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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Strahlungsmeßvorrichtung nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.
Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der
US-A-4 492 980 und der US-A-4 484 223 bekannt.
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Die US-A-4 492 980 beschreibt eine Bild-Sensoreinrichtung, die
einen gegen das Licht abgedeckten optischen Schwarzsensor
umfaßt, um eine Ausgangsladung zu erzeugen, die alleine dem
erzeugten Dunkelstrom entspricht. Diese Ladung wird durch ein
Schieberegister und eine Schalteinrichtung zu einem Schaltkreis
übertragen, der ein Signal erzeugt auf dem Pegel einer
Dunkelstromladung für die Zellen einer Festkörpereinrichtung. Diese
Zeilen erzeugen Ladungssignale auf Grund von erfaßtem Licht, als
auch eine Dunkelstromladung. Das den Zellen zugeführte Signal
hat die Auswirkung, daß die Ladung einer jeden Zelle um einen
Betrag vermindert wird, der der Dunkelstromladung entspricht.
Die verbleibende Ladung der Zelle, von welcher die
Dunkelstromladung subtrahiert worden ist, wird über das Schieberegister zu
dem Ausgang übertragen
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Die US-A-4 484 223 beschreibt eine Festkörper-Bildeinrichtung
mit sowohl Lichtsensoren, als auch gegen das Licht abgeschirmten
Sensoren, welche Ladungen erzeugen, die nur den
Dunkelstromladungen entsprechen. Signale von den den Dunkelstrom
erzeugenden Zellen werden in einem ersten Schritt durch ein
Schieberegister zu einem Ladungs/Spannungs-Wandlerschaltkreis
übertragen und sodann zu einem Verriegelungsschaltkreis, dessen
Ausgang an einen Anschluß eines Verstärkers angeschlossen ist.
Nach der übertragung der Dunkelstromkomponente überträgt das
Schieberegister sodann Ladungen von den optischen Sensoren.
Diese Ladungen werden in Spannungssignale umgewandelt und dem
zweiten Eingang des Verstärkers zugeführt, der sodann die
Dunkelstromkomponente, die an den anderen Eingang angelegt wird,
von diesem Signal subtrahiert
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Zusammenfassend ist festzustellen, daß das zuerst zitierte
Dokument die Dunkelstromkompensation innerhalb der Zelle selbst
auf der Basis einer Ladungskompensation verwirklicht und daß das
an zweiter Stelle zitierte Dokument die gleiche Kompensation im
Bereich der elektrischen Signale nach Umwandlung der
entsprechenden Ladungen ausführt.
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Ausgehend von diesen bekannten Einrichtungen ist es die Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, eine Strahlungsmeßvorrichtung
anzugeben, die genauer arbeitet und einen einfacheren Aufbau
aufweist. Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden
Merkmale des Patentanspruches 1. Weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung können den
abhängigen Ansprüchen entnommen werden.
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Die Signale der einzelnen Detektoreren werden wie in den zuvor
erwähnten Patenten parallel einem Schieberegister zugeführt und
seriell dem Schieberegister entnommen. In der tatsächlichen
Ausgestaltung beinhalten verschiedene erste Verschiebungen des
Schieberegisters Verschiebungen von "leeren Zellen", in denen
keine Information entsprechend der erfaßten Strahlung vorliegt.
