WO2012089226A1 - Device and method for detecting and processing measurement variables in an optical sensor - Google Patents

Device and method for detecting and processing measurement variables in an optical sensor Download PDF

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WO2012089226A1
WO2012089226A1 PCT/EP2010/007977 EP2010007977W WO2012089226A1 WO 2012089226 A1 WO2012089226 A1 WO 2012089226A1 EP 2010007977 W EP2010007977 W EP 2010007977W WO 2012089226 A1 WO2012089226 A1 WO 2012089226A1
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WO
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Daniel Mueller
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Baumer Innotec Ag
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    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4863—Detector arrays, e.g. charge-transfer gates

Definitions

  • the invention relates to a device and a
  • a laser diode, a light-emitting diode or another light source of the sensor emits a light beam.
  • This light beam strikes a diffusely reflecting surface of an object whose distance is to be determined.
  • Imaging optics the light spot formed on the object surface is imaged onto a detector array, which is located laterally next to the light source.
  • the light source may optionally be designed to emit light in the visible or invisible spectral range. Light sources with a red or infrared are widely used
  • Detector array scattered light beam included angle is dependent on the object distance. The closer the object is positioned to the sensor, the greater the deflection of the imaging beam relative to the transmitted beam.
  • the detector arrangement can be designed differently and e.g. two or more discrete or on one
  • Phototransistors include. Alternatively, detectors
  • CONFIRMATION COPY also comprise one-dimensional or two-dimensional CCD arrays with high spatial resolution.
  • Brightness differences on the individual pixels, the exact position of the core beam and from it the position of the detected object can be determined.
  • Disturbing constant light components can be compensated in such sensors by carrying out alternately measurements with and without useful light signal and subsequently determining the differences of these measured values. Since the
  • Foreign light component is usually not constant, means the time offset of the compensation measurement a
  • Useful light and the exposure time is based on the amount of total light, can be in this way only a fraction of the electrically possible Signalhubs as
  • optical sensors which work with useful signals in the visible range of the light spectrum, conventional
  • CCD lines are relatively small. Per unit of length of such a CCD line is the number of pixels to be evaluated and thus the time required for it comparatively high. Due to the small pixel width chips have CCD lines in optical sensors relative to the
  • each photodiode processing electronics for direct
  • photodiodes can be connected directly to on-chip capacitors via electronic switches, the switching operations during the making or breaking of these connections can cause errors in the measured quantities recorded (charge injection).
  • An object of the present invention is to provide for an optical sensor with a useful light source and a plurality of photodetectors an apparatus and a method for the simple, fast and trouble-free detection and processing of the respective measured quantities.
  • Figure 1 is a circuit diagram of a pixel of a
  • Figure 2 is a circuit diagram of an inventive
  • FIG. 1 shows a section of the circuit diagram of a pixel 1 of a device manufactured in CMOS technology
  • Each of the pixels 1 comprises, as an electro-optical converter element, a reverse-connected photodiode 3.
  • the photodiode 3 is connected via an electronic diode Release switch 5a with the input side electrode of an integration capacity 9a of a likewise integrated on-chip detection electronics 7 (shown by framing with a broken line) connectable.
  • Detection electronics 7 comprises a voltage follower with a first operational amplifier IIa and a
  • the detection electronics 7 comprises a sample-hold circuit (S & H for short) with a holding capacity 9b, a second operational amplifier IIb, a
  • Controllability of the switch 5a-5d of a control electronics (not shown) which at least partially may also be integrated on the chip.
  • the release switch 5a When integrating and evaluating the photoelectric current generated by the photodiode 3, in particular the release switch 5a is closed and opened again during precisely defined time intervals. Since the integration capacity 9a and the release switch 5a on the input side of the first
  • Operational amplifier IIa are arranged, the measured variables to be detected are influenced in an undesirable manner by the switching operations of the release switch 5a.
  • FIG. 2 shows, in simplified form, the circuit diagram of a pixel 1 of a line sensor in which the measured variable generated by the photodiode 3 or in general the optoelectrical element is detected and evaluated according to the invention.
  • According to the invention is a device for detecting and Processing of measured quantities in an optical sensor with an excitable for emitting short light pulses
  • Light source 27 is provided, wherein the device comprises a chip 16 with at least one pixel 1, said pixel 1 is an electro-optical transducer element and a
  • the electronic circuit for detecting and processing the measured variable generated by the transducer element comprises.
  • the transducer element is coupled via a coupling capacitor C k with a transimpedance amplifier 12 such that essentially only the alternating component ip of the
  • Transimpedance amplifier 12 can be amplified and as
  • Transimpedance amplifier 12 can be output.
  • a photodiode 3 is provided.
  • the photodiode 3 is grounded with its anode.
  • the cathode is connected via a high resistance resistor Rl with the connection for the
  • Coupling capacitor C k connected to the inverting input of the operational amplifier IIa.
  • a high-resistance resistor R2 is connected between the output and the inverting input of the operational amplifier IIa.
  • the capacitance of the coupling capacitor C k is preferably less than about 2.5 picofarads, more preferably less than 2 picofarads, and is preferably on the order of about one Picofarad or in the range of about 0.5pF to about 2pF.
  • the value of the resistor Rl is preferably selected to be greater than or equal to 500 kilohms. Thanks to the small achievable pixel capacity and the correspondingly large bandwidth in the processing of the alternating component ip of the photocurrent can be processed by this AC signal amplifier even signals that are relatively short
  • a photodiode 3 is used as the transducer element for deriving the
  • Constant light component of the photocurrent via a resistor Rl to a bias terminal V P i N is connected, that the coupling capacitor C k is connected to the inverting input of an operational amplifier IIa, and that the output of this operational amplifier IIa via a
  • Transimpedance amplifier 12 and generated at point Z.
  • FIG. 3 shows the circuit diagram of a chip 16 with n pixels 1, wherein only the first of these pixels 1, 1.1 is shown in detail.
  • FIG. 3 at the first pixel 1.1 also shows a preferred embodiment of the S & H circuit 15.
  • the preferred embodiment of the S & H circuit 15 is based on having a network of capacitors CO, Cl, C2 and C3 and switches SO, Sl, Sl '. , S2, S3, S3 'for processing at the output of the
  • Transimpedance amplifier (12) applied measured variables.
  • sample-hold circuit 15 comprises at least one output which can be read out via a read-out switch, wherein this read-out switch can be controlled by control logic 21 outside of pixel 1.
  • this read-out switch can be controlled by control logic 21 outside of pixel 1.
  • Capacitor CO is connected to the output side of the switch SO and to the input side of the switch S3 '.
  • the second electrode of the capacitor Cl is connected to the
  • the second electrode of the Capacitor C2 is connected to the output sides of switches S2 and S3 'as well as to the input of a first buffer 17a.
  • the second electrode of the capacitor C3 is connected to the output sides of the switches Sl 'and S3 and to the input of a second buffer 17b.
  • the two buffers 17a, 17b can be read out via read-out switch Sr, Sr 'of an analogue multiplexer, this multiplexer merging the S & H outputs of all pixels 1 of the sensor.
  • a differential amplifier 19 forms a signal from the respective connected buffers 17a, 17b
  • Such A / D converters can be digitized.
  • Such A / D converters can be digitized.
  • the capacitors CO, Cl, C2 and C3 have in development of the invention identical capacities, which are preferably of the order of a few picofarads. They form together with the switches SO, Sl, Sl ', S2, S3, S3', a network for further processing of the point Z.
  • the switches SO, Sl, Sl ', S2, S3, S3' are of a
  • Control electronics (not shown as a whole)
  • the chip 16 with the pixels 1 comprises a control logic 21 or a part of it
  • Control electronics for controlling the switches SO, Sl, Sl ', S2, S3, S3 'of each pixel 1 used to render the
  • detected quantities are used with the S & H circuit 15, and for driving the switches Sr and Sr "of each pixel 1, the multiplexer for the sequential readout of the processed measured values on the common
  • the control logic 21 comprises two control inputs MCL (Measurement Clock) and RCL
  • the readout clock RCL serves for clocking out the measurement results of each of the pixels 1.
  • a readout counter for selecting the respective pixel 1 to be read counts cyclically from zero to n-1, where n is the number of pixels.
  • the measurement counter is reset on the falling edge of the MCL if RCL also has the status "1.”
  • the readout counter is reset on the rising edge of the RCL if MCL also has the status "1".
  • the read-out switches Sr, Sr 'of the sample-hold circuits 15 of the individual pixels 1 are activated sequentially in synchronism with control signals at a second clock input RCL.
  • the chip 16 includes in common for all pixels 1 a reset generator 23 for resetting the control logic 21 in a defined initial state and a Reference voltage source 25 for providing a
  • a chip 16 which is used for detecting and evaluating
  • the number n of pixels 1 is preferably about 16.
  • the embodiment of the invention shown in FIG. 3 is based on the fact that the sample-hold circuit 15 comprises two outputs which can be read out via read-out switches Sr, Sr ', the outputs being connected via the readouts
  • Differential amplifier 19 are connected, and wherein the read-out switch Sr, Sr 'an analog multiplexing circuit for sequentially reading the output voltages of
  • Sample hold circuits 15 are assigned to a number n of a plurality of pixels 1 on the chip 16.
  • Output voltage at the output of the transimpedance amplifier 12 and the network of the capacitors CO, Cl, C2 and C3 and switches SO, Sl, Sl ', S2, S3, S3' can now or the detected voltage values at the output of
  • Transimpedance amplifier 12 processed by temporally coordinated and synchronized with the transmission pulses of the light source 27 switching operations of the switches SO, Sl, Sl ', S2, S3, S3' to one or more output voltages and this output voltage or these output voltages after completion of this processing over
  • FIG. 4 shows schematically the structure of a sensor for the triangulation measurement, in which the invention
  • the senor has a
  • Light source 27 in particular a light emitting diode or a laser diode - on which a transmitting optical system 29 a pulsed transmitted light beam 31 in the direction of one
  • the detecting object 33 emits. At the surface of the object 33, the transmitted light beam 31 is at least partially diffused. The light spot on the object surface is detected as a detection light beam 32 by means of a
  • Detection optics 35 imaged on the detector chip 16. If the object 33 is moved closer to the sensor - this is represented by the object 33 'in FIG. 4 - the position of the point of impact of the detection light beam 32 on the detector chip 16 also changes. The closer the object 33, 33' lies to the sensor, the more bigger is the incremental one
  • Figure 5 shows as an example 15 pixels.
