DE3614616A1

DE3614616A1 - Konditionierapparat fuer detektorsignale

Info

Publication number: DE3614616A1
Application number: DE19863614616
Authority: DE
Inventors: Robert W. Rancho Palos Verdes Calif. Klatt
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1985-05-02
Filing date: 1986-04-30
Publication date: 1986-11-13
Also published as: DE3614616C2; FR2581495B1; US4692618A; FR2581495A1

Description

Die Erfindung betrifft Strahlungs-Abbildungssysteme, insbesondere ein Abbildungssystem, das einen Strahlungsabtaster mit einer Anordnung von Infrarot-Detektoren in Kombination mit signalbeeinflussenden Schaltkreisen verwendet, das wiederum AC-(wechselstrom-) gekoppelte Verstärker enthält, wobei jeder Verstärker mit einer Rückkopplungsschaltung sowie einem Begrenzer versehen ist, der zur Reduktion von Detektor-Spannungsausschlägen von großen Objekten von der Rückkopplungsschaltung betrieben wird, wodurch die Sichtbarkeit von relativ kleinen Objekten in der Umgebung von großen Objekten verbessert wird.

Ein infrarotes Abbildungssystem nach dem Stand der Technik verwendet eine Anordnung von Infrarotdetektoren und Linsen zur Sammlung der von einem Teil der von der Anordnung von Detektoren überwachten Szenerie ausgesandten Strahlung. Gewöhnlich sind die Detektoren entlang einer

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]_ Linie angeordnet und werden in einer Richtung senkrecht zu dieser Linie abgetastet, wobei die Linie von Detektoren die Breite des während eines einzelnen Abtastvorganges überstrichenen Streifens bestimmt.

In einer Anwendung von besonderem Interesse wird die abgebildete Szenerie auf einem Display sichtbar gemacht, in dem die Abtastlinien parallel zu seiner horizontalen Achse liegen, während die Linie der Detektoren parallel

IQ zu einer vertikalen Achse des Displays liegt. Typische Bilder der vorhergehenden Szene würden sowohl Himmel wie Land enthalten. Für die Empfindlichkeit der Infrarotdetektoren stellt der Himmel ein Objekt mit geringerer Temperatur dar als das Land. In einer typischen Szenerie

^g würde auch ein Objekt mit höherer Temperatur, wie z.B.

ein Luftfahrzeug am Himmel und ein Objekt mit geringerer i- Temperatur, wie z.B. ein See oder ein Fluß auf dem Land vorkommen. Gebäude, Straßen, Bäume und andere Dinge können ebenso als weitere Objekte in der Szenerie vorhanden ^sein·

Objekte in den oben beschriebenen Teilen der Szenerie emittieren infrarote Strahlung bei verschiedenen Temperaturen, die charakteristisch für das Objekt als Folge

2g der Sonnenbestrahlung oder als Folge anderer Wärmequellen ist. Jeder der oben genannten Detektoren erzeugt ein elektrisches Signal von variierender Amplitude, die von der Temperatur des Objektes von dem von dem Detektor abgebildeten Teiles der Szenerie abhängt. Die von der

QQ Anordnung von Detektoren erzeugten Signale werden in einzelnen Detektorkanälen verarbeitet und können zur Erzeugung eines Bildes der verschiedenen Objekte in der beobachteten Szenerie an ein Display angelegt werden.

gc Wenn man die vorhergehende Szene betrachtet, so ist der Abtaster oftmals relativ zur Szenerie so ausgerichtet, daß die Abtastlinie parallel zum Horizont liegt. Das Er-

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gebnis ist, daß einzelne, von einander korrespondierenden Detektoren überstrichene Streifen der Szenerie vorherrschend kalt oder vorherrschend warm wären, abhängig davon, ob ein Detektor einen Teil vom Himmel oder einen Teil vom Land abtastet. Ein Streifen, der eine Mehrzahl von Objekten, wie z.B. Gebäude und Laubwerk oder Gebäude und Seen überstreicht, würde eine mittlere Temperatur zwischen der des Himmels und der des Landes anzeigen.

2Q Bei der Konstruktion von infraroten Abbildungssystemen ist es allgemein üblich, AC-Kopplung in jedem der Detektorkanäle zu verwenden. Solche Kopplung kann durch den Gebrauch von kapazitiv verbundenen Verstärkern in jedem Kanal durchgeführt werden. Die AC-Kopplung blockt denje-

₁g nigen Teil eines Detektorsignales ab, der durch Hintergrundstrahlung erzeugt wird und dadurch ein Übersteuern des Verstärkers verhindert. Die Beseitigung von Hintergrundsignalen ist vorteilhaft, weil solche Hintergrundsignale keine brauchbaren Informationen in bezug auf die

2Q ' Umrisse der in der abgebildeten Szenerie liegenden Objekte enthalten. Außerdem erlaubt die Beleuchtung des Hintergrundsignales die Verwendung des vollen Dynamikbereiches des Verstärkers und jedes signalverarbeitenden Schaltkreises, der dem Verstärker folgt, auf das interessierende Objekt.