Die vorliegende Erfindung schlägt eine Lösung des
Dunkelstromproblems vor, bei dem ein Kompensationssignal dem System durch
einen der Ausgänge der leeren Zellen des Schieberegisters
zugeführt wird. Wenn beispielsweise die dritte leere Zelle des
Schieberegisters eine Ladung entsprechend dem Dunkelstrom in den
Detektoren enthält, dann kann diese Signalgröße in der dritten
Zelle als ein Subtraktionswert für jede Strahlungsinformation in
den Zellen verwendet werden, bevor diese Information der
Erfassungselektronik zugeführt wird. Ein Weg zur Handhabung
dieses Problems liegt in der Abschirmung eines zusätzlichen
Sensors gegenüber der Strahlung, wobei er jedoch den gleichen
anderen Umgebungsbedingungen wie die anderen Detektoren
ausgesetzt ist, so daß er einen Dunkelstromwert erzeugt, der sodann
in der dritten Zelle des Schieberegisters abgelegt wird. Wenn
sodann dieses Signal aus dem Schieberegister herausgeschoben
wird, so wird es in einem Speicher- und Halteschaltkreis
gespeichert, der durch die freie Steuerelektrode des
Ausgangsschaltkreises gebildet wird und von den anderen Signalen
des Schieberegisters subtrahiert.
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Figur 1 zeigt ein Diagramm der Ausgangssignale verschiedener
Detektoren im Vergleich mit der maximalen Sensorfähigkeit der
Sensorelektronik im Stand der Technik;
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Figur 2 zeigt die gleichen Signale von Figur 1, wobei jedoch der
Dunkelstrom gemäß der vorliegenden Erfindung substrahiert ist;
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Figur 3 zeigt einige CCD-Detektoren, die in bezug auf ein
Schieberegister angeordnet sind, das deren Ausgangssignale
empfängt.
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Figur 1 zeigt eine graphische Darstellung der Ausgangssignale
der ersten 9 Zellen eines CCD-Schieberegisters gemäß dem Stand
der Technik. Die Rechteckwelle 10 stellt den Inhalt der Zellen
dar, die mit 1 bis 9 durchnumeriert sind. Wie ersichtlich, liegt
eine geringe Ladungsgröße in jeder Zelle vor, die auf den
allgemeinen Rauschpegel in der Einrichtung zurückzufuhren ist.
Dieses kieine Signal wird als Referenzpegel identifiziert und
ist im allgemeinen für alle Zellen gleich. Normalerweise ist
dieses Signal in dem System kalibriert und verursacht keinerlei
Problem. Wenn ein Startsignal auftritt, so werden die Ladungen
der CCD-Sensoren wie dies im Zusammenhang mit Figur 3
beschrieben wird, mit ihrem angesammelten Betrag in den Zellen
abgelegt, an die die Detektoren angeschlossen sind (im
vorliegenden Beispiel empfangen die Zellen mit den Nummern 4, 6 und
8 die Ladung von den ersten drei Detektoren) Die
Detektorladungen repräsentieren nicht nur den von jedem Detektor
empfangenen Strahlungsbetrag, sondern umfassen auch eine
"Dunkelstrom"-Ladung, die sich auf jedem Detektor auf Grund der
den Detektor beeinflussenden Umgebungsbedingungen, in erster
Linie auf Grund der Temperatur bildet. Während es üblich ist,
die ersten drei Zellen leer zu halten, kann auch eine
unterschiedliche Anzahl verwendet werden. Ferner kann eines der
Signale der leeren Zellen verwendet werden, um das
Ausgangssignal im Hinblick auf die geringe Referenz-Pegelladung zu
kalibrieren. insbesondere erzeugt in Figur 1 ein Signal, das mit
Taktabtastung 12 bezeichnet ist, einen Impuls 14, wenn es
erwünscht ist, ein Referenz-Pegelsignal zu bilden (in der
dritten Zelle im vorliegenden Beispiel). Der Ladungsbetrag in
der dritten Zelle erzeugt sodann das Referenz-Pegelsignal, wie
dies in Schieberegistern üblich ist.
