Фотоэлектронный преобразователь Советский патент 1991 года по МПК H04N5/30 

(Л

С

Изобретение относится к технике телевидения и может быть использовано для регистрации случайных импульсных изображений. Цель изобретения - повышение чувствительности и разрешающей способности. Преобразователь содержит фоточувствительный блок синхронизации, блок 9 коммутации, блок 6 запуска, блок 5 записи, датчик 3 помехи и источник 2 излучения. Фотоэлектронный преобразователь позволяет обеспечить режим преобразования изображения, сопровождаемого мощной импульсной помехой, без сбоев и потери информации путем управления фоточувствительным блоком на ФМЗС после прохождения помехи. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

о

3

X

м

X

ОС

Изобретение относится к технике телевидения и может быть использовано в системах регистрации оптических излучений случайных однократных и импульсных изображений на основе фоточувствительной матрицы с зарядной связью (ФМЗС).

Цель изобретения - повышение чувствительности фотоэлектронного преобразователя.

На фиг. 1 представлена структурная схема фотоэлектронного преобразователя; на фиг. 2 - функциональная -схема блока записи сигнала; на фиг. 3 - функциональная схема блока запуска; на фиг. 4 - функциональная схема блока синхронизации; на фиг. 5 - функциональная схема блока коммутации; на фиг. 6 функциональная схема блока формирования фаз; на фиг. 7 - временные диаграммы сигналов.

Фотоэлектронный преобразователь со- держит фоточувствительный блок 1 на фоточувствительной микросхеме с зарядовой связью (ФМЗС), оптически связанный с ис- точником 2 излучения с помехой тр, датчик 3 помехи, блок 4 управления, состоящий из блока 5 записи и блока 6 запуска, блок 7 формирования частот, блок 8 синхронизации, блок коммутации, первый, второй и третий блоки 10-12 формирования фаз. Первый, второй и трзтий входы фоточувст- вительного блока 1 являются входами управления выходным регистром (ВР) ФМЗС; четвертый, пятый и шестой входы фоточувствительного блока 1 являются входами управления секцией памяти (СП) ФМЗС; седьмой, восьмой и девятый входы фоточувствительного блока 1 являются входами управления фоточувствительной секцией накопления (СН) ФМЗС.

На фиг. 7 использованы следующие обозначения: fcrp - частота следования строк; fTi - тактовая частота при выносе заряда ВР; fa - тактовая частота при построчном сдвиге зарядов из секций памяти (СП) и в ВР (fr2 fri); fr3 - тактовая частота для организации ускоренной перезаписи массива зарядов из секции накопления (СН) в СП в режиме электронный затвор (fa ); n - количество фаз для данного типа ФМЗС; М - количество строк изобра- жения, формируемого ФМЗС,

Фотоэлектронный преобразователь на ФМЗС работает следующим образом.

Блок 7 формирования частот вырабатывает на своих выходах импульсы, синхронизирующие работу преобразователя (фиг, 7а,б,в), изображающие сигналы соответственно на первом, втором и третьем выходах блока 7.

Источник 2 излучения вырабатывает импульс излучения Ф (диаграмм д фиг, 7), сопровождаемый мощной электромагнитной помехой (фиг. 7г). Датчик 3 помехи преобразует энергию помехи в импульс логической единицы на своем выходе (фиг. 7е). По этому импулы.у блок 5 записи (фиг. 2) выставляет на первом выходе потенциал уровня логической единицы (фиг. 7ж), задаваемый на третий вход третьего блока 12 формирования фаз. Под действием данного импульса блок 12 формирования фаз выставляет на своих выходах сигналы, под действием которых ь фоточувст Емтгельной СН фоточувствительного блока 1 происходит сбор зарядов, созданных в СН блока 1 под действием излучения Ф , т.е. фоточувствительный блок 1 переводится в режим накопления заряда, пропорционального подающему излучению Ф. Длительность данного режима ТНак определяет блок 6 запуска (фиг. 3), формирующий задержку запуска блока 8 синхронизации по отношонига к импульсу электромагнитной помехи. Кроме того, по импульсу на первом выходе блока 6 запуска (диаграмма 3 на фиг. 7) блок записи 5, формируя на втором выходе сигнал логической единицы (фиг. 7н), устанавливает второй блок 11 формирования фаз в рабочее состояние, чго исключает возможность накопления до прихода импульса теплового заряда в СП.

