DE60305754T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Verarbeitung von Messdaten - Google Patents

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DE60305754T2
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/40Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled
    • H04N25/46Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled by combining or binning pixels
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/68Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to defects

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Verarbeitung von Meßdaten. Speziell bezieht sich die Erfindung auf die Binning-Prozedur von Daten, die mit einer CCD (Charge-Coupled Device)-Sensoreinheit gemessen werden. Die Erfindung wird vorzugsweise in Photometrie zur Messung von Strahlung von Proben auf einer Well-Platte verwendet. Ein Zweck der Erfindung besteht darin, eine Verbesserung der Signal-Rausch-Werte der Messungen zu erzielen.
  • CCD-Sensoren werden allgemein in Photometrie zur Messung von Strahlung, wie zum Beispiel Licht, von Proben verwendet. Die Proben werden gewöhnlich in Pools auf einer Well-Platte in photometrischen Geräten verwendet. Als nächstes wird eine Implementierung einer derartigen Messung als ein Beispiel erläutert. Diese Implementierung soll jedoch auf keine Weise das Gebiet der Verwendung der vorliegenden Erfindung einschränken.
  • 1 zeigt eine Anordnung im Stand der Technik einer photometrischen Vorrichtung 100. Die zu messenden Proben werden auf eine Well-Platte 102 gesteckt. Die Proben können mit Strahlung von einer Lampeneinheit 104 angeregt werden. Die Anregungsstrahlung 106 wird von einem Strahlteilerspiegel 108 auf die Well-Platte reflektiert. Die Lampeneinheit 104 wird so gesteuert, daß die Strahlung mit einer bestimmten Intensität abgibt. Nach einer möglichen Anregung wird die Strahlung 110 von den Proben zu einer CCD-Einheit 120 geführt. Ein Linsensystem 112 erzeugt ein Bild der Proben auf einem CCD-Raster. Die Belichtungsdauer wird mit einem Verschluß 116 gesteuert. Die Strahlung wird ferner mit einem Emissionsfilter 114 gefiltert, um die bestimmte Strahlungswellenlänge für die Messung auszuwählen. Die Lampeneinheit 104, der Verschluß 116 und die CCD-Einheit 120 werden mit einer Steuereinheit 130 gesteuert. Der Meßprozeß wird ferner von einer Computereinheit 140 gesteuert. Die Computereinheit verarbeitet auch die Ausgabedaten der Messungen, um Strahlungsintensitätsergebnisse zu erhalten.
  • 2 stellt Register einer CCD-Einheit 200 dar. Die CCD-Einheit umfaßt ein paralleles Register 210, das aus einer Matrix von Ladungspools (charge wells) 211 besteht. Wenn die Oberfläche Strahlung ausgesetzt wird, werden Ladungen in den Ladungspools entsprechend der Intensität der Strahlungseinwirkung gebildet. Ein Ladungsmuster sammelt sich somit in dem parallelen Register. Nach der Belichtung werden die Ladungspools oder "Pixels" der Matrix durch Schieben der Ladungen in jeder Zeile des parallelen Registers in Richtung auf ein Schieberegister oder "serielles Register" 220 gelesen. Nach Schieben der Ladungen um einen Schritt umfassen die Ladungspools des Schieberegisters Ladungen einer Spalte des parallelen Registers. Das Schieberegister wird danach durch Schieben der Ladungen an dem Schieberegister in Richtung auf einen Ausgabeladungspool oder "Ausgabeknoten" 230 gelesen. Nach einem Schritt des Schiebens wird der Ausgabeknoten gelesen. Nachdem alle Ladungspools des Schieberegisters gelesen sind, werden die Ladungen an dem parallelen Register weiter um einen Schritt geschoben. Die Ausleseprozedur wird weiter wiederholt, bis das gesamte parallele Register gelesen ist. Die Meßdaten werden so in serielle Sätze von Pixelladungswerten umgewandelt, die Strahlungsintensitäten an den Pixeln darstellen. 2 zeigt auch Bilder von vier Proben 203 einer Well-Platte. Nach Verarbeitung der Ausgabedaten kann ein Bild gebildet werden, wobei Pixels in der Probenbildfläche die Strahlungsintensität der korrespondierenden Positionen in dem Probenbild darstellen.
  • Ein Problem in Photometrie ist durch die Tatsache bedingt, daß die Intensität der Strahlung gering ist und somit das Signal-Rausch-Verhältnis der Meßdaten häufig gering ist. Zur Erhöhung des Signal-Rausch-Verhältnisses wird häufig ein Binning-Verfahren verwendet. Binning ist eine Technik des Kombinierens von Ladung von benachbarten Pixeln während des Ausleseprozesses. Die Ladung wird, wie oben beschrieben, gesammelt, aber das Auslesen ist anders programmiert. Mit parallelem Binning wird Ladung, wenn Ladung vom parallelen Register in das Schieberegister geschoben wird, von zwei oder mehr Spalten gesammelt, bevor das serielle Schieben beginnt. Mit seriellem Binning werden zwei oder mehr Ladungspakete gleichermaßen in dem Ausgabeknoten gesammelt, bevor die Ladung darin digitalisiert und ausgelesen wird.
