DE2032438A1

DE2032438A1 - Vorrichtung zur Regelung des Vorspann stromes fur einen Photodetektor

Info

Publication number: DE2032438A1
Application number: DE19702032438
Authority: DE
Inventors: Burton E Manhattan Beach Farnsworth Robert P Los Angeles Calif Dobratz (V St A)
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1969-07-22
Filing date: 1970-07-01
Publication date: 1971-02-04
Also published as: IL34694A; NL7009592A; SE369967B; IL34694A0; JPS5026233B1; DE2032438B2; GB1279349A; US3644740A

Description

Anmelderin; . Stuttgart, den 29. Juni "970

Hughes Aircraft Company P 2149 S/kg
Centinela Avenue and '
Teale Street
Culver City, Calif., V.St.A.

Vorrichtung zur Regelung des Vorspannstromes
^; für einen Photodetektor

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Regelung des Vorspannstromes für einen Photodetektor, insbesondere einen Lawinenphotodetektor.

Bei den meisten Anwendungen von Photodetektoren muß angestrebt werden, daß die Feststellung eines Signales mi"
der größten Wahrscheinlichkeit erfolgt, während die

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Wahrscheinlichkeit für Fehlalarme, d.h. das Ansprechen auf keine echten Eingangssignale darstellenden Signale, auf ein Minimum reduziert werden soll. Bei speziellen"... Anwendungen, wie beispielsweise der Entfernungsmessung unter Verwendung einer getasteten Lichtquelle;, ist die Fenlalarm-Häufigkeit eine Funktion des Zeitintervalles, während der eine bestimmte Entfernungsmessung stattfindet, des vorhandenen Rauschpegels und der Empfindlichkeit des Photodetektors. Der.Erfindunß liegt die Aufgabe zugrunde, den Vorspannungsstrom für einen Photodetektor in solcher V/eise einzustellen, daß die Fehlalarm-Häufigkeit stets in annehmbaren Grenz*en bleibt, während die Empfindlichkeit des Photodetektors auf einen maximalen Wert gebracht wird. Eine solche Regelung führt zu einer maximalen Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems. ' .-.;-.

Der allgemein verwendeten automatischen Verstärkungsrogelung liegt eine ähnliche Aufgabe zugrunde. In Radar-, Oolidar- und anderen Entfernungsmeßsystemen ist es allgemein üblich, die Amplitude des Ausgangssignales oder den Effektivwert von Signal und Rauschen vor der Anwendung von Schwellenwertstufen zu messen und das von dieser Messung abgeleitete Signal als Regelsignal für die automatische Verstärkungsregelung zu verwenden· Auf diese Weise kann jedoch in vielen Fällen nicht eine konstante Fehlalarm- Häufigkeit eingehalten werden, weil das Si^nalspektrum als Funktion der relativen Amplituden der verschiedenen Rauschquellen schwanken kann. So kann beispielsweise das thermische Rauschen ein völlig anderes Spektrum haben als das verstärkte Rauschen der Photoelektronen an der Anode einer Bildverstärkerröhre in

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Abhängigkeit von der Hintergrund-Beleuchtung der Photokathode, Ein anderes Beispiel besteht in dem Unterschied des Spektrums zwischen einer Bildverstärkerröhre mit geringen Quantenwirkungsgrad und hoher Stromverstärkung, · bei der im Anodenstrom einige wenige Impulse hoher Stromstärke auftreten, und einer Bildverstärkerröhre mit hohem Quantenwirkungsgrad und geringer Stromverstärkung, bei der viele kleine Impulse in willkürlichem Abstand auftreten, die jedoch zu dem gleichen mittleren Anoden— strom führen. _:

Da die Wahrscheinlichkeit von Fehlalarmen eine variable Funktion des Effektivwertes des Signalpegels ist und von dem Spektrum oder Aufbau des Signales abhängt, wurde vorgesehlagen, die tatsächliche FehlalarrnvHaufigkeit festzustellen, die hinter den Schwellenwertstufen eines Entfernungsiaeßempf ängers verbleibt. Versuche zur Steuerung der Verstärkung oder der Empfindlichkeit eines Photodetektors in Abhängigkeit von der tatsächlichen Fehlalarm— Häufigkeit dürfen keine große Rückwirkung auf die-Empfindlichkeit infolge von den Schwellenwert überschreitenden Signalen haben, die während einer kurzen Zeitspanne mit hoher Impulsfolgegeschwindigkeit auftreten, beispiels- (| v/eise mit 5000 Impulsen pro Sekunde während 20O₇US, während die Fehlalarm- Häufigkeit bei 100 Impulsen pro Se- · künde liegen kann.