При появлении положительного перепада на третьем выходе (фиг. 7к) блока 8 синхронизации на первом выходе блока 8 синхронизации устанавливается уровень логической единицы (фиг. 7л), подтверждающий для блока 9 коммутации режим построчного сдвига и сброса неинформативного заряда, а также блокирующий по вторым входам блоки 5 и 6, в результате чего на первых выходах блоков 5 и 6 потенциал падает до уровня логического нуля (фиг. 7ж и з). При наличии на третьем выходе блока 8 синхронизации потенциала высокого логического уровня (диаграмма к на фиг. 7), на вторых входах блоков 11 и 12 формирования фаз устанавливается сигнал логической единицы, и под действием тактовых импульсов, задаваемых на первые входы блоков 11 и 12 (фиг. 7н) с третьего выход, блока 7 формирование частот (фиг, 7в) через блок 9 коммутации, на выходах блоков 11 и 12 формируется последовательность импульсов, под действием которой осуществляется перенос из СН в СП блока 1 накопленного в СН массива за- рядоа. В количество импульсов, поступающих с второго выхода блока 9 коммутации (фиг. 7н) на второй вход блока 8 синхронизации, подсчитывается первым счетным элементом 13 блока 8 синхронизации. Когда число этих импульсов будет соответствовать переносу всего массива накопленных зарядов, то на выходе первого счетного эле- мента 13 блока 8 появляется сигнал логического нуля (фиг. 7к), запрещающий перенос зарядов из СИ к СП фоточувстеительного блокз 1.

По ле окончания режима перезаписи массива зарядов MS CH в СП происходит режим переноса фогогенерированны.х заря- доэых пакетов из секции памяти на выход фоточувствительного блока 1, С третьего выхода блока 9 на аторой вход второго блока 11 формирования фаз поступают импуль- сь (фиг. 7о) с частотой следования, равной частоте выноса строк из СП блока 1. Под действием каждого такого импульса проис- ходит перекос одной строки фотогенериро- ванных зарядов из СП в ВР. Перенос зарядов из ВР на выход фоточувствительного блока 1 может происходить при задание на второй вход блока 10 потенциала уровня логической единицы с первого выхода блока 9 коммутации, на котором формируется логический сигнал,инзерсный по отношена о к логическому сигналу (фиг. 7о; на третьем выходе блока 9 коммутации. Перенос заря- дов из ВР блока 1 осуществляется под действием импульсов, вырабатываемых первым блоком 10 формирования фаз на своих первом, втором и третьем выходах (диаграммы п, р, с на фиг. 7) синхронно с тактовыми импульсами, частотой следования fn, задаваемыми с первою выхода блока 7 на первый вход блока 10 (фиг. 7а). Затем число выносимых строк подсчитывается третьим счетным элементом 15 (фиг. 4) бло- ка 8 синхронизации. Когда это число станет равным М, состояние счетного элемента 15 изменяется и напряжение на его первом выходе снижается до уровня логического нуля (фиг, 7л). Поступая на третий вход бло- ка 9 данный сигнал логического нуля запрещает прохождение импульсов на второй вход второго блока 11 формирования фаз (фиг. 7о). Поступая на второй вход блока 5 записи, перепад напряжения нз пэрвом вы- ходе блока 8 синхронизации вызывает падение напряжения на втором выходе блока 5 и перевод блока 5 в начальное состояние. Через время Т после окончания режима накопления происходит остановка работы счетного элемента 14 блока 8 синхронизации. Затем преобразователь переходит в начальное состояние и готов к новому циклу преобразования входного излучения. Таким образом мертвое время преобразователя Т определяется интервалом от момента запуска преобразователя по сигналу помехи и до момента окончания выноса фотозарядов из фоточувствительного блока 1 (фиг. 7о).

