DE2460625C2 - Vorrichtung zur elektronischen Bildaufzeichnung - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur elektronischen Bildaufzeichnung mit einer Abtastvorrichtung, die ein Schieberegister enthält, desstn Ausgänge jeweils mit einem Eingang eines UND-Gatters verbunden sind, dessen zweitem Eingang ein *>o Eingangssignal von einem Signalwandler vorgegeben ist, und die mit einem gemeinsamen Meßwiderstand versehen ist.

Für die Aufnahme von schnell veränderlichen Vorgängen, beispielsweise dem Verlauf eines Lichtbogens, der zwischen Elektroden brennt, sowie Aufnahmen von Schlierenanordnungen werden sogenannte Spaltkameras oder auch Trommelkameras verwendet.

Nach der Abbildung des zu untersuchenden Vorganges wird in der Bildebene durch einen Spalt eine Zeile des Bildes herausgeschnitten. Die Weiterverarbeitung dieser Zeile erfolgt dann entweder durch einen Drehspiegel, der das Spaltbild über einen Film schmiert, oder auch durch das Vorbeiziehen einer fotografischen Schicht hinter dem Spalt, beispielsweise mit Hilfe einer mit konstanter Geschwindigkeit laufenden Filmtrommel. Diese Technik liefert eine hohe zeitliche und örtliche Auflösung und außerdem eine gute Intensitätsverteilung über dem Ort und der Zeit Im Zusammenspiel mit anderen Aufzeichnungsverfahren ergeben sich jedoch Zuordnungsschwierigkeiten bezüglich des zeitlichen Verlaufes, beispielsweise bei der Zuordnung zu einem Oszillogramm. Ferner sind die Auf- und Abbauzeiten der Kamera verhältnismäßig groß, und es kann störend empfunden werden, daß die Aufnahmen bei völliger Dunkelheit des Aufnahmeraumes gemacht werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Bildaufzeichnung einer Spaltkamera mit elektronischen Mitteln zu ermöglichen. Außerdem soll die Bildaufzeichnung möglichst unabhängig sein vom Licht in der Umgebung des zu erfassenden Objektes. Die Aufnahmen sollen somit auch bei vollem Tageslicht gemacht werden können. Ferner sollen sieht nur die Ausgangssignale von optoelektronischen, sondern auch von mechanoelektronischen, magnetoelektronischen und ähnlichen Wandlern erfaßt werden können und es soll auch die Verteilung von elektrischen Binärsignalen aufgezeichnet werden können.

Aus der deutschen Auslegeschrift 10 32 787 ist eine Schaltung zum Anwählen vorbestimmter Steuerelemente bekannt, die als Matrix geordnet sind. Die einzelnen Elemente enthalten jeweils einen Transistor, dessen eine Hauptelektrode mit einer Eingangsleitung für analoge Steuersignale verbunden sind ist. Die einzelnen Transistoren werden angewählt, wenn ihre zweite Hauptelektrode und ihre Steuerelektrode von einem elektronischen Kippschalter ein entsprechendes Steuersignal erhalten. Die einzelnen Transistoren übernehmen somit jeweils die Funktion eines UND-Gatters. Die bekannte Schaltung dient zur Entschlüsselung von nach einem binären Code verschlüsselter Zeichen.

Die deutsche Auslegeschrift 12 89 549 betrifft ein elektronisches Bildwandler-System, dessen Steuerelemente als Matrix mit Reihen und Spalten geordnet sind und denen ein gemeinsamer Taktgeber für die Steuersignale zugeordnet ist. Zum Anwählen der Spalten und zur Abfrage der Zeilen ist jeweils ein Schieberegister vorgesehen. Jedes Steuerelement enthält einen Feldeffekttransistor in der Ausführungsform eines MOS-Transistors, dessen Steuerelektrode mit der Signalleitung für die Zeilen und dessen eine Hauptelektrode mit der Signalleitung für die Spalten verbunden ist. Der MOS-Transistor gibt ein analoges Signal an die gemeinsame Ausgangsleitung weiter, wenn ein mit seiner zweiten Hauptelektrode gekoppelter Strahlungsdetektor ein Lichtsignal enthält. Der Zweck der MOS-Transistoren ist die Darstellung einer UND-Funktion, wenn Reihen- und Spaltenkoinzidenz besteht und dadurch eine Abfrage möglich ist. Die gemeinsame Ausgangsleitung enthält einen Lastwiderstand, der ein Intensitätssignal liefert und an dem zur weiteren Verarbeitung beispielsweise eine Bildröhre angeschlossen sein kann. Der Bildwandler kann auch aus integrierten Schaltkreisen bestehen und er kann dann als Festkörperäquivalent einer Vidikonröhre angesehen

werden.