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Beim fortgesetzten Betrieb des Schieberegisters legt der erste
Detektor sein Signal in der Zelle 4 ab, wie dies durch den
Rechteckimpuls 16 dargestellt ist und wobei dieser gemäß Figur 1
einen schraffierten Bereich 18 entsprechend dem Dunkelstrompegel
aufweist. Die nächste Zelle 5 ist eine Leerzelle und der zweite
Detektor der Reihe lädt seine Ladung in die Zelle 6, was durch
den Rechteckimpuls 20 veranschaulicht ist. Der Rechteckimpuls 20
umfaßt ebenfalls einen Teil 22 entsprechend dem Dunkelstrom. Die
nächste Zelle 7 ist eine Leerzelle und der dritte Detektor in
der Reihe legt seine Ladung in der Zelle 8 ab, wie dies durch
den Rechteckimpuls 26 gezeigt ist, der ebenfalls einen
schraffierten Bereich 28 entsprechend dem Dunkelstrom aufweist.
Schließlich ist die Zelle 9 erneut eine Leerzelle. Es gibt
natürlich eine große Anzahl von Zellen in der Kette aber in
Figur 1 sind der Einfachheit halber nur die Ausgangssignale von
drei Detektoren dargestellt worden. Es sei vermerkt, daß die
Zelle 8 zusätzlich zu der Referenzpegelladung und der
Dunkelstromladung eine relativ große Ladung auf Grund der erfaßten
Strahlung aufweist, wodurch die Größe der Gesamtladung in der
Zelle 8 über dem Maximalpegel der Elektronik liegt, der durch
die gestrichelte Linie 30 angedeutet ist. Dies führt zu einem
beschnittenen Signal in der Zelle 8, das den Teil 32 oberhalb
des Pegels 30 nicht aufweist. infolgedessen ergibt sich eine
fehlerhafte Darstellung der erfaßten Strahlung durch den
Detektor 8 und es kann möglicherweise eine falsche
Scharfeinstell-Situation erzeugt werden.
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Figur 2 zeigt die Situation, wenn die vorliegende Erfindung
verwendet wird. Erneut zeigt die Rechteckwelle 10 die Ladung in
den Zellen 1 bis 9 und erneut gibt es eine geringe Ladungsgröße
auf Grund des in der Vorrichtung angetroffenen Rauschpegels.
Erneut wird ein Takt-Abtastsignal 12 mit einem Impuls 14
benutzt, um das Referenzpegelsignal in der üblichen Weise zu
erzeugen. In Figur 2 umfaßt jedoch, was noch später anhand von
Figur 3 erläutert wird, die Ladung in der Zelle 3 nicht nur den
geringen Rauschpegel, sondern auch einen
Dunkelstrom-Signalanteil 15. Dieses Signal wird durch einen zusätzlichen Detektor
erzeugt der weiter hinten nach dem ersten regulären Detektor
angeordnet ist und gegen die zu erfassende Strahlung abgeschirmt
ist. Somit ist das einzige Signal in dem gesonderten Detektor
auf den Dunkelstrom zurückzuführen. Dementsprechend beinhaltet
der Ladungsbetrag in der Zelle 3 nunmehr das Dunkelstromsignal
und dieses kann durch den Schaltkreis verwendet werden, um einen
neuen Referenzpegel zu erzeugen, der durch die gestrichelte
Linie 40 dargestellt ist. Der Einfluß dieser Maßnahme liegt in
der Erhöhung des Erfassungsbereiches der Elektronik, so daß
nunmehr der Maximalpegel, der durch die gestrichelte Linie 42
angedeutet ist, höher als der Spitzenwert 32 des
Rechteckimpulses 26 ist, da der Maximalpegel der Elektronik den gleichen
Abstand von dem Referenzpegel wie in Figur 1 aufweist. Es ist
sodann ersichtlich, daß der Teil 32 nicht länger abgeschnitten
wird und das sich ergebende Ausgangssignal keinen Fehler
aufweist.
