Устройство однократного формирования сигнала изображения

 

Изобретение относится к телевизионной технике и может быть использовано в устройствах телевизионного фотографирования. Достигаемый технический результат - автоматический выбор времени накопления фотоприемника в режиме импульсного экспонирования. Устройство содержит последовательно включенные оптический блок, фоточувствительную матрицу приборов с зарядовой связью (ФМПЗС), состоящую из последовательно связанных зарядовой связью секции накопления, секции хранения и выходного регистра сдвига, синхрогенератор, первый, второй и третий преобразователи уровней (ПУ) и видеоусилитель, а также четвертый ПУ, блок запуска, блок управления и формирования, блок измерения заряда, пиковый детектор, компаратор, импульсный источник света, расположенный перед оптическим блоком и оптически с ним связанный элемент ИЛИ, одновибратор, причем секция накопления ФМПЗС снабжена стоковой областью с затвором. 1 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к телевизионной технике и преимущественно может быть использовано в устройствах телевизионного фотографирования, работающих в режиме импульсного экспонирования и предназначенных для регистрации объектов контроля путем однократного формирования видеосигнала при помощи фоточувствительной матрицы приборов с зарядовой связью (ФМПЗС).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению следует считать устройство однократного формирования сигнала изображения [1], содержащее последовательно включенные оптический блок и ФМПЗС, состоящую из последовательно связанных зарядовой связью фоточувствительной зоны, зоны памяти и выходного регистра сдвига (PC), причем управляющие входы фоточувствительной зоны подключены через преобразователь уровней (ПУ) к соответствующим выходам "фазных сигналов накопления" синхрогенератора, управляющие входы зоны памяти - через ПУ к соответствующим выходам "фазных сигналов хранения" синхрогенератора, управляющие входы PC - через ПУ к соответствующим выходам "фазных сигналов регистра" синхрогенератора, выход "сигнала поэлементного тактирования" которого подключен к первому управляющему входу видеоусилителя, второй управляющий вход которого подключен к выходу "импульсного сигнала фиксации" синхрогенератора, третий управляющий вход видеоусилителя - к выходу "импульсного сигнала гашения" синхрогенератора, четвертый управляющий вход видеоусилителя - к выходу "импульсного сигнала синхронизации приемника" синхрогенератора, управляющий вход которого является входом "задания длительности накопления" устройства, выход "полного телевизионного сигнала" которого является выходом устройства.

Для прототипа предполагается, что ФМПЗС может иметь схемотехническую организацию "строчно-кадровый перенос" (СКП) или "кадровый перенос" (КП) с двух-, трех- или четырехфазным выполнением самого переноса.

Недостатками прототипа являются: - отсутствие автоматического выбора длительности времени накопления фотоприемника в зависимости от входной освещенности; - невозможность работы устройства в режиме импульсного экспонирования фотоприемника, когда его фотомишень подвергается облучению отдельными импульсами (вспышками) освещенности, следующими с определенным периодом, а необходимая экспозиция создается последовательностью этих вспышек.

Задачей настоящего изобретения является разработка устройства однократного формирования сигнала изображения с автоматическим выбором длительности времени накопления фотоприемника в режиме импульсного экспонирования.