Ein Problem entsteht dadurch, daß innerhalb des Teiles des Detektorsignales, der wichtige Informationen über das Objekt enthält, große Dynamikbereiche der Signale auf-

QQ treten können. Z.B. würde ein empfangener Abtaststrahl, der an einem steinernen Gebäude entlang läuft, das durch einfallende Sonnenstrahlung erhitzt ist und auf Grasboden steht, ein großes infrarotes Signal erzeugen. Das große infrarote Signal würde von einem Detektor detektiert werden und an einen Kondensator eines kapazitiv gekoppelten Verstärkers angelegt werden. Durch das Anlegen an den Kondensator würde das Signal durch einen Abfall

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entsprechend einem teilweisen Aufladen des Kondensators verzerrt werden, wobei das Aufladen ebenso eine DC-(Gleichstrom) Pegelverschiebung zum Kondensator verursachen würde. Beide Effekte beeinträchtigen die Sichtig barkeit von Liniendetails in dem Objekt, wie z.B. Fenstern in Gebäuden. Es ist somit offensichtlich, daß der Kondensator, trotz seines Nutzens bei der Eliminierung von Hintergrundstrahlung, ebenso ein Problem bei der Sichtbarkeit von feinen Details verursacht, entsprechend ]_q dem teilweisen Aufladen des Kondensators durch große Signale von dem Objekt.

Λ Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Abbildungssystem mit einem Strahlungsabtaster und einem Satz

nc von Detektoren für die Strahlung gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 oder 6 zu schaffen, das die oben erwähniten Probleme löst und andere Vorteile aufweist, sowie einen Satz von einzelnen Verstärkerkanälen, die mit den entsprechenden Detektoren verbunden sind, wobei die Aus-

2Q · gangssignale der Verstärkerkanäle an Schaltkreise zur Extraktion der Abbildungsdaten angelegt werden oder die Abbildung eines durch das Abbildungssystem abgetasteten Objektes erzeugen.

«ε Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 6. Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

„Q Entsprechend der Erfindung enthält jeder Verstärkerkanal einen AC-gekoppelten Verstärker mit signalverarbeitenden Schaltkreisen, welche die Amplitude der von dem entsprechenden Detektor gelieferten Signale begrenzen. Der signalverarbeitende Schaltkreis ist als Rückkopplungszweig

gc zwischen einem Ausgangsanschluß des Verstärkers und einem Ausgangsanschluß des Detektors ausgeführt. Der Rückkopplungszweig enthält eine Diode und legt einen begrenzenden

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Pegel über die Diode zur Begrenzung des Detektorsignales an. Ein in dem Rückkopplungszweig enthaltener Tiefpaßfilter hat zur begrenzenden Eigenschaft der Diode eine solche Frequenzcharakteristik, daß der größte Teil der Energie in einem relativ großen Detektorsignal gedämpft wird, während die mit feinen Objektdetails verbundenen hohen Frequenzanteile den Verstärker passieren. Dadurch erhalten die mit der AC-Kopplung verbundenen Kondensatoren weder eine hohe Ladung von relativ großen Signalen, noch tritt ein übermäßiger Abfall der über die Kondensatoren geleiteten Signale auf. Das Ergebnis ist, daß die Umrisse eines großen Objektes auf einem Display eines Abbildungssystems erkennbar sind, und zusätzlich, daß die mit kleinen Objekten verbundenen feinen Details ebenfalls auf dem Display sichtbar sind, ohne durch das Vorhandensein von relativ großen Signalen überdeckt zu werden. Auf diese Weise ist eine Abbildung im wesentlichen frei von Sättigungseffekten und Nachzieheffekten, die durch große Signale verursacht werden können, wenn keine signalverarbeitenden Schaltkreise gemäß der Erfindung vorhanden sind.

Die Arbeitsweise der Erfindung ist ebenso gut auf Abtaster von akustischen Wellen und Abtaster anderer Bereiche des elektromagnetischen Spektrums anwendbar, so daß es verständlich ist, daß, obwohl eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in bezug auf Infrarotdetektoren beschrieben werden wird, auch eine Anordnung von akustischen Wandlern und akustischen Abbildungssystemen zur Beschreibung der Erfindung verwendet werden könnte.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung " ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform anhand der Zeichnung.

Es zeigt:

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^361461δ

•^ Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Abbildungssystems, das die signalverarbeitenden Schaltkreise der Erfindung in jedem Detektorkanal enthält;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Detektor— Verstärkerkanales mit einem AC-gekoppelten Verstärker und einem Rückkopplungszweig mit einer Diode zur Pegelhaltung des Detektorsignales gemäß der Erfindung? und

Fig. 3 die Kurve des Frequenzverhaltens der Schaltung

von Fig. 2.