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Bezugnehmend auf Figur 3 wird Strahlung aus einer betrachteten
Szene über mehrere Elementarlinsen (nicht dargestellt) gesammelt
und auf mehrere Detektorpaare gerichtet, wobei dies entlang den
Pfeilen 50 geschieht. Der Einfachheit halber sind nur zwei Paare
von Detektoren in Figur 3 dargestellt, wobei das erste Paar
einen A-Detektor 52 und einen B-Detektor 54 aufweist und das
zweite Paar einen A-Detektor 56 und einen B-Detektor 58 besitzt
und schließlich ist ein einziger Detektor als ein
Dunkelstromdetektor 60 bezeichnet und dargestellt, der keinen mit ihm
gepaarten Detektor aufweist. Obgleich dieser in einer Form wie
die B-Detektoren auf der linken Seite eines jeden Paares
dargestellt ist, kann der Detektor 60 natürlich die Form eines
A-Detektors auf der rechten Seite eines jeden Paares aufweisen.
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Jeder der Detektoren in Figur 3 ist an ein erstes Gatter 65
angeschlossen, welche alle elektrisch mit einer Signalquelle
ΦT verbunden sind Wenn ein ΦT-Startsignal auf das System
gegeben wird, so werden alle Ladungen, die sich auf den A- und
B-Detektoren 52-58 und jegliche Dunkelstromladung auf dem
Detektor 60 in den zugeordneten Gattern 65 abgelegt. Es sei
darauf verwiesen, daß der Dunkelstromdetektor 60 eine
Strahlungsabschirmung 68 aufweist, die gestrichelt angedeutet
ist und die das Licht daran hindert, den Dunkelstromdetektor 60
zu erreichen. Dementsprechend ist jegliche Ladung auf diesem
Detektor allein durch den Dunkelstrom des Systems hervorgerufen.
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Jedes Gatter 65 ist seinerseits an ein Gatter 70 angeschlossen,
weiche alle elektrisch miteinander verbunden sind, um ein Φ&sub2;-
Signal zugeführt zu erhalten. Wenn das Signal Φ&sub2; ansteigt so
fällt das Signal ΦT ab und die Ladung der Detektoren wird
nunmehr von den Gattern 65 in den Gattern 70 abgelegt. Jedes
Gatter 70 ist an ein Gatter 75 angeschlossen, die alle
elektrisch miteinander verbunden sind, um ein Φ&sub3;-Signal
zugeführt zu erhalten. Wenn das Signal Φ&sub3; ansteigt so fällt
das Signal Φ&sub2; ab und die Detektorladung wird von den Gattern
70 in die Gatter 75 übertragen. Jedes der Gatter 75 ist an ein
Gatter 80 angeschlossen, die alle elektrisch miteinander
verbunden sind, um ein Φ&sub1;-Signal zugeführt zu erhalten. Wenn
das Signal Φ&sub1; ansteigt, so fällt das Signal Φ&sub3; ab und
sämtliche Ladungen der Detektoren werden aus den Gattern 75 in
die Gatter 80 übertragen.
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Wie in Figur 3 dargestellt, sind die Gatter 80 an eine Reihe von
Gattern angeschlossen, die ein Schieberegister bilden. In der
dargestellten Anordnung sind die Gatter 80 mit zugeordneten
Gattern verbunden, die mit der Referenzziffer 2 bezeichnet sind.
Die Referenzziffer 2 zeigt an, daß alle Gatter mit dieser Ziffer
gleichzeitig an das Signal Φ&sub2; angeschlossen sind, um eine
weiter unten beschrienene Operation auszuführen. Jedes der
Schieberegister-Gatter 2 ist rechts an ein Schieberegister-
Gatter 3 angeschlossen und links an ein Schieberegister-Gatter
1, um eine Kette von Gattern zu bilden. Alle Gatter mit der
Referenzziffer 1 sind elektrisch an das Signal Φ&sub1;
angeschlossen und alle Gatter mit der Referenzziffer 3 sind an das
Signal Φ&sub3; angeschlossen, um die weiter unten beschriebene
Operation auszuführen.