Поставленная задача решается тем, что в устройство однократного формирования сигнала изображения, содержащее последовательно включенные оптический блок и трехфазную ФМПЗС, состоящую из последовательно связанных зарядовой связью секции накопления, секции хранения и выходного регистра сдвига (РС), выход которого подключен к информационному входу видеоусилителя, причем первый, второй и третий управляющие входы секции накопления подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам первого преобразователя уровней (ПУ), первый, второй и третий фазные входы которого подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам синхрогенератора, второй и третий управляющие входы секции хранения подключены соответственно ко второму и третьему выходам второго ПУ, второй и третий фазные входы которого подключены соответственно к шестому и седьмому выходам синхрогенератора, первый, второй и третий управляющие входы выходного РС подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам третьего ПУ, первый, второй и третий фазные входы которого подключены соответственно к восьмому, девятому и десятому выходам синхрогенератора, одиннадцатый выход которого подключен к входу "импульсов поэлементного тактирования" видеоусилителя, вход "импульсов фиксации, гашения и синхронизации" которого подключен к двенадцатому выходу синхрогенератора, а выход "полного телевизионного сигнала" видеоусилителя является выходом "видео" устройства, отличающееся тем, что введены четвертый ПУ, блок запуска, блок управления и формирования (БУФ), блок измерения заряда (БИЗ), пиковый детектор, компаратор, импульсный источник света (ИИС), расположенный перед оптическим блоком и оптически с ним связанный, элемент ИЛИ, одновибратор, а секция накопления ФМПЗС дополнительно снабжена стоковой областью с затвором, управляющий вход которого через четвертый ПУ подключен к четвертому выходу синхрогенератора, пятый выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому фазному входу второго ПУ, первый выход которого подключен к первому управляющему входу БУФа, второй управляющий вход которого подключен к инверсному выходу блока запуска, тактовый вход БУФа - к одиннадцатому выходу синхрогенератора, первый выход БУФа - к первому управляющему входу секции хранения ФМПЗС, второй вход БУФа - к управляющему входу БИЗа, третий выход БУФа - к первому управляющему входу синхрогенератора и управляющему входу ИИСа, а четвертый выход БУФа - к установочному входу пикового детектора и второму входу элемента ИЛИ, причем информационный вход БИЗа подключен ко второму управляющему входу секции хранения ФМПЗС, выход БИЗа - к информационному входу пикового детектора, выход которого подключен к информационному входу компаратора, опорный вход которого является входом порогового напряжения, а выход компаратора подключен ко второму установочному входу блока запуска, прямой выход которого подключен к входу одновибратора, выход которого является выходом сигнала "готовность изображения" устройства, при этом четырнадцатый выход синхрогенератора является выходом сигнала "подтверждения изображения" устройства, второй управляющий вход синхрогенератора - входом сигнала "запрос изображения" устройства, а первый установочный вход блока запуска - входом "пуск" устройства.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство однократного формирования сигнала изображения отличается наличием новых блоков, а именно четвертого ПУ, блока запуска, одновибратора, элемента ИЛИ, БУФа, БИЗа, пикового детектора, компаратора, ИИСа, а также стоковой области с затвором в составе секции накопления ФМПЗС.

Совокупность этих отличительных признаков не известна из уровня техники, поэтому заявляемое решение соответствует требованию новизны. Автоматический выбор длительности накопления в предлагаемом изобретении осуществляется путем неразрушающего измерения зарядового рельефа непосредственно на самом фотоприемнике после каждой вспышки входной освещенности и подсчета необходимого количества этих вспышек. Поэтому предлагаемое решение соответствует требованию о наличии изобретательского уровня.

На фиг. 1 изображена структурная схема заявляемого устройства; на фиг. 2-3 - временные диаграммы, поясняющие работу синхрогенератора; на фиг. 4-6 - временные диаграммы, поясняющие работу заявляемого устройства; на фиг. 7 - структурная схема БУФа; на фиг. 8, 8a - электрическая схема одного из возможных вариантов реализации счетчика импульсов (в составе БУФа); на фиг. 9 - электрическая схема одного из возможных вариантов выполнения БИЗа; на фиг. 10 - электрическая схема одного из возможных вариантов реализации генератора пилообразного напряжения (в составе БУФа); на фиг. 11 - временная диаграмма, поясняющая работу генератора пилообразного напряжения; на фиг. 12 - фрагмент поперечного сечения секции накопления ФМПЗС, иллюстрирующий физические процессы на фотомишени при закрытом затворе стоковой области (а) и при открытом затворе (б).

