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Dokumentenidentifikation DE69404775T2 18.12.1997
EP-Veröffentlichungsnummer 0633457
Titel Fotoelement und Vorrichtung zur Detektion von Lichtpulsen
Anmelder Aérospatiale Société Nationale Industrielle, Paris, FR
Erfinder Merle, Jean-Pierre, F-91400 Orsay, FR;
Devos, Francis, F-91620 La Ville du Bois, FR
Vertreter P. Meissner und Kollegen, 14199 Berlin
DE-Aktenzeichen 69404775
Vertragsstaaten BE, CH, DE, ES, GB, IT, LI, NL, PT, SE
Sprache des Dokument Fr
EP-Anmeldetag 23.06.1994
EP-Aktenzeichen 944014133
EP-Offenlegungsdatum 11.01.1995
EP date of grant 06.08.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.12.1997
IPC-Hauptklasse G01J 1/46
IPC-Nebenklasse G01J 1/16   G01S 3/784   G01S 17/10   

Beschreibung[de]

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Fotoelement zur Detektion von Lichtbutzen sowie auf einen Detektor mit einer Vielzahl derartiger Fotoelemente. Sie bezieht sich auch auf Vorrichtungen zur Lokalisierung und zur Analyse von Lichtquellen mit derartigen Detektoren.

Vorrichtungen zur Detektion von Lichtquellen mit einer Vielzahl von Fotoelementen, die bei der Detektion einer derartigen Quelle charakteristische Lichtquellensignale erzeugen können, sind bereits bekannt.

Der Hauptnachteil bei der Anwendung derartiger Vorrichtungen besteht darin, daß zusätzlich zu den von einer zu erfassenden Quelle abgegebenen Lichtblitzen zahlreiche Lichtbündel und Lichtblitze bestehen, die ein Lichtrauschen bilden, durch das diese Vorrichtungen ebenfalls beleuchtet werden.

Durch dieses Rauschen wird die Detektion der gesuchten Lichtblitze häufig stark erschwert.

Es kann sogar passieren, daß das Rauschen derart stark ist, daß es das zu erfassende Lichtsignal fast vollständig überdeckt.

Es ist festzustellen, daß das Dokument FR-A-2 583 523, in dem ein System mit reihen- und spaltenförmig als Matrix angeordneten Fotoelementen zur Lokalisierung eines Lichtblitze aussendenden beweglichen Gegenstandes dargestellt wird, vorsieht, dem System zur Beseitigung dieses Nachteils eine Vergleichsvorrichtung zuzuordnen. Durch diese Vergleichsvorrichtung kann das Rauschen entweder unmittelbar vor oder unmittelbar nach der Detektion registriert und dieses registrierte Rauschen vom erfaßten Signal mit den gesuchten Lichtblitzen subtrahiert werden.

Die Detektionshäufigkeit ist bei diesem System jedoch gering, denn für jede Detektionsdauer ist eine gleiche Aufzeichnungsdauer des zu subtrahierenden Rauschens erforderlich. Überdies ist die Subtraktionszeit lang, da diese Subtraktion nicht während der Detektion, sondern erst nach dem Lesen der Bilder erfolgt.

Außerdem wird in Dokument DE-A-34 29 943 ein Fotoelement zur Detektion von Lichtblitzen mit einer Speicherkapazität, einer Fotodiode zur Umwandlung der Lichtenergie in elektrischen Strom und einer Steuervorrichtung beschrieben, der der Abgabemoment der Lichtblitze bekannt ist und die das Fotoelement in den einen oder anderen von zwei unterschiedlichen Zuständen schalten kann:

- einen positiven Speicherzustand, der mindestens während der Abgabedauer der Lichtblitze aktiviert wird und in dem die Speicherkapazität durch den elektrischen Strom, der durch die an das Fotoelement gelangende Lichtenergie erzeugt wird, geladen wird; und

- einen negativen Speicherzustand, in dem die Speicherkapazität durch den elektrischen Strom, der durch die an das Fotoelement gelangende Lichtenergie erzeugt wird, entladen wird.