  • 3 stellt dar, wie Gruppen von Pixeln in einer CCD-Einheit zu größeren "Super-Pixels" kombiniert werden. Binning wird durch einen Binning-Faktor spezifiziert, der die Zahl von Pixeln ist, die auf dem CCD kombiniert werden soll. Zum Beispiel wird in 3 "8 × 8-Binning" verwendet, was bedeutet, daß jede Gruppe von 8 × 8 in dem Binning gesammelt wird. Somit wird das CCD mit 40 × 40 Pixeln in 5 × 5-Super-Pixeln beim Auslesen (A1–A5, B1–B5, C1–C5, D1–D5 und E1–E5) gruppiert. Wenn Binning verwendet wird, muß die Kapazität des Schieberegisters und des Ausgabeladungspools entsprechend der Gesamtladung der Pixels, die in Binning gesammelt werden, gestaltet sein.
  • Binning verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis und erweitert den Dynamikbereich der CCD-Abbildungseinrichtung, aber auf Kosten der räumlichen Auflösung. Binning ist somit bei Anwendungen nützlich, wo die Auflösung kein Hauptanliegen darstellt. Da Binning die Anzahl von zu verarbeitenden und digitalisierenden Pixels verringert, wird die Auslesegeschwindigkeit auch erhöht. Wenn zum Beispiel 2 × 2-Binning verwendet wird, wird die Auflösung (Anzahl von Pixels in der korrespondierenden Richtung des Bildes) die Hälfte der korrespondierenden Auflösung ohne Binning und wird der Signal-Rausch-Wert nahezu doppelt so gut wie der korrespondierende Wert ohne Binning. Diese Verbesserung des Signal-Rausch-Werts ist bedingt durch die Mittelung des Rauschens vom parallelen Register der CCD-Einheit. Somit verbessert sich der auf das Ausleserauschen bezogene Signal-Rausch-Wert sogar um den Binning-Faktor. Binning ist in Photometrie von Vorteil, da dort kein Bedarf bestand, eine hohe Auflösung zu erzielen.
  • Ein Problem im Zusammenhang mit CCD-Einheiten besteht in der Tatsache, daß häufig Fehler in den Ladungspools vorhanden sind, die als Pixels dienen. Allgemein ist es sehr schwierig, eine CCD-Einheit ohne derartige Fehler zu erzeugen. In wirtschaftlicher Massenproduktion von CCD-Einheiten ist es üblich, daß, nur als Beispiel, ein fehlerhaftes Pixel in 1000 Pixeln im Durchschnitt vorhanden ist. In den meisten Anwendungen von CCD-Einheiten hat es keine wesentliche Wirkung, wenn ein paar Pixeln einer CCD-Einheit fehlerhaft sind. Wenn jedoch die CCD-Einheit bei genauen Messungen verwendet wird, und speziell wenn Binning verwendet wird, dann können ein paar fehlerhafte Pixels die Qualität der Messungen wesentlich senken. In dieser Patentanmeldung bedeutet die Bezeichnung "fehlerhaft", daß der Ladungspool nicht gemäß einer festgelegten Spezifikation funktioniert, was bewirkt, daß seine Fähigkeit zum Umwandeln von Strahlung in Ladungen oder seine Fähigkeit zur Aufrechterhaltung der gesammelten Ladung oder seine Fähigkeit zum Übertragen einer Ladung von/zu seinem Nachbarladungspool schlechter als erforderlich ist. "Fehlerhaft" kann auch bedeuten, daß zusätzliche Ladungen in dem Ladungspool ausgebildet werden, wodurch somit ein "weißer Fehler" verursacht wird.
  • In 3 sind zwei fehlerhafte Pixels 361 und 362 gezeigt. Wenn Binning zum Auslesen der beiden fehlerhaften Pixels verwendet wird, verursacht es einen Fehler in dem gemessenen Wert der gesamten Super-Pixels B2 und C4. Zusätzlich gibt es in dem Ausleseprozeß auch andere Pixels, deren Ladungen zum seriellen Register über die fehlerhaften Pixels geschoben werden. Diese Pixels 371 und 372 sind mit diagonalen Linien in 3 markiert. Wenn die Ladungspools der Pixels 361 und 362 fehlerhaft sind, können sie die Ladungen, die über die fehlerhaften Ladungspools geschoben werden, nicht in dem korrekten Wert erhalten. Somit kann der Wert der Ladungen von allen Pixels 371 und 372 gestört sein, wenn die Ladungen in dem seriellen Register gesammelt werden. Dies verursacht auch einen Fehler in dem gemessenen Wert der Super-Pixels C2, D2, E2, D4 und E4. Als Folge sind die gemessenen Werte von 7 Super-Pixels von 25 aufgrund von Fehler in nur zwei Pixeln von 1600 falsch. Es ist klar, daß die Funktion der Meßeinrichtung somit verschlechtert ist. Wenn andererseits spezielle CCD-Einheiten ohne Fehler hergestellt würden, würde dies die Meßeinrichtung für viele Meßanwendungen zu teuer machen.