  • the maximum height of the pixels 1 is preferably in the
  • formed line sensor larger, for example, be larger by about a factor of ten.
  • the number of pixels in a conventional line sensor of comparable length is typically substantially greater, for example 64. Since in a conventional constant light line sensor for compensation of the DC component, a two consecutive measurements and
  • Readings are required - a total of 128 values must be read out - is the recording and
  • Transimpedance amplifier 12 to a proportional
  • Output voltage is processed, and where this Output voltage synchronized with the light pulses by a sample-hold circuit 15 is detected.
  • the graphics each show the photocurrent that arises during operation of an optical sensor, when the photodiode 3 is not only influenced by pulsed light from the Nutzlichtán 27 of the sensor, but also by disturbing extraneous light of an energy saving lamp, which with a
  • the light pulses of the useful light source 27 have a duration of about 0.5 to 1 microseconds.
  • a first measured value C becomes the duration ⁇ 5 of a
  • Nutzlichtpulses detected before its emission a second measurement value B ⁇ 3 immediately before the start of Nutzlichtpulses and a third measurement value at the end of Nutzlichtpulses duration.
  • the periodic disturbances of the extraneous light source are eliminated to a first approximation.
  • the noise is significantly greater than in the first two evaluation methods, since four samples must be evaluated.
  • periodic disturbances such as may be caused by HF fluorescent tubes, can be detected and, depending on the respective interference level, that period
  • Control electronics preferably the second evaluation. If the interference level is above the limit value, the third evaluation method is activated.
  • the light transmitter 27 of the sensor is activated and generates a light pulse which generates a pulse current on the photodiode 3.
  • the voltage at node Z increases by this pulse voltage.
  • the control via the clock inputs MCL and RCL runs in the second evaluation method as follows:
  • the light transmitter 27 of the sensor is activated and generates a light pulse which generates a pulse current on the photodiode 3.
  • the voltage at node Z increases by this pulse voltage.
  • S2 is opened. This adds the charge injection of the opening from S2 to C2.
  • the light transmitter 27 of the sensor is deactivated.
  • UC2 (UCO + UC2) / 2
  • UC3 (UC1 + UC3) / 2
  • the control via the clock inputs MCL and RCL runs in the second evaluation method as follows:
  • the first clock at MCL reads in point C, followed by another clock at MCL, which reads in point B. After that, two more clocks follow MCL; Thus point A is read in and the charge compensation D is carried out. Thereafter, the readout of the n pixels 1 is performed. Then the reset follows. If sufficient time is available for an additional readout, a combined operation with the second and the third evaluation method can be performed. A first readout occurs after S2 and before S3. Subsequently, a charge equalization via S3
  • the control software can then choose which signal is the most meaningful.
  • one and the other method could alternately be applied after each transmit pulse. Without interference and noise, the results should be the same. If this is not true, the software can choose the more meaningful result.
  • Microseconds can be achieved.
  • the response time can be significantly shorter, on the order of about 20 to 50

Abstract

The device for detecting and processing measurement variables in an optical sensor having a light source that can be excited for emitting short light pulses comprises one or more pixels (1) integrated on a chip (16) and having a transimpedance amplifier (12) for evaluating the photocurrent of a photodiode (3) and having a sample-and-hold circuit (15) comprising a network of capacitors (C0, C1, C2 and C3) and switches(SO, S1, S1', S2, S3, S3'), for detecting and processing the voltages provided by the transimpedance amplifier (12).

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Erfassen und Verarbeiten vonApparatus and method for detecting and processing
Messgrössen bei einem optischen Sensor Measured variables for an optical sensor
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung und ein The invention relates to a device and a
Verfahren zum Erfassen und Verarbeiten von Messgrössen bei einem optischen Sensor gemäss den Merkmalen der Method for detecting and processing measured quantities in an optical sensor according to the features of
Patentansprüche 1 und 11. Claims 1 and 11.
Optische Sensoren, die zum Erfassen von Objektentfernungen verwendbar sind, arbeiten verbreitet nach dem Optical sensors useful for detecting object distances are widely used in the art
Triangulationsprinzip. Dabei emittiert eine Laserdiode, eine Leuchtdiode oder eine andere Lichtquelle des Sensors einen Lichtstrahl. Dieser Lichtstrahl trifft auf eine diffus reflektierende Oberfläche eines Objektes auf, dessen Entfernung ermittelt werden soll. Mittels einer Triangulation. In this case, a laser diode, a light-emitting diode or another light source of the sensor emits a light beam. This light beam strikes a diffusely reflecting surface of an object whose distance is to be determined. By means of a
Abbildungsoptik wird der auf der Objektoberfläche gebildete Lichtfleck auf eine Detektoranordnung abgebildet, die sich seitlich neben der Lichtquelle befindet. Die Lichtquelle kann wahlweise zum Emittieren von Licht im sichtbaren oder unsichtbaren Spektralbereich ausgebildet sein. Verbreitet werden Lichtquellen mit einem roten oder infraroten Imaging optics, the light spot formed on the object surface is imaged onto a detector array, which is located laterally next to the light source. The light source may optionally be designed to emit light in the visible or invisible spectral range. Light sources with a red or infrared are widely used
Emissionsspektrum verwendet. Emission spectrum used.
Der vom Sendelichtstrahl und dem in Richtung der The of the transmitted light beam and the direction of the
Detektoranordnung gestreuten Lichtstrahl eingeschlossene Winkel ist abhängig von der Objektentfernung. Je näher das Objekt beim Sensor positioniert ist, desto grösser ist die Auslenkung des Abbildungsstrahls relativ zum Sendestrahl. Die Detektoranordnung kann unterschiedlich ausgebildet sein und z.B. zwei oder mehrere diskrete oder auf einem  Detector array scattered light beam included angle is dependent on the object distance. The closer the object is positioned to the sensor, the greater the deflection of the imaging beam relative to the transmitted beam. The detector arrangement can be designed differently and e.g. two or more discrete or on one
gemeinsamen Substrat integrierte Fotodioden oder common substrate integrated photodiodes or
Fototransistoren umfassen. Alternativ können Detektoren Phototransistors include. Alternatively, detectors
BESTÄTIGUNGSKOPIE auch ein- oder zweidimensionale CCD-Arrays mit hoher räumlicher Auflösung umfassen. Durch Auswertung der CONFIRMATION COPY also comprise one-dimensional or two-dimensional CCD arrays with high spatial resolution. By evaluation of the
Helligkeitsunterschiede auf den einzelnen Pixeln kann die genaue Position des Kernstrahls und daraus die Position des erfassten Objekts ermittelt werden. Brightness differences on the individual pixels, the exact position of the core beam and from it the position of the detected object can be determined.
Bei herkömmlichen Sensoren mit Fotodiodenarrays oder CCD- Zeilen werden Fotoströme integriert bzw. Ladungen In conventional sensors with photodiode arrays or CCD lines photocurrents are integrated or charges
akkumuliert und anschliessend seriell ausgelesen. Störende Gleichlichtanteile können bei solchen Sensoren dadurch kompensiert werden, dass abwechslungsweise Messungen mit und ohne Nutzlichtsignal durchgeführt und anschliessend die Differenzen dieser Messwerte ermittelt werden. Da der accumulated and then read serially. Disturbing constant light components can be compensated in such sensors by carrying out alternately measurements with and without useful light signal and subsequently determining the differences of these measured values. Since the
Fremdlichtanteil üblicherweise nicht konstant ist, bedeutet der zeitliche Versatz der Kompensationsmessung eine Foreign light component is usually not constant, means the time offset of the compensation measurement a
zusätzliche Fehlerquelle. Da die Intensität des Fremdlichts meistens um ein Vielfaches grösser ist als die des additional source of error. Since the intensity of the extraneous light is usually many times greater than that of the
Nutzlichts und sich die Belichtungszeit an der Menge des Gesamtlichts orientiert, lässt sich auf diese Weise nur ein Bruchteil des elektrisch möglichen Signalhubs als Useful light and the exposure time is based on the amount of total light, can be in this way only a fraction of the electrically possible Signalhubs as
Nutzsignalamplitude aufintegrieren . Dadurch verbleibt die Nutzsignalamplitude oft in der Grössenordnung des kTC- Rauschens der Sample&Hold-Schalter . Um die genannten Probleme zu reduzieren, werden bei  Integrate useful signal amplitude. As a result, the useful signal amplitude often remains in the order of magnitude of the kTC noise of the sample and hold switches. To reduce the mentioned problems, be included
optischen Sensoren, die mit Nutzsignalen im sichtbaren Bereich des Lichtspektrums arbeiten, herkömmlich optical sensors, which work with useful signals in the visible range of the light spectrum, conventional
verbreitete, teure IR-Sperrfilter verwendet. Ein weiterer Nachteil herkömmlicher CCD-Zeilen besteht darin, dass deren Pixelflächen relativ klein sind. Pro Längeneinheit einer solchen CCD-Zeile ist die Anzahl auszuwertender Pixel und damit auch die dafür erforderliche Zeit vergleichsweise hoch. Aufgrund der geringen Pixelbreite müssen Chips mit CCD-Zeilen bei optischen Sensoren relativ zu den common, expensive IR cut filter used. Another disadvantage of conventional CCD lines is that their pixel areas are relatively small. Per unit of length of such a CCD line is the number of pixels to be evaluated and thus the time required for it comparatively high. Due to the small pixel width chips have CCD lines in optical sensors relative to the
abbildenden optischen Elementen ausgerichtet bzw. justiert werden. Die Fotodioden eines Zeilensensors können zusammen mit weiteren Elementen in CMOS-Technologie auf einem gemeinsamen Chip angeordnet sein. Insbesondere kann jeder Fotodiode eine Verarbeitungselektronik zur direkten be aligned or adjusted imaging optical elements. The photodiodes of a line sensor can be arranged together with other elements in CMOS technology on a common chip. In particular, each photodiode processing electronics for direct
Weiterverarbeitung der jeweiligen Messgrösse zugeordnet sein. Wenn die Fotodioden über elektronische Schalter direkt mit Kondensatoren auf dem Chip verbindbar sind, können die Schaltvorgänge beim Herstellen bzw. Unterbrechen dieser Verbindungen Fehler bei den erfassten Messgrössen verursachen (Charge Injection) . Be further processing of the respective measured variable assigned. If the photodiodes can be connected directly to on-chip capacitors via electronic switches, the switching operations during the making or breaking of these connections can cause errors in the measured quantities recorded (charge injection).