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Unterhalb der Gatter 1, 2 und 3 sind mehrere Zellen gezeigt, die
mit Ausgang 90 und fortschreitend nach links mit Zellen 91-97
bezeichnet sind. Ganz rechts nach dem letzten Gatter mit der
Referenzziffer 3 ist eine Rucksetzzelle 98 dargestellt, die an
eine positive Spannungsquelle 99 angeschlossen ist. Eine
Ausgangszelle auf der rechten Seite mit der Referenzziffer 100
ist über einen Anschluß 101 an das Gatter eines
Feldeffekttransistors 102 angeschlossen, dessen Senke an eine positive
Spannungsquelle 103 angeschlossen ist und dessen Versorgung mit
dem Ausgangs-Signalanschluß 104 verbunden ist. Der Anschluß 104
dann an eine Erfassungselektronik, wie beispielsweise einen A/D-
Wandler (nicht gezeigt) eines Autofokussystems angeschlossen
sein. Das Gatter des Transistros 102 ist über eine Verbindung
105 mit der Quelle 106 eines zweiten Feldeffekttransistors 107
verbunden, der mit einem Senkenanschluß 108 an eine
Referenzspannung V angeschlossen ist und ein Gatter 109 aufweist, das an
ein Takt-Abtastsignal angeschlossen ist.
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Wenn im Betrieb ein Startsignal ΦT an das System angelegt
wird, übertragen alle Detektoren ihre Ladung in die Gatter 65
wie zuvor beschrieben. Sodann werden beim Auftritt des Signales
Φ&sub2; die Detektorsignale in die Gatter übertragen, die mit der
Bezugsziffer 70 versehen sind. Zu diesem Zeitpunkt stellt sich
die Situation wie in Figur 3 gezeigt dar, wobei die einzige
Ladung in den Zellen diejenige ist, die unter den Gattern mit
der Bezugsziffer 2 vorliegt, d. h. die Ladung auf Grund des
Rauschpegels des Systems, welche durch eine Anzahl von Minus-
Vorzeichen innerhalb der Zelle veranschaulicht ist.
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Im nächsten Schritt startet das Signal Φ&sub3;, so daß die
Detektorladungen in den Gattern 70 in den Gattern 75 abgelegt
werden. In gleicher Weise werden zu diesem Zeitpunkt jegliche
Ladungen, die auf den Gattern mit der Bezugsziffer 2 in dem
durch die Zellen 91-97 dargestellten Schieberegister vorliegen,
in die Gatter mit der Bezugsziffer 3 übertragen. Wenn sodann ein
Signal Φ&sub1; auftritt, so wird ein Signal von den Detektoren in
den Gattern 80 abgelegt und in dem Schieberegister werden die
Signale auf den Gattern mit der Bezugsziffer 3 in diejenigen mit
der Bezugsziffer 1 übertragen. Der nächste Schritt ist durch
einen zweiten Auftritt eines Signales Φ&sub2; vorgegeben, welches
die Ladung von den Gattern 80 in die Gatter 2 des
Schieberegisters überträgt. zu diesem Zeitpunkt ist der Inhalt
der Zelle mit der Nummer 90 in die Rücksetzzelle 98 übertragen
worden, der Inhalt der Zelle 91 wird in eine Position unter dem
Ausgangsgatter 100 bewegt und seine Ladung wird über die
Verbindung 101 dem Feldeffekttransistor 102 zugeführt und
erzeugt ein Ausgangssignal auf der Leitung 104. Der Inhalt der
Zelle 92 wird nach rechts bewegt so daß er die Position
einnimmt, die nun durch die Zelle 91 vorgegeben ist und das gleiche
gilt für alle in Figur 3 dargestellten Zellen. Dementsprechend
wird die Dunkelstromladung, die auf dem Gatter 80 vorliegt
welches an den Dunkelstromdetektor 60 angeschlossen ist, in die
Zelle 93 übertragen, die Ladung des A-Detektors 56 wird in die
Zelle 94 übertragen, die Ladung von dem B-Detektor 58 wird in
die Zelle 96 übertragen, die Ladung von dem A-Detektor 52 wird
in eine Zelle übertragen, die unmittelbar links von der Zelle 97
(nicht dargestellt) liegt und gleiches geschieht mit der Ladung
auf dem B-Detektor 54.
