RU99106432A

RU99106432A - Способ и устройство для определения информации об амплитуде и фазе электромагнитной волны

Info

Publication number: RU99106432A
Application number: RU99106432/28A
Authority: RU
Inventors: Рудольф ШВАРТЕ
Original assignee: Рудольф ШВАРТЕ
Priority date: 1996-09-05
Filing date: 1997-09-05
Publication date: 2001-02-10

Claims

1. Способ определения информации об амплитуде и/или фазе электромагнитной волны, в котором излучаемая электромагнитная волна падает на поверхность элемента фотонного смешения, имеющего по меньшей мере один пиксель, причем пиксель имеет по меньшей мере два светочувствительных модуляционных фотовентиля G_am и G_bm и связанные накопительные вентили G_a и G_b, к модуляционным фотовентилям G_am и G_bm прикладывают напряжения U_am(t) и U_bm(t) модуляционный фотовентилей, которые имеют вид U_am(t) = U₀ + U_m(t) и U_bm(t) = U₀ - U_m(t), причем к накопительным вентилям G_a и G_b прикладывают постоянное напряжение, величина которого изменяется по меньшей мере настолько, насколько изменяется величина суммы U₀ и амплитуда напряжения U_m(t) модуляции, носители заряда, которые образуются в зоне пространственного заряда модуляционных фотовентилей G_am и G_bm с помощью падающей электромагнитной волны, подвергают действию градиента потенциалов поля дрейфа в зависимости от полярности напряжений U_am(t) и U_bm(t) модуляционных фотовентилей и дрейфа в соответствующем накопительном вентиле G_a и G_b, и удаляют заряды q_a и q_b, которые образуются в результате дрейфа к соответствующим накопительным вентилям G_a и G_b.

2. Способ по п. 1, в котором электромагнитную волну, промодулированную по интенсивности, излучают посредством передатчика, электромагнитная волна, отраженная от объекта, падает на поверхность элемента фотонного смещения, напряжение U_am(t) и U_bm(t) модуляционных фотовентилей находятся при фиксированном соотношении фаз с фазой электромагнитной волны, излученной посредством передатчика, и произведенные носители заряда дополнительно подвергают действию градиента потенциалов поля дрейфа в зависимости от фазы противофазных напряжений U_am(t) И U_bm(t) модуляционных фотовентилей.

3. Способ по п. 2, в котором для двух различных сдвигов d_Φ1 _и d_Φ2 фаз напряжений U_am(t) и U_bm(t) модуляционных фотовентилей относительно фазы электромагнитной волны, излученной посредством передатчика, удаляют заряды q_a1 и q_b1, а также q_a2 и q_b2 и формируют разности (q_a1 - q_b1) и (q_a2 - q_b2), и по которому в соответствии с выражением

фазу Φ_opt пикселя падающей электромагнитной волны определяют относительно фазы электромагнитной волны, излученной посредством передатчика, и таким образом определяют время прохождения электромагнитной волны, принимаемой с помощью пикселя.

4. Способ по п. 3, в котором посредством четырех модуляционных фотовентилей G_am, G_bm, G_cm и G_dm и четырех связанных накопительных вентилей G_a, G_b, G_c и G_d, для двух различных сдвигов d_Φ1 и d_Φ2 фаз напряжений модуляционных фотовентилей U_am(t) = U₀ + U_m1(t) и U_bm(t) = U₀ - U_m1(t), U_cm(t) = U₀ + U_m2(t) и U_dm(t) = U₀ - U_m2(t) относительно фазы электромагнитной волны, излученной посредством передатчика, в то же самое время заряды q_a, q_b, q_c и q_d разделяют и удаляют, и в соответствии с выражением

определяют фазу Φ_opt пикселя электромагнитной волны, излученной посредством передатчика и вместе с тем время прохождения электромагнитной волны, принимаемой с помощью пикселя.

5. Способ по любому из пп. 1 - 4, в котором элемент фотонного смешения имеет множество пикселей, по меньшей мере один пиксель непосредственно облучают частью промодулированной по интенсивности электромагнитной волной из передатчика и калибровку сдвига фаз между падающей электромагнитной волной и напряжениями U_am(t) и U_bm(t) модуляционных фотовентилей производят из сдвига фаз, который измеряют с помощью пикселя.