Man kann nun alle Ausgangssignale der UND-Gatter einer gemeinsamen Sammelleitung zuführen und mit diesen Ausgangssignalen die Ladung des Kondensators eines Sägezahngenerators abfragen, de·· mit dem Abfrageimpuls des Schieberegisters synchronisiert ist. Bei hohen Frequenzen der Auspangssignale des Schieberegisters erhält man dann mit den Ausgangssignalen der Vorrichtung ein Abbild des örtlichen und zeitlichen Verlaufs der Strahlung, die auf eiiien Teil der Bildwandler ^rällt.

Ein ähnliches Bild erhält man erfindungsgemäß mit einer etwas einfacheren Vorrichtung mit den Gestaltungsmerkmalen nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Der Meßwiderstand liefert somit ein ortsab- is hängiges Signal. Als Signalwandler sind vorzugsweise optoelektronische Signalwandler, insbesondere Strahlungsdetektoren, vorgesehen, die in Form einer Zeile nebeneinander angeordnet sind.

In einer besonderen Ausführungsform G^r Vorrichtung können mehrere Zeilen in einer größeren Fläche als Matrix angeordnet sein.

Mit Hilfe der Elektronik wird der Signalzustand einer Reihe von Binärsignalen am zweiten Eingang der UND-Gatter laufend abgefragt. Diese Binärsignale können von einem mechanischen, elektronischen oder optischen Schalter, insbesondere Kippschalter, vorgesehen werden. Die Schaltereinstellung entspricht dem Augenblickszustand des Objektes, dessen Bewegungsablauf untersucht werden soll. Falls der als Signalaufnehmer dienende Schalter nicht schon ein digitales Signal liefert, wird sein Ausgangssignal mit Hilfe eines Grenzwertmelders in ein digitales Signal umgeformt.

Jedem einzelnen Binärsignal am Eingang der UND-Gatter ist eine vorbestimmte Stromstärke am Ausgang des betreffenden UND-Gatters zugeordnet. Dieses Ausgangssignal erscheint nur dann, wenn der abgefragte Signalzustand eine der beiden binären Größen hat, die im allgemeinen mit H- und L-Signal bezeichnet werden.

Soll beispielsweise der zeitliche und örtliche Verlauf einer sichtbaren Strahlung vorzugsweise eines Lichtbogens, aufgezeichnet werden, so wird eine Reihe von nebeneinander angeordneten Fotoelementen, Fototransistoren oder auch Fotodioden nach ihrem Beleuchtungszustand abgefragt. Diese Strahlungsdetektoren sind dann äquidistant nebeneinander angeordnet und die vom Ausgang der UND-Gatter angesteuerten Stromquellen werden so eingestellt, daß ihre Stromwerte jeweils um den gleichen Betrag steigen. Sind alle Strahlungsdetektoren beleuchtet, so entsteht beim Durchlauf des Abtast- oder Abfrageimpulses des Schieberegisters eine Treppenkurve als Ausgangssignal. Werden dagegen nur einige Elemente beleuchtet, so erscheinen nur die ihnen zugeordneten Treppenstufen. Wird die Frequenz der Abfrageimpulse genügend groß gewählt, so entsteht auf einem an den Meßwiderstand angeschlossenen Bildschirm eine durchgehende Linie in Höhe der Treppenstufe, solange das zugeordnete Element des Bildwandlers beleuchtet ist. Die Abfrage- £>o frequenz wird je nach der zeitlichen Änderung des strahlenden Objektes etwa zwischen 10 und 1000 kHz gewählt. Wird nun die Strahlung des aufzunehmenden Objektes über ein Linsensystem auf die Fotoelemente abgebildet, so schneklen diese eine Zeile des Bildes heraus. Der Verlauf i'er Strahlung in dieser Zeile wird dann über der Zeit aufgetragen und es entsteht ein Spannungs-ZeitdiagrHmm, das dem Orts-Zeit-Diagramm auf einem TrommelkameraHlm sehr ähnlich ist.