  • Das Dokument JP-A-200177756 offenbart eine Abbildungsvorrichtung, die eine CCD-Einheit umfaßt, die fehlerhafte Pixels enthält. Zum Liefern einer Fokusmessung sammelt die Vorrichtung Ladungen von Pixeln von definierten Gebieten. Wenn sich ein fehlerhaftes Pixel in einem derartigen Gebiet befindet, werden die Ladungen von weiteren benachbarten Gebieten gesammelt, wo keine fehlerhaften Pixels existieren. Wie oben beschrieben, ist es jedoch bei Messen von Strahlung von Proben wichtig, einen guten Signal-Rausch-Wert zu erzielen. Wenn Gebiete mit fehlerhaften Pixeln ignoriert würden, würde die Funktion und Genauigkeit der Messung verschlechtert werden.
  • Das Dokument EP-A-0 776 124 offenbart ein Strahlungsabbildungssystem, in dem es möglich ist, wählbare Binning-Faktoren zu verwenden, um die Bildqualität zu optimieren und durch Relativbewegung des Objekts verursachte Unschärfeeffekte auf die Bildqualität zu reduzieren. Das Dokument offenbart jedoch keine Lösung zur Minimierung von Effekten, die durch fehlerhafte Pixels in der CCD-Einheit verursacht werden.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lösung zur Messung von Strahlung zu schaffen, in der ein guter Signal-Rausch-Wert erzielt wird und es weiterhin möglich ist, Standard-CCD-Einheiten zu benutzen. Diese Aufgabe wird durch Auswählen der Binning-Gebiete auf der Grundlage von einer Position bzw. Positionen von fehlerhaften Pixels in einer CCD-Einheit gelöst.
  • Eine Idee der Erfindung besteht darin, Orte der fehlerhaften Pixels zu ermitteln und diese Information zur Ermittlung von Pixelgruppen zu verwenden, die die Super-Pixel bilden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Super-Pixels als erstes unter Verwendung eines ausgewählten Binning-Faktors ermittelt und diejenigen Super-Pixels, die durch fehlerhafte Pixel beeinträchtigt werden würden, danach in ein oder mehrere kleinere Super-Pixel verringert, die nicht durch die Fehler beeinträchtigt sind.
  • Eine einfache Art zur Implementierung der Erfindung besteht darin, daß der Ladungswert des Ausgabeknotens gelesen wird, wenn Ladungen mit gestörtem Wert in den Ladungspool des seriellen Registers eintreten, das sich am nähesten zum Ausgabeknoten befindet. Auf diese Weise ist es möglich, die Ausgabeknotenladungen von Super-Pixels mit kleinerer Größe zu sammeln, wobei die Super-Pixels keine gestörten Ladungen enthalten.
  • Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein maximales Signal-Rausch-Verhältnis zu erzielen, da einerseits ein optimales Binning-Verhältnis verwendet werden kann und andererseits der Ausleseprozeß Ladungen von allen Pixeln verwenden kann, die nicht aufgrund der Fehler der CCD-Einheit gestört sind.
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung von Strahlung gemäß Anspruch 1.
  • Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Anordnung zur Messung von Strahlung gemäß Anspruch 8.
  • Einige bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Im folgenden wird die Erfindung detaillierter mittels der beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • 1 eine Anordnung für photometrische Messungen im Stand der Technik darstellt,
  • 2 Register einer CCD-Einheit im Stand der Technik darstellt,
  • 3 eine Binning-Prozedur im Stand der Technik darstellt,
  • 4 ein Beispiel für eine Binning-Prozedur gemäß der Erfindung darstellt,
  • 5 ein weiteres Beispiel für eine Binning-Prozedur gemäß der Erfindung darstellt,
  • 6 ein Flußdiagramm eines Beispiels für ein Verfahren gemäß der Erfindung zur Verarbeitung von Strahlungsmeßdaten darstellt,
  • 7 ein Flußdiagramm einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung zur Verarbeitung von Strahlungsmeßdaten darstellt.
  • Die 13 wurden oben bei der Beschreibung des Standes der Technik erläutert. Im folgenden wird die Erfindung detaillierter unter Bezugnahme auf die 47 beschrieben.
  • 4 stellt ein Beispiel für eine Binning-Prozedur gemäß der Erfindung dar. Die Pixels des ladungsgekoppelten Bauelements werden als erstes in Super-Pixels mit 8 × 8-Pixels gruppiert, wie dies in 3 gezeigt ist. Es gibt keine Fehler in den Super-Pixeln A1–E1 und A2, so daß sie auf eine normale Weise gebinnt und gelesen werden. Die Super-Pixels B2–E2 würden jedoch aufgrund eines Fehlers in Pixel 461 fehlerhaft sein und deswegen stört dieses fehlerhafte Pixel auch den Auslesewert von Pixels 471. Anstelle Nichtbeachtung der gesamten Super-Pixels B2–E2 werden neue Super-Pixels gebildet, die keine fehlerhaften Pixels enthalten. Zum Beispiel werden Super-Pixels B2i–E2i gebildet und werden Super-Pixels B2k–E2k gebildet. Diese Pixels enthalten kein fehlerhaftes Pixel, und die gemessenen Werte von gesammelten Ladungen von diesen Super-Pixels können verwendet werden. Die Super-Pixels B2j–E2j werden in dem Ausleseprozeß nicht beachtet.