На диаграмме Т (фиг. 7) показан выходкой сигнал на выходе фоточувствительного блока, соответствующий одному i-му элементу пространственного разложения входного потока излучения матрицей детекторных фо- точугствмтельных элементов фоточувстви- теяЕ-ного блока 1 на ФМЗС. Выходной сигна содержит следующие составляющие: составляющую, определяемую чувствительностью соответствующего детекторного элемента, Vc, составляющую, опре,ц.;/пемую накоплением Tepf-50-генепировймного заряда, V.-i, шу- мооую составляющую, воогч-кающуго при накоплении термогенерированного , УШ1.

Величина тер огензрнрс:-ЗНРОГО заряда От при отсутствии внешней засветки определяется прежде всего тепловым током 1т, интегрируемым единичным фотсчувствм- тельным элементом за время гк. по формуле

-2

От qlTr,-, где { - заряд злбктр-.ч..

в соответс rbi/ -i с различным г-ременем ti меняемся и усредненное отношение сиг- нал/шум ю всему информаи-юкчому полю ФМЗС по формуле

1 & / & ,

где -усредненное значение ье- мчины максимального пакета сигнального: -ииалент:ю- го заряда единичного фоточусствятельного элемента ФМЗС по фоточувстеительнояу полю.

Кроме того, 7Т определяет и значение порога обнаружения ФМЗС, равное (для идеального выходного усилителя п отсутствия потерь заряда при переносе) Q.

Вероятность регистрации пространственного распределения импульсов излучения без сбоя можно рассматривать в первом приближении для предлагаемого м ияместного преобразователей как вероятность появления импульса излучения s момент стадии накопления фотозаряда в блоке ФМЗС при установленных в статический режим секциях ФМЗС и их электронного об- рам/зения Ро Тнгк/ Гк, где гк - время одного кадра,

Погож- .ог.оный эффект устройства заключается в уменьшении вероятности сбоев и потери информации при регистрации импульсных изображений более чем в 4 раза и зависит от типЈ , уменьшении мертвого времени; ..ри.работе как в ждущем, так

и в автоматическом режиме в 1,5-3 раза и повышении пороговой чувствительности. Формула изобретения 1. Фотоэлектронный преобразователь, содержащий фоточувствительный блок с зарядовой связью, первый, второй и третий блоки формирования фаз, блок коммутации, блок синхронизации, блок формирования частот, при этом выходы блоков формирования фаз соединены с соответствующими входами фоточувствительного блока с зарядовой связью первый, второй и третий выходы блока коммутации соединены соответственно с вторым входом первого блока формирования фаз, второй и третий - с первым и вторым входами второго блока формирования фаз, второй выход блока коммутации соединен также с первым входом третьего блока формирования фаз и вторым входом блока синхронизации, первый, второй и третий выходы блока синхронизации соединены соответственно с третьим, четвертым и пятым входами блока коммутации, третий выход блока синхронизации соединен также с вторым входом третьего блока формирования фаз, первый, второй и третий выходы блока формирования частот соединены соответственно с первым входом первого блока формирования фаз, с первыми входами

Фиг. 2

блоков синхронизации и коммутации, третий выход - с вторым входом блока коммутации, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности в него введены датчик помехи и блок управления, при этом третий выход блока формирования частот и первый выход блока синхронизации соединены с первым и вторым входами блока управления, третий вход которого соединен

с выходом датчика помехи, перэый, второй и третий выходы блока управления соединены соответственно с третьим входом третьего блока формирования фаз, третьим сходом второго блока формирования фаз и третьим

входом блока синхронизации.

блока управления, вторые входы блоков запуска и записи объединены и являются вторым входом блока управления, третьи входы блоков запуска и записи объединены и являются третьим входом блока управления, первый и второй выходы блока записи являются первым и вторым выходами блоков управления, первый выход блока запуска соединен с первым входом блока записи и является третьим выходом блока управления.

. J

Г

Фиг. 5

cjufcf LJ я-г

//ntufminiiinllmii шЙйУ JIUMU ,111111111111

Фиг.б