Видеоконтрольное устройство для растрового электронного микроскопа Советский патент 1984 года по МПК H01J37/28 

Изобретение относится к электронно-оптическому приборостроению и может быть использовано в устройствах визуализации изображения растрового электронного микроскопа (РЭМ). В РЭМ видеосигнал формируется за счет взаимодействия электронного пуч ка с исследуемым образцом. При смене образца, режима сканирования и др. может измениться как размах, так и уровень черного видеосигнала. В то же время необходимо, чтобы минимальное значение видеосигнала на модуляторе воспроизводящей изображение электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) было несколько больше напряжения отсечки, а максимальное - приближалось к области насыщения. Ручная регулировка уровня черного и контраста не обеспечивает необходимой точности и oneративности. Известно используемое в телевидении видеоконтрольное устройство (ВКУ с автоматической регулировкой размаха видеосигнала, которое содержит последовательно соединенные первый регулятор (уровня черного) и второй регулятор (уровня белого). Первый регулятор охвачен цепью обратной свя зи, содержащей детектор минимума ве личины видеосигнала, а второй охваче цепью обратной связи, содержащей детектор максимума видеосигнала СИОднако применение такой схемы в устройствах визуализации изображения РЭМ затруднительно. Например, при ис пользовании ее в малокадроном режиме необходимо либо отказаться от анализ экстремумов за полное время кадра, либо смириться с тем, что правильное регулирование начнется не ранее, чем через два кадра после изменения параметров видеосигнала. Задержка правиль ного регулирования вызвана влиянием регулировки уровня черного на уровень белого. Кроме того, в известном устройстве видеосигнал имеет в своем сос таве гасящие импульсы, уровень которых соответствует наиболее темным участкам изображения. В колонне РЭМ электронный луч, во время обратного хода, не гасится и таким образом в сигнале, снимаемом с детектора РЭМ, нет специально выделенных интервалов содержаниях информацию только об уровне черного. Более того, видеосигнал при малом размахе зачастую имеет большую постоянную состав, и ДЛЯ нормализации видеосигнала необходимо иметь различные коэффициенты передачи для постоянной и переменной составляющих. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ВКУ для РЭМ, содержащее предварительный усилитель, соединенный входом с детектором сигнала, а выходом - со входами детекторов максимума и минимума, выходы которых соединены соответственно с первыми входами первого и второго накопителей, соединенных выходами соответственно с первьми входами третьего и четвертого накопителей, генератор разверток, первый выход которого соединен с отклоняющей системой ЭЛТ и через цепь управления увеличением - с отклоняющей системой РЭМ, второй выход соединен со вторыми входами первого и второго накопителей, а третий выход - со вторыми входами третьего и четвертого накопителей, и видеоусилитель, выход которого соединен с управляющим электродом ЭЛТ. Б известном ВКУ с выхода детектора (фотоэлектронного умножителя - ФЭУ) видеосигнал, усиленный предварительным уси/п телем, анализи- руется цепью контраста и уровня черного. В результате этого анализа вырабатываются сигналы для регулировки размаха видеосигнала путем изменения питающего напряжения на ФЭУ и сигнал, управляющий сдвигом видеосигнала, путем воздействия на предварительный, усилитель. Цепь контраста и уровня черного представляет собой два параллельных канала для вьщеления экстремумов видеосигнала, сравнения их с эталонными значениями и хранения значений управляющих сигналов . Каждый канал содержит детектор соответствующего экстремума, первый оперативный накопитель, компаратор, соединенный первым входом через ключ и первый буферный усилитель с выходом первого накопителя и вторым входом - с выходом источника эталонного напряжения. Выход компаратора соединен ее вторым входом дифференциального усилителя, выход которого соединен со вхо;;.ом второго накопителя. Для того, чтобы результат регулирования предьщущего кадра не сказьшался на анализе экстремальных значений видеосигнала последующего кадра, зторой )1аког1итель охначен обрат- ной связью по цепи: второй буферный усилитель, ключ, третий накопитель, первый вход дифференциального усили теля. 1егулирование контраста и уро ня черного в известном устройстве осуществляется на основе анализа параметров видеосигнала предьщущего кадра L21, Регулировка контраста осуществля ется изменением режима датчика (ФЭУ что может выводить его из оптимального режима работы и ухудшать соотн шение сигнал - шум в видеосигнале. Кроме того, известное устройство н может работать с датчиком других ти пов. Охват всей системы обратной связью требует существенного увеличения динамического диапазона всего устройства, а также может вызвать автоколебательные процессы в системе. Известное устройство не обеспечивает необходимой точности регулиро вания во втором кадре после изменения параметров сигнала. Это обусловлено тем, что за время первого кадра выделяет минимальное и максимальное значение видеосигнала. Во втором кадре минимальное значение сигнала оказывается привязанным к уровню чер ного. Коэффициент передачи видеотрак та принимает значение UP . п ,-т- Uwo-n где lig - уровень белого в выходном сигнале; максимальное входное значение видеосигнала за кадр. Максимальное напряжение на выходе видеотракта с учетом регулирования усиления и уровня черного составляетUWVVVKKX JS а относительная погрешность регулирования соответственно 3 . Цщу wa4 }п,ул где - минимальное значение вход ного видеосигнала за кадр При сигнале с малым размахом (мало значение UM,, ) и большим значением постоянной составляющей (велико значение Um,v погрешность регулирования может быть весьма значительной. И только в третьем кадре максимальное значение сигнала на выходе известного устройства может сравняться с