  • Da keine Fehler in den Super-Pixels A3–E3 und A2, B2 vorliegen, werden sie auf normale Weise gebinnt und gelesen. Die Super-Pixels C4–E4 würden jedoch aufgrund eines Fehlers in Pixels 462 fehlerhaft sein und deswegen stört dieses fehlerhafte Pixel auch den Auslesewert der Pixels 472. Statt Nichtbeachtung der gesamten Super-Pixels C4–E4 werden kleinere Super-Pixels gebildet, die keine fehlerhaften Pixels enthalten. Zum Beispiel werden Super-Pixels C4i–E4i gebildet. Diese Pixels enthalten kein fehlerhaftes Pixel, und die gemessenen Werte von gesammelten Ladungen von diesen Super-Pixels können verwendet werden. Pixels C4j–E4j werden nicht beachtet. Da keine Fehler in den Super-Pixels A5–E5 vorhanden sind, werden sie auf eine normale Weise gebinnt und gelesen.
  • Es ist möglich, daß der Ausleseprozeß des ladungsgekoppelten Bauelements keine optimale Gruppierung der Super-Pixels zuläßt. Zum Beispiel kann erforderlich sein, daß die Aufteilung von Super-Pixels B2–E2 in kleinere Super-Pixels verursacht, daß das Super-Pixel A2 auch aufgeteilt werden muß. In diesem Fall kann das Super-Pixel A1 in neue Super-Pixel A2i, A2j und A2k aufgeteilt werden. In einer entsprechenden Weise können die Super-Pixel A4 und B4 in Super-Pixels A4i und A4j in dem Ausleseprozeß aufgeteilt werden.
  • In der in 4 beschriebenen Lösung bleiben ein paar Pixels 481 und 482, die nicht beachtet werden, selbst wenn sie nicht fehlerhaft sind. Eine Art der Verwendung dieser Pixels in der Messung würde darin bestehen, diese Pixels in Super-Pixels 481 und 482 in dem Ausleseprozeß zu gruppieren. Die nächste 5 stellt eine weitere Lösung dar, in der diese Pixels für die Messung verwendet werden.
  • 5 stellt ein weiteres Beispiel für eine Binning-Prozedur gemäß der Erfindung dar. Auch in dieser Lösung werden die Pixels des ladungsgekoppelten Bauelements 511 als erstes in Super-Pixels mit 8 × 8-Pixels gruppiert. Es sind keine Fehler in den Super-Pixels A1–E1 und A2 vorhanden, so daß sie auf eine normale Weise gebinnt und gelesen werden. Wie in der vorangehenden Ausführungsform werden Super-Pixels C2i–E2i gebildet und werden Super-Pixels C2k–E2k gebildet. Da diese Pixels kein fehlerhaftes Pixel enthalten, können die gemessenen Werte von gesammelten Ladungen von diesen Super-Pixels verwendet werden. In der Ausführungsform von 5 ist jedoch das Super-Pixel B2 in neue Super-Pixels auf eine andere Weise gruppiert. In diesem Fall werden Super-Pixels Bm2, B2i und B2k gebildet.
  • Auf diese Weise ist es möglich, die Meßinformation auch von Pixel Bm2j zu verwenden. Die Super-Pixels C2j–E2j werden in dem Ausleseprozeß nicht beachtet.
  • Da keine Fehler in den Super-Pixels A3–E3 und A2, B2 vorhanden sind, werden sie auf eine normale Weise gebinnt und gelesen. Wie in der vorangehenden Ausführungsform von 4 werden Super-Pixels D4i und E4i gebildet. Da diese Pixels kein fehlerhaftes Pixel enthalten, können die gemessenen Werte von gesammelten Ladungen von diesen Super-Pixeln verwendet werden. In der Ausführungsform von 5 wird jedoch das Super-Pixel C4 in neue Super-Pixels in einer anderen Weise gruppiert. In diesem Fall werden Super-Pixels Cm4 und Cn4i gebildet. Auf diese Weise ist es möglich, die Meßinformation auch von Pixels Cm4j zu verwenden. Da keine Fehler in den Super-Pixels A5–E5 vorliegen, werden sie auf eine normale Weise gebinnt und gelesen.
  • 6 stellt ein Flußdiagramm 600 eines Beispiels für ein Verfahren gemäß der Erfindung dar. Dieses Verfahren stimmt mit der in 4 gezeigten Binning-Lösung überein. In dem Verfahren von 6 werden Orte von fehlerhaften Pixeln als erstes in Phase 610 ermittelt. Ein vorläufiger Binning-Faktor X·Y wird danach für die folgende Messung ermittelt, 615. Hier bedeutet X die horizontale Länge und bedeutet Y die vertikale Länge des vorläufigen Super-Pixels in Anzahl von Pixeln. Die CCD-Einheit wird dann der Strahlung ausgesetzt, 620. In der folgenden Phase 625 werden Ladungen in dem parallelen Register um X Schritte in Richtung auf das serielle Register geschoben. Nach der Schiebung um X Schritte werden Ladungen einer Spalte von Super-Pixeln in dem seriellen Register gesammelt.