6. Способ по п. 1, в котором электромагнитную волну с независимо возбужденной, неизвестной модуляцией интенсивности излучают на поверхность элемента фотонного смешения, напряжения U_am(t) и U_bm(t) модуляционных фотовентилей получают посредством настраиваемого модуляционного генератора, произведенные носители заряда дополнительно подвергают действию градиента потенциалов поля дрейфа в зависимости от фазы противофазных напряжений U_am(t) и U_bm(t) модуляционных фотовентилей и элемент фотонного смешения и модуляционный генератор формируют по меньшей мере одну цепь фазовой автоподстройки и измеряют электромагнитную волну в соответствии со способом синхронизации.

7. Способ по любому из пп. 1 - 6, в котором непрерывную или прерывистую ВЧ-модуляцию, псевдошумовую модуляцию или модуляцию с линейной ЧМ используют в качестве периодической модуляции.

8. Способ по п. 7, в котором модуляция является ВЧ-модуляцией, а заряды q_a и q_b и по возможности q_c и q_d для сдвигов фаз Δ_Φ= 0^°/190^° и 90°/270° предпочтительно удаляют.

9. Способ по п. 1, в котором устойчивую по состоянию модуляцию используют с напряжениями модуляционных фотовентилей U_am = U₀ + U_m0 и U_bm = U₀ - U_m0 с устанавливаемым модуляционным постоянным напряжением U_m0, которое является постоянным в отношении времени и с которым специфически взвешивают разностное изображение, полученное из разности зарядов q_a и q_b.

10. Способ по любому из пп. 1 - 9, в котором заряды q_a и q_b, расположенные ниже накопительных вентилей G_a и G_b, интегрируют и считывают мультиплексной структурой, предпочтительно с ПЗС-структурой.

11. Способ по любому из пп. 1 - 9, в котором накопительные вентили С_a и G_b выполнены в виде pn-диодов, предпочтительно, блочных pn-диодов с низкой емкостью и, предпочтительно, с использованием КМОП-технологии, а заряды q_a и q_b и возможно q_c и q_d считывают непосредственно в виде напряжения или тока.

12. Способ по п. 11, в котором фазу пикселя или время прохождения пикселя и яркость пикселя устанавливают прямым путем посредством структуры активных пиксельных датчиков (САПС) и предпочтительно выборочно и/или последовательно считывают посредством мультиплексной структуры, расположенной на кристалле интегральной схемы.

13. Способ по любому из пп. 1 - 12, в котором яркость пикселя соответственно оценивают как сумму зарядов связанных накопительных вентилей, также как полутоновое изображение.

14. Способ по любому из пп. 1 - 13, в котором в случае фонового освещения или внешнего, немодулированного дополнительного освещения, разность полутоновых изображений используют в качестве параметра коррекции с одной стороны, когда включают модулированное освещение, и с другой стороны, когда выключают модулированное освещение.

15. Способ по любому из пп. 1 - 14, в котором множество отдельных элементов смешения используют в линейном, поверхностном или пространственном массиве.

16. Способ по п. 15, в котором по меньшей мере один из пикселей непосредственно облучают частью модулированной по интенсивности электромагнитной волны, которая служит в качестве освещения, а измерение в упомянутом по меньшей мере одном пикселе используют для калибровки других фаз и результатов измерений яркости, причем предпочтительно опорный пиксель или пиксели подвергается или подвергаются воздействию со стороны передатчика с различными уровнями интенсивности или уровнями интенсивности, которые могут быть установлены по-разному.

17. Элемент фотонного смешения, содержащий по меньшей мере один пиксель (1), который имеет по меньшей мере два светочувствительных модуляционных фотовентиля (G_am, G_bm) и накопительные вентили (G_a, G_b), связанные с модуляционными фотовентилями (G_am, G_bm), и которые затенены относительно падающей электромагнитной волны.

18. Элемент смешения по п. 17, в котором средний вентиль (G₀) размещен между модуляционными фотовентилями (G_am, G_bm).

19. Элемент смешения по п. 17 или 18, в котором пиксель (1) имеет четыре, предпочтительно симметрично размещенных, модуляционных фотовентиля (G_am, G_bm, G_cm, G_dm) и накопительные вентили (G_a, G_b, G_c, G_d).

20. Элемент смешения по любому из пп. 17 - 19, в котором накопительные вентили (G_a, G_b и возможно G_c, G_d) выполнены в виде pn-диодов, предпочтительно сгруппированных pn-диодов с низкой емкостью, предпочтительно изготовленных по КМОП-технологии, а заряды q_a, q_b и возможно q_c, q_d, можно непосредственно считывать в виде напряжения или тока.

21. Элемент смешения по любому из пп. 17 - 20, в котором с целью увеличения максимальной скорости модуляции пиксель выполняют с использованием GaAs-технологии, предпочтительно типа "скрытого канала" (например, скрытый n-канал) и с интегральным полем дрейфа.

