CS245111B1 - Zapojení lineárního obrazového snímače - Google Patents

Abstract

K obrazovému snímači je zapojen zavádě­ cí obvod pro zavedení stejnosměrné pomocné složky odstraňující chybu, která se zanáší při vyhodnocování promítaného předmětu v důsledku posuvu stejnosměrné ú- rovně obrazového signálu. Zaváděcí obvod je přes spojovací obvod spojen s obnovovacím obvodem pro vytvoření obnovovacího napětí. Toto proměnné napětí postupně narůstá a tím omezí pokles obrazového signálu na počátku obrazového snímače. Snímač je využíván v aplikacích, kde je zapojení používáno pro měření fyzikálních rozměrů předmětů.

Description

Zahojení se týká zapojení lineárního obrazového snímače sestávajícího z řady fotocitlivých polovodičových prvků a pomocných obvodů pro zpracování obrazového signálu.

Obrazový signál, který je akumulován v prostoru fotocitlivých prvků, se přepisuje pomocí ovládacích signálů do pomocných registrů, ze kterých je tento signál postupně vybírán a v sériovém tvaru se přivádí na výstup lineárního obrazového snímače. Funkce lineárního obrazového snímače je popisána v literatuře, a proto není dále uváděna, stejně jako není uvedeno napájení snímače a odpovídající časové průběhy napájecích signálů.

Na základě řady pokusů s lineárním obrazovým snímačem byly zjištěny negativní závislosti, které zhoršují rozlišovací schopnost snímače. V závislosti na počtu osvětlených fotocitlivých elementů se posouvá stejnosměrná úroveň obrazového- signálu. Další negativní vlastnost dosud známých zapojení spočívá v poklesu obrazového signálu na počátku obrazového snímače sériovým převodem v klopných obvodech.

-Tyto negativní závislosti odstraňuje zapojení podle předloženého vynálezu. Jeh-o- podstata spočívá v tom, že k obrazovému výstupu lineárního obrazového snímače je připojen zaváděcí obvod pro zavedení pomocné stejnosměrné složky, jehož jeden výstup je zpětnovazebně připojen k neinvertujícímu vstupu prvního operačního zesilovače ve známém zesilovacím obvodu a jehož výstup je přes spojovací odpor spojen s obnovovacím obvodem pro- vytvoření obnovovacího napětí, jehož výstup je připojen na obnovovací vstup lineárního obrazového snímače.

Výhody zapojení podle vynálezu spočívají v omezení posunu, stejnosměrné složky obrazového signálu a tím v omezení chyby v důsledku posuvu rozhodovací úrovně. Další výhoda spočívá ve zvýšení přesnosti měření a zlepšení tepelné stability, neboť zapojení kompenzuje i teplotní posuv stejnosměrné úrovně obrazového- signálu. Amplituda obrazového signálu je v celém rozsahu konstantní a tím odpadnou chyby v důsledku nestejné amplitudy, zejména na konci vyhodnocení.

Zapojení lineárního obrazového snímače podle vynálezu se týká obvodů pro zpracování výstupního obrazového signálu, v našem případě konkrétně zaváděcího obvodu pro zavedení stejnosměrné pomocné složky a obvodů vytvářejících -obnovovací napětí.

Zapojení elektronických obvodů je na přiložených výkresech na obr. 1 a tomu odpovídající časové průběhy napětí jsou na obr. 2.

K obrazovému výstupu OS lineárního obrazového snímače LS, jak je znázorněno na obr. 1, je připojen zaváděcí ovod 2 pro zavedení pomocné stejnosměrné složky. Jeho jeden výstup je zpětnovazebně připojen k neinvertujícímu vstupu prvního operačního zesilovače ve známém zesilovacím obvodu 1. Druhý výstup u zaváděcího obvodu 2 je přes spojovací odpor R6 spojen s -obnovovacím obvodem 3 pro vytvoření obnovovacího napětí, jehož výstup je připojen na obnovovací vstup O lineárního obrazového snímače LS.

-Vstup U_R -referenčního napětí -obnovovacího obvodu 3 je přes druhý odpor R2 připojen na bázi bipolárního tranzistoru TI, na kterou je přes první odpor Rl, tvořící s druhým odporem R2 dělič, připojen vstup U_N napájecího napětí, který je současně spojen s emitorem bipolárního tranzistoru TI a s napájecím vstupem N lineárního obrazového snímače LS. Výstup druhého operačního zesilovače A2, jehož in-vertující vstup je pomocí spojovacího odporu R6 spojen se zaváděcím obvodem 2, je přes pátý odpor R3 spojen s tranzistorem T2 typu MOS, mezi jehož bázi a 'kolektor je připojen osmý odpor R13 a přes dělič, tvořený třetím a čtvrtým odporem R10 a R13, ke kterému je rovněž připojen kolektor bipolárnfho tranzistoru TI je tranzistor T2 typu MOS spojen s obnovovacím vstupem O lineárního obrazového snímače LS. Druhý operační zesilovač A2 je překlenut integračním kondenzátorem C2 s paralelně připojeným vybíjecím tranzistorem T3 typu MOS, jehož báze je spojena se vstupem U_XB přepisovacího signálu lineárního obrazového snímače LS.