Устройство однократного формирования сигнала изображения (фиг. 1) содержит последовательно включенные и оптически связанные ИИС 14, оптический блок 1 и ФМПЗС в поз. 2, состоящую из последовательно связанных зарядовой связью секции 2-1 накопления со стоковой областью и затвором, секции 2-2 хранения и выходного РС 2-3; синхрогенератор 3, первый ПУ 4, второй ПУ 5, третий ПУ 7, четвертый ПУ 6, видеоусилитель 8, блок 9 запуска, БУФ 10, БИЗ 11, пиковый детектор 12, элемент ИЛИ 13, компаратор 15 и одновибратор 16, при этом первый, второй и третий управляющие входы секции 2-1 накопления подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам первого преобразователя уровней (ПУ) 4, первый, второй и третий фазные входы которого подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам синхрогенератора 3, четвертый выход которого через ПУ 6 подключен к затвору стоковой области секции 2-1; первый управляющий вход секции 2-2 хранения подключен к первому выходу БУФ 10, второй выход которого подключен к управляющему входу БИЗ 11, третий выход БУФ 10 - к первому управляющему входу синхрогенератора 3 и управляющему входу ИИС 14, четвертый выход БУФ 10 - к установочному входу пикового детектора 12 и второму входу элемента ИЛИ 13, первый управляющий вход БУФ 10 - к первому выходу ПУ 5, второй управляющий вход БУФ 10 - к инверсному выходу блока 10 запуска, а тактовый вход БУФ 10 - к одиннадцатому выходу синхрогенератора 3, который дополнительно подключен к входу "импульсов попеременного тактирования" видеоусилителя 8, вход "импульсов фиксации, гашения и синхронизации" которого подключен к двенадцатому выходу синхрогенератора 3, шестой и седьмой выходы которого подключены соответственно ко второму и третьему фазным входам ПУ 5, первый фазный вход которого подключен ключен к выходу элемента ИЛИ 13, первый вход которого подключен к пятому выходу синхрогенератора 3, восьмой, девятый и десятый выходы которого подключены соответственно к первому, второму и третьему фазным входам ПУ 7, первый, второй и третий выходы которого подключены соответственно к первому, второму и третьему управляющим входам выходного РС 2-3, выход которого подключен к информационному входу видеоусилителя 8, причем информационный вход БИЗ 11 подключен ко второму управляющему входу секции 2-2 хранения и соответственно ко второму выходу ПУ 5, третий выход которого подключен к третьему управляющему входу секции 2-2 хранения ФМПЗС, а выход БИЗ 11 подключен к информационному входу пикового детектора 12, выход которого подключен к информационному входу компаратора 15, опорный вход которого является входом порогового напряжения, а выход компаратора 15 подключен ко второму установочному входу блока 9 запуска, прямой выход которого подключен к входу одновибратора 16, выход которого является выходом сигнала "готовность изображения" устройства, при этом четырнадцатый выход синхрогенератора 3 является выходом сигнала "подтверждения изображения" устройства, второй управляющий вход синхрогенератора 3 - входом сигнала "запрос изображения" устройства, первый установочный вход блока 9 запуска - входом "пуск" устройства, а выход "полного телевизионного сигнала" видеоусилителя 8 - выходом "видео" устройства.

ФМПЗС 2 в заявляемом решении имеет организацию КП с трехфазным выполнением зарядового переноса. Однако по сравнению с прототипом ее особенностью является введение в состав фотомишени стоковой области с затвором. Затвор стоковой области является "электронным затвором" фотоприемника. Его работа иллюстрируется фиг. 12. Если на затворе GA присутствует низкий (относительно подложки) потенциал, он закрыт, а потенциальные ямы под фазными электродами секции 2 изолированы от стоковой области за счет этого барьерного смещения. При этом на самой фотомишени идет процесс накопления зарядовых носителей (фотоэлектронов), как показано на фиг. 12а.

Когда на затвор GA подается высокий потенциал, то потенциальный барьер снимается, затвор открывается, а в секции 2-1 исключается процесс накопления фотоэлектронов (см. фиг. 12б). Это объясняется тем, что носители, не задерживаясь в потенциальных ямах под фазными электродами, устремляются в более глубокие ямы, создаваемые потенциалом DA в стоковой области, а далее рекомбинируют в подложку фотоприемника.

Примером такой ФМПЗС является отечественный прибор ФППЗ-134М с числом элементов 520 х 580 и каналом n-типа, разработанный в 1995 г. многопрофильным предприятием "Элсис" (г. Санкт-Петербург) по техническому заданию заявителя настоящего решения.

Синхрогенератор 3 может быть выполнен с использованием микросхемы КНС14АП24, разработанной также менее года назад в АОЗТ "Элми" (г. Санкт-Петербург). В соответствии с техническим описанием [2] эта микросхема в режиме фотозатвора (MONOSHOT) вырабатывает сигналы, показанные на фиг. 2-3, которые выполнены в едином масштабе по оси времени.

Если на первом управляющем входе микросхемы в момент t₀ устанавливается низкий логический уровень (см. фиг. 2а), то обеспечивается установка низкого уровня сигнала на первом и третьем выходах микросхем (см. соответственно фиг. 2в,д) и высокого уровня на ее втором выходе (см. фиг. 2г).

Одновременно и на четвертом выходе микросхемы (синхрогенератора 3) устанавливается низкий уровень (см. фиг. 2б). Отметим, что установка низкого уровня на первом управляющем входе микросхемы не вызывает изменений в сигналах, формируемых синхрогенератором на пятом, шестом и седьмом выходах (см. соответственно фиг. 2е,ж,з).

