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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung von Strahlung
gemäß Anspruch
1.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf eine Anordnung zur Messung von Strahlung
gemäß Anspruch
8.
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Einige
bevorzugte Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
beschrieben.
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Im
folgenden wird die Erfindung detaillierter mittels der beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in denen:
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1 eine
Anordnung für
photometrische Messungen im Stand der Technik darstellt,
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2 Register
einer CCD-Einheit im Stand der Technik darstellt,
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3 eine
Binning-Prozedur im Stand der Technik darstellt,
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4 ein
Beispiel für
eine Binning-Prozedur gemäß der Erfindung
darstellt,
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5 ein
weiteres Beispiel für
eine Binning-Prozedur gemäß der Erfindung
darstellt,
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6 ein
Flußdiagramm
eines Beispiels für ein
Verfahren gemäß der Erfindung
zur Verarbeitung von Strahlungsmeßdaten darstellt,
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7 ein
Flußdiagramm
einer weiteren Ausführungsform
gemäß der Erfindung
zur Verarbeitung von Strahlungsmeßdaten darstellt.
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Die 1–3 wurden
oben bei der Beschreibung des Standes der Technik erläutert. Im
folgenden wird die Erfindung detaillierter unter Bezugnahme auf
die 4–7 beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.