K napájení lineárního obrazového snímače LS jsou zapotřebí impulsní napětí ze svorek U_1A, Uib, U_2A, U_2B a referenční napětí na vstupu U_R určité velikosti a přesně definovaného časového průběhu spolu s napájecím napětím ze vstupu U_N.

-Pomocí rovnoběžného svazku paprsků se promítá rozměr d měřenéh-o kabelu na lineární obrazový snímač LS, který sestává například z 1 728 fotocitlivých elementů, typ CCD 121. Při měření se vyhodnocuje počet zastíněných elementů, který odpovídá měřenému rozměru d. Podle charakteru -optické soustavy lze pochopitelně dosáhnout zvětšení nebo zmenšení promítaného objektu. Výstupní obrazový signál U_os je na obrazovém výstupu OS lineárního obrazového snímače LS, kompenzační napětí U_KS pak na kompenzačním výstupu KS snímače.

Výstupní obrazový signál U_os se zesiluje pomocí operačního zesilovače Al ve známém zesilovacím obvodu í. Zesílený obrazový signál U_0S2 je porovnáván pomocí neznázorněného komparátoru s nastavenou rozhodovací úrovní napětí U_K. V důsledku posuvu stejnosměrné úrovně obrazového signálu se zanáší při vyhodnocování promítaného předmětu chyba. Za účelem odstranění této -chyby se v zapojení podle obr. 1 zavádí do neinvertujícího vstupu prvního operačního zesilovače Al stejnosměrná pomocná složka pomocí zaváděcího obvodu 2, který je tvořen kondenzátorem Cl, diodou

245 ,D a odpory R4 a R5. Jedna strana kondensátoru Cl ije spojena s obrazovým výstupem .ps_:,dineárního obrazového snímače LS, druhá strana, kondenzátoru Cl jeispojena současně s, šestým odporem R4₎ikatodon-diody D, přes sedmý odpor R5 zpětnovazebně s neinvertujícím · vstupem prvního operačního zesilovače. Al zesilovacího obvodu 1 a přes spojovací odpor R6 s neinvertujícím vstupem druhého , operačního . zesilovače A2 obnovovacího obvodu 3. Druhá strana šestého odporu R4 je spojena s anodou diody D a uzemněna.

Funkce zaváděcího obvodu 2 je následující:

Se zmenšujícím se rozměrem d měřeného předmětu se zmenšuje počet neosvětlených fotocitlivých prvků, v důsledku čehož se zvětšuje napětí na kondenzátoru Cl a tím i kladná stejnosměrná složka na neinvertujícím vstupu prvního operačního zesilovače Al. Nárůst kladné stejnosměrné složky působí proti poklesu stejnosměrné úrovně obrazového signálu U_s.

Pro napájení lineárního obrazového snímače LS je výhodné proměnné napětí obnovovacích impulsů, tzn. referenčního napětí na vstupu U_R, a to tak, aby postupně narůstala. Tím se omezí pokles obrazového signálu na počátku obrazového snímače. Počáteční fotocitlivé elementy jsou u lineárních obrazových snímačů LS vyhodnocovány až v poslední fázi, vyprazdňování posuvného· registru, a proto se projeví vliv zbytkových nábojů, které se nepodařilo zcela odčerpat výstupním obvodem.

Tranzistor T2 je tranzistor řízení elektrickým polem a představuje proměnný odpor.

V důsledku tohoto proměnného odporu se mění i velikost napětí, které je přiváděno na obnovovací vstup O lineárního· obrazového snímače LS, a to tak, že při uzavírání tranzistoru T2 toto napětí narůstá. Referenční napětí ze vstupu U_R je přiváděno přes druhý odpor R2 na bázi bipolárního tran11 . _Ί..... , . . 6 izistoru TI-a-déle· pak z děliče,'’ který je tvořen třetím a čtvrtým odporem R10, Rll, na -obnovovací' vstup O ^! Snímače· LS? Ovládací

