche 18 darstellen.After the output signal A has been arranged in a matrix form A, it is followed by a Fourier transformation F (A). Real part formation Re (F) gives the potential matrix E, the elements of which represent the potentials to be applied to the individual electrode 2 for rendering the corresponding image on the transducer surface 18 .
Die elektrische Potentialverteilung kann ebenso als analytische kom plexe Funktion dargestellt werden, die dann mittels des Cauchy-Linien-Integrals in ein eindimensionales Signal umgewandelt wird. The electrical potential distribution can also be used as an analytical com plexe function can be represented, which then by means of Cauchy line integrals converted into a one-dimensional signal becomes.
Eine besondere Anwendung kann der Bildwandler bei Elektrokardio- und Elektroenzephalogrammen finden, wobei vorteilhafterweise eine hohe Anzahl von Einzelelektroden 2 zur Ermittlung einer Potentialver teilung am Herzen oder am Gehirn dient.The image converter can be used particularly in electrocardio- and electroencephalograms, a large number of individual electrodes 2 advantageously being used to determine a potential distribution in the heart or brain.
Die Einzelelektroden 2 können auch andere als eine rechteckige Form, wie z. B. rund oder oval aufweisen, was unter anderem von der Geo metrie der Wandlerfläche abhängen kann.The individual electrodes 2 can also be other than a rectangular shape, such as. B. have round or oval, which may depend, among other things, on the geometry of the transducer surface.
Eine Ausführung des in Fig. 1 gezeigten Bildwandlers mit an nur zwei Seiten des quadratischen mehrschichtigen Halbleiters 1 ver teilten Einzelelektroden 2 ist bereits zur Detektion mehrerer Bild punkte geeignet. Im Sinne einer geringen Redundanz und hoher Signal güten ist jedoch eine gleichmäßige Verteilung entlang der gesamten Randlinie 19 vorzuziehen.An embodiment of the image converter shown in Fig. 1 with ver divided on only two sides of the square multilayer semiconductor 1 single electrodes 2 is already suitable for the detection of several pixels. In the sense of low redundancy and high signal quality, however, a uniform distribution along the entire edge line 19 is preferable.
Claims (12)
- a) die an den Einzelelektroden (2) gemessenen Potentiale in Matrix form zu einer Potentialmatrix E angeordnet werden,
- b) daß weiter die Potentialmatrix E einer Hilbert-Transformation H unterworfen wird und
- c) daß die mit dieser Transformierten komplex erweiterte Potential matrix E einer inversen Fourier-Transformation F-1 unterworfen wird, aus der ein eindimensionales der Intensität des auf der Bild wandleroberfläche auftreffenden Lichts oder Schalls proportionales Ausgangssignal A folgt.
- a) the potentials measured on the individual electrodes ( 2 ) are arranged in matrix form to form a potential matrix E,
- b) that the potential matrix E is further subjected to a Hilbert transformation H and
- c) that the complex matrix E expanded with this transform is subjected to an inverse Fourier transformation F -1 , from which a one-dimensional output signal A follows which is proportional to the intensity of the light or sound impinging on the image converter surface.
- a) das Ausgangssignal A in Matrixform angeordnet wird,
- b) daß diese Matrix einer Fourier-Transformation F unterworfen wird und
- c) daß der Realteil Re(F) der Ergebnismatrix der Fourier-Trans formation F in Matrixform angeordnet wird und an den Elektroden (2) in Form elektrischer Potentiale mit dem Zahlenwert des jeweiligen Matrixelements entsprechender Amplitude angelegt wird.
- a) the output signal A is arranged in matrix form,
- b) that this matrix is subjected to a Fourier transformation F and
- c) that the real part Re (F) of the result matrix of the Fourier transformation F is arranged in matrix form and is applied to the electrodes ( 2 ) in the form of electrical potentials with the numerical value of the respective matrix element of corresponding amplitude.
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