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Beim nächsten Auftritt eines Signales Φ&sub3; wird die
Dunkelstromladung in der Zelle 93 nach rechts bewegt die Ladung von dem
Detektor 56 in der Zelle 54 wird nach rechts bewegt usw. und wie
es im Stand der Technik der Schieberegister bestens bekannt ist,
werden die Ladungen progressiv nach rechts bewegt, wenn
aufeinanderfolgend Signale mit den Phasen 1, 2 und 3 auftreten. Im
Ergebnis werden Signale von dem Dunkelstromdetektor 60 und von
den Strahlungsdetektoren 52-56 der Reihe nach dem
Feldeffekttransistor 102 und somit dem Ausgang 108 zugeführt.
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Die Spannung am Anschluß 101 und das Ausgangssignal am Anschluß
104 wird durch die Ladung auf der Leitung 101 sowie durch die
Ladung unter dem Schieberegister-Ausgangsgatter 100 festgelegt.
Somit wird das Signal, das den Dunkelstrom und die
Hintergrundladung umfaßt, an dieser Stelle in ein Spannungssignal
umgewandelt. Da die Ladung auf der Leitung 101 die Spannung am
Anschluß 101 und das Ausgangssignal am Anschluß 104 beeinflußt,
kann die Start- bzw. Referenz-A/D-Spannung am Anschluß 104 über
den vorgeladenen Anschluß 101 auf eine vorbestimmte Spannung
eingestellt werden. Dies verschiebt wirksam das Ausgangssignal
am Anschluß 104 auf den gewünschten A/D-Referenzpegel. Im Stand
der Technik wurde diese Rückstellung des Ausgangsschaltkreises
durch einen Taktzyklus gemäß Figur 1 verwirklicht. Durch
Veränderung der CCD-Struktur, mit der ein Signal proportional zu
dem mittleren Dunkelstrom in der Ausgangszelle 90 des
Schieberegisters zu dem Zeitpunkt vorgegeben wird, zu dem die Ausgangs-
Gatterspannung voreingestellt wird, verschiebt der Schaltkreis
wirksam alle Signale um einen Betrag proportional zu dem
Dunkelstrom.
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Das Gatter des Ausgangstransistors 102, das an die Leitung 101
angeschlossen ist, wird auf die A/D-Referenzspannung
voreingestellt, indem der zweite Transistor 107 in den leitenden Zustand
gesteuert wird. Dies geschieht auf Grund eines
Takt-Abtastsignales an dem Anschluß 109, welches das gleiche Signal wie das
Takt-Abtastsignal in den Figuren 1 und 2 ist. Wenn der
Transistor 107 leitet, so wird der Anschluß 101 an die
Referenzspannung V am Anschluß 108 angeschlossen, die eine
Gleichspannung von geeignetem Wert ist, um das Ausgangssignal am
Anschluß 104 auf den gewünschten
A/D-Wandler-Referenzspannungspegel zu bringen. Zu anderen Zeitpunkten, wenn kein Takt-
Abtastimpuls am Anschluß 109 vorliegt ist der Transistor 107
nicht leitend und der Anschluß 101 ist frei und kann auf
jegliche Änderungen in dem Ladungspegel der Ausgangszelle 90 des
Schieberegisters ansprechen.
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Somit ist der Eingang des A/D-Wandlers frei von dem
unerwünschten Dunkelstromsignal und gestattet somit eine größere
Genauigkeit und eine geringere Beschneidung gegenüber bekannten
Schaltkreisen.