Предположим, что в момент t₁ на первом управляющем входе синхрогенератора устанавливается высокий логический уровень (см. фиг. 2а). Тогда начиная с этого момента на первом, втором и третьем и соответственно на пятом, шестом, седьмом выходах синхрогенератора формируются трехфазные импульсные сигналы кадрового переноса (см. фиг. 2в-д и 2е-з). В интервале кадрового переноса на четвертом выходе синхрогенератора удерживается низкий уровень, а после его окончания в момент t₂ устанавливается высокий логический уровень.

Начиная с момента t₂ на пятом и седьмом выходах синхрогенератора формируется низкий уровень, а на шестом выходе - высокий уровень. Одновременно на тринадцатом выходе синхрогенератора (см. фиг. 3б) в сигнале "готовность изображения", предназначенном для работы пользователем в диалоговом режиме, формируется низкий логический уровень. Пусть в момент t₃ на втором управляющем входе синхрогенератора по сигналу пользователя "запрос изображения" (см. фиг. 3в) устанавливается низкий логический уровень. Когда низкий уровень в сигнале "запрос изображения" совпадает с окончанием ближайшего кадрового гасящего импульса (см. фиг. 3а), синхрогенератор на четырнадцатом выходе в сигнале "подтверждение изображения" в интервале (t₄-t₅) формирует высокий логический уровень (см. фиг. 3г).

Необходимо отметить, что выходные сигналы синхрогенератора с восьмого, девятого, десятого, одиннадцатого и двенадцатого выходов (здесь не показаны) не зависят от логического уровня сигнала на первом управляющем входе и полностью совпадают с сигналами по этим выходам для микросхемы, работающей в известном телевизионном режиме.

ПУ 6 предназначен для формирования из входного сигнала с четвертого выхода синхрогенератора 3 выходного импульса, подаваемого на затвор стоковой области ФМПЗС. Особенностью ПУ 6 применительно к отечественному фотоприемнику ФППЗ-134М является отрицательная величина (относительно подложки) низкого уровня в выходном импульсе. Необходимое схемное решение такого ПУ можно найти в [3].

БУФ 10 предназначен для получения следующих сигналов: - сигналa управления первой фазой секции 2-2 хранения (первый выход); - сигнала управления БИЗ 11 (второй выход); - сигнала управления ИИС 14 (третий выход); - сигнала обнуления пикового детектора 12 (четвертый выход).

При этом на первый управляющий вход БУФ 10 подаются импульсы с первого выхода ПУ 5, на второй управляющий вход - импульс с инверсного выхода блока 9 запуска, а на тактовый вход - импульсы поэлементного тактирования с одиннадцатого выхода синхрогенератора 3.

БУФ 10 содержит (фиг. 7) последовательно включенные делитель 17 частоты и счетчик 18 импульсов, а также генератор 19 пилообразного напряжения, первый коммутатор 20, второй коммутатор 21 и элемент НЕ 22, при этом первый выход счетчика 18 подключен к входу генератора 19, выход которого подключен к информационному входу коммутатора 21, выход которого объединен с выходом коммутатора 20 и является первым выходом БУФ 10, причем информационный вход коммутатора 20 является первым управляющим входом БУФ 10, разрешающий вход счетчика 18 - вторым управляющим входом БУФ 10, вход делителя 17 частоты - тактовым входом БУФ 10, второй выход счетчика 18 - вторым выходом БУФ 10, третий выход счетчика 18 - третьим выходом БУФ 10, четвертый выход счетчика 18 - четвертым выходом БУФ 10, при этом пятый выход счетчика 18 подключен к управляющему входу коммутатора 21 и через элемент НЕ 21 - соответственно к управляющему входу коммутатора 20.

БИЗ 11 предназначен для выделения информации о распределении заряда по всей поверхности секции 2-2 хранения ФМПЗС.

Электрическая схема блока 11 (см. фиг. 9) содержит преобразователь "ток-напряжение" на операционном усилителе (ОУ). Так как измерение заряда необходимо выполнять в определенные промежутки времени (см. ниже), то предусматривается коммутация сигнала, подаваемого на инвертирующий вход ОУ, а также коммутация его выходного напряжения. Для коммутации использованы аналоговые ключи на микросхеме DA1 и инверторы цифровых сигналов на микросхеме DD1. Ключи устанавливаются в замкнутое состояние, когда на их управляющих входах присутствует уровень логического "0". Когда на управляющие входы ключей подается логическая "1", они устанавливаются в разомкнутое состояние. Переменным резистором устанавливается квазинуль потенциала на инвертирующем входе ОУ относительно его неинвертирующего входа во время информационного преобразования тока в напряжение.