Es sind zwei Methoden zur Steuerung des Vorspannstromes von Lawinenphotodetektoren bekannt, nämlich eine Temperaturkompensation mit offener Schleife und die Verwendung einer geschlossenen Schleife mit einer optischen

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Referenz. Keine dieser Methoden ist speziell dazu geeignet, die Fehlalarm-Häufigkeit konstant zu halten.

Die MQthode zur Temperaturkompensation macht von einem Thermistor oder einem anderen Wärmefühler Gebrauch, um die Temperatur der Lawinenphotodiode zu messen. Ein der Temperatur der Photodiode proportionales elektrisches Signal steuert dann eine Vorspannschaltung. Die Schaltungsanordnung zur Steuerung des VorspannstroraeG ist so programmiert, daß dieser Vorspannstrom in Abhängigkeit von der Temperatur in einer solchen Weise verändert wird, daß optimale Eigenschaften der Diode erzielt werden.

Die Llethode der geschlossenen Schleife mit optischer Referenzquelle soll die Ansprechempfindlichkeit des Detektors konstant halten«, Die optische Referenzquelle, beispielsweise eine lichtemittierende Diode, und die zugeordnete Schaltungsanordnung müssen normalerweise temperaturkompensiert sein, damit das optische Aus-gangssignal konstant gehalten wird. Die Schaltungsanordnung tastet die lichtemittierende Diode mit einer Folgefrequenz, die unterhalb des vom Hauptverstärker übertragenen Frequenzbandes, jedoch innerhalb des Frequenzbandes des Vorverstärkers liegt. Dieses Bezugssignal wird gefiltert und einer Spitzengleichrichtung unterworfen. Das Ausgangssignal des Spitzengleichrichters steuert den Vorspannungsstrom für die Lawinenphotodiode. Auf diese Weise wird die Empfindlichkeit des Detektors ' konstant gehalten, weil jede Abnahme ein vermindertes Ausgangssignal des Spitzendetektors zur Folge hat. Ein kleineres Ausgangssignal bewirkt hier, daß die Steuer-

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schaltung den Vorspannungsstrom für die Photodiode und damit deren Empfindlichkeit erhöht. Die Übertragungseigenschaften des Hauptverstärkers und Bandpaßfiltern in der Rückkopplungsschleife halten die normalen Videosignale von dem optischen Bezugssignal getrennt.

Demgegenüber wird die oben erwähnte Aufgabe nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Vorrichtung zur

Regelung des Vorspannungsstromes eine einen bestimmten " Schwellenwert definierende Schaltungsanordnung, eine Einrichtung zur Voreinstellung einer gewünschten Fehlalarm-Häufigkeit, eine Vergleichsvorrichtung, die feststellt, ob Schwankungen des Ausgangssignales des Photodetektors den bestimmten Schwellenwert mit einer größeren oder einer kleineren Häufigkeit als der gewünschten Fehlalarm-Häufigkeit überschreitet, und an die Vergleichsvorrichtung angeschlossene Schaltungsteile umfaßt, die den dem Photodetektor zugeführten Vorspannstrom und damit die Empfindlichkeit des Photodetektors in einem solchen Sinne ändern, daß den

Schwellenwert überschreitende Schwankungen des Aus- (I

gangssignales mit einer der gewünschten Fehlalarm-Häufigkeit im wesentlichen gleichen Häufigkeit auftreten..