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für einen optischen Sensor mit einer Nutzlichtquelle und mehreren Fotodetektoren eine Vorrichtung und ein Verfahren zum einfachen, schnellen und möglichst störungsfreien Erfassen und Verarbeiten der jeweiligen Messgrössen zu schaffen. An object of the present invention is to provide for an optical sensor with a useful light source and a plurality of photodetectors an apparatus and a method for the simple, fast and trouble-free detection and processing of the respective measured quantities.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäss den Merkmalen der Patentansprüche 1 undThis object is achieved by a device and a method according to the features of claims 1 and
11. 11th
Anhand einiger Figuren wird die Erfindung im Folgenden näher beschrieben. Dabei zeigen Based on some figures, the invention will be described in more detail below. Show
Figur 1 ein Schaltschema eines Pixels einer Figure 1 is a circuit diagram of a pixel of a
Fotodiodenzeile gemäss Stand der Technik, Photodiode array according to the prior art,
Figur 2 ein Schaltschema eines erfindungsgemäss Figure 2 is a circuit diagram of an inventive
ausgebildeten Pixels, ein Schaltschema eines Chips mit mehreren Pixeln, trained pixels, a schematic diagram of a chip with several pixels,
eine Anordnung eines erfindungsgemäss ausgebildeten Zeilensensors bei einem nach dem Triangulationsprinzip arbeitenden optischen Distanzsensor,  an arrangement of a line sensor formed according to the invention in an operating according to the principle of triangulation optical distance sensor,
eine Anordnung lichtempfindlicher  an arrangement of photosensitive
Pixelflächen bei einem Zeilensensor,  Pixel areas in a line sensor,
ein Diagramm des Fotostroms beim Aussenden eines Nutzlichtpulses und gleichzeitiger Störung durch eine hochfrequente Störlichtquelle mit zusätzlichen Angaben zur Abtastung des Signals bei einem ersten  a diagram of the photocurrent when emitting a Nutzlichtpulses and simultaneous interference by a high-frequency Störlichtquelle with additional information for sampling the signal at a first
Auswerteverfahren,  evaluation,
Das Diagramm aus Figur 6, jedoch mit Angaben zur Abtastung des Signals bei einem zweiten Auswerteverfahren,  The diagram from FIG. 6, however, with details for sampling the signal in a second evaluation method,
Das Diagramm aus Figur 6, jedoch mit Angaben zur Abtastung des Signals bei einem dritten Auswerteverfahren .  The diagram of Figure 6, but with information on the sampling of the signal in a third evaluation.
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt des Schaltschemas eines Pixels 1 eines in CMOS-Technologie gefertigten FIG. 1 shows a section of the circuit diagram of a pixel 1 of a device manufactured in CMOS technology
Zeilensensors gemäss Stand der Technik. Eine Vielzahl - z.B. 128 - solcher identischer Pixel 1, von denen jeder eine Fläche in der Grössenordnung von etwa 0.01mm2 Line sensor according to the prior art. A variety - eg 128 - of such identical pixels 1, each of which has an area of the order of about 0.01mm 2
aufweist, sind mit geringem gegenseitigem Abstand bzw. Pitch - z.B. etwa 0.06mm - linear aneinandergereiht auf einem gemeinsamen Chip bzw. Substrat integriert (nicht dargestellt) . Jedes der Pixel 1 umfasst als elektro- optisches Wandlerelement eine in Sperrrichtung geschaltete Fotodiode 3. Die Fotodiode 3 ist über einen elektronischen Freigabeschalter 5a mit der eingangsseitigen Elektrode einer Integrationskapazität 9a einer ebenfalls auf dem Chip integrierten Erfassungselektronik 7 (dargestellt durch Umrahmung mit unterbrochener Linie) verbindbar. Die have, with a small mutual distance or pitch - for example, about 0.06mm - linearly strung together on a common chip or substrate integrated (not shown). Each of the pixels 1 comprises, as an electro-optical converter element, a reverse-connected photodiode 3. The photodiode 3 is connected via an electronic diode Release switch 5a with the input side electrode of an integration capacity 9a of a likewise integrated on-chip detection electronics 7 (shown by framing with a broken line) connectable. The
Erfassungselektronik 7 umfasst einen Spannungsfolger mit einem ersten Operationsverstärker IIa und einem Detection electronics 7 comprises a voltage follower with a first operational amplifier IIa and a
Rücksetzschalter 5b, der zum Vorgeben eines definierten Ladezustandes der Integrationskapazität 9a nutzbar ist. Im Weiteren umfasst die Erfassungselektronik 7 eine Sample- Hold-Schaltung (kurz S&H genannt) mit einer Haltekapazität 9b, einem zweiten Operationsverstärker IIb, einem Reset switch 5b, which is used to specify a defined state of charge of the integration capacity 9a. In addition, the detection electronics 7 comprises a sample-hold circuit (S & H for short) with a holding capacity 9b, a second operational amplifier IIb, a
Halteschalter 5c und einem ausgangsseitigen Hold switch 5c and an output side
Übertragungsschalter 5d. Die den Schaltern zugeordneten unterbrochenen Verbindungslinien 13 symbolisieren die Transfer switch 5d. The switches associated with the broken connecting lines 13 symbolize the
Steuerbarkeit der Schalter 5a-5d von einer Steuerelektronik (nicht dargestellt) welche mindestens teilweise ebenfalls auf dem Chip integriert sein kann. Controllability of the switch 5a-5d of a control electronics (not shown) which at least partially may also be integrated on the chip.
Beim Integrieren und Auswerten des von der Fotodiode 3 erzeugten Fotostroms wird insbesondere der Freigabeschalter 5a während genau definierten Zeitintervallen geschlossen und wieder geöffnet. Da die Integrationskapazität 9a und der Freigabeschalter 5a eingangsseitig des ersten When integrating and evaluating the photoelectric current generated by the photodiode 3, in particular the release switch 5a is closed and opened again during precisely defined time intervals. Since the integration capacity 9a and the release switch 5a on the input side of the first
Operationsverstärkers IIa angeordnet sind, werden die zu erfassenden Messgrössen in unerwünschter Weise durch die Schaltvorgänge des Freigabeschalters 5a beeinflusst. Operational amplifier IIa are arranged, the measured variables to be detected are influenced in an undesirable manner by the switching operations of the release switch 5a.
Figur 2 zeigt vereinfacht das Schaltschema eines Pixels 1 eines Zeilensensors, bei dem die von der Fotodiode 3 bzw. allgemein dem opto-elektrischen Element erzeugte Messgrösse erfindungsgemäss erfasst und ausgewertet wird. FIG. 2 shows, in simplified form, the circuit diagram of a pixel 1 of a line sensor in which the measured variable generated by the photodiode 3 or in general the optoelectrical element is detected and evaluated according to the invention.
Erfindungsgemäß ist dazu eine Vorrichtung zum Erfassen und Verarbeiten von Messgrössen bei einem optischen Sensor mit einer zum Emittieren kurzer Lichtpulse anregbaren According to the invention is a device for detecting and Processing of measured quantities in an optical sensor with an excitable for emitting short light pulses
Lichtquelle 27 vorgesehen, wobei die Vorrichtung einen Chip 16 mit mindestens einem Pixel 1 umfasst, wobei dieses Pixel 1 ein elektro-optisches Wandlerelement und eine Light source 27 is provided, wherein the device comprises a chip 16 with at least one pixel 1, said pixel 1 is an electro-optical transducer element and a
elektronische Schaltung zum Erfassen und Verarbeiten der vom Wandlerelement generierten Messgrösse umfasst. Das Wandlerelement ist über einen Koppelkondensator Ck derart mit einem Transimpedanzverstärker 12 gekoppelt, dass im Wesentlichen nur der Wechselanteil ip des vom electronic circuit for detecting and processing the measured variable generated by the transducer element comprises. The transducer element is coupled via a coupling capacitor C k with a transimpedance amplifier 12 such that essentially only the alternating component ip of the
Wandlerelement erzeugten Fotostroms von diesem Transducer element generated photocurrents of this
Transimpedanzverstärker 12 verstärkbar und als Transimpedance amplifier 12 can be amplified and as
Wechselspannungssignal ua am Ausgang Z des AC signal ua at the output Z of
Transimpedanzverstärkers 12 ausgebbar ist. Transimpedance amplifier 12 can be output.