уровнем белого. Использование третьего накопителя с обслуживающими его цепями в каждом из детекторов экстремумов для устранения влияния регулирования на анализ экстремумов видеосигнала усложняет устройство и уменьшает его стабильность и точность. Цель изобретения - повьопение точности и скорости автоматического регулирования видеосигнала. . Указанная цель достигается тем, что видеоконтрольное устройство, содержащее предварительный усилитель, соединенный входом с детектором сигнала, а выходом - со входами детекторов максимума и минимума, выходы которых соединены соответственно с первыми входами первого и второго накопителей, соединенных выходами соответственно с первыми входами третьего и четвертого накопителей, генератор разверток, первый выход которого соединен с отклоняющей системой электронно-лучевой трубки и через цепь управления увеличением - с отклоняющей системой микроскопа, второй выход соединен со вторыми входами первого и второго накопителей, а третий выход - со вторыми входами третьего и четвертого накопителей, и видеоусилитель, выход которого соединен с управляющим электродом электроннолучевой трубки, дополнительно содержит первый и второй блоки вычитания и регулируемый передаточный элемент, при этом первый вход первого блока вычитания соединен с вькодом предварительного усилителя, первый вход второго блока вычитания - с выходом четвертого накопителя, вторые входы обоих блоков вычитания соединены с выходом третьего накопителя, а выходы соответственно с первым и вторым входами регулируемого передаточного элемента, выход которого соединен со входом видеоусилителя. На фиг. 1 показана структурная схема ВКУ для РЭМ; на фиг. 2 - временные диаграммы-эпюры на входах и выходах блоков. Устройство содержит детектор 1 сигнала, соединенный с предварительным усилителем 2. Выход усилителя 2 соединен через детектор 3 минимума с первым накопителем 4 через детектор 6 максимума со вторым накопителем 5. Выходы первого и второго нако пителей соединены соответственно с третьим накопителем 7 и четвертым накопителем 8. Выход третьего накопи теля 7 соединен со входами первого блока вычитания 9 и второго блока вычитания 10, выходы которьпх; соедине ны со входами регулируемого передаточного элемента 11. Элемент 11 соединен с видеоусилителем 12, подключе ным к управляющему электроду ЭЛТ 13 Устройство содержит также генератор 14 разверток,-связанный с отклоняющей системой 15 ЭЛТ 13 и через цепь 16 управления увеличением с отклоняю щей системой 17 микроскопа. На временных диаграммах показаны следующие сигналы: 18 - пилообразный сигнал ге нератора 14 разверток; 19 - сигнал начала обратного хода по кадру со второго выхода генератора 14; 20 сигнал конца обратного года по кадру с первого выхода генератора 14; 21 сигнал на выходе предварительного усилителя 2; 22 и 23 - соответственно уровень белого и черного в сигнале на выходе усилителя 2; 24 - сигнал с выхода детектора 6 максимума; 25 - сигнал на выходе детектора 3 ми 26 и 27 - сигналы на выходах соответственно третьего и четвертого накопителей 7 и 8; 28 -.сигнал на выходе первого вычитающего устройства; 29 - сигнал на входе видеоусилителя 12 30 и 31 - уровень белого и соответственно черного в сигнале 29. Устройство работает следующим образом. Генератор 14 разверток вырабатывает пилообразный сигнал 18, управляющий положением луча ЭЛТ 13 с помощью ее отклоняющей системы 15 и, после воздействия на это напряжение цепи 16 управления увеличением, положением луча в колонне РЭМ с помощь отклоняющей системы 17. При этом с первого выхода генератора 14 снимаются сигналы 20 конца, и со второго сигналы 19 начала обратного хода по кадру. В результате взаимодействия электронного луча в колонне РЭМ с об разцом на выходе предварительного усилителя 2 появляется видеосигнал 21. При условиях, что этот сигнал впервые появился в интервале времени О - Т., сдвиг сигнала не осуществляется, а коэффициент передачи регулируемого элемента 11 равен 1 , этот сигнал без изменения поступает на вход видеоусилителя 12 для последующей модуляции луча ЭЛТ 13. В этот же интервал времени с выхода детектора 6 максимума для записи во второй Накопитель 5 поступает сигнал 24, а с выхода детектора 3 минимума для записи в первый накопитель 4 поступает сигнал 25. Таким образом, к концу времени прямого хода кадра в первом 4 и втором 5 накопителях окажутся записанными экстремальные значения видеосигнала за кадр. С приходом в начале обратного хода на третий накопитель 7 и четвертый накопитель 8 сигнала 19 в них переписывается информация из первого 4 и второго 5 накопителей, и на их выходах появляются сигналы 26 и 27. С приходом в конце обратного хода на первый 4 и второй 5 накопители сигналов 20 эти накопители очищаются и готовы к приему информации ci6 экстремумах видеосигнала в следующем кадре. В первом блоке вычитания 9 из видеосигнала 21 вычитается его минимальное значение (сигнал 27), хранящееся в третьем накопителе 7, что приводит к фиксации минимума видеосигнала в интервале 2 на уровне черного (сигнал 28). Во втором блоке вычитания 10 выполняется операция Um(X4 iv;vT т.е. находится размах видеосигнала. Пропорционально этому размаху осуществляется регулирование коэффициента передачи регулируемого передаточного элемента 11, и максимальное значение видеосигнала приводится к уровню белого (сигнал 29). При изменении параметров экстремумов сигнала в третьем кадре (2 Т 3TV) аналогичным образом осуществляется регулирование в интервале 3 четыре накопителя могут быть выполнены емкостными, однако повышения стабильности и точности работы всего устройства первый 4 и второй 5 накопители целесообразно выполнить в виде аналого-цифровых преобразователей, а третий 7 и четвертый 8 накопители - в виде цифровых регистров. Тогда второй блок вычитания 10 также выполняется цифровым, регулируемый передаточный элемент 11 выполняется цифроуправляемым, а между третьим накопителем 7 и первым блоком вычита7 1