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird demnach von einer geschlossenen Hückkopplungsschleife Gebrauch gemacht, die kontinuierlich die Häufigkeit überwacht, mit der Schwankungen des Eingangssignales einen Schwellenwert überschreiten, und die Empfindlichkeit des Photodetektors

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so einstellt, daß in interessierenden Intervallen,, beispielsweise Entfernungsmeßintervallen, Fehlalarme mit einer Gewissen statistischen Wahrscheinlichkeit, beispielsweise von 1%, auftreten. Die Rückkopplungsschleife regelt die Empfindlichkeit des Photodetektors, indem sie ein Steuersignal für den Vorspannstrom bildet, der von der Abweichung zwischen der gewünschten Fehlalarm-Häufigkeit und der gemessenen Fehlalarm-Häufigkeit abhängt. Das Steueraignal verändert den Vorspannstrom des Photodetektors, bis die gewünschte Fehlalarm-Häufigkeit erreicht ist. Daher ist der Photodetektor unter allen Betriebsbedingungen auf die maximale Empfindlichkeit eingestellt, die mit der zulässigen Fehlalarm-Häufig- -keit vereinbar ist.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erleichtern die Trennung eines gewünschten optischen Eingangssignales vom Rauschen und halten das. effektive Rauschen auf einem Pegel, der mit einer vorgegebenen Wahrscheinlichkeit von Fehlalarmen vereinbar ist. Ausführungsformen der Erfindung arbeiten in weiten Bereichen der Detektorempfindlichkeit, von Hintergrundrauschen usw.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt demnach darin, daß eine Regelschaltung für eine solche automatische Vorspannung einer Lawinenphotodiode geschaffen wurde, die zur größten nutzbaren Verstärkung des Photostromes führt und diesen optimalen Arbeitspunkt unter allen Bedingungen der Alterung, Temperaturänderungen, Änderungen der Speisespannungen, Änderungen im Rauschpegel des optischen Eingangssignales sowie änderungen in den Werten der-Schaltungselemente aufrecht zu erhalten gestattet. Ein besonderes

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Anwendungsgebiet für die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht in Empfängern von Laser-Entfernungsraeßgeräten zur automatischen Einstellung der Photostromverstärkung von Lawinenphotodioden, bei der die Fehlalarm-Häufigkeit " konstant gehalten wird.

Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird das Ausgangssignal des Photodetektors in einem breitbandigen Videoverstärker verstärkt und einer Schwellenwertschaltung und einer Ausgangskiemme zugeführt. Die Einstellung des Schwellenwertes beruht auf dem Dynamikbereich der Diode und der zulässigen Fehlalarm-Häufigkeit bei einer nominellen Vorspannung der Photodiode. Das Ausgangssignal der Schwellenwertschaltung ist digital und von einer Dauer, die der Zeit entspricht, während der das Ausgangssignal des Videoverstärkers den*Schwellenwert überschreitet.

Das erste Element der Rückkopplungsschleife ist ein Impulsformer, der dem Zweck dient, jedem Rauschimpuls eine konstante Länge und konstante Amplitude zu gebeix. Diese Maßnahme ist Notwendigkeit, um ein unveränderliches Verhältnis von 1:1 zwischen dem Ausgangssignal eines Impulsintegrators und der Ilauschimpuls-Häufigkeit einzuhalten.

Bei einer speziellen Anwendung in einem Laser-Entfernungsmeßgerät hat der Impulsformer den Zweck, das Zählen normaler Entfernungsinpulse als Fehlalarme auszuschalten. Die verschiedenen Impulse, die während einer normalen Entfernungsmeßfolge auftreten, tragen zur Fehlalarm-Häufigkeit nur mit einem Zählimpuls bei, weil ihre

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zeitliche Trennung geringer ist als die Dauer des Ausgangssignales des Impulsformer. Der Impulsformer "besteht vorzugsweise aus einer monostabilen Kippstufe mit einer Eingangssperre, die bewirkt, daß die Kippstufe nach ihrem Anstoßen die Eingangsimpulse unbeachtet läßt, die sie während ihres astabilen Zustandes empfängt.