Bei dem in Figur 2 gezeigten Beispiel ist als In the example shown in FIG
Wandlerelement eine Fotodiode 3 vorgesehen. Die Fotodiode 3 liegt mit ihrer Anode auf Masse. Die Kathode ist über einen hochohmigen Widerstand Rl mit dem Anschluss für die Transducer element, a photodiode 3 is provided. The photodiode 3 is grounded with its anode. The cathode is connected via a high resistance resistor Rl with the connection for the
Vorspannung VPIN der Fotodiode und über einen Preload V PIN of the photodiode and over a
Koppelkondensator Ck mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers IIa verbunden. Im Rückkopplungszweig liegt ein hochohmiger Widerstand R2 zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers IIa. Bei dieser Beschaltung als Transimpedanzverstärker 12 wird erfindungsgemäß im Wesentlichen nur der Wechselanteil ip des von der Fotodiode 3 erzeugten Fotostroms verstärkt und als Wechselspannungssignal ua = R2 x ip am Ausgang des Operationsverstärkers IIa ausgegeben. Die Kapazität des Koppelkondensators Ck ist vorzugsweise kleiner als etwa 2.5 Picofarad, besonders bevorzugt kleiner als 2 Picofarad und liegt vorzugsweise in der Grössenordnung von etwa einem Picofarad bzw. im Bereich von etwa 0.5pF bis etwa 2pF. Der Wert des Rückkopplungswiderstandes R2 hingegen ist Coupling capacitor C k connected to the inverting input of the operational amplifier IIa. In the feedback branch, a high-resistance resistor R2 is connected between the output and the inverting input of the operational amplifier IIa. In this circuit as a transimpedance amplifier 12, according to the invention, essentially only the alternating component ip of the photodiode generated by the photodiode 3 is amplified and output as an alternating voltage signal ua = R2 x ip at the output of the operational amplifier IIa. The capacitance of the coupling capacitor C k is preferably less than about 2.5 picofarads, more preferably less than 2 picofarads, and is preferably on the order of about one Picofarad or in the range of about 0.5pF to about 2pF. The value of the feedback resistor R2, however, is
vorzugsweise grösser oder gleich 500 Kiloohm, besonders bevorzugt grösser als 1 Megaohm und kann beispielsweise in der Grössenordnung von etwa fünf Megaohm liegen. Auch der Wert des Widerstands Rl wird vorzugsweise grösser oder gleich 500 Kiloohm gewählt. Dank der kleinen erreichbaren Pixelkapazität und der entsprechend grossen Bandbreite bei der Verarbeitung des Wechselanteils ip des Fotostroms können durch diesen AC-Signalverstärker selbst Signale verarbeitet werden, die von vergleichsweise kurzen preferably greater than or equal to 500 kilohms, more preferably greater than 1 megohm, and may be on the order of about five megohms, for example. Also, the value of the resistor Rl is preferably selected to be greater than or equal to 500 kilohms. Thanks to the small achievable pixel capacity and the correspondingly large bandwidth in the processing of the alternating component ip of the photocurrent can be processed by this AC signal amplifier even signals that are relatively short
Lichtpulsen in der Grössenordnung von etwa 0.5 bis 1 Light pulses in the order of about 0.5 to 1
Mikrosekunden erzeugt werden. Microseconds are generated.
Bei der Ausführungsform der Erfindung, wie sie in Figur 2 dargestellt ist, ist demgemäß allgemein, ohne Beschränkung auf die weitere spezielle Verschaltung vorgesehen, dass eine Fotodiode 3 als Wandlerelement zum Ableiten des Accordingly, in the embodiment of the invention as illustrated in FIG. 2, generally, without being limited to the further specific circuitry, a photodiode 3 is used as the transducer element for deriving the
Gleichlichtanteils des Fotostroms über einen Widerstand Rl mit einem Vorspannungs-Anschluss VPiN verbunden ist, dass der Koppelkondensator Ck mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers IIa verbunden ist, und dass der Ausgang dieses Operationsverstärkers IIa über einen Constant light component of the photocurrent via a resistor Rl to a bias terminal V P i N is connected, that the coupling capacitor C k is connected to the inverting input of an operational amplifier IIa, and that the output of this operational amplifier IIa via a
Widerstand R2 auf dessen invertierenden Eingang Resistor R2 on its inverting input
rückgekoppelt ist. is fed back.
Weiterhin ist in Weiterbildung der Erfindung der Ausgang Z des Transimpedanzverstärkers 12, wie in Figur 2 gezeigt, eingangsseitig mit einer Sample-Hold-Schaltung 15 Furthermore, in a further development of the invention, the output Z of the transimpedance amplifier 12, as shown in Figure 2, the input side with a sample-hold circuit 15th
verbunden. Damit wird das am Ausgang des connected. This will be at the output of the
Transimpedanzverstärkers 12 bzw. am Punkt Z erzeugte  Transimpedance amplifier 12 and generated at point Z.
Wechselspannungssignal ua der S&H-Schaltung 15 zugeführt. Figur 3 zeigt das Schaltschema eines Chips 16 mit n Pixeln 1, wobei nur das erste dieser Pixel 1, 1.1 detailliert dargestellt ist. Insbesondere zeigt Figur 3 beim ersten Pixel 1.1 auch eine bevorzugte Ausführungsform der S&H- Schaltung 15. Die bevorzugte Ausführungsform der S&H- Schaltung 15 basiert darauf, dass diese ein Netzwerk von Kondensatoren CO, Cl, C2 und C3 und Schaltern SO, Sl, Sl', S2, S3, S3' zum Verarbeiten von am Ausgang des AC signal inter alia, the S & H circuit 15 supplied. FIG. 3 shows the circuit diagram of a chip 16 with n pixels 1, wherein only the first of these pixels 1, 1.1 is shown in detail. In particular, FIG. 3 at the first pixel 1.1 also shows a preferred embodiment of the S & H circuit 15. The preferred embodiment of the S & H circuit 15 is based on having a network of capacitors CO, Cl, C2 and C3 and switches SO, Sl, Sl '. , S2, S3, S3 'for processing at the output of the
Transimpedanzverstärkers (12) anliegenden Messgrössen umfasst .  Transimpedance amplifier (12) applied measured variables.
Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Ausführungsform der Erfindung umfasst Sample-Hold-Schaltung 15 mindestens einen über einen Ausleseschalter auslesbaren Ausgang, wobei dieser Ausleseschalter von einer Steuerlogik 21 ausserhalb des Pixels 1 steuerbar ist. In der speziellen Ausgestaltung der in Figur 3 gezeigten Schaltung sind vier Schalter SO, Sl, Sl' und S2 According to a further aspect of this embodiment of the invention, sample-hold circuit 15 comprises at least one output which can be read out via a read-out switch, wherein this read-out switch can be controlled by control logic 21 outside of pixel 1. In the specific embodiment of the circuit shown in Figure 3, four switches SO, Sl, Sl 'and S2
eingangsseitig mit dem Punkt Z bzw. mit dem Ausgang des Transimpedanzverstärkers 12 verbunden, wobei die Schalter Sl und Sl' miteinander gekoppelt sind bzw. jeweils simultan geöffnet oder geschlossen werden. Vier Kondensatoren CO, Cl, C2 und C3 sind mit jeweils einer Elektrode mit dem Massepotential verbunden. Die zweite Elektrode des On the input side connected to the point Z or to the output of the transimpedance amplifier 12, wherein the switches Sl and Sl 'are coupled together or are each opened or closed simultaneously. Four capacitors CO, C1, C2 and C3 are each connected to the ground potential with one electrode. The second electrode of the
Kondensators CO ist mit der Ausgangsseite des Schalters SO und mit der Eingangsseite des Schalters S3' verbunden. Die zweite Elektrode des Kondensators Cl ist mit der Capacitor CO is connected to the output side of the switch SO and to the input side of the switch S3 '. The second electrode of the capacitor Cl is connected to the
Ausgangsseite des Schalters Sl und mit der Eingangsseite des Schalters S3 verbunden. Die zweite Elektrode des Kondensators C2 ist mit den Ausgangsseiten der Schalter S2 und S3' sowie mit dem Eingang eines ersten Buffers 17a verbunden. Die zweite Elektrode des Kondensators C3 ist mit den Ausgangsseiten der Schalter Sl' und S3 sowie mit dem Eingang eines zweiten Buffers 17b verbunden. Die beiden Buffer 17a, 17b sind über Ausleseschalter Sr, Sr' eines analogen Multiplexers auslesbar, wobei dieser Multiplexer die S&H-Ausgänge aller Pixel 1 des Sensors zusammenführt. Ein Differenzverstärker 19 bildet aus den Signalen der jeweils zugeschalteten Buffer 17a, 17b eine Output side of the switch Sl and connected to the input side of the switch S3. The second electrode of the Capacitor C2 is connected to the output sides of switches S2 and S3 'as well as to the input of a first buffer 17a. The second electrode of the capacitor C3 is connected to the output sides of the switches Sl 'and S3 and to the input of a second buffer 17b. The two buffers 17a, 17b can be read out via read-out switch Sr, Sr 'of an analogue multiplexer, this multiplexer merging the S & H outputs of all pixels 1 of the sensor. A differential amplifier 19 forms a signal from the respective connected buffers 17a, 17b
Differenzspannung und stellt diese zur weiteren  Difference voltage and sets this to another
Verarbeitung am Ausgang als analoges Spannungssignal bereit. Über einen Analog-Digital- andler (nicht Processing at the output as an analog voltage signal ready. About an analog-to-digital converter (not
dargestellt) , auch kurz A/D-Wandler genannt, können die ausgegebenen analogen Signalwerte jedes Pixels 1 shown), also called A / D converter for short, the output analog signal values of each pixel 1
digitalisiert werden. Solche A/D-Wandler können auf be digitized. Such A / D converters can
demselben Chip 16 wie die Pixel 1 oder vorzugsweise auf einem separaten Chip (nicht dargestellt) ausgebildet sein. Die Kondensatoren CO, Cl, C2 und C3 haben in Weiterbildung der Erfindung identische Kapazitäten, die vorzugsweise in der Grössenordnung von wenigen Picofarad liegen. Sie bilden zusammen mit den Schaltern SO, Sl, Sl', S2, S3, S3' , ein Netzwerk zum Weiterverarbeiten des am Punkt Z the same chip 16 as the pixels 1 or preferably on a separate chip (not shown) may be formed. The capacitors CO, Cl, C2 and C3 have in development of the invention identical capacities, which are preferably of the order of a few picofarads. They form together with the switches SO, Sl, Sl ', S2, S3, S3', a network for further processing of the point Z.
bereitgestellten Wechselspannungssignals ua . Dies wird an späterer Stelle noch genauer erläutert. provided AC signal, inter alia. This will be explained in more detail later.