  • Das Auslesen des seriellen Registers beginnt mit Schieben der Ladungen in dem seriellen Register um einen Schritt in Phase 630. Auf der Grundlage der Orte der fehlerhaften Pixels wird danach überprüft, ob der Wert der Ladung in dem Ausgabeknoten aufgrund der Wirkung eines fehlerhaften Pixels 635 gestört ist. Wenn dieser Wert gestört ist, dann wird der Wert durch Löschen des Ausgabeknotens nicht beachtet, Phase 655. Es ist auch möglich, daß die gestörte Ladung damit und möglicherweise gemessen wird, aber nicht für die Meßberechnung der Strahlungsintensität verwendet wird.
  • Wenn der Ladungswert des Ausgabeknotens nicht durch ein fehlerhaftes Pixel gestört ist, dann wird in Phase 640 geprüft, ob die zum Ausgabeknoten geschobenen Ladungen in die letzten Ladungen eines vorläufigen Super-Pixels waren, d.h., ob die Gesamtanzahl von Y Schiebungen in dem seriellen Register zum Schieben der Ladungen des vorläufigen Super-Pixels in den Ausgabeknoten durchgeführt worden ist. Falls ja, werden die Ladungen des Ausgabeknotens gesammelt und wird der Ladungswert gelesen, 650. Wenn Ladungen eines ganzen Super-Pixels nicht in den Ausgabeknoten in Phase 640 geschoben worden ist, dann wird überprüft, ob die nächsten Daten in dem Schieberegister aufgrund eines fehlerhaften Pixels gestört sind. Falls ja, werden die Ladungen des Ausgabeknotens gesammelt und wird der Ladungswert gelesen, 650. Wenn die nächsten Daten in dem seriellen Register nicht gestört sind, werden die Ladungen in dem seriellen Register wieder um einen Schritt in Richtung auf den Ausgabeknoten geschoben, Phase 630.
  • Nach Sammeln oder Löschen der Ladungen von dem Ausgabeknoten in Phase 650 oder 655 wird überprüft, ob alle Probendaten von dem seriellen Register gesammelt sind, 660. Falls nicht, werden die Ladungen des seriellen Registers wieder um einen Schritt in Richtung auf den Ausgabeknoten in Phase 630 geschoben. Wenn alle Probendaten von dem seriellen Register gesammelt sind, dann wird in Phase 670 überprüft, ob alle Probendaten von dem parallelen Register gesammelt sind. Falls nicht, werden die Ladungen des parallelen Registers wieder um X Schritte geschoben, Phase 625. Wenn alle Ladungen von dem parallelen Register auf dieser Stufe gesammelt sind, ist die Messung abgeschlossen. Wenn eine neue Messung durchgeführt wird, ist es nicht notwendig, die Orte von Fehlerhaften wieder zu ermitteln, da sich die Ortsinformation nicht ändert, solange die CCD-Einheit nicht ausgewechselt wird. So kann die nächste Messung durch Ermittlung des vorläufigen Binning-Faktors gestartet werden, 615, oder, falls sich der Binning-Faktor nicht geändert hat, kann die Messung durch Durchführung einer neuen Belichtung gestartet werden, 620.
  • In dem Verfahren von 6 wird der Ladungswert des Ausgabeknotens gelesen, wenn Ladungen mit gestörtem Wert in den Ladungspool des seriellen Registers eintreten, der sich am dichtesten zum Ausgabeknoten befindet. Auf diese Weise ist es möglich, die Ausgabeknotenladungen von Super-Pixeln mit geringerer Größe zu sammeln, wobei die Super-Pixels keine gestörten Ladungen enthalten. In der Ausführungsform von 6 werden jedoch nicht alle Pixels verwendet, die ohne Störung gelesen werden könnten. In der Ausführungsform von 7 werden alle derartigen Pixels in der Messung verwendet.
  • 7 stellt ein Flußdiagramm 700 eines Beispiels für ein Verfahren gemäß der Erfindung dar. Dieses Verfahren stimmt mit der in 5 gezeigten Binning-Lösung überein. Auch in dem Verfahren von 7 werden Orte von fehlerhaften Pixeln als erstes in Phase 710 ermittelt. Ein vorläufiger Binning-Faktor X·Y wird danach für die folgende Messung ermittelt, 715. Wie in der vorangehenden Figur bedeutet X die horizontale Länge und bedeutet Y die vertikale Länge des vorläufigen Super-Pixels in Anzahl von Pixeln. Danach wird die CCD-Einheit Strahlung ausgesetzt, 720.
  • In der folgenden Phase 725 werden Ladungen in dem parallelen Register um einen Schritt in Richtung auf das serielle Register geschoben. Nach der Schiebung um einen Schritt wird überprüft, ob die in das serielle Register geschobenen Ladungen die letzten Ladungen eines vorläufigen Super-Pixels waren, d. h. ob die insgesamt X Schiebungen in dem parallelen Register zum Schieben der Ladungen des vorläufigen Super-Pixels in das serielle Register durchgeführt sind, 727. Falls ja, wird das serielle Register zum Auslesen in Gang gesetzt, 730. Falls die zum seriellen Register geschobene Pixel-Spalte nicht die letzte von Super-Pixeln war, wird dann ferner überprüft, ob Ladungen eines fehlerhaften Pixels in der Pixel-Spalte vorhanden sind, die sich am dichtesten zum seriellen Register befindet, 729. Falls ja, wird das serielle Register für das Auslesen in Gang gesetzt, 730. Wenn keine Ladungen von einem fehlerhaften Pixel in der ersten Spalte vorhanden sind, dann werden Ladungen des parallelen Registers wieder um einen Schritt in Richtung auf das serielle Register geschoben, 725.