Das Ausgangssignal des Impulsformers wird einem Integrator zugeführt, der die Impulshäufigkeit in eine proportionale Steuerspannung zur Steuerung des Vorspannstromes für die Photodiode umsetzt. V/enn die Impulshäufigkeit eine Tendenz zur Zunahme zeigt, wird die Vorspannung und damit auch der Rauschausgang der Photodiode vermindert.

Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird eine erete Schwellenwertschaltung dazu benutzt, ein Datenausgangssignal zu erzeugen, und eine zweite Schwellenwertschaltung zur Bildung des Rücklcopplungs s ignale s, das zur Erzeugung des Vorspann-Steuersignales dient. Mehr im einzelnen wird bei dieser Ausführungsform der Erfindung in der IUickkopplungsschleife ein niederer Schwellenwert benutzt, um dem Integrator bei einem bestimmten Rauschpegel Impulse mit einer größeren Häufigkeit zuzuführen, damit der Vorspannstrom des Photodetektors in kleineren Inicrementen geändert werden kann.

V/eitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert wird. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden

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Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigen

Pig. 1 das Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung,.

Fig. 2 ein Diagramm von in der Ausführungsform nach Fig. 1 auftretenden Signalen und

Fig. 3 das Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Die in Fig. 1 dargestellte bevorzugte Ausführungaform der Erfindung bildet eine Kegelschaltung zur Regelung des Vorspannstroiaes, der einem Photodetektor 10 zugeführt' wird, bei dem es sich hier um eine Lawinenphotodiode handelt. Die Photodiode ist in einem Serienzweig zwischen eine positive GIeichspannungsquelle von +50 V und Masse geschaltet. Dabei liegt die Photodiode 10 in Serie zu einem Widerstand 12 und einer Konstantstrom-Diode 14. Der Verbindungspunkt 15 zwischen der Photodiode 10 und dem Widerstand 12 ist über einen Koppel- - ■ M kondensator 17 mit dem Eingang eines Videoverstärkers verbunden.

Es sei zunächst angenommen, daß das Potential an dem Verbindungspunkt 13 zwischen dem Widerstand 12 und der Konstantstrom-Diode 14 ungeregelt ist. Infolgedessen v/ird von der Diode 14 über denWiderstand 12 ein konstanter Strom geliefert, der es ermöglicht, daß dem Videoverstärker 16 ein Diodensignal zufließt. Wenn auf

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die Photodiode 10 ein Lichtimpuls einfällt, erhöht er die Leitfähigkeit der Photodiode und bewirkt so das Entstehen·, eines Eingangs signal es für den Videoverstärker 16. Der Ausgang des Videoverstärkers 16 ist mit einer Schwellenwertschaltung 18 verbunden« Bei Fehlen von jeglichem Rauschen der Photodiode oder des Verstärker-einganges wird ein Licht-Eingangsimpuls festgestellt, wenn der Ausgang des Videoverstärkers 16 den Schwellenwert überschreitet, der von der Schwellenwertschaltung definiert wird. Bei Fehlen von Rauschen der Photodiode oder des Verstärkers wäre es natürlich erwünscht, die Empfindlichkeit oder die Verstärkung der Photodiode 10 auf ein Maximum zu bringen, damit auch die Wahrscheinlichkeit ein Maximum annimmt, mit der Eingangssignale darstellende Lichtimpulse erkannt werden. Wegen der stetigen Präsenz von Eingangsrauschen und des starken Lawinenrauschens des Photodetektors, wenn er mit maximaler Empfindlichkeit betrieben wird, muß dessen Verstärkung oder Empfindlichkeit sorgfältig so gewählt werden, daß Rauschimpulse nicht irrtümlich als optische Eingangssignale gewertet werden. Gemäß der Erfindung ist ein Rückkopplungspfad vorgesehen, der den Ausgang der Schwellenwertschaltung 18 mit dem Verbindungspunkt 13 zwischen dem Widerstand 12 und der Konstantstrom-Diode 14- verbindet, Durch eine Regelung des Potentials an dem Verbindungüpunkt 13 kann die Verstärkung oder die Empfindlichkeit der Lawinenphotodiode gesteuert werden.

