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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Abfühlvorrichtungen und besonders
Felder solcher Vorrichtungen und insbesondere auf ein Verfahren zum Übertragen
von Signalen, welche von einzelnen Feldelementen erzeugt werden,
auf einen externen Prozessor oder eine andere solche Vorrichtung.
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Eine
bekannte Anordnung zum Bildverarbeiten benutzt ein Feld von sensitiven
Elementen, welche in Form einer integrierten Siliziumschaltung ausgeführt ist.
Das Bild wird auf ein Feld fokussiert und die durch jedes der sensitiven
Elemente erzeugten Signale werden in einer Verarbeitungseinrichtung kombiniert,
um ein Bildsignal zu erzeugen. Signale, welche durch die einzelnen
Elemente erzeugt werden, müssen
auf die Verarbeitungseinrichtung übertragen werden.
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In
einem großen
Feld, welches viele sensitive Elemente enthält, kann eine große Anzahl
von Verbindungen zwischen den sensitiven Elementen und der Verarbeitungseinrichtung
erforderlich sein. Solch eine große Zahl von Verbindungen kann
ein Problem für
das Umsetzen und für
die kombinierte Ausführung
des Feldes und die Verarbeitungseinrichtung nachteilig sein. Das
Führen
der Signale zwischen den sensitiven Elementen kann einen bedeuteten
Raumumfang einnehmen und dadurch unerwünschten Abstand zwischen sensitiven
Elementen hervorrufen, wodurch das Bild verschlechtert wird. Ein
gegenseitiges Kuppeln zwischen Verbindungen sowie zwischen Verbindungen
und anderen Signalen können
Fehlersignale einführen,
welche das gewünschte
Signal verschlechtern.
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Die
Halbleitervorgänge,
welche zum Realisieren des Feldes von sensitiven Vorrichtungen benutzt
werden, sind nicht immer für
die Umsetzung der Verarbeitungseinrichtung kompatibel und optimiert. Dies
ist insbesondere im Falle von Infrarot (IR)-Sensoren der Fall. Diese
Dichotomie von Zielrichtungen führt
zu widersprüchlichen
Anforderungen an die beiden Teile des Systems. Die konventionelle
Lösung
für dieses
Problem ist, die Abfühleinrichtung
und die Verarbeitungseinrichtung auf zwei getrennten integrierten
Schaltungen vorzusehen. Die erste integrierte Schaltung enthält das Feld
von sensitiven Vorrichtungen und die zweite integrierte Schaltung
enthält
das Interface und die Verarbeitungseinrichtung. Die große Zahl
von gegenseitigen Verbindungen, welche mit einem Bereitstellen einzelner
Verbindungen von den sensitiven Elementen mit der zweiten Chipeinrichtung
verbunden ist, führt
dazu, dass ein großer
Herstellungsaufwand für
eine solche Vorrichtung besteht und es besteht ein Fragezeichen
bezüglich
eines Sicherstellens der Zuverlässigkeit
einer so großen
Anzahl von gegenseitigen Verbindungen.
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Es
ist deswegen ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte
Anordnung zum Übertragen
von Signale von innerhalb eines Feldes von sensitiven Elementen
zu einer zugeordneten Verarbeitungseinrichtung vorzusehen.