22. Элемент смешения по любому из пп. 17 - 21, в котором пиксель (1) выполнен в виде структуры активных пиксельных датчиков с частичной и связанной с пиксельной обработкой сигналов, и с частичной и связанной с линейной или, возможно, матричной обработкой сигналов.

23. Элемент смешения по любому из пп. 17 - 22, в котором затенение также распространено на краевые области модуляционных фотовентилей.

24. Скомпонованный элемент смешения, содержащий по меньшей мере два элемента фотонного смешения по любому из пп. 17 - 23, в котором элементы фотонного смешения скомпонованы в одномерную, двухмерную или трехмерную компоновку.

25. Скомпонованный элемент смешения по п. 24, в котором модуляционные фотовентили (G_am,n, G_am,n+1) и (G_bm,n, G_bm,n+1), соответственно связанные с двумя смежно размещенными, различными пикселями (n, n+1), соответственно имеют общий накопительный вентиль (G_s), причем на модуляционные фотовентили (G_am,n, G_am,n+1) и (G_bm,n, G_bm,n+1), соответственно, воздействуют те же напряжения U_am(t) и U_bm(t) модуляционных фотовентилей.

26. Скомпонованный элемент смешения по п. 24 или 25, в котором предусмотрены устройства для прямого облучения по меньшей мере одного пикселя (1) в качестве контрольного пикселя, посредством которого часть промодулированного по интенсивности электромагнитного излучения передатчика направляют на пиксель или рассматриваемые пиксели.

27. Скомпонованный элемент смешения по п. 26, в котором приспособления для прямого облучения оборудованы для изменения в отношении пространства и/или времени интенсивности прямого облучения.

28. Одномерный или многомерный скомпонованным элемент смешения по любому из пп. 24 - 27, в котором пиксели (1) выполнены с использованием МОП-технологии на кремниевой подложке (2) и могут быть считаны мультиплексной структурой предпочтительно ПЗС-структурой.

29. Скомпонованный элемент смешения по любому из пп. 24 - 28, в котором обеспечена микролинзовая оптическая система, которая производит по существу для каждого элемента смешения, который используют для изображения, запись своей собственной микролинзы, посредством которой падающее излучение фокусируют на центральную область элемента смешения, который можно, таким образом, уменьшить в размере.

30. Устройство для определения информации о фазе электромагнитной волны, имеющее по меньшей мере один элемент фотонного смешения по любому из пп. 17 - 23, модуляционный генератор (10, 13) и передатчик (4), излученная электромагнитная волна которого является промодулированной по интенсивности посредством модуляционного генератора (10, 13) заранее определенным образом, причем, электромагнитная волна, которая отражается от объекта (6), падает на поверхность элемента фотонного смешения, а модуляционный генератор (10, 13) обеспечивает элемент фотонного смешения модуляционными напряжениями U_m(t), которые находятся в заранее определенном соотношении фаз по отношению к фазе, излученной из передатчика электромагнитной волны.

31. Устройство по п. 30, в котором предусмотрена оптическая система (7) и размещение элемента смешения возможно по любому из пп. 24 - 29, причем оптическая система (7) формирует изображение из отраженной электромагнитной волны на поверхности элемента смешения или сгруппированного элемента смешения.

32. Устройство по п. 30 или 31, в котором обеспечен сгруппированный элемент смешения со связанной оптической приемной системой, системой электронной оценки и обработки сигнала для разностных сигналов, суммарных сигналов и связанных опорных сигналов, с цифровой памятью для полутонового изображения и времени прохождения или изображения расстояния, передатчик для освещения трехмерной сцены модулированными электромагнитными волнами, и с регулируемой оптической передающей системой, соответствующей оптической приемной системе, образующей при этом цифровую трехмерную фотографическую камеру в виде компактного узла.

33. Устройство по п. 30 или 31, в котором для того, чтобы образовать цифровую, трехмерную записывающую видеокамеру, обеспечен сгруппированный элемент смешения со связанной оптической приемной системой, системой электронной оценки и обработки сигналов для разностных сигналов, суммарных сигналов и связанных опорных сигналов, с цифровой памятью для полутонового изображения и времени прохождения или изображения расстояния, передатчик для освещения трехмерной сцены модулированными электромагнитными волнами, и с регулируемой оптической передающей системой, соответствующей оптической приемной системе, причем дополнительно обеспечено средство памяти для хранения последовательностей цифровых изображений.

34. Устройство по п. 32 или 33, в котором передатчик обеспечен приспособлениями для испускания световых волн в различных спектральных областях для создания цветных изображений или компонентов цветного изображения.