Ein wesentlicher Vorteil der Abbildung mit Hilfe der Treppenkurvenausblendung besteht nun darin, daß mehrere am Schieberegister hintereinanderlaufende Abfrageimpulse verwendet werden können, wenn der zeitliche Abstand der Abfrageimpulse kleiner als die Durchlaufzeit eines Abfrageimpulses ist. Damit erhält man eine höhere zeitliche Auflösung, weil die einzelnen Elemente öfter abgefragt werden. Diesem kann zweckmäßig sein, wenn nur eine geringe Anzahl der Strahlungsdetektoren der Bildwandler beleuchtet werden.

Als Stromquellen mit einstellbarem konstanten Strom, die von den Ausgängen der UND-Gatter angesteuert werden, kann in besonders einfacher Weise ein einstellbarer Widerstand verwendet werden, der in der Ausgangsleitung des UND-Gatters angeordnet ist. Diese Widerstände werden dann so eingestellt, daß die Ströme der benachbarten UND-Gatter jeweils eine Treppenkurve ergeben.

In Verbindung mit einem optoelektronischen Wandler als Signalgeber ist es zweckmäßig, dem Grenzwertmelder noch einen Verstärker vorzuschalten. Die binären Eingangssignale werden dann dem zweiten Eingang der UND-Gatter jeweils über den Verstärker mit seinem Grenzwertmelder vorgegeben. Das Eingangssignal am UND-Gatter wird somit erst nach Überschreiten einer vorzugsweise einstellbaren Schwelle wirksam.

Die binären Eingangssignale können nicht nur von fotoelektrischen Bildwandlern, sondern auch von anderen Wandlern vorgegeben werden. Es kann beispielsweise auch die Verteilung der Strahlung eines Röntgenbildwandler aufgezeichnet werden. Ferner kann der Verlauf eines Magnetfeldes sichtbar gemacht werden.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur elektronischen Bildaufzeichnung nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist. In

Fig.2 ist die Summierung der Ausgangssignale in einem Diagramm dargestellt.

Fig. 3 zeigt die Abbildung des örtlichen und zeitlichen Verlaufs eines zu untersuchenden Lichtstrahlers auf einem Bildschirm. In

Fig.4 ist der Aufbau einer Vorrichtung nach der Erfindung mit den zugeordneten Bildwandlern als integrierter Schaltkreis schematisch veranschaulicht.

Nach F i g. 1 enthält eine Zeile einer Abtastvorrichtung 2 eine größere Anzahl von UND-Gattern, die mit 4 bis 10 bezeichnet sind und deren eine Eingangsleitung jeweils über einen Verstärker 24 bis 30, dem jeweils ein in der Figur nicht dargestellter Grenzwertmelder zugeordnet ist, mit einem Strahlungsdetektor 14 bis 20 verbunden ist. Den Strahlungsdetektoren 14 bis 20 wird die Strahlung einer Strahlungsquelle 22 über eine in der Figur als Linse 23 dargestellte Optik und gegebenenfalls noch eine in der Figur nicht dargestellte zusätzliche Spaltblende zugeführt.

Die Eingangs- und Ausgangssignale der Abtastvorrichtung 2 sind binäre Signale, die zwischen H-Signal mit einem hohen Potential und einem L-Signal mit einem niedrigen Potential wechseln sollen. Das binäre Ausgangssignal der Detektoren 14 bis 20 gelangt erst dann zum Eingang eines der UND-Gatter 4 bis 10, wenn ein vorzugsweise einstellbarer Ansprechwert des entsprechenden Grenzwertmelders überschritten wird.

Eine gemeinsame Steuerleitung, deren Anschlußklemme mit 32 bezeichnet ist, dient zur Einstellung der Empfindlichkeit der Verstärker 24 bis 30 durch die Vorgabe eines Schwellwertes. Der andere Eingang der UND-Gatter 4 bis 10 ist jeweils mit einem Schaltelement 34 bis 40 eines Schieberegisters 33 verbunden, dem ein Impulsgenerator 42 zugeordnet ist, dessen Ausgang 44 einen Schiebeimpuls 45 und dessen Ausgang 46 einen Abfrageimpuls 47 abgeben kann.

Die Ausgangsleitungen der UND-Gatter 4 bis 10 sind jeweils mit einer Stromquelle für einen einstellbaren konstanten Strom verbunden, der vorzugsweise ein steuerbarer Widerstand sein kann. Diese Steuerwiderstände sind in der Figur mit 55 bis 61 bezeichnet. Sie sind mit einer gemeinsamen Ausgangsleitung 63 verbunden, die an einen Meßwiderstand 73 angeschlossen ist, dessen zweites Ende an Null-Potential liegen kann.