Bei der üblichen Anwendung eines Photodetektors, wie beispielsweise in einer Entfernungsmeßeinrichtung, kann ein gewisser Betrag an Rauschen toleriert werden, wenn · bekannt ist, daß sich das Rauschen in vernünftigen Grenzen

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"bewegt. Beispielsweise kann in typischen Anwendungen eine Fehl al arra-IIäufigkeit von I/o als vernünftig toleriert werden. Dieser Wert bedeutet, daß die Gesamt-Leistungsfähigkeit der Entfernungsmeßeinrichtung nicht nachteilig beeinflußt wird, wenn ein Λ°/Ό der Signale, die als echte Lichtimpuls-Eingangssignale gewertet werden, tatsächlich auf Rauschen zurückzuführen sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung gewährleistet das Einhalten einer gewünschUcn liausch- oder Fchlalarm-lläufigkeit bei gleichzeitiger Ivlaximierung der Systemempfindliclikeit oder der System- g

verstärkung, die mit dieser Häufigkeit vereinbar ist. Zum Einhalten einer konstanten Fehlalarm-Häufigkeit wird kurz genagt das Häuschen oder die Anzahl von Fohlalarinon kontinuierlich überwacht und es wird gleichzeitig die Systemverstärkung oder -empfindlichkeit so eingestellt, daß gewährleistet ist, daß statistisch nur ein tfehlalnrm in 100 interessierenden Intervallen, beispielsweise auf 100 Entfernungsmeßvo.rgänge, auftaitt.

Bei der in Fig. 1 veranschaulichten Ausführungsform der Erfindung ist, der Ausgang der Schwellenwertschaltung 18 mit dem Datenauagang der Vorrichtung verbunden, der

beispielsweise mit dem Eingang einer nicht näher darge- ^

stellten datenverarbeitenden Vorrichtung verbunden sein kann. Außerdem ist der Ausgang der Schwellenwertschaltung 18 mit einem Impulsformer 20 verbunden, der eine monostabile Kippstufe in Form eines Monoflop enthält. Die Funktion des Impulsformers 20 besteht darin, bei jedem den Schwellenwert überschreitenden Ausgangssignal des Videoverstärkers einen geformten Impxils zu liefern, abgesehen davon, daß der Impulsformer jeden Videoimpuls unbeachtet läßt, der während seines astabilen Zustandes auf-

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tritt. Die Länge des von dem Monoflop des Impulsformers gelieferten Impulses ist lang im Vergleich zu der Zeitdauer eines Entfernungsmeßvorganges, um zu gewährleisten, daß ein einziger Entfernungsineßvorgang nicht mehl' als einen einzigen Zählimpuls für einen Integrator 22 auslösen kann. Beispielsweise kann ein typischer Entfernungsmeßvorgang ein Zeitintervall von 200 bis 4-00 fts in Anspruch nehmen. Es wird dann die Dauer des unstabilen Zustandes des Monoflop typischerweise so gewählt, daß sie eine ns beträgt.

Der Impulsformer 20 liefert einen geformten Impuls fester Amplitude und Dauer jedesmal, wenn ein Ausgangsimpuls des Videoverstärkers das Monoflop, in seinen unstabilen Zustand, bringt. Der von dem Impulsformer 20 gelieferte Impuls wird einem integrierenden Speicher oder Impulsintegrator 22 zugoführto Der Impulsintegrator kann von einem einfachen RC-Integrator oder auch von verschiedenen anderen Typen gebildet werden.

Der Impulsintegrator 22 hat einen zweiten Eingang, der mit dem Ausgang einer Bezugsquelle 24 verbunden ist, die ein zu der gewünschten Fehlalarm-Häufigkeit in Beziehung stehendes Signal liefert« Die Bezugsquelle 24 kann beispielsweise aus einer Konstantstroraquelle oder einer Impulsquelle bestehen, die einen mittleren Strom liefert, der zu der gewünschten Fehlalarm-Häufigkeit proportional ist. Der Ausgang des Impulsgenerators 22 ist über einen Widerstand 26 mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 12 und der Konstantstrom-Diode

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verbunden. Außerdem verbindet ein Kondensator 28 den Verbindungspunkt 13 mit Masse.