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In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung wird deswegen ein Verfahren zum Übertragen
von Signalen von einer Vielzahl von einzelnen sensitiven Elementen,
welche auf einer ersten integrierten Schaltung vorgesehen sind,
auf eine Verarbeitungseinrichtung vorgeschlagen, welche auf einer zweiten
integrierten Schaltung vorgesehen ist, mit den folgenden Schritten:
Aufeinanderfolgendes Auswählen
des Ausgangs einer Anzahl sensitiver Elemente in einer vorbestimmten
Folge zum Erzeugen eines ersten Signals; Modulieren der Amplitude
eines Signals mit konstanter Frequenz zum Erzeugen eines zweiten
Signals; Übertragen
des genannten zweiten Signals von der genannten ersten integrierten
Schaltung auf die genannte zweite integrierte Schaltung; Demodulieren
des genannten zweiten Signals zum Regenerieren des genannten ersten
Signals; und weitergeben des genannten regenerierten ersten Signals
zu der genannten Verarbeitungseinrichtung, bei welchem die Ausgänge einer
ersten Gruppe von einzelnen Abfühlelementen
ausgewählt und
dann benutzt werden, um eine Trägersignal
von konstanter bekannter Frequenz zu modulieren, und der Ausgang
einer zweiten Gruppe einzelner Abfühlelemente simultan ausgewählt und
benutzt wird, um ein Trägersignal
von einer unterschiedlichen konstanten bekannten Frequenz zu modulieren,
wobei beide modulierten Signale simultan auf die genannte zweite
integrierte Schaltung übertragen
und simultan nach einem Ankommen an der genannten zweiten integrierten
Schaltung demoduliert werden.
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Unter
Verwendung eines solchen Verfahrens ist es möglich, einzelne Signale von
einzelnen Elementen in einem Feld von sensitiven Elementen auf eine
externe integrierte Schaltung unter Verwenden einer einzigen Abfühlelementsignalübertragungsverbindung
zu übertragen.
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In Übereinstimmung
mit einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Feld
von einzelnen Abfühlelementen
auf einer ersten integrierten Schaltung und eine geeignete Verarbeitungseinrichtung
für den
Ausgang des genannten Feldes von Abfühlelementen auf einer zweiten
integrierten Schaltung vorgesehen, wobei die genannten Schaltungen über eine
einzige Leitungsverbindung miteinander verbunden sind, wobei die
genannte erste integrierte Schaltung zusätzlich zu den genannten Abfühlelementen
enthält:
Eine Auswähleinrichtung
zum aufeinander folgenden Auswählen
des Ausgangs der genannten Abfühlelemente
in einer vorbestimmten Reihenfolge zum Erzeugen eines ersten Signals; eine
Signalerzeugeeinrichtung zum Erzeugen eines Trägersignals einer konstanten
bekannten Frequenz; eine Modulationseinrichtung zum Modulieren des
genannten Trägersignals
mit dem genannten ersten Signal zum Erzeugen eines zweiten Signals;
eine Übertragungseinrichtung
zum Übertragen
des genannten zweiten Signals zu der zweiten integrierten Schaltung,
wobei die genannte zweite integrierte Schaltung Mittel zum Aufnehmen
des genannten zweiten Signals einbezieht, Mittel zum Demodulieren
des genannten zweiten Signals zum Regenerieren des genannten ersten
Signals und Mittel zum Verarbeiten des genannten regenerierten ersten
Signals, wobei die Ausgänge
einer ersten Gruppe von einzelnen Abfühlelementen ausgewählt und
dann benutzt werden, um ein Trägersignal
von konstanter bekannter Frequenz zu modulieren, und der Ausgang
einer zweiten Gruppe von einzelnen Abfühlelementen wird simultan ausgewählt und
benutzt, um ein Trägersignal
einer unterschiedlichen konstanten bekannten Frequenz zu modulieren,
wobei beide modulierten Signale simultan auf die genannte zweite
integrierte Schaltung übertragen
und simultan nach einem Ankommen bei der genannten zweiten integrierten Schaltung
demoduliert werden.
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Die
Dokumente US-A-4612581 und JP-A-2000 050304 offenbaren Systeme,
bei welchen eine Amplitudenmodulation durch Mittel äußerer Komponenten
ausgeführt
wird. Sie offenbaren jedoch nicht, dass unterschiedliche Gruppen
von Abfühlelementen
simultan ausgewählt
und benutzt werden, um unterschiedliche Träger zu modulieren, welche simultan
auf eine weitere Verarbeitungsschaltung übertragen werden.