Die Schalter SO, Sl, Sl' , S2, S3, S3' sind von einer The switches SO, Sl, Sl ', S2, S3, S3' are of a
Steuerelektronik (nicht gesamthaft dargestellt) Control electronics (not shown as a whole)
kontrollierbar. Vorzugsweise umfasst der Chip 16 mit den Pixeln 1 eine Steuerlogik 21 bzw. einen Teil dieser controllable. Preferably, the chip 16 with the pixels 1 comprises a control logic 21 or a part of it
Steuerelektronik zum Ansteuern der Schalter SO, Sl, Sl' , S2, S3, S3' jedes Pixels 1, die zum Aufbereiten der Control electronics for controlling the switches SO, Sl, Sl ', S2, S3, S3 'of each pixel 1 used to render the
erfassten Messgrösse mit der S&H-Schaltung 15 benutzt werden, und zum Ansteuern der Schalter Sr und Sr" jedes Pixels 1, die der Multiplexer zum sequentiellen Auslesen der aufbereiteten Messwerte über den gemeinsamen detected quantities are used with the S & H circuit 15, and for driving the switches Sr and Sr "of each pixel 1, the multiplexer for the sequential readout of the processed measured values on the common
Differenzverstärker 19 benötigt. Die Steuerlogik 21 umfasst zwei Steuereingänge MCL (Measurement Clock) und RCL  Differential amplifier 19 required. The control logic 21 comprises two control inputs MCL (Measurement Clock) and RCL
(Readout Clock) . Eine fallende Flanke am MCL triggert einen Measurement-Zähler (nicht dargestellt) , der zum  (Readout clock). A falling edge on the MCL triggers a measurement counter (not shown) connected to the
sequenziellen Zuführen des RCL-Signals an jeden der sequentially supplying the RCL signal to each of the
Schalter SO, Sl/Sl', S2, S3/S3' genutzt wird. Der Readout- Clock RCL dient zum Austakten der Messresultate jedes der Pixel 1. Dabei zählt ein Readout-Zähler zum Auswählen des jeweils auszulesenden Pixels 1 zyklisch von Null bis n-1, wobei n die Pixelzahl ist. Der Reset des Measurement- Zählers erfolgt bei fallender Flanke des MCL, wenn RCL gleichzeitig den Zustand „1" hat. Der Reset des Readout- Zählers erfolgt bei steigender Flanke des RCL, wenn MCL gleichzeitig den Zustand „1" hat.  Switch SO, Sl / Sl ', S2, S3 / S3' is used. The readout clock RCL serves for clocking out the measurement results of each of the pixels 1. In this case, a readout counter for selecting the respective pixel 1 to be read counts cyclically from zero to n-1, where n is the number of pixels. The measurement counter is reset on the falling edge of the MCL if RCL also has the status "1." The readout counter is reset on the rising edge of the RCL if MCL also has the status "1".
Die Schalter SO, Sl, Sl' , S2, S3, S3' der Sample-Hold- Schaltungen 15 jedes der Pixel 1 werden synchron mit The switches SO, Sl, Sl ', S2, S3, S3' of the sample-hold circuits 15 of each of the pixels 1 become synchronous with
Steuersignalen an einem ersten Clock-Eingang MCL Control signals at a first clock input MCL
sequentiell aktiviert, Weiterhin werden die Ausleseschalter Sr, Sr' der Sample-Hold-Schaltungen 15 der einzelnen Pixel 1 sequentiell synchron mit Steuersignalen an einem zweiten Clock-Eingang RCL aktiviert. In addition, the read-out switches Sr, Sr 'of the sample-hold circuits 15 of the individual pixels 1 are activated sequentially in synchronism with control signals at a second clock input RCL.
Im Weiteren umfasst der Chip 16 gemeinsam für alle Pixel 1 einen Reset-Generator 23 zum Rücksetzen der Steuerlogik 21 in einen definierten Ausgangszustand und eine Referenzspannungsquelle 25 zum Bereitstellen einer Furthermore, the chip 16 includes in common for all pixels 1 a reset generator 23 for resetting the control logic 21 in a defined initial state and a Reference voltage source 25 for providing a
Referenzspannung VREF für die Transimpedanzverstärker 12. Bei einem Chip 16, der zum Erfassen und Auswerten von Reference voltage V RE F for the transimpedance amplifier 12. In a chip 16, which is used for detecting and evaluating
Signalen bei einem optischen Sensor ausgebildet ist, der nach dem Triangulationsprinzip arbeitet, ist die Anzahl n der Pixel 1 vorzugsweise etwa 16. Is formed in an optical sensor which operates on the principle of triangulation, the number n of pixels 1 is preferably about 16.
Die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform der Erfindung basiert demgemäß weiterhin darauf, dass die Sample-Hold- Schaltung 15 zwei über Ausleseschalter Sr, Sr' auslesbare Ausgänge umfasst, wobei die Ausgänge über die Accordingly, the embodiment of the invention shown in FIG. 3 is based on the fact that the sample-hold circuit 15 comprises two outputs which can be read out via read-out switches Sr, Sr ', the outputs being connected via the readouts
Ausleseschalter Sr, Sr' mit den Eingängen des Selector switch Sr, Sr 'with the inputs of the
Differenzverstärkers 19 verbindbar sind, und wobei die Ausleseschalter Sr, Sr' einer analogen Multiplexschaltung zum sequentiellen Auslesen der Ausgangsspannungen der Differential amplifier 19 are connected, and wherein the read-out switch Sr, Sr 'an analog multiplexing circuit for sequentially reading the output voltages of
Sample-Hold-Schaltungen 15 einer Anzahl n von mehreren Pixeln 1 auf dem Chip 16 zugeordnet sind. Sample hold circuits 15 are assigned to a number n of a plurality of pixels 1 on the chip 16.
Mit der Sample-Hold-Schaltung 15 zum Verarbeiten der With the sample-hold circuit 15 for processing the
Ausgangsspannung am Ausgang des Transimpedanzverstärkers 12 und dem Netzwerk der Kondensatoren CO, Cl, C2 und C3 und Schaltern SO, Sl, Sl' , S2, S3, S3' können nun der bzw. die erfassten Spannungswerte am Ausgang des Output voltage at the output of the transimpedance amplifier 12 and the network of the capacitors CO, Cl, C2 and C3 and switches SO, Sl, Sl ', S2, S3, S3' can now or the detected voltage values at the output of
Transimpedanzverstärkers 12 durch zeitlich koordinierte und mit den Sendepulsen der Lichtquelle 27 synchronisierte Schaltvorgänge der Schalter SO, Sl, Sl' , S2, S3, S3' zu einer oder mehreren Ausgangsspannungen verarbeitet und diese Ausgangsspannung bzw. diese Ausgangsspannungen nach Abschluss dieses Verarbeitungsprozesses über  Transimpedance amplifier 12 processed by temporally coordinated and synchronized with the transmission pulses of the light source 27 switching operations of the switches SO, Sl, Sl ', S2, S3, S3' to one or more output voltages and this output voltage or these output voltages after completion of this processing over
Ausleseschalter Sr, Sr' ausgelesen werden. Figur 4 zeigt schematisch den Aufbau eines Sensors für die Triangulationsmessung, in welchem die Erfindung Readout switch Sr, Sr 'are read out. Figure 4 shows schematically the structure of a sensor for the triangulation measurement, in which the invention
implementiert werden kann. Der Sensor weist eine can be implemented. The sensor has a
Lichtquelle 27 - insbesondere eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode - auf, welche über eine Sendeoptik 29 einen gepulsten Sendelichtstrahl 31 in Richtung eines zu Light source 27 - in particular a light emitting diode or a laser diode - on which a transmitting optical system 29 a pulsed transmitted light beam 31 in the direction of one
erfassenden Objekts 33 aussendet. An der Oberfläche des Objekts 33 wird der Sendelichtstrahl 31 zumindest teilweise diffus gestreut. Der Lichtfleck auf der Objektoberfläche wird als Erfassungslichtstrahl 32 mittels einer detecting object 33 emits. At the surface of the object 33, the transmitted light beam 31 is at least partially diffused. The light spot on the object surface is detected as a detection light beam 32 by means of a
Erfassungsoptik 35 auf den Detektorchip 16 abgebildet. Wird das Objekt 33 näher zum Sensor hin bewegt - in Figur 4 ist dies durch das Objekt 33' dargestellt - ändert sich auch die Lage des Auftreffpunktes des Erfassungslichtstrahls 32 auf dem Detektorchip 16. Je näher das Objekt 33, 33' beim Sensor liegt, desto grösser ist die inkrementelle  Detection optics 35 imaged on the detector chip 16. If the object 33 is moved closer to the sensor - this is represented by the object 33 'in FIG. 4 - the position of the point of impact of the detection light beam 32 on the detector chip 16 also changes. The closer the object 33, 33' lies to the sensor, the more bigger is the incremental one
Lageänderung des Bildpunktes auf dem Detektorchip 16 bei einer inkrementellen Lageänderung des Objekts 33, 33'. Position change of the pixel on the detector chip 16 with an incremental change in position of the object 33, 33 '.