ния 9 включается цифро-аналоговый преобразователь.

Предлагаемое устройство по сравнению с известными значительно быстрее обеспечивает требуемую точность регулирования за счет того, что усилие йидеотракта регулируется пропорционально размаху сигнала, а не пропорционально его максимальному значению Устройство может работать с датчиком

059618

любого типа, а при работе с ФЭУ режим последнего может быть подобран оптимальным образом. В целом, рас.смотренное ВКУ является более прос5 тым вследствие менее жестких требований к динамическому диапазону всех узлов анализа и регулирования и исключения дополнительного накопителя с обслуживающими цепями в каждом 10 из каналов анализа экстремумов.

ВИДЕОКОНТРОЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСТРОВОГО ЭЛЕКТРОННОГО МИКРОСКОПА, содержащее предварительный усилитель, соединенный входом с детектором сигнала, а выходом - со входами детекторов максимума и минимума, выходы которых соединены соответс венно с первыми входами первого и второго накопителей, соединенных выходами соответственно с первыми входами третьего и четвертого накопителей, генератор разверток, первый выход которого соединен с отклоняющей системой электронно-лучевой трубки и через цепь управления увеличением - с отклоняющей системой микроскопа, второй выход соединен со вторыми входами первого и второго накопителей, а третий выход - со вторыми входами третьего и четвертого накопителей, и видеоусилитель, выход которого соединен с управляЮ1цим электродом электронно-лучевой трубки, о т л ичающееся тем, что, с целью повышения точности и скорости автоматического регулирования видеосигнала, оно дополнительно содержит первый и второй блоки вычитания и регуг лируемый передаточный элнмент, при этом первый вход первого блока вычи(Л тания соединен с выходом предварительного усилителя, первый вход втос рого блока вычитания - с выходом четвертого накопителя, вторые входы обо§ их блоков вычитания соединены с выходом третьего накопителя, а выходы соответственно - с первым и вторым входами регулируемого передаточного элемента, выход которого соединен со о входом видеоусилителя. СП 00 9д