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Am
bevorzugtesten werden die Ausgänge mehrerer
solcher Gruppen einzelner Abfühlelemente simultan
ausgewählt,
moduliert, übertragen
und demoduliert. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform
entsprechen die Gruppen von Abfühlelementen
einzelnen Reihen oder Spalten in dem Abfühlfeld, wobei die Auswählsequenz
innerhalb der Gruppe mit dem Sensor an einem Ende der genannten
Reihe oder Spalte beginnt und mit dem Sensor an dem gegenüberliegenden
Ende der genannten Reihe oder Spalte endet. Vorzugsweise ist jede
Reihe oder Spalte mit einer zugeordneten Moduliereinrichtung ausgestattet
und die modulierten Signale werden aufeinander folgend durch eine
geeignete Kombiniereinrichtung kombiniert.
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Der
Auswählprozess
kann sofort wiederholt werden oder alternativ kann eine vorbestimmte
Verzögerung
zwischen aufeinander folgenden Auswählsequenzen vorhanden sein. Ähnlich kann
der Ausgang aufeinander folgender Abfühlelemente mit im Wesentlichen
verschwindendem Zeitintervall oder mit einem endlichen voreingestellten
Zeitintervall ausgewählt
werden.
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Vorzugsweise
ist jedes Abfühlelement
in einer Reihe oder Spalte mit einem Reihen- oder Spalten-Ausgangsleiter über einen
Schalter verbunden. Ein aufeinander folgendes Auswählen der
Ausgänge der
einzelnen Abfühlelemente
ist vorzugsweise durch sequenzielles Verbinden jedes Abfühlelements mit
dem Reihen- oder Spalten-Ausgangsleiter durch Schließen jedes
Schalters der Reihe nach ausgeführt.
Bei einer alternativen Ausführungsform,
bei welcher jeder Sensor einen unterschiedlichen Ausgang erzeugt,
kann das genannte Abfühlelement durch
ein Paar von Schaltern mit einem Paar von Ausgangsleitern verbunden
sein, wobei die Schalter in der gleichen Weise, wie zuvor beschrieben,
bedient werden.
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Vorzugsweise
unterliegt das genannte zweite Signal einer Analog/Digital-Konvertierung
und wird nachfolgend als ein digitaler Vorgang demoduliert. Vorzugsweise
werden die Signale, welche sich aus dem digitalen Demodulationsvorgang
ergeben, in Registern für
weitere Bildbearbeitung gespeichert. Eine solche digitale Verarbeitung
kann vorzugsweise von einem Mikroprozessor ausgeführt werden.
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Vorzugsweise
hat jedes Trägersignal
für jede Reihe
oder Spalte oder Gruppe einzelner Abfühlelemente eine andere Frequenz.
Am meisten bevorzugt werden die Trägerfrequenzen so bestimmt,
dass irgendwelche ungeraden Harmonische, welche während des
Modulationsprozesses unter Verwendung einer Trägerfrequenz erzeugt werden,
bei Frequenzen liegen, welche nicht dicht zu anderen Trägerfrequenzen
fallen.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsformen
werden die Trägerfrequenzen
durch ganzzahlige Teilung aus einem einzigen Taktgeberfrequenzsignal
erzeugt. Bei einer solchen Ausführungsform
ist eine geeignete Taktfrequenz 1 MHz und geeignete Ganzzahlenteilungsverhältnisse
sind 18, 20, 22, 25, 28, 33, 40 und 50. Vorzugsweise ist ein einziger
Taktsignalgenerator oder Synchronisationssignalgenerator mit beiden
integrierten Schaltungen verbunden.
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Vorzugsweise
sind die genannten Abfühlelemente
IR (Infrarot)-Abfühlelemente,
obgleich die Erfindung mit irgendwelchen anderen Strahlen-Abfühlelementen
oder irgendwelchen anderen geeigneten Abfühlelementen, wie Druck-, chemischen
oder biologischen Abfühlelementen
ausgeführt
werden kann, welche in einem Feld angeordnet sind.