Damit kann dieses bekannte Fotoelement entsprechend dem Zustand, in den es geschaltet ist, entweder die Lichtsignale, von denen es beleuchtet wird, und insbesondere die zu erfassenden Lichtblitze, integrieren oder diese Lichtsignale subtrahieren.

Dieses bekannte Fotoelement hat jedoch den Nachteil, daß es eine komplexe Steuervorrichtung erforderlich macht.

Gegenstand dieser Erfindung ist die Realisierung eines Fotoelements dieser Art mit einer einfachen Steuervorrichtung.

Dazu ist das Fotoelement der oben beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß es eine zweite Fotodiode und ein Umschaltsystem umfaßt, das durch die Steuervorrichtung gesteuert wird und die Speicherkapazität einerseits im positiven Speicherzustand mit der einen Fotodiode und andererseits im negativen Speicherzustand mit der anderen Fotodiode verbinden kann.

Der positive und der negative Speicherzustand werden so durch zwei unterschiedliche Verbindungen der beiden Fotodioden mit der Speicherkapazität erzielt. Topologisch sind die Fotodioden (die vorteilhafterweise als integrierte Schaltkreise ausgeführt sind) so angeordnet, daß sie dem gleichen Punkt von der Größe eines Lichtpixels zugeordnet werden können, so daß die gleichen Lichtblitze erfaßt werden können.

Vorteilhafterweise sind die aufeinanderfolgenden positiven und negativen Speicherzustände von gleicher Dauer. Wenn diese Dauer sehr kurz ist, so daß angenommen werden kann, daß das Rauschen in zwei aufeinanderfolgenden Zuständen konstant ist, wird dieses Rauschen eliminiert. Während der positiven Speicherphase nimmt das Fotoelement das Rauschen und die eventuellen synchronen Lichtblitze auf, während es während der negativen Speicherphase lediglich das gleichstarke Rauschen subtrahiert und so unabhängig von der Stärke dieses Rauschens nur die Lichtblitze speichert.

Es ist festzustellen, daß die Umschaltung zwischen dem negativen und dem positiven Speicherzustand, um eine echte analoge Zeitkorrelation zu erhalten, nicht binär sein muß.

Vorteilhafterweise hat das Fotoelement ein Binärsystem, mit dem ein Binärzustand des Fotoelements in Abhängigkeit von der Spannung an den Klemmen der Speicherkapazität gegenüber einer Referenzspannung bestimmt werden kann.

So kann zum Beispiel in Abhängigkeit von der Dauer der Speicherzustände eine Referenzspannung gewählt werden, die einem erfaßten Lichtbündel mit einer bestimmten Energie entspricht, von der an das Fotoelement seinen Binärzustand ändert und so eine Detektion von Lichtblitzen anzeigt.

Außerdem hat das Fotoelement vorteilhafterweise ein Speichermittel, das den bestimmten Binärzustand speichern kann.

Vorteilhafterweise hat das Fotoelement ebenfalls ein Initialisierungssystem, das an den Klemmen der Speicherkapazität eine bestimmte Spannung erzeugen kann.

So kahn das Fotoelement jederzeit und insbesondere vor der Detektion wahlweise in den einen oder anderen seiner beiden Binärzustände versetzt werden.

Diese Erfindung bezieht sich auch auf einen Fotodetektor, der dadurch bemerkenswert ist, daß er erfindungsgemäße Fotoelemente, die reihen- und spaltenförmig als Matrix angeordnet sind, umfaßt.

Vorteilhafterweise hat der Fotodetektor ein Eingangsschieberegister, durch das alle Initialisierungssysteme der Fotoelemente gesteuert werden können.

Mit diesem Eingangsschieberegister können so alle Fotoelemente, aus denen der Detektor besteht, in einen ihrer beiden Binärzustände versetzt werden.

Vorteilhafterweise hat der Fotodetektor ebenfalls ein Ausgangsschieberegister, durch das der Binärzustand jedes der Fotoelemente des Detektors bestimmt, d.h. ein vom Fotodetektor aufgenommenes Bild wiederhergestellt werden kann.