Пиковый детектор 12 предназначен для запоминания напряжения, пропорционального максимальному уровню зарядового рельефа, который измеряется блоком 2. Перед каждым измерением выполняется обнуление детектора при помощи импульса, подаваемого на установочный вход. Блок 12 может быть выполнен на базе ОУ (см., например, [4], с.233).

Компаратор 15 предназначен для сравнения по уровню информационного сигнала с выхода пикового детектора 12 и порогового напряжения U_n со скачкообразным изменением выходного напряжения в случае, когда информационный сигнал больше U_n.

Генератор 19 пилообразного напряжения может быть выполнен по схеме, приведенной на фиг. 10.

Эмиттерный повторитель на транзисторе УТ1 обеспечивает преобразование входного импульсного сигнала с отсчетом смещений в положительной области (см. фиг. 11а) в импульсный сигнал с отсчетом смещений в отрицательной области (см. фиг. 11б). Непосредственно генератор пилы выполнен на транзисторах УТ2 и УТ3 по известной схеме генератора линейно убывающего напряжения с отрицательной обратной связью (см., например, [5], с.442). Отметим, что пила формируется на выходе блока 19 (см. фиг. 11в) в течение интервала T₂, составляющего некоторую часть от периода следования входных импульсов.

Счетчик 18 импульсов может быть выполнен по схеме, показанной на фиг. 8. На разрешающий вход счетчика 18 подается импульс (см. фиг. 6а) со второго управляющего входа БУФ 10. На счетный вход счетчика 18 поступают импульсы с выхода делителя 17 частоты.

Блок 18 содержит в своем составе два кольцевых счетчика. Первый кольцевой счетчик выполнен на микросхемах К561ИЕ8 (DD1-DD3), К561ЛА7 (DD4), K561ЛH2 (DD5) и К561ТМ2 (DD6). Второй кольцевой счетчик выполнен на той же элементной базе: К561ИЕ8 (DD7-DD9), К561ЛА7 (DD10), К561ЛН2 (DD5) и К561ТМ2 (DD13).

Первый кольцевой счетчик считает с периодом 128 тактов входных счетных импульсов, а второй кольцевой счетчик - с периодом 312 выходных импульсов первого кольцевого счетчика.

Назовем период импульсов, формируемых первым кольцевым счетчиком "условной строкой", а период импульсов второго кольцевого счетчика - "условным кадром". Тогда "условная строка" содержит 128 тактов, а "условный кадр" - 312 "условных строк".

На первом выходе блока 18 формируется импульсная последовательность с периодом "условной строки" (см. фиг. 6д), при этом интервал T₁ занимает 104 такта, а интервал T₂ составляет (128-104)=24 такта.

На втором выходе блока 18 вырабатывается импульсная последовательность с периодом "условного кадра" (см. фиг. 6з), при этом высокий уровень передается в течение последних 24 тактов последней "условной строки" "условного кадра".

На третьем выходе блока 18 формируется импульсная последовательность с периодом "условного кадра" (см. фиг. 4в), при этом низкий уровень передается в течение первых двух тактов "условной строки" "условного кадра".

На пятом выходе блока 18 формируется импульсная последовательность с периодом "условного кадра" (см. фиг. 6в), при этом низкий уровень передается в течение первых двух тактов "условной строки" "условного кадра".

Коммутаторы 20 и 21 могут быть выполнены с использованием аналоговых ключей микросхем серии К590 (см., например, [6], с. 447).

Эти ключи устанавливаются в замкнутое состояние, когда на управляющем входе присутствует низкий уровень сигнала. Если на управляющий вход подаeтся высокий уровень, то ключи устанавливаются в разомкнутое состояние.

Блок 9 запуска может быть выполнен в виде RS-триггера. Первый установочный вход блока 9 является входом "S" триггера, второй установочный вход блока 9 - входом "R" триггера. Отметим, что активным уровнем для установки триггера в состояние "1" и "0" является уровень логической "1" на одном из входов.

Одновибратор 16 представляет собой одноканальный ждущий мультивибратор с регулируемой длительностью выходного импульса и может быть выполнен в виде готовой микросхемы, например К155АГ1, включение которой приведено в [7].

Импульсный источник света ИИС 14 при использовании заявляемого устройства для классического телевизионного фотографирования содержит импульсную лампу и исполнительные элементы для управления ее зажиганием от внешнего импульсного сигнала (см., например, [8], с.69 ).