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Damit
die Erfindung deutlicher verstanden wird, wird sie nun unter Bezugnahme
auf die zugehörigen
Zeichnungen weiter beschrieben, in welchen:
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1 ein
Blockdiagramm eines Sensorfeldes ist, welches Auswähl- und
Modulationsmittel nach der vorliegenden Erfindung umfasst;
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2 eine
detailliertere Ansicht einer alternativen Modulationseinrichtung
für ein
Sensorfeld nach der vorliegenden Erfindung ist;
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3 ein
Blockdiagramm ist, welches eine generelle Anordnung von Demodulations-
und Verarbeitungsmittel nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung wird nun mit Bezug auf die Zeichnungen als Beispiel
beschrieben.
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Die
Erfindung beschreibt ein Abfühlfeld,
bei welchem die Abfühlelemente
in einer ersten integrierten Schaltung und Mittel zum Verarbeiten
der Signale auf einer zweiten integrierten Schaltung vorgesehen sind.
Der Ausgang der Abfühlelemente
wird ausgewählt,
auf ein Trägersignal
moduliert und von der ersten auf die zweite integrierte Schaltung übertragen, wobei
es demoduliert und an einer Verarbeitungseinrichtung weitergegeben
wird.
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1 zeigt
eine Vielzahl von Abfühlelementen,
welche in einem quadratischen bzw. rechteckigen Feld mit n Spalten
und m Reihen angeordnet sind. Eine Vielzahl von Spaltenausgangsleitern 131, 132, 133,
... 13n laufen durch das Feld in einer ersten oder spaltenartigen
Richtung, wobei jeder Spaltenausgangsleiter einer Spalte von Abfühlelementen m.n
in dem Feld zugeordnet ist. Eine Vielzahl von Schalterkontrollleitern 121, 122, 123,
... 12m laufen durch das Feld in einer zweiten oder reihenartigen Richtung,
wobei jeder Schalterkontrollleiter einer Reihe von Abfühlelementen
m.n in dem Feld zugeordnet ist. Jedes der Abfühlelemente m.n ist mit einem Schalter 811,
... 8mn verbunden. Jeder der Schalter 811, ... 8mn ist
mit Signalen verbunden und von diesen gesteuert, welcher auf den
zugeordneten Schalterkontrollleitern 121, 122, 123,
... 12m übertragen werden.
Die Signale, welche von jedem Schalterkontrollleiter 121, 122, 123,
... 12m übertragen
wird, stellt alle die Schalter 811, ... 8mn simultan
in einer besonderen Reihe an. Die Signale auf den Schalterkontrollleitern 121, 122, 123,
... 12m sind relativ zueinander derart angeordnet, dass
jeder Schalter 811, ... 8mn innerhalb jeder Spalte
aufeinander folgend für
eine Zeit angeschaltet wird und dass zu jeder vorgegebenen Zeit
nur ein Schalter 811, ... 8mn in jeder Spalte angeschaltet
ist. Auf diese Weise erzeugt jeder Spaltenausgangsleiter 131, 132, 133,
... 13n ein erstes Ausgangssignal bestehend aus aufeinander
folgenden Auswahlen des Ausgangs jedes der Abfühlelemente m.n in der Spalte.
Wenn alle die Abfühlelemente
m.n in jeder Spalte ausgewählt
worden sind, wird der Prozess wiederholt. Der Auswählprozess
ist mittels Synchronisa tionssignalen synchronisiert, welche von
einem Signalgenerator (nicht dargestellt) erzeugt werden.
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Die
Spaltenausgangsleiter 131, 132, 133,
... 13n sind jeweils mit einem einer Vielzahl von Modulatoren 141, 142, 143,
... 14n verbunden. Jeder der genannten Modulatoren moduliert
ein Trägersignal einer
unterschiedlichen Frequenz f1, f2, f3, ... fn durch das erste Ausgangssignal
jedes der Spaltenausgangsleiter 131, 132, 133,
... 13n, um ein zweites Ausgangssignal zu erzeugen. Die
zweiten Ausgangssignale von den genannten Modulatoren 141, 142, 143,
... 14n werden in einer Kombiniereinrichtung 150 in
ein Übertragungssignal 151 kombiniert.