Beim Betrieb der Ausführungsform nach Fig. 1 werden Ausgangsimpulse des Videoverstärkers 16 unabhängig davon, ob sie die Folge von EingangsSignalen oder auf Häuschen zurückzuführen sind, von dem Impulsformer 20 in eine bestimmte Gestalt gebracht, sofern sie den von der Schwellenwertschaltung 18 definierten Schwellenwert überschreiten, damit sie Impulse gleicher Amplitude und gleicher Dauer ergeben. Durch diese Wirkung des Impulsformers 20 werden alle Rauschimpulse gleich bewertet, so daß Rauschen effektiv in eine zur Integration geeignete Fehlalarm-Häufigkeit umgesetzt wird. V/ie bereits oben erwähnt, hat der Impulsintegrator oder integrierende Speicher 22 zwei Eingänge, Die von dem Impulsformer gelieferten, geformten Impulse werden dem Additions- oder Inkrementierungseingang des Impulsintegrators 22 zugeführt. Das von der Bezugsquelle 24- gelieferte Signal wird dagegen dem Subtraktions- oder Dekrementierungseingang des Integrators 22 zugeführt. Demnach bestimmt die Bezugsquelle 24 den mittleren Strom, der von dem Impulsformer 20 dem Integrator 22 für einen stationären Zustand des Integrators zufließen muß. Ein stabiles Aus— gangssignal des Integrators 22 wird nur dann erreicht, wenn der mittlere Strom, der sich aus den der Eingangsklemme des Integrators zugeführten Impulsen ergibt, dem von der Bezugsquelle 24 stammenden Strom gleich ist, sofern es sich um einen nahezu idealen Integrator handelt. Um einen stabilen Zustand des Integrators 22 zu erzielen, muß die tatsächliche mittlere Fehlalarm-Häufigkeit zunehmen oder abnehmen, bis der dem Integrator zugeführte

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mittlere Strom, der auf die vom Impulsformer 20 gelieferten, geformten Impulse zurückzuführen ist, dem mittleren Strom gleich ist, der dem Integrator von der Bezugsquelle 24 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Integrators 22 wird additiv oder subtraktiv einem festen Vorspannungspotential· hinzugefügt, das sn dem Verbindungspunkt 13 besteht.

Die Zunahme des Ausgangn-Rauochpegels einer Lav/inenphotodiode hängt in hohem Maße von der Vorspannung ab. Weiterhin ist der optimale Arbeitspunkt für die Vorspannung derjenige, bei dem das Rauschen der Lawinendiode einen merklichen Anteil des Ausgangsrauschens des Videoverstärkers bildet. Infolgedessen sollte der Schwellenwert vorzugsweise weit genug über das Verstärkerrauschen eingestellt v/erden, damit eine vorbe stimmt ο Fehlalarin-IIäufigkeit erreicht wird, die auf den Beitrag der Lawinenphotodiode am Gesamtrauschen zurückzuführen ist. Wenn die Rückkopplungsschleife in der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 geschlossen ist, führt der Integrator dem Vorspannkreis Korrektursignale zu, die die Vorspannung anheben, wenn die Fehlalarm-Häufigkeit zu gering ist, oder die Vorspannung senken, wenn die Fehlalarm-Häufigkeit zu hoch ist. Auf diese Weise wird, die Vorspannung der Photodiode automatisch auf dem Wert gehalten, bei dem das Rauschen der Photodiode das Verstärkerrauschen um einen Betrag überschreitet, der durch die Einstellung des Schwellenwertes bestimmt ist.