Diese Nichtlinearität wird beim Detektor vorzugsweise durch unterschiedliche Höhen Hi ( i=0 , ... , n-1 ) der This nonlinearity is preferably applied to the detector by different heights Hi (i = 0,..., N-1)
lichtempfindlichen Flächen der Fotodioden 3 zumindest teilweise kompensiert. Die Breiten Bi ( i=0 , ... , n-1 ) der lichtempfindlichen Flächen der Fotodioden 3 sind photosensitive surfaces of the photodiodes 3 at least partially compensated. The widths Bi (i = 0,..., N-1) of the photosensitive areas of the photodiodes 3 are
vorzugsweise ebenfalls unterschiedlich. Sie werden so festgelegt, dass alle Pixelkapazitäten zumindest preferably also different. They are set so that all pixel capacities at least
näherungsweise gleich klein sind. Eine derartige Anordnung, bei welcher die Pixel 1 aneinandergereiht sind, zumindest teilweise unterschiedliche Längen Li und Breiten Bi und zumindest näherungsweise gleiche Pixelkapazitäten are approximately the same size. Such an arrangement, in which the pixels 1 are lined up, at least partially different lengths Li and width Bi and at least approximately the same pixel capacities
aufweisen, zeigt Figur 5 als Beispiel für 15 Pixel. Die maximale Höhe der Pixel 1 liegt vorzugsweise in der Figure 5 shows as an example 15 pixels. The maximum height of the pixels 1 is preferably in the
Grössenordnung von etwa 800 Mikrometern. Im Vergleich zu herkömmlichen Zeilensensoren mit ähnlichen Gesamtlängen können die optisch sensitiven Pixelflächen beim Size of about 800 micrometers. Compared to conventional optical line sensors with similar overall lengths, the optically sensitive pixel surfaces in
erfindungsgemäss ausgebildeten Zeilensensor größer, beispielsweise um etwa einen Faktor zehn grösser sein. Hingegen ist die Anzahl Pixel bei einem herkömmlichen Zeilensensor vergleichbarer Länge typischerweise wesentli grösser, beispielsweise 64. Da bei einem herkömmlichen Gleichlicht-Zeilensensor zur Kompensation des Gleichlicht Anteils eine zwei aufeinanderfolgende Messungen und According to the invention formed line sensor larger, for example, be larger by about a factor of ten. By contrast, the number of pixels in a conventional line sensor of comparable length is typically substantially greater, for example 64. Since in a conventional constant light line sensor for compensation of the DC component, a two consecutive measurements and
Auslesungen erforderlich sind - insgesamt müssen jeweils 128 Werte ausgelesen werden - ist die Erfassung und Readings are required - a total of 128 values must be read out - is the recording and
Auswertung von Messgrössen mit einem erfindungsgemäss ausgebildeten Zeilensensor deutlich schneller und weniger empfindlich auf Störungen. Im Gegensatz zum Stand der Technik sind trotz Beaufschlagung mit Fremdlicht mit der erfindungsgemässen Anordnung Nutzsignalpegel möglich, die in der Grössenordnung des elektrisch maximal möglichen Signalhubs liegen, wodurch auch unter diesen erschwerten Bedingungen ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis Evaluation of measured quantities with an inventively designed line sensor significantly faster and less sensitive to interference. In contrast to the prior art, despite application of extraneous light with the arrangement according to the invention, useful signal levels are possible which are of the order of magnitude of the electrically maximum possible signal swing, as a result of which a better signal-to-noise ratio also under these difficult conditions
resultiert . results.
Die Figuren 6, 7 und 8 illustrieren drei mögliche Figures 6, 7 and 8 illustrate three possible ones
Auswerteverfahren bei einer erfindungsgemäss ausgebildeten Fotodiodenzeile, die bei einem optischen Sensor einzeln oder auch in Kombination miteinander eingesetzt werden können. Die mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung durchführbaren Verfahren basieren zunächst darauf, mit einer Lichtquelle 27 kurze Lichtpulse einer Dauer τ3 Evaluation method in an inventively designed Fotodiodenzeile, which can be used in an optical sensor individually or in combination with each other. The methods that can be carried out with a device according to the invention are initially based thereon, with a light source 27, short light pulses of duration τ 3
auszusenden, wobei der Wechselanteil ip des vom to send out, whereby the Wechselanteil ip of the
Wandlerelement erzeugten Fotostroms durch den Transducer element generated by the photocurrent
Transimpedanzverstärker 12 zu einer proportionalen Transimpedance amplifier 12 to a proportional
Ausgangsspannung verarbeitet wird, und wobei diese Ausgangsspannung synchronisiert mit den Lichtpulsen durch eine Sample-Hold-Schaltung 15 erfasst wird. Output voltage is processed, and where this Output voltage synchronized with the light pulses by a sample-hold circuit 15 is detected.
Die Grafiken zeigen jeweils den Fotostrom, der beim Betrieb eines optischen Sensors entsteht, wenn die Fotodiode 3 nicht nur durch gepulstes Licht von der Nutzlichtquelle 27 des Sensors beeinflusst wird, sondern auch durch störendes Fremdlicht einer Energiesparlampe, welches mit einer The graphics each show the photocurrent that arises during operation of an optical sensor, when the photodiode 3 is not only influenced by pulsed light from the Nutzlichtquelle 27 of the sensor, but also by disturbing extraneous light of an energy saving lamp, which with a
Frequenz von etwa 100kHz sinusförmig schwingt, und dessen Amplitude deutlich höher ist als jene des Nutzlichtsignals. Die Lichtpulse der Nutzlichtquelle 27 haben eine Dauer von etwa 0.5 bis 1 Mikrosekunden . Frequency of about 100kHz oscillates sinusoidally, and its amplitude is significantly higher than that of the Nutzlichtsignals. The light pulses of the useful light source 27 have a duration of about 0.5 to 1 microseconds.
Beim ersten Auswerteverfahren, wie es in Figur 6 In the first evaluation method, as in FIG. 6
dargestellt ist, wird der Messwert A am Ende der is shown, the measured value A at the end of
Nutzlichtpulse erfasst, welche im dargestellten Beispiel eine Dauer xs von etwa 0.5 bis 1 Mikrosekunden aufweisen. Anschliessend wird die Differenz zum linearen Mittelwert UAVG des Signals gebildet (Nutzsignalpegel = A - UAVG) · Da nur ein Sample ausgewertet wird, und da UAVG als rauschfrei betrachtet werden kann, sind derart erfasste Messwerte sehr rauscharm. Hingegen werden die Offsets des Messverstärkers 12 und des S&H 15 sowie Störungen wie z.B. die periodischen Störungen der Energiesparlampe nicht kompensiert. Usable light pulses detected, which have a duration x s of about 0.5 to 1 microseconds in the example shown. Subsequently, the difference to the linear mean U AV G of the signal is formed (useful signal level = A - U AV G) · Since only one sample is evaluated, and since U AV G can be regarded as noise-free, measured values thus acquired are very low in noise. On the other hand, the offsets of the measuring amplifier 12 and the S & H 15 as well as disturbances such as the periodic disturbances of the energy-saving lamp are not compensated.
Beim zweiten Auswerteverfahren, wie es in Figur 7 In the second evaluation method, as shown in FIG. 7
dargestellt ist, werden jeweils ein erster Messwert B unmittelbar vor dem Aussenden des Nutzlichtpulses und ein zweiter Messwert A am Ende des Nutzlichtpulses erfasst und voneinander subtrahiert (Nutzsignalpegel = A - B) . Dadurch können die Offsets des Messverstärkers 12 und des S&H 15 kompensiert werden. Hingegen findet keine Kompensation von Störungen, insbesondere von periodischen Störungen der Energiesparlampe statt. Da bei diesem Auswerteverfahren zwei Samples bewertet werden müssen, ist das Rauschen grösser als beim ersten Auswerteverfahren. is shown, in each case a first measured value B immediately before the emission of the useful light pulse and a second measured value A at the end of the useful light pulse are detected and subtracted from each other (useful signal level = A - B). Thereby, the offsets of the sense amplifier 12 and the S & H 15 can be compensated. On the other hand there is no compensation of disturbances, in particular of periodic disturbances of the Energy saving lamp instead. Since two samples have to be evaluated in this evaluation method, the noise is greater than in the first evaluation method.
Beim dritten Auswerteverfahren, wie es in Figur 8 In the third evaluation method, as in FIG. 8
dargestellt ist, werden drei Samples ausgewertet. Ein erster Messwert C wird um die Dauer τ5 eines is shown, three samples are evaluated. A first measured value C becomes the duration τ 5 of a
Nutzlichtpulses vor dessen Emission erfasst, ein zweiter Messwert B unmittelbar vor Beginn des Nutzlichtpulses und ein dritter Messwert A am Ende des Nutzlichtpulses der Dauer τ3. Beim Nutzsignalpegel = (A-B)-(B-C) = A+C-2B sind die Offsets des Messverstärkers 12 und des S&H 15 Nutzlichtpulses detected before its emission, a second measurement value B τ 3 immediately before the start of Nutzlichtpulses and a third measurement value at the end of Nutzlichtpulses duration. At the payload signal level = (AB) - (BC) = A + C-2B, the offsets of the sense amplifier 12 and S & H are 15
kompensiert. Zudem sind auch die periodischen Störungen der Fremdlichtquelle in erster Näherung eliminiert. Hingegen ist das Rauschen deutlich grösser als bei den ersten beiden Auswerteverfahren, da jeweils vier Samples bewertet werden müssen . compensated. In addition, the periodic disturbances of the extraneous light source are eliminated to a first approximation. On the other hand, the noise is significantly greater than in the first two evaluation methods, since four samples must be evaluated.
Grundsätzlich kann eine übergeordnete Steuerelektronik, welche auch die Steuerlogik 21 auf dem Chip 16 Basically, a higher-level control electronics, which also the control logic 21 on the chip 16th
kontrolliert, z.B. durch Auswertung erfasster Messwerte periodische Störungen, wie sie beispielsweise von HF- Leuchtstoffröhren verursacht werden können, erkennen und in Abhängigkeit des jeweiligen Störpegels jenes controlled, e.g. By evaluating acquired measured values, periodic disturbances, such as may be caused by HF fluorescent tubes, can be detected and, depending on the respective interference level, that period
Auswerteverfahren aktivieren, welches unter den jeweiligen Bedingungen optimal ist. Falls solche Störungen unterhalb eines vorgebbaren Grenzwertes liegen, wählt die Activate evaluation procedure, which is optimal under the respective conditions. If such disturbances are below a predefinable limit value, the
Steuerelektronik vorzugsweise das zweite Auswerteverfahren. Liegt der Störpegel oberhalb des Grenzwertes, wird das dritte Auswerteverfahren aktiviert. Control electronics preferably the second evaluation. If the interference level is above the limit value, the third evaluation method is activated.