Außerdem ist das Fotoelement vorteilhafterweise mit einem Vergleichssystem versehen, durch das jede Änderung des Binärzustands eines Fotoelements zwischen einem erfaßten Bild und einem gespeicherten Bild erfaßt werden kann.

Das gespeicherte Bild kann einem zu einem früheren Zeitpunkt erfaßten Bild entsprechen und so den Vergleich zum Beispiel zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bildern und daraus folgend entweder die Aktivierung eines neuen Fotoelements des Detektors oder die Beendigung einer früheren Aktivierung ermöglichen. Das gespeicherte Bild kann ebenfalls ein nicht aus einer früheren Detektion stammendes vorbestimmtes Referenzbild sein.

Außerdem bezieht sich die Erfindung auf verschiedene praktische Anwendungen, bei denen ein Detektor wie oben beschrieben verwendet wird.

Eine erste Anwendung kann sich auf eine Vorrichtung zur Lokalisierung mindestens einer Pulslichtquelle beziehen.

Die Lokalisierungsvorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch bemerkenswert, daß sie einen erfindungsgemäßen Fotodetektor hat, wobei die Pulsquelle winklig bezogen auf eine senkrecht zur Detektorebene verlaufende Richtung durch die Lage des Fotoelements im Detektor, das durch die Pulsquelle aktiviert wurde, lokalisiert wird.

Diese Lokalisierungsvorrichtung ähnelt derjenigen, die im vorgenannten Dokument FR-A-2 583 523 beschrieben wurde, ist jedoch durch den erfindungsgemäßen Detektor verbessert und ermöglicht so eine wirksame Beseitigung des Rauschens insbesondere durch eine Speicherung zahlreicher Lichtblitze.

Um mehrere unterschiedliche Pulsquellen lokalisieren zu können, kann diese Lokalisierungsvorrichtung erfindungsgemäß dadurch bemerkenswert sein, daß sie ein charakteristisches Signal jeder der Pulsquellen decodieren kann, wobei jedes der charakteristischen Signale speziell aus einer bestimmten Verteilung von Blitzen und Blitzlosigkeiten gebildet wird.

Eine zweite Anwendungsmöglichkeit kann eine Entfernungsmeßvorrichtung darstellen, mit der überprüft werden kann, ob sich in einer bestimmten Entfernung von der Vorrichtung ein Gegenstand befindet.

Dazu umfaßt die Vorrichtung:

- eine Laserquelle zur Aussendung von Lichtblitzen und

- einen erfindungsgemäßen Fotodetektor, der die Detektion der von der Quelle abgegebenen und vom Gegenstand reflektierten Lichtblitze vornehmen kann, wobei die Detektion zu einem bestimmten Zeitpunkt nach der Abgabe der Lichtblitze erfolgt, indem alle Fotoelemente des Detektors in den zu diesem Zeitpunkt positiven Speicherzustand geschaltet werden.

Um zu erfahren, ob sich in einer bestimmten Entfernung ein Gegenstand befindet, erfolgt die Detektion eine bestimmte Zeit nach Abgabe der Blitze, die der Zeit entspricht, die das Licht benötigt, um einen Gegenstand in dieser Entfernung zu erreichen und nach Reflexion durch diesen Gegenstand zur Vorrichtung zurückzukehren. Durch die tatsächliche Detektion eines Lichtsignals kann dann auf das Vorhandensein eines Gegenstands in dieser Entfernung von der Vorrichtung geschlossen werden.

Die Anwendung eines erfindungsgemäßen Fotodetektors ermöglicht außerdem durch die selektive Speicherung zahlreicher aufeinanderfolgender Lichtblitze die Reduzierung des Rauschens während dieser Detektion.

Die Figuren der beigefügten Zeichnung erleichtern das Verständnis dafür, wie die Erfindung verwirklicht werden kann. In diesen Figuren sind ähnliche Elemente mit identischen Bezugsnummern bezeichnet.

Figur 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fotoelements.

Figur 2 veranschaulicht die Spannungsänderung an den Klemmen der Speicherkapazität eines Fotoelements bei einem Lichtsignal von konstanter Stärke.