Um das Verständnis der Wirkungsweise der Ausführungsform nach Fig. 1 noch weiter zu vertiefen, wird auf Fig. Bezug genommen, die in Zeile (α) ein vallkürliclies Signal

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am-Ausgang des Videoverstärkers 16 und in Zeile (b) die geformten Impulse zeigt, die von dem Impulsformer.20 geliefert werden. In Zeile (a) ist auch der Schwellenwert angegeben. V/enn die Schwankungen des Ausgangs-■ signalea des Videoverstärkers den" Schwellenwert überschreiten, liefert der Impulsformer 20 die geformten ■Impulse..JO-, die in Zeile (b) veranschaulicht sind. Außerdem definiert der den Impulsformer bildende Lionoflop ein astabiles Intervall, das ein Sperrintervall |

darstellt, während dem der Impulsformer alle weiteren Eingangsimpulse ignoriert. Nach Beendigung des Sperrintervalles löst die nächste Schwankung des Ausgangssignales des Videoverstärkers, die den Schwellenwert überschreitet, wiederum den Impulsformer aus, so daß ein weiterer geformter Ausgangsimpuls dem Impulsintegrator 22 zugeführt und außerdem ein neues Sperrintervall ausgelöst wird, . ■ -..

Wie in Zeile (a) der Fig. 2 angedeutet, können im Verlauf eines Entfernungsmeßvorganges innerhalb eines kurzen Intervalles mehrere Rauschimpulse erzeugt werden. Durch die Anwendung eines Sperrintervalles, dessen Dauer größer ist als die Dauer eines Entfernungsmeßvorganges, wird bei jedem Entfernungsmeßvorgang nur ein Fehlalarm gezählt. ' ..-.-■"

Es sei erneut angenommen, daß eine Fehlalarm-Häufigkeit von 1% gewünscht wird. Wenn bei jeder Entfernungsmessung, ' die ein Intervall von 400 As beansprucht, ein Intervall von 100 us Dauer existiert, in dem Rauschen auftreten kann, so folgt daraus, daß zum Einhalten der gewünschten Fehlalarm-IIäufigkeit die Verstärkung oder Empfindlichkeit so

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eingestellt werden muß, daß Fehlalarme mit einer Häufigkeit von einem IiOhIaIarm pro 10 ms auftreten. Es ist dann ersichtlich, daß die Bezugsquelle 24 dem 'Impulsintegrator 22 einen Strom auf uhren muß, der gleich der.: vom Impulsformer 20 gelieferten mittleren Strom bei einer Häufigkeit von einem Impuls während je 10 ms gleich ist. Die oben "behandelte Wirkungsweise der geschlossenen Schleife bewirkt ihr-ei-seits eine Einstellung der Empfindlichkeit des Systems auf einen solchen Wert, bei dem der Impulsformer 20 im Mittel einen geformten Impuls während je 10 ms liefert. Dieser stabile Zustand ergibt demnach die gewünschte Fehlalarm-Häufigkeit von 1% für das Rauschen, das in einem Intervall von 100 ^s feststellbar ist. Wenn ' sich der Rauschpegel beispielsweise infolge von Änderungen des Temperatur- oder des Ilintergrundlichtes ändert, dann muß auch die Vorspannung verstellt worden, um ihrerseits die Empfindlichkeit zu verändern und das Ausgangssignal des Impulsformers im Mittel bei einem Impuls pro 10 ms zu halteno

Die Ausführungsform nach Fig. 1 macht von einem einzigen, von der Schwellenwertschaltung 18 gelieferten Schwellenwert Gebrauch, um Daten-Ansgangsimpulse zu liefern und den Impulsintegrator 22 zur Steuerung der Vorspannung zu speisen. Im Gegensatz dazu werden bei der Ausführungsform nach Fig. 2 zwei getrennte Schwellenwertschaltungen 18' und 18'' benutzt, die verschiedene Schwellenwerte definieren. Mehr im einzelnen definiert die mit dem Ausgang des Videoverstärkers 16 gekoppelte Schwellenwertschaltung 18 einen Schwellenwert, der dem von der Schwellenwert schaltung 18 der Vorrichtung nach Fig. 1 erzeugten Schwellenwert entspricht. Dagegen kann die Schwellen-

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wertschaltung 18'■■' einen bedeutend niedrigeren 'Schwellenwert definieren, um dem Impulsformer 20 Impulse mit

einer größeren Häufigkeit zuzuführen. Dementsprechend ist dann auch der von der Bezugsquelle 24 gelieferte Strom einzustellen. Der Vorteil der Verwendung einer zusätzlichen Schwellenwertschaltung 18' ' nach Fig. 3 nit einem niederen Schwellenwert besteht darin, daß die Unstetigkeiten oder die Größe der inkrementalen Änderungen im Ausgangssignal des Impulsintegrators 22 vermindert werden,. Die Reduktion dieser sprunghaften Änderungen hat effektiv eine Reduzierung der Schwankungen im Bereich des optimalen Arbeitspunktes zur Folge und erhöht die Geschwindigkeit und die Genauigkeit der Arbeitsweise.