При использовании заявляемого устройства в промышленной радиационной интроскопии ИИС 14 включает в свой состав импульсный рентгеновский аппарат и монокристаллический экран (см., например, [9], с.18).

Важнейшее достоинство последнего применения состоит в уменьшении лучевой отдачи рентгеновского аппарата и как следствие в уменьшении радиационной дозы, получаемой обслуживающим персоналом за время радиационного контроля.

Оптический блок 1, ПУ4, ПУ5, ПУ7 и видеоусилитель 8 по схемотехническому исполнению не отличаются от соответствующих блоков прототипа. При этом в видеоусилителе 8, как и в аналогичном блоке прототипа, предполагается выполнение обработки видеосигнала с выхода ФМПЗС по методу двойной коррелированной выборки (ДКВ). Формирование необходимых импульсов управления схемой ДКВ производится видеоусилителем по сигналу поэлементного тактирования, поступающего с одиннадцатого выхода синхрогенератора 3.

Устройство однократного формирования сигнала изображения работает следующим образом.

Допустим, что на вход "пуск" устройства в момент t₀ поступает импульс запуска (см. фиг. 4а). Тогда блок 9 запуска переходит в новое состояние, при котором на его прямом выходе устанавливается уровень логической "1", а на его инверсном выходе - уровень логического "0" (см. фиг. 6а).

Появление низкого логического уровня на втором управляющем входе БУФ 10 обеспечивает установку низкого уровня сигнала на разрешающем входе счетчика 18 импульсов. Поэтому начиная с момента t₀ счeтчик 18 ведет подсчeт тактов (периодов) импульсного сигнала на его счeтном входе и формирует на своих выходах импульсные последовательности с периодами "условной строки" и "условного кадра".

На третьем выходе счeтчика 18, а следовательно, и на третьем выходе БУФ 10 формируется импульсная последовательность с периодом "условного кадра" (см. фиг. 4в), в которой низкий логический уровень передается в течение интервале T_н или согласно электрической схеме блока 18 - в течение первых двух тактов первой "условной строки" "условного кадра". Низкий уровень сигнала на управляющем входе ИИС 14 обеспечивает формирование в интервале T_н первой вспышки света, воздействующей через оптический блок 1 на фотомишень 2-1 ФМПЗС.

С другой стороны, появление низкого уровня в интервале T_н на первом управляющем входе cинхрогенератора 3 обеспечивает установку низкого уровня сигнала на первом и третьем его выходах (см. соответственно фиг. 4д,ж) и высокого уровня на его втором выходе (см. фиг. 4г), закрывающий электронный затвор фотомишени. На выходах ПУ 4 входные логические сигналы повторяются. В результате в течение интервала T_н в секции 2-1 ФМПЗС осуществляется накопление фотозарядов от первой вспышки в потенциальных ямах, сформированных под вторыми фазными шинами.

В момент t₁ накопление от первой вспышки заканчивается, а в течение промежутка времени t₁-t₂ (см. фиг. 4) осуществляется перенос накопленных фотозарядов из секции 2-1 в секцию 2-2.

Далее в последующем "условном кадре" эти фотозаряды хранятся под вторыми фазными шинами секции 2-2. В течение первых 104 тактов последней "условной строки" этого "условного кадра" по сигналу с первого выхода БУФ 10 (см. фиг. 5а) высокий уровень прикладывается дополнительно и к первым фазовым электродам секции 2-2. Благодаря этому фотозаряды в секции 2-2 равномерно распределяются в потенциальных ямах, расположенных под первыми и вторыми шинами. Отметим, что в формировании необходимого сигнала на первом выходе БУФ 10 принимают участие блоки 3, 13 и 5.

В течение последних 24 тактов последней "условной строки" этого "условного кадра" высокий уровень в управляющем сигнале первой фазы секции 2-2 (см. фиг. 5а) линейно спадает. Поэтому в каждом элементе секции 2-2 начинается процесс переноса зарядов из потенциальных ям под первыми фазными шинами в потенциальные ямы, расположенными под вторыми фазными шинами. Потенциальные ямы под первыми фазовыми электродами монотонно разрушаются, а в цепи второго электрода секции 2-2 возникает ток, который максимален в первый момент, а затем монотонно спадает. Величина тока в этой внешней цепи является суммой токов в каждом элементе секции 2-2 ФМПЗС.

Таким образом, внешний ток содержит информацию о распределении заряда по всей площади секции 2-2 хранения.