Die UND-Gatter 4 bis 10 können vorzugsweise mit Negation versehen und somit als sogenanntes NAND-Gatter ausgeführt sein. Ihre Ausgangstransistoren enthalten dann einen offenen Kollektor, aber keinen Lastwiderstand. In diesem Fall wird der Meßwiderstand 73 nicht gegen Nullpotential, sondern gegen Spannung geschaltet.

Im Diagramm nach Fig.2 ist die Spannung L/73 am Meßwiderstand 73 über der Zeit t aufgetragen. Von den hinter einem Spalt 71 angeordneten Strahlungsdetektoren sollen beim Durchlauf eines Abfrageimpulses 47 beispielsweise die Detektoren 16, 17 und 18 beleuchtet sein. Dann werden von den UND-Gattern 6, 7 und 8 die Meßwiderstände 57, 58 und 59 angesteuert, die so eingestellt sind, daß ihre Ströme jeweils einen Teil einer Treppenkurve bilden. An einem Bildschirm erscheinen somit drei ausgeleuchtete Treppenstufen, die in der Figur 75,77 und 79 bezeichnet sind.

Wären alle Strahlungsdetektoren beleuchtet, die in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind, so würden an einem Bildschirm alle Treppenstufen erscheinen. Erfolgt nun die Abfrage mit genügend hoher Frequenz, die bei der Untersuchung eines Lichtbogens Vorzugsweise 50 000 bis 100 000 Abtastschritte pro Sekunde und mehr betragen kann, so wird die Zeitachse entsprechend verkürzt und es entsteht infolge Überstrahlung ein Gesamtbild aus praktisch unmittelbar nebeneinanderliegenden beleuchteten Treppenstufen. Da jeder Durchlauf des Abfrageimpulses 47 durch das Schieberegister 33 einer Gesamtabfrage aller Detektoren 14 bis 20 entspricht, so benötigt man zu einer Abfrage von beispielsweise 30 Detektoren eine Schieberegisterfrequenz von 3MHz, um eine Bildfrequenz von 100 000 Bildern pro Sekunden zu erreichen.

Nach F i g. 3 verschmelzen die einzelnen Treppenstufen auf einem Leuchtschirm 84 eines Oszillografen zu einer euchtenden Gesamtfläche 86. Mit dem Bild 86 soll beispielsweise die Änderung eines Lichtbogens 88 dargestellt werden, der zwischen Kontakten 90 und 92 gezogen wird, von denen beispielsweise einer fest und der andere beweglich sein kann. Der Lichtbogen 88 st>\] sich beispielsweise durch seine eigenmagnetischeii Kräfte nach oben bewegen, wie es in der Figur durch eo einen Pfeil 94 angedeutet ist. Auf dem Bildschirm 84 erscheint dann auf der Ordinate die Ortsabweichung 1 in mm und auf der Abszisse die Zeit t in msec.

Zur Zeit fr, soll der Lichtbogen 88 am Ort 0 gezündet werden. Die Spannung o_sf, am Lichtbogen 88 baut sich auf. Ein besonderer Vorteil der Vorrichtung zur elektronischen Bildaufzeichnung nach der Erfindung besieht nun darin, daß zugleich auch der Verlauf der Spannung Uss am Lichtbogen 88 und ihre Änderung mit der Zeit t am Bildschirm sichtbar gemacht werden kann. Die unmittelbare Zuordnung der Spannung Uw zur Änderung des Bildes 86 des Lichtbogens kann somit direkt am Bildschirm 84 abgelesen werden. Zur Zeit t_t ist die Spannung Um am Lichtbogen 88 aufgebaut und mit der Bestrahlung wenigstens eines der Detektoren 14 bis 20 nach F i g. 1 erscheinen die beleuchteten Treppenstufen nach F i g. 2, deren Verlauf das Gesamtbild 86 ergibt. Zur Zeit U soll der Lichtbogen 88 erlöschen. Damit verschwindet auch sein Bild 86 auf dem Leuchtschirm 84.