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß durch die Erfindung eino Steuerschaltung geschaffen worden ist, die es ermöglicht, die einem Photodetektor zugeführte Vorspannung in der Weise zu regeln, daß eine konstante Fehlalarm-IIäufigkeit eingehalten und zugleich die Wahrscheinlichkeit der Feststellung von EingangsSignalen auf ein Maximum gebracht wird. Obwohl die Erfindung anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben worden ist, versteht es sieh, daß gegenüber diesBn AusführungsformenAbwandlungen möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Claims

Patentanaprüche

Μ« !Vorrichtung zur Regelung des Vorspannstromes für einen Photodetektor, insbesondere eine Lawinenphotodiode, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine einen bestimmten Schwellenwert definierende Schaltungsanordnung (18), eine Einrichtung (24) zur Voreinstellung einer gewünschten Fehlalarm-Häufigkeit', eine Vergleichsvorrichtung C20, 22), die feststellt, ob. Schwankungen des Ausgangssignales des Photodetektors (10) den bestimmten Schwellenwert mit einer größeren oder einer kleineren Häufigkeit als der gewünschten Fehlalarm-Häufigkeit überschreitet, und an die Vergleichsvorrichtung (20, 22) angeschlossene Schaltungstoile (12, 14, 26, 28) umfaßt, die den dem Photodetektor· (10) zugeführten Vorspannstrom und damit die Empfindlichkeit des Photodetektors in einem solchen Sinne ändern, daß den Schwellenwert überschreitende Schwankungen des Ausgangssignales mit einer der gewünschten Fehlalarm-Häufigkeit im wesentlichen gleichen Häufigkeit auftreten.

2» Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsvorrichtung ^20, 22) eine Anordnung (.20) zur Begrenzung der während eines bestimmten Zeitintervalles gezählten Schwankungen des Ausgangssignales enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsvorrichtung (20_? 22) einen integrierenden Speicher ^22) und eine Anordnung (20) zur Erhöhung des Speicherinhaltes um einen

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Einhoitiibetrag bei jeder Überschreitung des Schwellenwerten umfaßt, daß die Einrichtung (24) " zur Voreinstellung der gewünschten Fehlalarra-Häufigkeit den Inhalt des integrierenden Speichers (22) proportional zu der gewünschten FeüLalarni~ Häufigkeit vermindert und die an die Vergleichsyorrichtung angeschlossenen Schaltungsteile (12, 14, , 26, 28) auf den Inhalt des integrierenden Speichers (22) ansprechen.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Begrenzung der Schwankungen dienende Anordnung (20) und die zur Erhöhung den .Sp-eich'crinhalte-s dienende Anordnung (20) der Vergleichfivorrichtung beim Auftreten einer den Schwellenwert überschreitenden Schwankung des Ausgangssignales ein Sperrintervall (30) bestimmter Dauer auslösen, .sofern die den Schwellenwert über-r schreitende Schwankung- nicht in das Sperrintervall (30) fällt, und bei jeder nicht in das Sperrintervall fallenden, den Schwellenwert überschreitenden Schwankung einen Impuls vorbestimmter Form und Dauer liefern.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine zweite einen voreingestellten. Schwellenwert definierende Schaltung (I8¹) aufweist, die mit dem Ausgang.des Photodetektors (.10) gekoppelt ist und nur den voreingestellten Schwellenwert überschreitenden 'Schwankungen des Ausgangssignales des Photodetektors an.eine Ausgangskienno überträgt und deren Schwellenwert höher .gewählt ist als der zur Hegelung des Vorspannstromes dienende, bestimmte Schwellenwert.

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