Блок 2 выполняет преобразование "ток-напряжение", причем необходимое информационное преобразование осуществляется в течение интервала измерения. Для этого на управляющий вход блока 2 со второго выхода блока 10 подается необходимый сигнал разрешения (см. фиг. 6з).

Предварительно обнуленный по сигналу с четвертого выхода БУФ 10 (см. фиг. 6б) пиковый детектор 12 запоминает максимальное значение напряжения с выхода блока 2. Поэтому выходное напряжение блока 12 пропорционально текущему уровню потенциального рельефа в секции 2-2 ФМПЗС. В зависимости от интенсивности световой вспышки процесс накопления зарядового рельефа в секции 2-1 ФМПЗС и его неразрушающее измерение в секции 2-2 может происходить в течение единственного интервала "условного кадра" либо в целое число раз дольше при соответствующем увеличении числа световых вспышек.

Допустим, что по истечении некоторого количества вспышек величина напряжения с выхода блока 12 меньше величины порогового напряжения U_n компаратора 15. В этом случае компаратор 15 сохраняет предыдущее состояние, а в секции 2-1 ФМПЗС процесс накопления продолжается еще как минимум один интервал T_н, а затем потенциальный рельеф в секции 2-2, увеличенный за счет последнего накопления фотозарядов, вновь измеряется блоком 12.

Пусть в результате последнего измерения в момент t₃ напряжение с выхода пикового детектора 12 превышает напряжение U_n компаратора 15. Тогда компаратор 15 опрокидывается. На втором управляющем входе БУФ 10 по сигналу с инверсного выхода блока 9 запуска устанавливается высокий уровень сигнала, который, поступая на разрешающий вход счетчика 18 импульсов, прекращает счет в последнем. Остановка счетчика 18 импульсов исключает возможность появления новых световых вспышек от ИИС 14, а секция 2-1 ФМПЗС возвращается к состоянию "ненакопления", т. к. высокий уровень на затворе ее стоковой области (см. фиг.4г) вызывает инжекцию всех зарядов с фотомишени в подложку.

В момент t₃ отрицательный перепад напряжения с прямого выхода блока 9 запуска поступает на вход одновибратора 16, который формирует на выходе устройства сигнал "готовность изображения" (см. фиг. 5г), низкий уровень, в котором сообщает потребителю о возможности получения видеоинформации.

Предположим, что потребитель в момент t₄ посылает на вход устройства сигнал "запрос изображения" (см. фиг. 5д). Когда низкий уровень в сигнале "запрос изображения" совпадает с окончанием ближайшего кадрового гасящего импульса (см. фиг. 4з), заявляемое устройство на четырнадцатом выходе синхрогенератора 3 формирует сигнал "подтверждение изображения" (см. фиг. 5е), производя одновременно в интервале (t₅-t₆) считывание через выходной РС 2-3 фотоприeмника информационного кадра из секции 2-2 хранения. В результате на выходе "видео" устройства формируется электрический сигнал одиночного кадра (см. фиг. 5ж). В предлагаемом устройстве благодаря неразрушающему измерению зарядового рельефа в секции хранения фотоприeмника после каждой вспышки входной освещенности выполняется подсчет необходимого количества вспышек и автоматический выбор длительности накопления ФМПЗС, которые обеспечивают соответствие размаха выходного сигнала критерию максимума отношения сигнал/шум.

В настоящее время все блоки заявляемого устройства освоены или осваиваются отечественной промышленностью, поэтому следует считать предлагаемое изобретение соответствующим требованию о промышленной применимости.

На время подачи заявки предлагаемое устройство разработано на уровне технического предложения по теме "Сплав".

Источники информации 1. Заявка Франции N 2589301 от 28.10.85, Заявитель - фирма 12 S (Франция). Реферат заявки опубликован в бюллетене "Передача изображения, телевидение", выпуск 136, кл. H 04 N, N 12, М., 1987.

2. Микросхема КНС14АП24. Техническое описание ДКГШ 431, 362, 018ТО.

3. Лазовский Л.Ю., Тимофеев В.О., Хвиливицкий А.Т. Схемы управления ПЗС и усиления выходного сигнала. Электронная промышленность, 1982, выпуск 7, с. 69-74.

4. Фолкенберри Л. Применение операционных усилителей и линейных ИИС. Перевод с англ. - М., 1985.

5. Ерофеев Ю.Н. Импульсные устройства. - М.: Высшая школа, 1989.

6. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. Справочник. С.В. Якубовский, Л.И. Ниссельсон и др.- М.: Радио и связь, 1990.

7. Шило В. Л. Популярные цифровые микросхемы.- Челябинск: Металлургия, 1988.

8. Сенилов Г.Н., Радионов Л.В., Ширшов Л.Г. Расчeт и эксплуатация светотехнических импульсных установок и источников питания. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

9. Клюев В.В., Леонов Б.И., Соснин Ф.Р., Гусев Е.А., Кронгауз А.Н. Промышленная ридиационная интроскопия. - М.: Энергоатомиздат, 1985.

Формула изобретения

1. Устройство однократного формирования сигнала изображения, содержащее последовательно включенные оптический блок и трехфазную фоточувствительную матрицу приборов с зарядовой связью (ФМПЗС), состоящую из последовательно связанных зарядовой связью секции накопления, секции хранения и выходного регистра сдвига (РС), выход которого подключен к информационному входу видеоусилителя, причем первый, второй и третий управляющие входы секции накопления подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам первого преобразователя уровней (ПУ), первый, второй и третий фазные входы которого подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам синхрогенератора, второй и третий управляющие входы секции хранения подключены соответственно к второму и третьему выходам второго ПУ, второй и третий фазные входы которого подключены соответственно к шестому и седьмому выходам синхрогенератора, первый, второй и третий управляющие входы выходного РС подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам третьего ПУ, первый, второй и третий фазные входы которого подключены соответственно к восьмому, девятому и десятому выходам синхрогенератора, одиннадцатый выход которого подключен к входу "импульсов поэлементного тактирования" видеоусилителя, вход "импульсов фиксации, гашения и синхронизации" которого подключен к двенадцатому выходу синхрогенератора, а выход "полного телевизионного сигнала" видеоусилителя является выходом "видео" устройства, отличающееся тем, что введены четвертый ПУ, блок запуска, блок управления и формирования (БУФ), блок измерения заряда (БИЗ), пиковый детектор, компаратор, импульсный источник света (ИИС), расположенный перед оптическим блоком и оптически с ним связанный, элемент ИЛИ, одновибратор, а секция накопления ФМПЗС дополнительно снабжена стоковой областью с затвором, управляющий вход которого через четвертый ПУ подключен к четвертому выходу синхрогенератора, пятый выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому фазному входу второго ПУ, первый выход которого подключен к первому управляющему входу БУФа, второй управляющий вход которого подключен к инверсному выходу блока запуска, тактовый вход БУФа - к одиннадцатому выходу синхрогенератора, первый выход БУФа - к первому управляющему входу секции хранения ФМПЗС, второй выход БУФа - к управляющему входу БИЗа, третий выход БУФа - к первому управляющему входу синхрогенератора и управляющему входу ИИСа, а четвертый выход БУФа - к установочному входу пикового детектора и второму входу элемента ИЛИ, причем информационный вход БИЗа подключен к второму управляющему входу секции хранения ФМПЗС, а выход БИЗа - к информационному входу пикового детектора, выход которого подключен к информационному входу компаратора, опорный вход которого является входом порогового напряжения, а выход компаратора подключен к второму установочному входу блока запуска, прямой выход которого подключен к входу одновибратора, выход которого является выходом сигнала "Готовность изображения" устройства, при этом четырнадцатый выход синхрогенератора является выходом сигнала "Подтверждение изображения" устройства, второй управляющий вход синхрогенератора - входом сигнала "Запрос изображения" устройства, второй управляющий вход синхрогенератора - входом сигнала "Запрос изображения" устройства, а первый установочный вход блока запуска - входом "Пуск" устройства.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок управления и формирования (БУФ) содержит последовательно включенные делитель частоты и счетчик импульсов, а также генератор пилообразного напряжения, первый коммутатор, второй коммутатор и элемент НЕ, при этом первый выход счетчика подключен к входу генератора, выход которого подключен к информационному входу второго коммутатора, выход которого объединен с выходом первого коммутатора и является первым выходом БУФа, причем информационный вход первого коммутатора является первым управляющим входом БУФа, разрешающий вход счетчика - вторым управляющим входом БУФа, вход делителя частоты - тактовым входом БУФа, второй выход счетчика - вторым выходом БУФа, третий выход счетчика - третьим выходом БУФа, четвертый выход счетчика - четвертым выходом БУФа, при этом пятый выход счетчика подключен к управляющему входу второго коммутатора и через элемент НЕ - соответственно к управляющему входу первого коммутатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13