  • Das Auslesen des seriellen Registers beginnt mit Schieben der Ladungen in dem seriellen Register um einen Schritt in Phase 730. Auf der Grundlage der Orte der fehlerhaften Pixel wird danach überprüft, ob der Wert der Ladung in dem Ausgabeknoten aufgrund der Wirkung eines fehlerhaften Pixels gestört ist, 735. Wenn dieser Wert gestört ist, dann wird der Wert durch Löschen des Ausgabeknotens nicht beachtet, Phase 755. Es ist auch möglich, daß die gestörte Ladung gesammelt und möglicherweise gemessen wird, aber nicht für die Meßberechnung der Strahlungsintensität verwendet wird.
  • Wenn der Ladungswert des Ausgabeknotens nicht durch ein fehlerhaftes Pixel gestört ist, dann wird in Phase 740 überprüft, ob die zum Ausgabeknoten geschobenen Ladungen die letzte Ladung eines vorläufigen Super-Pixels waren, d. h., ob die gesamten Y Schiebungen in dem seriellen Register zum Schieben der Ladungen des vorläufigen Super-Pixels in den Ausgabeknoten durchgeführt worden sind. Falls ja, werden die Ladungen des Ausgabeknotens gesammelt und wird der Ladungswert gelesen, 750. Wenn Ladungen eines gesamten Super-Pixels nicht in den Ausgabeknoten in Phase 740 geschoben worden sind, dann wird überprüft, ob die nächsten Daten in dem Schieberegister aufgrund eines fehlerhaften Pixels gestört sind. Falls ja, werden die Ladungen des Ausgabeknotens gesammelt und wird der Ladungswert gelesen, 750. Wenn die nächsten Daten in dem seriellen Register nicht gestört sind, werden die Ladungen in dem seriellen Register wieder um einen Schritt in Richtung auf den Ausgabeknoten geschoben, Phase 730.
  • Nach Sammeln oder Beseitigen der Ladungen von dem Ausgabeknoten in Phase 750 oder 755 wird überprüft, ob alle Probendaten aus dem seriellen Register gesammelt worden sind, 760. Falls nicht, werden die Ladungen des seriellen Registers wieder um einen Schritt in Richtung auf den Ausgabeknoten in Phase 730 geschoben. Wenn alle Probendaten aus dem seriellen Register gesammelt sind, dann wird in Phase 770 überprüft, ob alle Probendaten aus dem parallelen Register gesammelt sind. Falls nicht, werden die Ladungen des parallelen Registers wieder um einen Schritt geschoben, Phase 725. Wenn alle Ladungen aus dem parallelen Register auf dieser Stufe gesammelt sind, ist die Messung abgeschlossen. Wenn eine neue Messung durchgeführt wird, ist es nicht notwendig, die Orte der Fehlerhaften wieder zu ermitteln, da sich die Ortsinformation nicht ändert, solange die CCD-Einheit nicht ausgewechselt wird. Somit kann die Ermittlung des vorläufigen Binning-Faktors, 715, die nächste Messung starten, oder wenn der Binning-Faktor nicht geändert worden ist, kann die Messung durch Durchführung einer neuen Belichtung gestartet werden, 720.
  • In dem Verfahren von 7 beeinträchtigen die Orte von fehlerhaften Pixels sowohl das horizontale als auch das vertikale Auslesen der Pixels. Somit ist es möglich, Ladungen von Gruppen von Pixeln zu sammeln und zu messen, die genau all diejenigen Pixels enthalten, die ohne Störung gelesen werden können. Diese Ausführungsform erfordert jedoch eine CCD-Einheit mit einer Möglichkeit zur Durchführung von komplexeren Steuerungen in dem Ausleseprozeß.
  • Man sollte beachten, daß es zusätzlich zu den beschriebenen Ausführungsformen möglich ist, zahlreiche Arten zur Bildung von Super-Pixeln innerhalb der erfinderischen Idee anzuwenden. Zum Beispiel ist es nicht notwendig, eine Einschränkung auf einen vorläufigen Binning-Faktor vorzunehmen, sondern ist es auch möglich, Super-Pixels mit variableren Größen zu erzeugen. Zum Beispiel wäre es unter Bezugnahme auf 4 auch möglich, Super-Pixels A(1 + 2i) – E(1 + 2i) mit Größen von 8 × 10 zu erzeugen.