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Die
Trägersignalfrequenzen
sind alle unterschiedlich und derart bestimmt, dass irgendeine ungerade
Harmonische, welche während
des Modulationsprozesses unter Verwendung einer Trägerfrequenz
erzeugt worden sein mag, bei Frequenzen liegen, welche nicht dicht
zu anderen Trägersignalen liegen.
Um dies zu erreichen, werden die Trägerfrequenzen durch geradezahliges
Teilen aus einem Taktfrequenzsignal erzeugt. Eine geeignete Taktfrequenz
ist 1 MHz und geeignete gradzahlige Teilungsverhältnisse sind 18, 20, 22, 25,
28, 33, 40 und 50. Die Signale auf den Schalterkontrollleitern werden von
der gleichen einzigen Taktfrequenz abgeleitet. Darüber hinaus
wird das Synchronisationssignal von dem gleichen einzigen Taktfrequenzsignal
in einem festen Verhältnis
zu den Schalterkontrollsignalen erzeugt.
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2 zeigt
eine detailierteres Schaubild einer Ausführungsform eines Feldes. Bei
dieser Ausführungsform
erzeugt jedes Abfühlelement
m.n ein unterschiedliches Signal. Das genannte unterschiedliche
Signal wird über
ein Paar von Schaltern 911, ... 9mn auf einen
einer Vielzahl von Paaren von Ausgangsleitern verbunden. Die unterschiedlichen
Signale an den Paaren von Spaltenausgangsleitern werden auf Trägersignale
moduliert und aufsummiert, um ein Übertragungssignal 151 zu
bilden, während sie
als unterschiedliche Signale aufrechterhalten werden. In allen anderen
Aspekten ist diese Ausführungsform
die gleiche wie die erste Ausführungsform.
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3 zeigt
eine Anordnung zum Demodulieren des Übertragungssignals und dadurch
Erzeugen einer Nachbildung der ersten Ausgangssignale. Das Übertragungssignal 151 wird
mit einer Filtereinrichtung 152 verbunden, welche das Übertragungssignal in
einzelne amplitudenmodulierte Signale bei unterschiedlichen diskreten
Frequenzen f1, ... fn trennt. Die getrennten Signale werden einzeln
durch die Demodulationseinrichtung 154 hindurchgeführt. Die
Demodulationseinrichtung 154 demoduliert die einzelnen
getrennten Signale zu einer Form einer Nachbildung der ersten Ausgangssignale
von den Spaltenausgangsleitern. Um dies zu erreichen benutzen sowohl
die Filtereinrichtung 152 als auch die Demodulationseinrichtung 154 die
gleiche Trägerfrequenzen wie
die Modulatoren 141, ... 14n, welche durch ganzzahlige
Teilung aus einer einzigen Taktfrequenz erzeugt worden sind. Das
einzige Taktfrequenzsignal ist das gleiche Frequenztaktsignal wie
es in den Modulatoren 141, ... 14n benutzt wird.
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Die
Trägerfrequenzsignale
werden von einer Generatoreinrichtung 153 erzeugt. Die
Generatoreinrichtung 153 nimmt das gleiche Synchronisationssignal
auf wie es von dem Signalgenerator (nicht dargestellt) der ersten
integrierten Schaltung aufgenommen wird. Dies ermöglicht es,
dass die Elemente des Übertragungssignals 151 genau
voneinander getrennt und demoduliert werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Demodulationseinrichtung 154 als eine Analog/Digital-Konvertereinrichtung
ausgebildet, welche mit der Methode eines Konvertierens des analogen Übertragungssignals
in ein digitales Signal arbeitet, in dem die Trägersignale in digitale Signale
umgewandelt und die Demodulation als ein digitaler Prozess ausgeführt werden.
Die Signale, welche aus dem digitalen Demodulationsprozess resultieren,
werden in Regis tern 161, 162, 163, ... 16n für eine weitere
Bildbearbeitung gespeichert. Typischerweise wird dieses weitere
digitale Verarbeiten von einem Mikroprozessor ausgeführt.
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Natürlich ist
dies so zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die Einzelheiten
der oben beschriebenen Ausführungsform
beschränkt
ist, welche nur als Beispiel beschrieben worden ist.