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Naturkonstanten |
VI |
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Formelzeichen |
VII |
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Weitere Indizes |
XIII |
1. |
Einleitung |
1 |
2. |
CMOS-kompatible Photosensoren |
4 |
2.1 |
Physikalische Grundlagen |
6 |
2.2 |
Parameter von Photosensoren und Photosensorarrays |
10 |
2.3 |
pn-Photodiode |
19 |
2.3.1 |
Randbedingungen des Modells |
19 |
2.3.2 |
Das Stromquellenmodell |
20 |
2.3.3 |
Spektrale Empfindlichkeit |
29 |
2.3.4 |
Rauschen, Signal-Rausch-Abstand und Dynamikbereich |
31 |
2.3.5 |
Temperaturverhalten |
34 |
2.3.6 |
Zusammenfassung zum Modell der pn- Photodiode |
35 |
2.4 |
Bipolarer Phototransistor |
36 |
2.4.1 |
Unbeleuchteter Fall (Normalbetrieb) |
36 |
2.4.2 |
Beleuchteter Fall |
38 |
2.4.3 |
Weitere Eigenschaften |
41 |
2.4.4 |
Zusammenfassung zum Modell des bipolaren Phototransistors |
42 |
2.5 |
Photo-Feldeffekttransistor |
43 |
2.5.1 |
Unbeleuchteter Fall (Normalbetrieb) |
44 |
2.5.2 |
Beleuchteter Fall |
46 |
2.5.3 |
Rauschen |
53 |
2.5.4 |
Dynamisches Verhalten |
54 |
2.5.5 |
Fixed-Pattern-Noise |
56 |
2.5.6 |
Temperaturverhalten |
59 |
2.5.7 |
Zusammenfassung zum Photo- MOSFET |
60 |
3. |
Ausleseschaltungen für Photosensoren |
60 |
3.1 |
Stromauslese |
64 |
3.1.1 |
Stromverstärker |
64 |
3.1.2 |
Transimpedanzverstärker |
66 |
3.1.3 |
Signal-Rausch-Abstand bei idealer Stromauslese |
68 |
3.2 |
Spannungsauslese |
69 |
3.2.1 |
Spannungsverstärker |
69 |
3.2.2 |
Transkonduktanzverstärker |
72 |
3.2.3 |
Signal-Rausch-Abstand bei idealer Spannungsauslese |
75 |
3.3 |
Spezielle Ausleseschaltungen für den Photo- MOSFET |
76 |
3.3.1 |
Stromverstärker mit Dunkelstromkompensation |
76 |
3.3.2 |
Spannungsauslese mit Lasttransistor |
77 |
3.4 |
Schaltungen zur Signalausgabe |
82 |
3.4.1 |
Beispiel für serielle sukzessive Signalausgabe |
83 |
3.4.2 |
Schnelle Signalausgabe mit getakteter Sourcefolgerlast |
84 |
4. |
Eindimensionale Bildsignalaufnahme und Bildsignaldarstellung |
86 |
4.1 |
Makroskopische Bildsignalaufnahme |
87 |
4.2 |
Mikroskopische Bildsignalaufnahme |
89 |
4.3 |
Verbesserung der Bildsignalaufnahme |
94 |
5. |
Einsatz eindimensionaler Bildsensorik |
95 |
5.1 |
Optoelektronische Systeme zur Vermessung geometrischer Größen |
96 |
5.1.1 |
Triangulation |
96 |
5.1.2 |
Winkelcodierung |
98 |
5.2 |
Weitere Anwendungen |
100 |
5.2.1 |
Inspektion mit eindimensionaler Bildsensorik |
100 |
5.2.2 |
Spektroskopie |
100 |
5.3 |
Beispiel: Programmierbares integriertes Bildsensorsystem |
102 |
5.3.1 |
Chiparchitektur |
102 |
5.3.2 |
Basisoperationen |
104 |
5.3.3 |
Möglichkeiten der Bildvorverarbeitung |
106 |
5.3.4 |
Chipdaten |
108 |
5.3.5 |
Systemimplementierung |
110 |
5.4 |
Beispiel: Integriertes Autofokus- Bildsensorsystem |
111 |
5.4.1 |
Benötigtes Auflösungsvermögen |
111 |
5.4.2 |
Meßverfahren, Kamera und Meßsystem |
113 |
5.4.3 |
Bildcodierung |
116 |
5.4.4 |
Meßfehlerwahrscheinlichkeit und Anzahl der Photosensorelemente |
117 |
5.4.5 |
Chipdaten des integrierten Bildsensorsystems |
119 |
6. |
Optische Systeme zur Analyse eindimensionaler
zeitlich veränderlicher Bildsignale |
121 |
6.1 |
Optischer Fluß und Verschiebungsvektorfeld |
122 |
6.2 |
Geschwindigkeitsmeßverfahren |
124 |
6.2.1 |
Gradientenverfahren |
124 |
6.2.2 |
Korrelationsverfahren |
124 |
6.2.3 |
Ortsfrequenzfilterverfahren |
127 |
6.3 |
Darstellung von Ortsfrequenzfiltersignalen |
131 |
6.3.1 |
Orts- und Zeitbereich |
131 |
6.3.2 |
Frequenzbereich |
133 |
6.4 |
Beispiel: Integriertes Bildsensorsystem zur Geschwindigkeitsmessung |
135 |
6.4.1 |
Bestimmung der Filtercharakteristik |
135 |
6.4.2 |
Architektur des integrierten Bildsensorsystems |
141 |
6.4.3 |
Meßergebnisse |
147 |
7. |
Zusammenfassung und Ausblick |
152 |
Anhang A |
Bestimmung der Photostromanteile der pn-Photodiode |
155 |
A.1 |
Die Diffusionsphotoströme der vertikalen pn- Photodiode |
155 |
A.2 |
Die Diffusionsphotoströme der lateralen pn- Photodiode |
162 |
A.3 |
Die Driftphotoströme der vertikalen pn- Photodiode |
163 |
A.4 |
Die Driftphotoströme der lateralen pn- Photodiode |
168 |
|
Literaturverzeichnis |
170 |