  • Bei Implementierung der erfinderischen Anordnung kann eine gewöhnliche CCD-Einheit verwendet werden, außer daß der Ausleseprozeß gemäß dem oben beschriebenen erfinderischen Prinzip gestaltet ist. Es sollte auch erwähnt werden, daß das „Schieberegister" der CCD-Einheit separat vom parallelen Register sein kann oder eine Spalte am Rand des parallelen Registers auch als ein Schieberegister fungieren kann, da die Ladungen des parallelen Registers gewöhnlich in sowohl horizontalen als auch vertikalen Richtungen geschoben werden können. Es ist somit auch möglich, die CCD-Pixel-Matrix in Funktionsblöcke aufzuteilen, indem mehrere Spalten der Pixel-Matrix als ein serielles Ausleseschieberegister fungieren, wobei jedes Schieberegister einen separaten Ausgabeladungspool aufweist. Auf diese Weise kann die Effizienz des Ausleseprozesses erhöht werden.
  • Die Steuerung des Meßprozesses in einer Abbildungsvorrichtung findet in einer Anordnung mit Verarbeitungskapazität in der Form eines Mikroprozessors bzw. von Mikroprozessoren und Speicher in Form von Speicherschaltungen statt. Derartige Anordnungen sind als solches anhand der Technologie von CCD-Bauelementen und zugehörigen Einrichtungen bekannt. Zur Umwandlung einer bekannten Meßvorrichtung in ein Gerät gemäß der Erfindung ist es notwendig, in dem Speichermittel einen Satz von maschinenlesbaren Befehlen zu speichern, die den bzw. die Mikroprozessoren) anweisen, die oben beschriebenen Operationen durchzuführen. Das Zusammensetzen und Speichern von derartigen Befehlen in einem Speicher ist mit bekannter Technologie verbunden, die, in Kombination mit den Lehren dieser Patentanmeldung, innerhalb der Fähigkeit eines Fachmanns auf dem Gebiet liegt. Die Anordnung gemäß der Erfindung enthält auch Verarbeitungsmittel zur Verarbeitung und Berechnung von Meßergebnissen und Speichermittel zur Speicherung der anfänglichen Meßwerte, Zwischenberechnungsergebnisse und endgültigen Meßergebnisse. Die oben beschriebenen Funktionen können mit separaten oder einzelnen/integrierten Verarbeitungsmitteln und Speichermitteln implementiert werden. Die Verarbeitungsmittel und Speichermittel können in der Speichereinheit 130 und/oder Computereinheit 140 enthalten sein.
  • Ferner enthält eine Anordnung gemäß der Erfindung ein Mittel zur Steuerung der Schiebung der Ladungen in die Ladungspools der CCD-Einheit. Außerdem bringen diese Mittel bekannte Technologie mit sich, die, bei Steuerung gemäß den Lehren der vorliegenden Patentanmeldung, innerhalb der Fähigkeiten eines Fachmanns auf dem Gebiet liegt. Diese Mittel können in der CCD-Einheit 120 und/oder in der Steuereinheit 130 enthalten sein.
  • Oben ist eine Ausführungsform der Lösung gemäß der Erfindung beschrieben worden. Das Prinzip gemäß der Erfindung kann natürlich innerhalb des Rahmens des durch die Ansprüche definierten Schutzbereiches zum Beispiel durch Modifikation der Details der Implementierung und Verwendungsbereiche modifiziert werden.
  • Speziell ist zu erwähnen, daß die Erfindung auf keine Weise auf die Anwendungen zur Messung von Probenstrahlung beschränkt ist, sondern in vielen anderen Anwendungen ebenfalls verwendet werden kann. Die Erfindung kann zum Beispiel in irgendeinem CCD-Abbildungsgerät verwendet werden, wo es vorteilhaft ist, das Signal-Rausch-Verhältnis mit Binning zu verbessern. Somit kann optimale Intensitätsinformation innerhalb des abgebildeten Gebiets erzielt werden.
  • Auf dem Gebiet von photometrischen Probenmessungen ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Anwendungen beschränkt, bei denen Probenanregung verwendet wird, sondern kann die Erfindung auch in Messungen verwendet werden, die zum Beispiel auf Chemilumineszenz basieren.