Figur 3 veranschaulicht die Spannungsänderung an den Klemmen der Speicherkapazität eines Fotoelements bei einem Lichtsignal mit Lichtblitzen, die bei positiven Speicherzuständen erzeugt wurden.

Figur 4 zeigt schematisch die Verbindungen zwischen einem Fotoelement und mit dem Fotoelement verbundenen Vorrichtungen.

Figur 5 veranschaulicht einen Fotodetektor mit Fotoelementen, die reihen- und spaltenförmig als Matrix angeordnet sind.

Figur 6 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Lokalisierung einer beweglichen Pulslichtquelle.

Figur 7 veranschaulicht schematisch eine Entfernungsmeßvorrichtung.

Das erfindungsgemäße Fotoelement 1 von Figur 1 ist zur Detektion von Lichtblitzen 2 aus einer Lichtquelle 3 bestimmt. Dazu hat es eine Steuervorrichtung 4, die über eine Verbindung 5 mit der Lichtquelle 3 verbunden ist und den Abgabezeitpunkt der Lichtblitze 2 kennt.

Nach dem Ausführungsbeispiel von Figur 1 hat das Fotoelement 1 zwei in Reihe geschaltete Fotodioden 6 und 7 mit einem gemeinsamen Anschluß 8. Die Kathode von Diode 6 der Dioden ist außerdem mit einer positiven Spannung +V und die Anode der anderen Diode 7 mit der Masse M verbunden. Diese Fotodioden 6 und 7 können die Lichtenergie der sie beleuchtenden Bündel in elektrischen Strom umwandeln und werden so, wenn sie beleuchtet werden, durchlässig.

Das Fotoelement 1 ist außerdem mit einem Umschaltsystem 9 versehen, das aus Schaltern 10 und 11 besteht, von denen Schalter 10 zwischen der Diode 6 und dem gemeinsamen Anschluß 8 und der andere Schalter 11 zwischen der Diode 7 und dem gemeinsamen Anschluß 8 angeordnet sind.

Außerdem ist zwischen diesem gemeinsamen Anschluß 8 und der Masse M eine Speicherkapazität 12 angeordnet. Die Klemmenspannung dieser Speicherkapazität 12, die, wie später zu sehen sein wird, für das erfaßte Lichtsignal repräsentativ ist, kann über eine Verbindung 13 gemessen werden.

Das Umschaltsystem 9, das durch die Steuervorrichtung 4 über eine Verbindung 14 gesteuert wird, kann das Fotoelement 1 in zwei unterschiedliche Zustände schalten:

- einen positiven Speicherzustand AP, in dem der Schalter 10 geschlössen und der Schalter 11 geöffnet ist und in dem die Speicherkapazität 12 über die Diode 6 mit der positiven Spannung +V verbunden ist; und

- einen negativen Speicherzustand AN, in dem der Schalter 10 geöffnet und der Schalter 11 geschlossen ist, wie in Figur 1 dargestellt, und in dem die Speicherkapazität 12 lediglich mit der Diode 7 verbunden ist.

Im positiven Speicherzustand AP, wenn die Diode 6 beleuchtet ist, wird die mit der positiven Spannung +V verbundene Speicherkapazität 12 über den von der Fotodiode 6 erzeugten Strom geladen.

Im negativen Speicherzustand AN ist die Speicherkapazität 12 über die Fotodiode 7 mit der Masse M verbunden und wird entsprechend dem von der beleuchteten Fotodiode 7 erzeugten Strom entladen.

Im weiteren wird die Berücksichtigung eines Lichtsignals durch das Fotoelement 1 erläutert. Dabei wird einerseits entsprechend der Darstellung von Figur 2 auf eine konstante Lichtstärke, die ein Lichtrauschen darstellt, und andererseits entsprechend der Darstellung von Figur 3 auf eine Lichtstärke, die zusätzlich zum Rauschen Lichtblitze enthält, Bezug genommen.

In Figur 2 sind drei Schemata a, b und c mit der gleichen Zeitbasis dargestellt, die die Änderung der Ladung der Speicherkapazität 12, d.h. die Spannungsänderung an deren Klemme in Abhängigkeit vom Speicherzustand AP oder AN bei kontinuierlicher und konstanter Beleuchtungsstärke veranschaulichen.