Die einzelnen Schritte des zweiten Auswerteverfahrens werden nachfolgend näher beschrieben: 1. Sl, Sl ' werden geschlossen. Dadurch gelangt die The individual steps of the second evaluation procedure are described in more detail below: 1. Sl, Sl 'are closed. This will get the
Anfangsspannung B auf C3  Starting voltage B on C3
2. Sl, Slv werden geöffnet. Dadurch wird die Charge 2. Sl, Sl v are opened. This will make the batch
Injection des Öffnens von Sl v zu C3 addiert. Injection of opening from Sl v to C3 added.
3. Nun wird der Lichtsender 27 des Sensors aktiviert und erzeugt einen Lichtpuls, welcher auf der Fotodiode 3 einen Pulsstrom erzeugt. Dadurch steigt die Spannung am Knotenpunkt Z um diese Pulsspannung an. 3. Now the light transmitter 27 of the sensor is activated and generates a light pulse which generates a pulse current on the photodiode 3. As a result, the voltage at node Z increases by this pulse voltage.
4. S2 wird geschlossen. Dadurch gelangt die Endspannung A auf C2.  4. S2 is closed. As a result, the end tension A reaches C2.
5. S2 wird geöffnet. Dadurch wird die Charge Injection des Öffnens von S2 zu C2 addiert  5. S2 is opened. This adds the charge injection of the opening from S2 to C2
6. Der Lichtsender 27 des Sensors wird deaktiviert  6. The light transmitter 27 of the sensor is deactivated
7. Die Differenz der Spannungen über C2 und C3 liefert das gewünschte Messresultat.  7. The difference between the voltages via C2 and C3 provides the desired measurement result.
Die Steuerung über die Clock-Eingänge MCL und RCL läuft beim zweiten Auswerteverfahren wie folgt ab: The control via the clock inputs MCL and RCL runs in the second evaluation method as follows:
Der erste Clock an MCL liest Punkt C ein (wird beim diesem Auswerteverfahren jedoch nicht benötigt). Beim nächsten Clock an MCL wird Punkt B eingelesen. Danach folgt ein weiterer Clock an MCL; damit wird Punkt A eingelesen. The first clock at MCL reads in point C (but is not needed in this evaluation procedure). At the next clock on MCL point B will be read. This is followed by another clock at MCL; This will read in point A.
Danach wird der Readout der n Pixel 1 durchgeführt. Thereafter, the readout of the n pixels 1 is performed.
Anschliessend folgt der Reset. Then the reset follows.
Die einzelnen Schritte des dritten Auswerteverfahrens werden nachfolgend näher beschrieben: The individual steps of the third evaluation procedure are described in more detail below:
1. SO wird geschlossen. Dadurch gelangt die Vormessspannung C auf CO.  1. SO is closed. As a result, the Vormessspannung C reaches CO.
2. SO wird geöffnet. Dies markiert den Beginn der 2. SO will be opened. This marks the beginning of the
Steigungsmessung und es wird die Charge Injection des Öffnens von SO zu CO addiert. 3. Nach einer Sendepulslänge xs zum Zeitpunkt B werden Sl, Sl" geschlossen. Dadurch gelangt die Anfangsspannung B auf Cl und C3. Slope measurement and the charge injection of opening SO to CO is added. 3. After a transmission pulse length x s at time B, Sl, Sl "are closed, causing the initial voltage B to reach Cl and C3.
4. Sl, Sl λ werden wieder geöffnet. Dies markiert den Beginn der Sendesignalmessung und es wird die Charge Injection zu Cl und C3 addiert. 4. Sl, Sl λ are opened again. This marks the beginning of the transmit signal measurement and the charge injection is added to Cl and C3.
5. Nun wird der Lichtsender 27 des Sensors aktiviert und erzeugt einen Lichtpuls, welcher auf der Fotodiode 3 einen Pulsstrom erzeugt. Dadurch steigt die Spannung am Knotenpunkt Z um diese Pulsspannung an.  5. Now the light transmitter 27 of the sensor is activated and generates a light pulse which generates a pulse current on the photodiode 3. As a result, the voltage at node Z increases by this pulse voltage.
6. S2 wird geschlossen. Dadurch gelangt die Endspannung A auf C2.  6. S2 is closed. As a result, the end tension A reaches C2.
7. S2 wird geöffnet. Dadurch wird die Charge Injection des Öffnens von S2 zu C2 addiert.  7. S2 is opened. This adds the charge injection of the opening from S2 to C2.
8. Der Lichtsender 27 des Sensors wird deaktiviert.  8. The light transmitter 27 of the sensor is deactivated.
9. Die beiden Schalter S3, S3 ' werden geschlossen; dadurch findet ein Ladungsausgleich statt:  9. The two switches S3, S3 'are closed; This causes a charge balance:
UC2 = (UCO + UC2) / 2  UC2 = (UCO + UC2) / 2
UC3 = (UC1 + UC3) / 2  UC3 = (UC1 + UC3) / 2
10. Die Differenz der Spannungen über C2 und C3 liefert das gewünschte Messresultat  10. The difference between the voltages via C2 and C3 provides the desired measurement result
Die Steuerung über die Clock-Eingänge MCL und RCL läuft beim zweiten Auswerteverfahren wie folgt ab: The control via the clock inputs MCL and RCL runs in the second evaluation method as follows:
Der erste Clock an MCL liest Punkt C ein, gefolgt von einem weiteren Clock an MCL, welcher Punkt B einliest. Danach folgen zwei weitere Clocks an MCL; damit wird Punkt A eingelesen und der Ladungsausgleich D durchgeführt. Danach wird der Readout der n Pixel 1 durchgeführt. Anschliessend folgt der Reset. Falls genügend Zeit für einen zusätzlichen Readout zur Verfügung steht, kann ein kombinierter Betrieb mit dem zweiten und dem dritten Auswerteverfahren durchgeführt werden. Ein erster Readout erfolgt nach S2 und vor S3. Anschliessend wird ein Ladungsausgleich über S3 The first clock at MCL reads in point C, followed by another clock at MCL, which reads in point B. After that, two more clocks follow MCL; Thus point A is read in and the charge compensation D is carried out. Thereafter, the readout of the n pixels 1 is performed. Then the reset follows. If sufficient time is available for an additional readout, a combined operation with the second and the third evaluation method can be performed. A first readout occurs after S2 and before S3. Subsequently, a charge equalization via S3
durchgeführt. Danach wird nochmals ein Readout carried out. After that, another readout will take place
durchgeführt. Dadurch erhält man für die gleiche Messung zwei Messresultate: Das Erste nach dem offsetkompensierten Verfahren (rauscharm) , das Zweite nach dem carried out. This results in two measurement results for the same measurement: the first after the offset-compensated process (low noise), the second after the
fremdlichtkompensierten Verfahren (störsicher) . Demgemäß ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Ausgangsspannung bzw. die Ausgangsspannungen zusätzlich während des Verarbeitungsprozesses zwischen interference-light-compensated method (interference-proof). Accordingly, it is provided in a development of the invention that the output voltage or the output voltages in addition during the processing between
aufeinanderfolgenden Schaltvorgängen der Schalter SO, Sl, Sl' , S2, S3, S3' über die Ausleseschalter Sr, Sr' successive switching operations of the switches SO, Sl, Sl ', S2, S3, S3' via the read-out switches Sr, Sr '
ausgelesen werden. be read out.
Die Software der Steuerung kann dann die Auswahl treffen, welches Signal gerade das Aussagekräftigere ist. The control software can then choose which signal is the most meaningful.
Alternativ könnte nach jedem Sendepuls alternierend das eine und das andere Verfahren angewendet werden. Ohne Störungen und Rauschen müssten die Resultate gleich sein. Trifft dies nicht zu, kann die Software sich für das aussagekräftigere Resultat entscheiden. Alternatively, one and the other method could alternately be applied after each transmit pulse. Without interference and noise, the results should be the same. If this is not true, the software can choose the more meaningful result.
