[发明专利]强度调制辐射场的探测与解调的设备和方法

说明书

本发明涉及一种辐射场的探测与解调的设备，该辐射场具有的一个图像传感器由一维或二维排列的敏感元件构成，其中每个敏感元件含有一个用于将射线信号转换为电信号的光接收部分，并且本发明还涉及一种方法，其中在敏感元件光接收部分中产生、读出和存储了连续的相应于辐射场强度的信号电荷。

另外在技术上，借助于被调制信号研究许多系统的特性。这时，通过一个已调制的例如一个正弦形式的信号激励系统，其中系统的应答被测量。将已获得的系统应答的调制作为特征数值确定相对于激励信号的相位偏移和背景信号电平(偏移)。

在已公开的半导体图像传感器中，二维分布的光强被转换为二维的光电流密度分布。在所谓的象素中同时集成了光所产生的信号电荷。例如在DE 3909394C2中公开的一种CCD图像传感器，其中在曝光的过程中，所产生的电荷图形将横向移动。因此，在拍摄相关的相对于图像传感器运动的目标时，应避免运动模糊的出现。

为了在无扫描的、提供图像的激光雷达3D摄像机中使用，公开了一种方法，在这种方法中，已调制的光在传统的图像传感器上成象(没有扫描器的激光雷达图像，光子频谱，pp.28 1994年4月)。解调是由在成像物镜和半导体传感器间的一个图像保持、短时可变化的放大器元件实现的。放大器元件作为微通道板(MCP)实现的，这里它必须在100-1000伏的高压下工作。入射的光在放大器元件中短时吸收并调制然后到达图像传感器，这里它们只有积分器的功能。这时，它可以拍摄三个或更多的图像，这时必须承受放大器中的由于吸收带来的明显的光线泄漏。另外，在拍摄期间，并必须完全地从图像传感器中读出图像。

此外，还公开了一种用于解调短时偏移的偏振光的CDD图像传感器(H.Povel，H.Aebersold，J.O.Stenflo，“在一个具有压弹(Piezoelastic)调制器的2-D偏振计中作为解调器的电荷耦合元件图像传感器”，应用光学，29卷，1186-1190页，1990)。因此，在物镜和CCD图像传感器间安排了一调制器，它在调整的连续镜头中在两种状态间转换光的偏振。两个偏振状态已产生的两个图像在图像传感器中累加并存储。因此，一个已公开的图像传感器提供了一带状掩膜，它覆盖了每第二个图像传感器扫描行的光密度。以这种方法，人们通过垂直的推上或推开图像电荷图形，以适合的节拍累加各个偏振状态的图像。

本发明的任务是给出了一种探测并解调强度调制的辐射场的设备和方法，因此，保证确定被调制辐射场的多数参数。

此任务通过如下的关于设备的技术内容，即节拍发生器(14)以下述方式控制电子开关(22)，在光接收部分(17)中产生的信号电荷同步于由辐射源发出的调制信号被传送到存储单元(21、26)，和为了控制存储单元(21、26)而在各个存储单元(21、26)存储的测量值被传输到用于分析测量值的分析单元(15)；以及

通过如下的关于方法的技术内容，即辐射场通过一个由一维或二维安排的敏感元件(16)组成的图像传感器(13、23)上的光学系统(12)成像，

—第一阶段，在敏感元件(16)光接收部分(17)中产生了连续的相应于辐射场强度的信号电荷，其中，每次在积分周期(I)内，对信号电荷积分，

—每次被积分的信号电荷与辐射源产生的调制信号同步地被传送到敏感元件(16)的不接收光部分(18)并且总是被存储在存储单元(21、26)，

—在光接收部分(17)中产生的信号电荷通过至少一个分配给各个存储单元(21、26)的电子开关(22)从敏感元件(16)的光接收部分提供给相应的存储单元(21、26)并存储。

—第二阶段，在存储单元(21、26)存储的测量值被连续读出并且提供给分析单元(15)

进行解决的。

本发明所达到的优点特别在于实现了一个在一维或二维方向上延伸的图像传感器，它具有多数的敏感元件，这些敏感元件总是合适的，它们一方面探测已调制的射线，另一方面同样的执行解调。一个节拍发生器使总是在敏感元件中实现的解调可能同步于从辐射源发出的解调信号，因此，从本发明的设备中读出测量值后，可以根据位置的方式确定被探测到辐射场的参数。

本发明的设备首先包括大量的敏感单元，它们在二维方向上延伸。然后，可以有利地用于提供图像干涉测量方法，这里当拍摄图像时，在外差方法进行后，短时出现已被调制的图像信号。其次，本发明的设备可以包括单独的敏感元件，因此，可以点的方式测量。