Schema a zeigt die Änderung der Lichtstärke I am optischen Detektor 1 in Abhängigkeit von der Zeit t. Es wird angenommen, daß diese Lichtstärke konstant ist und den Wert I0 hat.

Schema b zeigt die verschiedenen aufeinanderfolgenden Zustände mit positiver Speicherung AP und negativer Speicherung AN, wobei jeder dieser Zustände die gleiche Dauer t1 aufweist.

Schema c veranschaulicht die Spannung v an den Klemmen der Speicherkapazität 12, d.h. das vom Fotoelement 1 wiederhergestellte Nutzsignal. Durch die Regelmäßigkeit der aufeinanderfolgenden Umschaltungen wird das während der positiven Speicherphase AP integrierte Signal jeweils während der negativen Speicherphase AN subtrahiert, so daß die Spannung v zu den verschiedenen Zeiten 2nt1 (mit n als ganzer Zahl) den gleichen Wert v1 wie in der Zeit t = 0 hat.

Dadurch kann das Rauschen, wenn es während der Dauer einer positiven Speicherung und der darauffolgenden negativen Speicherung konstant ist, beseitigt werden.

Die Spannung v1 ist im Prinzip Null, bei bestimmten Anwendungen kann sie jedoch, wie im weiteren zu sehen sein wird, einen Wert ungleich Null erhalten.

In Figur 3 sind drei Schemata d, e und f dargestellt, die mit den Schemata a, b und c von Figur 2 zwar identisch sind, wenn das Fotoelement 1 zusätzlich zum Lichtrauschen mit der konstanten Stärke I0 jedoch von Lichtbutzen 2 beleuchtet wird, wird der Anteil dieser Blitze 2 an der Stärke I durch die Plateaus 15 und 16 von Schema d dargestellt.

Das Steuersystem 4, dem der Zeitpunkt der Abgabe der Lichtbutze 2 durch die Verbindung 5 oder ein anderes Mittel (nicht dargestellt) bekannt ist, schaltet das Fotoelement 1 bei jeder Abgabe eines Lichtbutzes 2 in den positiven Speicherzustand AP, wie in den Schemata d und e von Figur 3 dargestellt.

Die Verbindung 5 zwischen dem Steuersystem 4 und der Lichtquelle 3 kann eine tatsächliche Verbindung, zum Beispiel in Form eines elektrischen Drahtes, oder eine Funk- oder optische Verbindung sein. Das Steuersystem 4 und die Quelle 3 können auch mit jeweiligen zeitlich abgestimmten Taktgebern verbunden sein.

In der Darstellung von Figur 3 entlädt so der durch das Rauschen erzeägte elektrische Strom, durch den die Speicherkapazität während des positiven Speicherzustandes AP aufgeladen wird, die Speicherkapazität während des negativen Speicherzustandes AN, so daß dieses Rauschen wie im Beispiel von Figur 2 zu Null werden kann.

Durch die Synchronisation des positiven Speicherzustandes AF mit der Abgabe der Lichtbutze 2 wird dagegen die Lichtstärke der Lichtblitze nur während der positiven Speicherphase AP berücksichtigt und während der negativen Speicherphase AN nicht subtrahiert. So nimmt die Spannung v an den Klemmen der Speicherkapazität 12 während der Zeit t entsprechend der Stärke und der Anzahl der berücksichtigten Lichtblitze 2 zu. Die Berücksichtigung von Plateau 15 führt zu einer Erhöhung der Spannung v von v1 auf v2 und die Berücksichtigung von Plateau 16 zu einer Erhöhung der Spannung v von v2 auf v3.

Das Fotoelement 1 ist über die Verbindung 13 mit einem Binärsystem 27 entsprechend der Darstellung von Figur 4 verbunden.