Mit relativ einfachen Mitteln können bei Sensoren mit der erfindungsgemässen Erfassungs- und Auswertevorrichtung Ansprechzeiten in der Grössenordnung von etwa 100 With relatively simple means, in the case of sensors with the detection and evaluation device according to the invention, response times of the order of magnitude of approximately 100
Mikrosekunden erreicht werden. Bei Verwendung schnellerer A/D-Wandler kann die Ansprechzeit auf deutlich kürzere Werte in der Grössenordnung von etwa 20 bis 50 Microseconds can be achieved. When using faster A / D converters, the response time can be significantly shorter, on the order of about 20 to 50
Mikrosekunden verkürzt werden. Da selbst relativ hochfrequente optische Störungen, wie sie z.B. von HF-Leuchtstoffröhren verursacht werden, Be shortened microseconds. Since even relatively high-frequency optical disturbances, such as those caused by HF fluorescent tubes,
unterdrückt werden können, sind bei Sensoren, die im sichtbaren Spektralbereich arbeiten in der Regel keine Infrarot-Sperrfilter erforderlich . In the case of sensors that work in the visible spectral range, no infrared blocking filters are usually required.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zum Erfassen und Verarbeiten von 1. Device for detecting and processing of
Messgrössen bei einem optischen Sensor mit einer zum Emittieren kurzer Lichtpulse anregbaren Lichtquelle Measured quantities in an optical sensor with a light source that can be excited to emit short light pulses
(27), umfassend einen Chip (16) mit mindestens einem Pixel (1) , wobei dieses Pixel (1) ein elektro-optisches Wandlerelement und eine elektronische Schaltung zum Erfassen und Verarbeiten der vom Wandlerelement (27) comprising a chip (16) having at least one pixel (1), said pixel (1) comprising an electro-optic transducer element and an electronic circuit for detecting and processing the transducer element
generierten Messgrösse umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandlerelement über einen Koppelkondensator Ck derart mit einem Transimpedanzverstärker (12) gekoppelt ist, dass im Wesentlichen nur der Wechselanteil ip des vom Wandlerelement erzeugten Fotostroms von diesem Transimpedanzverstärker (12) verstärkbar und als generated measured variable, characterized in that the transducer element via a coupling capacitor C k is so coupled to a transimpedance amplifier (12) that substantially only the alternating component ip of the photocurrent generated by the transducer element of this transimpedance amplifier (12) amplified and as
Wechselspannungssignal ua am Ausgang Z des  AC signal ua at the output Z of
Transimpedanzverstärkers (12) ausgebbar ist.  Transimpedance amplifier (12) can be output.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das elektro-optische Wandlerelement eine Fotodiode (3) ist, dadurch 2. Device according to claim 1, wherein the electro-optical converter element is a photodiode (3), characterized
gekennzeichnet, dass diese Fotodiode (3) zum Ableiten des Gleichlichtanteils des Fotostroms über einen  characterized in that this photodiode (3) for deriving the direct light component of the photocurrent via a
Widerstand Rl mit einem Vorspannungs-Anschluss VPIN verbunden ist, dass der Koppelkondensator Ck mit dem invertierenden Eingang eines OperationsverstärkersResistor Rl is connected to a bias terminal V PIN that the coupling capacitor Ck to the inverting input of an operational amplifier
(IIa) verbunden ist, und dass der Ausgang dieses (IIa) is connected, and that the output of this
Operationsverstärkers (IIa) über einen Widerstand R2 auf dessen invertierenden Eingang rückgekoppelt ist. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppelkondensator Ck eine Kapazität aufweist, die kleiner ist als 2 Picofarad, und dass der Rückkopplungswiderstand R2 und/oder der Widerstand Rl grösser oder gleich 500 Kiloohm sind. Operational amplifier (IIa) is fed back via a resistor R2 to the inverting input. 3. Device according to claim 2, characterized in that the coupling capacitor Ck has a capacity which is smaller than 2 picofarads, and that of Feedback resistor R2 and / or the resistor Rl are greater than or equal to 500 kilohms.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang Z des Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the output Z of
Transimpedanzverstärkers (12) eingangsseitig mit einer Sample-Hold-Schaltung (15) verbunden ist.  Transimpedance amplifier (12) on the input side with a sample-hold circuit (15) is connected.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sample-Hold-Schaltung (15) ein Netzwerk von Kondensatoren CO, Cl, C2 und C3 und Schaltern SO, Sl, Sl', S2, S3, S3' zum Verarbeiten von am Ausgang des Transimpedanzverstärkers (12) anliegenden Messgrössen umfasst . Apparatus according to claim 4, characterized in that the sample-hold circuit (15) comprises a network of capacitors CO, Cl, C2 and C3 and switches SO, Sl, Sl ', S2, S3, S3' for processing at the output of Transimpedance amplifier (12) applied measured variables.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoren CO, Cl, C2 und C3 identische Kapazitäten haben. Apparatus according to claim 5, characterized in that the capacitors CO, Cl, C2 and C3 have identical capacities.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sample-Hold-Schaltung (15) mindestens einen über einen Ausleseschalter Sr, Sr' auslesbaren Ausgang umfasst, und dass dieser Device according to one of Claims 4 to 6, characterized in that the sample-hold circuit (15) comprises at least one output which can be read out via a read-out switch Sr, Sr ', and that this
Ausleseschalter Sr, Sr' von einer Steuerlogik (21) ausserhalb des Pixels (1) steuerbar ist. Read-out switch Sr, Sr 'from a control logic (21) outside the pixel (1) is controllable.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Sample-Hold- Schaltung (15) zwei über Ausleseschalter Sr, Sr' auslesbare Ausgänge umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgänge über die Ausleseschalter Sr, Sr' mit den Eingängen eines Differenzverstärkers (19) Device according to Claim 7, in which the sample-hold circuit (15) comprises two outputs which can be read out via read-out switches Sr, Sr ', characterized in that the outputs are connected to the inputs of a differential amplifier (19) via the read-out switches Sr, Sr'.
verbindbar sind, und dass die Ausleseschalter Sr, Sr' einer analogen Multiplexschaltung zum sequentiellen Auslesen der Ausgangsspannungen der Sample-Hold- Schaltungen (15) einer Anzahl n von mehreren Pixeln (1) auf dem Chip (16) zugeordnet sind. connectable, and that the read switch Sr, Sr ' an analog multiplexing circuit for the sequential reading of the output voltages of the sample-hold circuits (15) of a number n of a plurality of pixels (1) are assigned to the chip (16).
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pixel (1) aneinandergereiht sind, zumindest teilweise unterschiedliche Längen (Li) und Breiten (Bj.) und zumindest näherungsweise gleiche Pixelkapazitäten aufweisen . Apparatus according to claim 8, characterized in that the pixels (1) are strung together, at least partially have different lengths (Li) and widths (Bj.) And at least approximately the same pixel capacities.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerlogik (21) einen ersten Clock-Eingang MCL und einen diesem zugeordneten Zähler zum sequentiellen Ansteuern der Schalter SO, Sl und10. Device according to one of claims 8 or 9, characterized in that the control logic (21) has a first clock input MCL and a counter associated therewith for the sequential activation of the switches SO, Sl and
Sl', S2, S3 und S3' jedes der Pixel (1) und einen zweiten Clock-Eingang RCL zum sequentiellen Auslesen der von den Sample-Hold-Schaltungen (15) Sl ', S2, S3 and S3' each of the pixels (1) and a second clock input RCL for sequentially reading the sample-hold circuits (15)
bereitgestellten Spannungswerte jedes Pixels (1) umfasst.  provided voltage values of each pixel (1).
11. Mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchführbares Verfahren, wobei die Lichtquelle (27) kurze Lichtpulse einer Dauer xs aussendet, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselanteil ip des vom 11. With a device according to one of claims 1 to 10 feasible method, wherein the light source (27) emits short light pulses of a duration x s , characterized in that the alternating component ip of the
Wandlerelement erzeugten Fotostroms durch den  Transducer element generated by the photocurrent
Transimpedanzverstärker (12) zu einer proportionalen Ausgangsspannung verarbeitet wird, und dass diese  Transimpedance amplifier (12) is processed to a proportional output voltage, and that this
Ausgangsspannung synchronisiert mit den Lichtpulsen durch eine Sample-Hold-Schaltung (15) erfasst wird. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Sample-Hold- Schaltung (15) zum Verarbeiten der Ausgangsspannung am Ausgang des Transimpedanzverstärkers (12) ein Netzwerk von Kondensatoren CO, Cl, C2 und C3 und Schaltern SO, Sl, Sl' , S2, S3, S3' umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. die erfassten Spannungswerte am Ausgang des Transimpedanzverstärkers (12) durch zeitlich koordinierte und mit den Sendepulsen der Lichtquelle (27) synchronisierte Schaltvorgänge der Schalter SO, Sl, Sl', S2, S3, S3' zu einer oder mehreren Output voltage synchronized with the light pulses by a sample-hold circuit (15) is detected. Method according to claim 11, wherein the sample-hold circuit (15) for processing the output voltage at the output of the transimpedance amplifier (12) comprises a network of capacitors CO, Cl, C2 and C3 and switches SO, Sl, Sl ', S2, S3, S3 ', characterized in that the or the detected voltage values at the output of the transimpedance amplifier (12) by temporally coordinated and with the transmission pulses of the light source (27) synchronized switching operations of the switches SO, Sl, Sl', S2, S3, S3 ' to one or more
Ausgangsspannungen verarbeitet werden, und dass diese Ausgangsspannung bzw. diese Ausgangsspannungen nach Abschluss des Verarbeitungsprozesses über  Output voltages are processed, and that this output voltage or these output voltages after completion of the processing over
Ausleseschalter Sr, Sr' ausgelesen werden.  Readout switch Sr, Sr 'are read out.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsspannung bzw. die Ausgangsspannungen zusätzlich während des Verarbeitungsprozesses zwischen aufeinanderfolgenden Schaltvorgängen der Schalter SO, Sl, Sl' , S2, S3, S3' über die Ausleseschalter Sr, Sr' ausgelesen werden. A method according to claim 12, characterized in that the output voltage or the output voltages are additionally read during the processing process between successive switching operations of the switches SO, Sl, Sl ', S2, S3, S3' via the read-out switch Sr, Sr '.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Sensor mehrere Pixel (1) umfasst, dadurch 14. The method according to any one of claims 11 to 13, wherein the sensor comprises a plurality of pixels (1), characterized
gekennzeichnet, dass die Schalter SO, Sl, Sl' , S2, S3, characterized in that the switches SO, Sl, Sl ', S2, S3,
S3' der Sample-Hold-Schaltungen (15) jedes dieser Pixel (1) synchron mit Steuersignalen an einem ersten Clock- Eingang CL sequentiell aktiviert werden, und dass die Ausleseschalter Sr, Sr' der Sample-Hold-Schaltungen (15) der einzelnen Pixel (1) sequentiell synchron mitS3 'of the sample-hold circuits (15) of each of these pixels (1) are activated in synchronism with control signals at a first clock input CL sequentially, and that the read-out switches Sr, Sr' of the sample-hold circuits (15) of the individual Pixel (1) sequentially synchronous with
Steuersignalen an einem zweiten Clock-Eingang RCL aktiviert werden. Control signals are activated at a second clock input RCL.
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