Der Aufbau der Vorrichtung zur elektronischen Bildaufzeichnung nach der Erfindung als integrierter Festkörperschaltkreis nach Fig. 4 zeigt eine Matrix 96 von Strahlungsdetektoren, deren mittlere Zeile beispielsweise von den Detektoren 14 bis 17 nach Fig. 1 gebildet werden soll. Unter der Ebene der Strahlungsdetektoren wird in bekannter Weise jeweils der entsprechende Verstärker mit einem Grenzwertmelder gebildet, von denen in der Figur lediglich der Verstärker 26 schematisch angedeutet ist. Der Verstärker 26 hat eine leitende Verbindung zum UND-Gatter 6. Dem anderen Eingang des UND-Gatters 6 wird das Ausgangssignal des zugeordneten Schaltelements 36 des Schieberegisters zugeführt. Der Ausgang des UND-Gatters 6 ist mit einer einstellbaren Stromquelle 57 verbunden, deren Strom der gemeinsamen Ausgangsleitung zugeführt wird, die beispielsweise als elektrisch leitende Ebene 98 über einer in der Figur nicht dargestellten Grundplatte ausgebildet sein kann. Diese leitende Ebene 98 dient dann als Sammelschiene für die gesamte Abtastvorrichtung.

Im Ausführungsbeispiel nach den F i g. 1 bis 4 ist die Anwendungsmöglichkeit der Vorrichtung zur Untersuchung eines Lichtbogens angenommen. Die Vorrichtung kann aber auch für andere Zwecke verwendet werden, beispielsweise als Service-Gerät zur Fehlersuche in einer elektrischen, insbesondere elektronischen Anlage. Als Eingangssignal können dann ausgewählte Meßpunkte einer elektrischen Anlage oder einer Elektronik, die auf einem Service-Stecker zusammengefaßt sind, abgefragt und auf ihre Richtigkeit überprüft werden. Als Ausgangssignal erhält man dann ein Impuls-Zeitdiagramm in Form eines Linienrasters mit Unterbrechungen. Die Kontrolle erfolgt dann einfach durch Vergleich einer Planfilmschablone, die im einwandfreien Zustand aufgenommen wurde.

Den einzelnen Signalwandler:; kann zweckmäßig noch jeweils eine zusätzliche Stromquelle zugeordnet sein. Diese im Ausführungsbeispiel nicht dargestellten Stromquellen haben dann im Gegensatz zu den Steuerelementen 55 bis 61 alle den gleichen Strom. Diese Stromquellen werden dann gemeinsam oder gruppenweise auf Sammelschienen zur Summation zusammengefaßt. Damit kann die Anzahl der angesprochenen Schalter, beispielsweise die Anzahl der beleuchteten Detektoren nach Fig. 1, erfaßt und getrennt registriert werden. Mit dieser Gestaltung der Vorrichtung kann beispielsweise die sich ändernde Breite des Lichtbogens mit erfaßt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur elektronischen Bildaufzeichnung mit einer Abtastvorrichtung (2), die ein Schieberegister (33) enthält, dessen Ausgänge jeweils mit einem Eingang eines UND-Gatters (4 bis 10) verbunden sind, dessen zweiten Eingang ein Eingangssignal von einem Signalwandler (14 bis 20) vorgegeben ist, und die mit einem gemeinsamen Meßwiderstand (73) versehen ist, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß die Ausgänge der UND-Gatter (4 bis 10) jeweils mit einer getrennten Stromquelle verbunden sind, die in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des zugeordneten UND-Gatters (4 bis 10) dem gemeinsamen Meßwiderstand (73) einen einstellbaren Strom liefern, und daß jedem Signalwandler (14 bis 20) eine vorbestimmte Stromstärke des entsprechenden Steuerelementes (55 bis 61) zugeordnet ist, die dem geometrischen Ort oder dem Abstand des Bildwandlers (14 bis 20 und 24 bis 30) von einem Bezugspunkt proportional ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromquellen Steuerelemente (55 bis 61) vorgesehen sind, die jeweils einen eingeprägten Strom liefern.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß optoelektronische Signalwandler (14 bis 20) vorgesehen sind (F i g. 1).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildwandler (14 bis 20 und 24 bis 30) auf einer Fläche matrizenförmig verteilt sind und zu Zeilen und/oder Spalten gruppenweise zusammengefaßt sind (F i g. 4).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optoelektronischen Signalwandler (14 bis 20) zusammen mit den zugeordneten Verstärkern (24 bis 30), dem Schieberegister (33), den UND-Gattern (4 bis 10) und den Steuerelementen (55 bis 61) so auf einer Grundplatte aufintegriert sind, daß ausgehend von der Grundplatte mit den optoelektronischen Wandlern, eine senkrecht zur Grundplatte aufgebaute Logik entsteht (Fi g. 4).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß den einzelnen Signalwandlern (14 bis 20 und 24 bis 30) jeweils eine zusätzliche Stromquelle mit gleichem Strom zugeordnet ist und daß diese Stromquellen gemeinsam oder gruppenweise auf Sammelschienen zur Sum- so mation zusammengefaßt sind.