Dieses Binärsystem 27 vergleicht die Spannung v an den Klemmen der Speicherkapazität 12 mit einer Referenzspannung vo und verleiht dem Fotoelement 1 entsprechend dem Ergebnis den Binärzustand 0 (bei v kleiner als vo) oder 1 (bei v größer als vo). Dieser Binärzustand kann von einem Speichermittel 28, das mit dem Binärsystem 27 durch eine Verbindung 29 verbunden ist, gespeichert werden. Das Speichermittel 28 kann das gespeicherte Ergebnis über eine Verbindung 30 übertragen.

Außerdem kann ein Initialisierungssystem 31, das mit dem Fotoelement 1 über eine Leitung 32 verbunden ist, die Speicherkapazität 12 vorab laden, d.h. es kann der Anfangsspannung v1 an den Klemmen der Speicherkapazität 12 einen bestimmten Wert verleihen.

Dieses Initialisierungssystem 31 ermöglicht insbesondere die Erzeugung einer Spannung v1, die größer als die Referenzspannung vo ist, so daß sich das Fotoelement vor der Detektion im Zustand 1 befindet.

Diese Erfindung bezieht sich auch auf einen Fotodetektor 34, wie in Figur 5 dargestellt, mit matrixförmig angeordneten Fotoelementen 1.

Die Fotoelemente 1 sind untereinander in Form von Reihen L1, L2, L3, L4, L5 und von Spalten C1, C2, C3, C4 verbunden.

Der Detektor 34 hat ein Eingangsschieberegister 35, das mit den Reihen L1, L2, L3, L4 und L5 durch Verbindungen 36, 37, 38, 39 und 40 verbunden ist und die Steuerung des Initialisierungssystems 31 jedes der Fotoelemente 1 von Detektor 34 vcn einem Eingang 41 aus ermöglicht. Vor einer Detektion kann so jedes Fotoelement 1 wahlweise in einen seiner Binärzustände 0 oder 1 gesetzt werden.

Der Detektor 34 hat ebenfalls ein Ausgangsschieberegister 43, das mit den Reihen L1, L2, L3, L4 und L5 über Verbindungen 44, 45, 46, 47 und 48 verbunden ist und über einen Ausgang 49 die reihenweise Übertragung des Binärzustandes jedes Fotoelements 1 ermöglicht. Es ermöglicht folglich die Wiederherstellung eines vom Fotodetektor 34 aufgenommenen Bildes. Diese Bildwiederherstellung kann gleichzeitig mit einer neuen Bildaufnahme, d.h. mit einer neuen Integration von Lichtsignalen, erfolgen.

Außerdem ermöglicht ein Vergleichssystem 50, das mit den Spalten C1, C2, C3 und C4 des Fotodetektors 34 über Verbindungen 51, 52, 53 und 54 verbunden ist, über einen Ausgang 55 die Detektion und Weitergabe jeder Änderung des Binärzustandes eines der Fotoelemente 1 zwischen einem erfaßten Bild und einem gespeicherten Bild. Dieses Vergleichssystem 50 verwirklicht also für alle Fotoelemente des Detektors eine globale ODER-Funktion. Dieses gespeicherte Bild kann ein früher erfaßtes Bild oder ein vorab gespeichertes Referenzbild sein.

Der in Figur 5 dargestellte Fotodetektor kann in zahlreichen optoelektronischen Vorrichtungen, insbesondere in Überwachungs- und Lokalisierungsvorrichtungen von Lichtquellen eingesetzt werden. Als Beispiel werden nachstehend einige mögliche Anwendungen dieses Fotodetektors beschrieben.

Eine erste mögliche Anwendung betrifft eine Vorrichtung 60 zur Lokalisierung einer beweglichen Pulslichtquelle 61, wie sie in Figur 6 dargestellt ist und mit der bezogen auf eine 0X-Achse die Winkelposition der Lichtquelle 61 bestimmt werden kann.

Die Vorrichtung 60 hat eine Optik 62 zur Beobachtung der Umgebung der OX-Achse, in der sich die Quelle 61 befindet, und einen Fotodetektor 34, dem eine Steuereinheit 64 zugeordnet ist, die über eine Verbindung 63 oder irgendein anderes Mittel den Abgabezeitpunkt der Lichtblitze 2 von Quelle 61 erfährt und diese Information an die Steuervorrichtungen (nicht dargestellt) der verschiedenen Fotoelemente von Detektor 34 über eine Verbindung 65 übertragen kann. Die abgegebenen Lichtbutze 2 aktivieren ein Fotoelement 66. Die Position der Lichtquelle 61 wird dann in Abhängigkeit von der Lage dieses aktivierten Fotoelements 66 im Detektor 34 bestimmt.