  • Mit Ausnahme der Verwendung der Positionen von fehlerhaften Pixeln zur Ermittlung der Super-Pixels ist es zusätzlich möglich, weitere Kriterien zu verwenden. Zum Beispiel ist in der Patentanmeldeschrift EP 1037010 beschrieben, wie Positionen von Details in einem abzubildenden Objekt als Binning-Kriterien verwendet werden.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Messung von Strahlung von einem Objekt mit einem ladungsgekoppelten Bauelement, das eine Matrix aus in Zeilen und Spalten angeordneten Pixeln umfaßt, wobei wenigstens ein Pixel fehlerhaft ist, wobei in dem Verfahren – die Strahlung Ladungen in den Ladungspools der Pixels (620, 720) erzeugt, – Ladungen von einer Spalte der Pixels in ein serielles Register (625, 725) geschoben werden, – die Ladungen in einem seriellen Register in einen Ausgabeladungspool (630, 730) geschoben werden, – die Ladung aus dem Ausgabeladungspool (650, 750) gemessen wird und – Ladungen von Gruppen von benachbarten Pixeln in dem Ausgabeladungspool als Super-Pixels (620650, 720750) gemeinsam gesammelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe von Pixeln, deren Ladungen als Super-Pixels gesammelt werden, durch die folgenden Schritte ermittelt werden: – Aufteilen der Pixels in Gruppen von Pixeln, die rechteckige Gebiete mit derselben Größe bilden, – wenn keine Ladung in einer Gruppe von Pixeln in einem rechteckigen Gebiet in dem Ausleseprozeß von einem fehlerhaften Pixel gestört wird, wird genannte Gruppe von Pixeln als ein Super-Pixel gesammelt, – wenn eine Ladung in einer Gruppe von Pixeln in einem rechteckigen Gebiet in dem Ausleseprozeß von einem fehlerhaften Pixel gestört wird, wird wenigstens eine Untergruppe von Pixeln gebildet, in der keine Ladung in der Untergruppe von Pixeln in genanntem rechteckigen Gebiet in dem Ausleseprozeß von einem fehlerhaften Pixel gestört wird, wobei genannte Untergruppe von Pixeln als ein Super-Pixel gesammelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungswert des Ausgabeknotens gelesen wird, wenn Ladungen mit gestörtem Wert in den Ladungspool des seriellen Registers, der sich am nähesten zum Ausgabeknoten (645, 650, 745, 750), befindet, eintreten.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ladungen aus dem seriellen Register zum Ausgabeknoten geschoben werden, wenn Ladung von einem fehlerhaften Pixel in die Pixel-Spalte des parallelen Registers, die sich am nähesten zum seriellen Register (729750) befindet, eintritt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß genannte Ladungswerte des Ausgabeknotens nicht beachtet werden, die durch wenigstens ein fehlerhaftes Pixel (655, 755) gestört sind.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pixels, die gesammelt und gemessen werden, alle Pixels einschließen, deren Ladungen nicht durch fehlerhafte Pixels in dem Ausleseprozeß gestört sind.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ladungsgekoppelte Bauelement gescannt wird und die fehlerhaften Pixels durch genanntes Scannen (610, 710) geortet werden.
  7. Verwendung eines Verfahrens nach Anspruch 1 zur Messung von Strahlung von einer Probe auf einer Well-Platte.
  8. Anordnung zur Messung von Strahlung, umfassend ein ladungsgekoppeltes Bauelement mit einer Matrix aus Ladungspools, die in Zeilen und Spalten von Pixeln angeordnet sind, worin wenigstens eines von genannten Pixeln fehlerhaft ist, wobei die Anordnung ferner umfaßt: – ein serielles Register (420, 520) zum Empfangen von Ladungen von einer Spalte der Pixels eines parallelen Registers, – Ausgabepool (430, 530) zum Empfangen von Ladungen aus dem seriellen Register, – ein Mittel zur Messung der Ladung aus dem Ausgabepool, und – ein Mittel zum Zusammensammeln von Ladungen von Gruppen von benachbarten Pixeln, die Super-Pixels (430, 530) bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung ferner umfaßt: – ein Mittel zum Aufteilen der Pixels in Gruppen von Pixeln, die rechteckige Gebiete mit derselben Größe (A1, A2, ... E5) bilden, – ein Mittel zum Sammeln einer Gruppe von Pixeln als ein Super-Pixel, wenn keine Ladung in genannter Gruppe von Pixeln in einem genannten rechteckigen Gebiet in dem Ausleseprozeß von einem fehlerhaften Pixel gestört wird, und – ein Mittel zum Detektieren, wenn ein Wert von Ladungen in einer Gruppe von Pixeln in einem rechteckigen Gebiet in dem Ausleseprozeß von einem fehlerhaften Pixel (B2– E2, C4–E4) gestört wird, und ein Mittel zur Bildung wenigstens einer Untergruppe von Pixeln (B2i–E2i, B2k–E2k, C4i–E4i), worin keine Ladung in der Untergruppe von Pixeln in genanntem rechteckigen Gebiet in dem Ausleseprozeß von einem fehlerhaften Pixel gestört wird, und ein Mittel zum Sammeln von genannter Untergruppe von Pixeln als ein Super-Pixel.
  9. Anordung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Mittel zum Auslösen des Lesens des Ladungswertes des Ausgabeknotens, wenn Ladungen mit gestörtem Wert in den Ladungspool des seriellen Registers (420, 520) eintreten, der sich am nähesten zum Ausgabeknoten (430, 530) befindet, umfaßt.
  10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Mittel zum Auslösen des Verschiebens der Ladungen aus dem seriellen Register (420, 520) zum Ausgabeknoten (430, 530), wenn Ladung von einem fehlerhaften Pixel in die Pixel-Spalte des parallelen Registers (411, 511) eintritt, die sich am nähesten zum seriellen Register befindet, umfaßt.
  11. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Mittel zum Nichtbeachten von genannten Ladungswerten des Ausgabeknotens, die von wenigstens einem fehlerhaften Pixel gestört werden, umfaßt.
  12. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Mittel zur Veranlassung, daß die Gruppen von Pixeln, die zum Sammeln und Messen ausgewählt sind, alle Pixels enthalten, deren Ladungen nicht von fehlerhaften Pixeln in dem Ausleseprozeß gestört werden, umfaßt.
  13. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Mittel zur Messung von Strahlung von einer Probe auf einer Well-Platte umfaßt.
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