-tmapětPpr®' tranzistor T2 je přiváděné' z vý- stupů integrátoru-· který je tvořen pomocí druhého Operačního- zesilovače A2. Napětí, • které se· přivádí na invertující vstup druhého- - operačního -zesilovače A2, · je¹ odvozeno od' napětí· odpovídající stejnosměrné úrovni-Obrazového signálu U_s. Iňverťůjíeí vstup je-spojen i se ·: zaváděcím obvodem 2 pro zavedení·-stejnosměrné složky pomocí spojovacího odporu- R6. Integrační napětí U_; na integračním kondenzátoru G2 narůstá do záporné hodnoty, jak je znázorněno na obr. 2, a uzavírá postupně tranzistor řízený . elektrickým polem T2, v důsledku čehož narůstá -amplituda impulsů referenčního napětí U_R‘. Je tedy integrátor řízený stejnosměrnou složkou obrazového signálu U_s. Paralelně k integračnímu kondenzátoru C2 je zapojen vybíjecí tranzistor T3 typu MOS, jehož báze je spojena se vstupem Ú_XB přepisovaného signálu, přičemž tento signál zapíná vybíjecí tranzistor T3 a tím se vybije integrační kondenzátor C2 a obnoví se počáteční stav integrátoru.

Na obr. 2 jsou znázorněny odpovídající časové průběhy napětí v závislosti n-a rozměru d měřeného předmětu, přičemž U_Os je výstupní obrazový signál, U_O82 zesílený výstupní obrazový signál, U_s je stejnosměrná úroveň obrazového signálu, nastavená a daná konstrukcí snímače LS stejně jako· rozhodovací úroveň napětí U_K.

U_KS je kompenzační napětí, ty integrační napětí, U_R je impulsní referenční napětí a U_R‘ referenční napětí upravené obnovovacím obvodem 3. Lineární obrazový snímač je využíván v aplikacích, kde je zapojení používáno pro měření fyzikálních rozměrů předmětů. V aplikacích, kde bylo zapojení funkčně a provozně odzkoušeno, se jedná o· měření příčného rozměru kabelů a vodičů.

PREDMET

1. Zapojení lineárního obrazového snímače sestávající z řady fotocitlivých polovodičových prvků a pomocných obvodů pro zpracování obrazového signálu vyznačené tím, že k obrazovému výstupu (OS) lineárního obrazového snímače (LS) je připojen zaváděcí obvod (2) pro zavedení pomocné stejnosměrné složky, jehož jeden výstup je zpětnovazebně připojen k neinvertujícímu vstupu prvního operačního zesilovače fAl) ve známém zesilovacím obvodu (1) a jehož druhý výstup je přes spojovací odpor (R6) spojen s obnovovacím obvodem (3) pro vytvoření obnovovacího napětí, jehož výstup je připojen na obnovovací vstup (OJ lineárního obrazového· snímače (LS).

Claims (2)

1. 2. Zapojení lineárního obrazového snímače podle bodu 1, vyznačené tím, že zaváděcí obvod (2J pro zavedení pomocné stejno·směrné složky je tvořen kondenzátorem (Cl), jehož jedna strana je spojena s obrazovým výstupem (OS) lineárního obrazového snímače (LS) a druhá strana je spojena současně s šestým odporem (R4), katodou diody (D), přes sedmý odpor (R5) zpětnovazebně s neinvertujícím vstupem prvního operačního zesilovače (Alj známého· zesilovacího obvodu (1) a přes spojovací odpor (R6) s invertujícím vstupem druhého operačního zesilovače (A2J obnovovacího obvodu (3) pro vytvoření obnovovacího na245111 pěti, přičemž druhá strana šestého odporu (R4) je spojena s anodou diody (D) a uzemněna.
2. 3. Zapojení lineárního obrazového snímače podle bodů 1 a 2, vyznačené tím, že vstup (U_R) referenčního napětí je přes druhý odpor (R2) připojen na bázi bipolárního'tranzistoru (TI), na 'kterou je přes první odpor (Rl), tvořící s druhým odporem (R2) dělič, připojen vstup (U_N) napájecího napětí, který je současně spojen s emitorem bipolárního tranzistoru (TI) a napájecím vstupem (N) lineárního obrazového snímače (LS), výstup druhého operačního zesilovače (A2j, jehož invertující vstup je pomocí spojovacího odporu (R6) spojen se zaváděcím ob8 vodem (2), je přes pátý odpor (R3) spojen s tranzistorem (T2) typu MOS, mezi jehož bázi a 'kolektor je připojen osmý odpor (R13) a přes dělič, tvořený třetím a čtvrtým odporem (R10 a Rll), ke kterému je rovněž připojen kolektor bipolárního tranzistoru (TI) je tranzistor (T2) typu MOS spojen s obnovovacím vstupem (O) lineárního obrazového snímače (LS), přičemž druhý operační zesilovač (A2) je překlenut integračním kondenzátorem (C2) s paralelně připojeným vybíjecím tranzistorem (T3) typu MOS, jehož báze je spojena se vstupem (U_BX) přepisového signálu lineárního obrazového snímače (LS).