Die Lokalisierungsvorrichtung 60 kann mehrere bewegliche Pulsquellen (nicht dargestellt) erfassen. Dazu ist es ausreichend, daß jede Pulsquelle periodisch eine durch eine vorbestimmte Verteilung speziell codierte Folge vgn Blitzen und Blitzlosigkeiten abgibt.

Jede Folge beginnt mit einem Blitz nach einer obligatorischen Blitzlosigkeit, die die Korrektur einer Decodierungs-Zeitbasis nach der Art der Bitfolgen bei der sogenannten "asynchronen" Datenübertragung und die Verknüpfung mit einer bestimmten Folge von positiven - bei vorgesehenem Blitz - und negativen Speicherzuständen ermöglicht. In jeder Folge wird die Anzahl der Blitze so gewählt, daß diese alle erfaßt werden müssen, damit die Klemmenspannung eines Fotoelements die Referenzspannung vo übersteigt und die Vorrichtung eine hohe Selektivität erhält.

Eine zweite mögliche Anwendung des erfindungsgemäßen Fotodetektors bezieht sich auf eine Entfernungsmeßvorrichtung 67, wie sie in Figur 7 dargestellt ist. Durch die Entfernungsmeßvorrichtung 67 kann überprüft werden, ob sich in einer bestimmten Entfernung D von der Vorrichtung ein Gegenstand 68 befindet.

Zu diesem Zweck umfaßt diese:

- eine Laserquelle 69 mit der Achse Y-Y zur Abgabe von Laserblitzen 70;

- einen erfindungsgemäßen Fotodetektor 34;

- einen halbdurchlässigen Spiegel 76, durch den die Laserblitze 7Q der Laserquelle nach der Reflexion am Gegenstand 68 auf den Fotodetektor 34 umgelenkt werden;

- eine Zeitbasis 71, die über eine Verbindung 72 mit dem Fotodetektor 34 verbunden ist, und

- ein Auslöseelement 73, das über eine Verbindung 74 die Laserquelle 69 auslösen und gleichzeitig über eine Verbindung 75 die Zeitbasis 71 aktivieren kann.

Mit der Auslösung der Laseremission wird auch die Zeitbasis 71 aktiviert. Nach einer Zeit t, die der Dauer entspricht, die ein Laserblitz benötigt, um einen Gegenstand in der Entfernung D zu erreichen und nach Reflexion an diesem Gegenstand zur Vorrichtung zurückzukehren, aktiviert die Zeitbasis 71 den Fotodetektor 34, der dann durch Umschaltung aller Fotoelemente in den positiven Speicherzustand eine Bildaufnahme durchführt. Durch die erfolgte oder nicht erfolgte Detektion eines Laserblitzes kann dann bestimmt werden, ob sich in der Entfernung D von der Vorrichtung ein Gegenstand befindet oder nicht. Bei Detektion eines Laserblitzes ermöglicht die Lage des durch den Laserblitz aktivierten Fotoelements im Detektor analog zur obigen Lokalisierungsvorrichtung 60 die Lokalisierung des Gegenstandes.

Außerdem ermöglicht die Entfernungsmeßvorrichtung 67 erfindungsgemäß durch gleiche aufeinanderfolgende positive und negative Speicherzeiten die Beseitigung des Rauschens während dieser Detektion.

Die Schalter 10 und 11 wurden in Figur 1 schematisch zwar als bewegliche Kontakte dargestellt, doch kann das Umschaltsystem 9 auch statisch ausgeführt werden.


Anspruch[de]

1. Fotoelement (1) zur Detektion von Lichtbutzen (2), mit einer Speicherkapazität (12), einer Fotodiode (6,7) zur Umwandlung der Lichtenergie in elektrischen Strom und einer Steuervorrichtung (4), der der Zeitpunkt der Abgabe der Lichtbutze (2) bekannt ist und die das Fotoelement in den einen oder anderen von zwei unterschiedlichen Zuständen schalten kann:

- einen positiven Speicherzustand, (AP), der mindestens während der Dauer der Abgabe der Lichtbutze (2) aktiviert ist und in dem die Speicherkapazität (12) über den durch die Lichtenergie am Fotoelement (1) erzeugten elektrischen Strom geladen wird; und

- einen negativen Speicherzustand (AN), in dem die Speicherkapazität (12) über den durch die Lichtenergie am Fotoelement (1) erzeugten elektrischen Strom entladen wird, dadurch gekennzeichnet, daß es eine zweite Fotodiode und ein Umschaltsystem (9) hat, das durch die Steuervorrichtung (4) gesteuert wird und die Speicherkapazität (12) einerseits im positiven Speicherzustand (AP) mit der einen Fotodiode (6) und andererseits im negativen Speicherzustand (AN) mit der anderen Fotodiode (7) verbinden kann.

2. Fotoelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden Zustände positiver Speicherung (AP) und negativer Speicherung (AN) von gleicher Dauer sind.

3. Fotoelement (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Binärsystem (27) hat, mit dem ein Binärzustand des Fotoelements (1) in Abhängigkeit von der Spannung (v) an den Klemmen der Speicherkapazität (12) gegenüber einer Referenzspannung (vo) bestimmt werden kann.

4. Fotoelement (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Speichermittel (28) zur Speicherung des bestimmten Binärzustandes hat.

5. Fotoelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Initialisierungssystem (31) hat, das an den Klemmen der Speicherkapazität (12) eine bestimmte Spannung (v1) erzeugen kann.

6. Fotodetektor (34), dadurch gekennzeichnet, daß er Fotoelemente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 hat, die matrixförmig in Reihen (L1, L2, L3, L4, L5) und Spalten (C1, C2, C3, C4) angeordnet sind.

7. Fotodetektor (34) nach Anspruch 6 mit Fotoelementen (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Eingangsschieberegister (35) hat, durch das alle Initialisierungssysteme (31) der Fotoelemente (1) gesteuert werden können.

8. Fotodetektor (34) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Ausgangsschieberegister (43) hat, durch das der Binärzustand jedes Fotoelements (1) des Detektors übertragen, d.h. ein vom Fotodetektor (34) aufgenommenes Bild wiederhergestellt werden kann.

9. Fotodetektor (34) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Vergleichssystem (50) hat, durch das jede Änderung des Binärzustands eines Fotoelements zwischen einem erfaßten Bild und einem gespeicherten Bild erfaßt werden kann.

10. Vorrichtung (60) zur Lokalisierung mindestens einer Pulslichtquelle (61), dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Fotodetektor (34) nach einem der Ansprüche 6 bis 9 hat, wobei die Pulsquelle (61) bezogen auf eine Richtung senkrecht (0X) zur Detektorebene durch die Lage eines durch die Pulsquelle (61) aktivierten Fotoelements (66) im Detektor (34) lokalisiert wird.

11. Vorrichtung zur Lokalisierung mehrerer Pulslichtquellen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein charakteristisches Signal jeder Pulsquelle decodieren kann, wobei jedes Signal speziell aus einer bestimmten Verteilung von Blitzen und Blitzlosigkeiten gebildet wird.

12. Entfernungsmeßvorrichtung (67) zur Bestimmung des Vorhandenseins eines Gegenstands (68) in einer bestimmten Entfernung (D) von der Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:

- eine Laserquelle (69) zur Abgabe von Lichtblitzen (70) und

- einen Foto detektor nach einem der Ansprüche 6 bis 9 zur Detektion der von der Quelle abgegebenen und vom Gegenstand reflektierten Lichtbutze, wobei die Detektion zu einem bestimmten Zeitpunkt nach der Abgabe der Lichtbutze erfolgt, indem alle Fotoelemente des Detektors in den zu diesem Zeitpunkt positiven Speicherzustand geschaltet werden.







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