Fig. 1 zeigt ein Abbildungssystem 10 mit einer Anordnung ,c von Infrarotdetektoren 12, die die Strahlung einer Szenerie 14 über einen Abtaster 16 zur Erzeugung eines BiI- ;. des der Szenerie 14 auf einem Display 18 empfangen. Als Beispiel zeigt die Szene 14 ein Objekt, das aus einem Gebäude 20 mit Fenstern 22 und einer Umgebung mit Gras 24 -Q · besteht. Die Detektoren 12 werden von einem Träger 26 in ihrer Position gehalten. Der Abtaster 16 enthält einen sich drehenden Spiegel 28, der die Infrarotstrahlung abtastet, die durch gestrichelte Linien 30 von der Szenerie 14 zum Detektor 12 dargestellt sind. Der Abtaster 16 enthält weiterhin eine Linse 32 zur Fokussierung der Strahlung auf den Detektor 12.

Gemäß der Erfindung erzeugt jeder Detektor 12 ein Ausgangssignal als Antwort auf auf ihn einfallende Strah_on lung, wobei das Ausgangssignal über einen Verstärkerschaltkreis 34 an einen Signalprozessor 36 gekoppelt wird. Die Signale jedes einzelnen Detektors 12 werden getrennt von entsprechenden Detektorkanälen verstärkt, von denen jeder einen der oben erwähnten Verstärkerschaltkreise 34 enthält. Jeder Detektor 12 empfängt Daten des Objektes der Szene 14, die über den entsprechenden Verstärkerschaltkreis 34 dem Signalprozessor 3 6 zugeführt

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werden. Der Signalprozessor 36 kann für die Signale von jedem Detektorkanal Filterung und Verstärkungsfaktorsteuerung vornehmen, bevor sie an ein Display 18 angelegt werden. Das Display 18 kann eine Kathodenstrahlröhre (CRT) oder ein anderes Anzeigeelement sein, was für die Darstellung von Daten einer Szenerie in analoger oder digitaler Form geeignet ist.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung enthält jeder Verstär- -^q kerschaltkreis 34 einen Verstärker 38, der über Kondensatoren 40 und 42 zwischen einem Detektor 12 und dem Prozessor 36 AC-gekoppelt ist.. Der Verstärker 38 verstärkt das Detektorsignal, so daß seine Amplitude für die Arbeitsweise der Schaltanordnung des Prozessors 36 geeig-, c net ist. Die Kondensatoren 40 und 42 blocken die mit

Hintergrundstrahlung der Szenerie 14 verbundenen DC-Anteile ab. Weitere Signalbeeinflussung findet durch einen Rückkopplungszweig 44, der zwischen dem Ausgangsanschluß des Kondensators 42 und dem Eingangsanschluß des Konden-2Q ' sators 40 verläuft, statt. Wie nachfolgend mit Bezug auf die Fig. 2 und 3 beschrieben wird, begrenzt der Rückkopplungszweig 44 die Amplitude des relativ großen Signales vom Detektor 12, um zu vermeiden, daß solch ein Signal die Kondensatoren 40 und 42 übersteuert und den Verstärke ker 38 in die Sättigung bringt, wodurch gleichzeitig die Sichtbarkeit von feinen Details in der Szenerie 14 verbessert wird.

Der Rückkopplungszweig 44 enthält eine Diode 46, ein OQ Tiefpaßfilter 48 und einen Differenzverstärker 50. Als Antwort auf ein vom Verstärker 50 abgegebenes und vom Filter 48 gefiltertes Signal dient die Diode 46 zur Pegelhaltung des Detektorsignales auf einem vorbestimmten Wert, der von einer Referenzspannungsquelle 52 gegeben qc ist, die auf die für das Detektorsignal 12 gewünschte Grenze gesetzt werden kann.

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Z.B. würde bezüglich der Arbeitsweise der signalverarbeitenden Funktion des Verstärkerschaltkreises 34 ein relativ großes Signal durch Sonneneinstrahlung auf das Gebäude 20 erzeugt werden. Das Gebäude 20 soll in diesem Fall aus Stein gebaut sein, der sich durch Sonneneinstrahlung erhitzt. Wenn ein empfangener Strahl über das Gebäude 20 geführt wurde, wird ein relativ großes Signal von solchen Detektoren 12 abgegeben, die einen Streifen der Szenerie 14 sehen, der vom Abtaststrahl überstrichen wird.

Im Falle von feinen Details, die durch relativ schwache Signale repräsentiert werden, wird angenommen, daß die Fenster 22 des Gebäudes 20 Strahlung von geringerer Tem-.c peratur aussenden, so daß die von einzelnen Fenstern 22

erzeugten Signale im wesentlichen eine kürzere Zeitdauer ■ aufweisen, als die vom Gebäude 20 als Antwort auf die Abtastung der empfangenen Strahlung durch den Abtaster erzeugten.

Die beiden oben genannten Signale, insbesondere die relativ großen und die relativ kleinen werden vom Detektor 12 an den Verstärker 38 abgegeben. Es wird angenommen, daß sowohl das große als auch das kleine Signal gleich-

2= zeitig vorhanden sind. Das kleine Signal hat einen relativ kleinen Energieinhalt und entsprechend wird der in den Kondensator 40 eingeprägte elektrische Strom nur einen vernachlässigbaren Effekt bei der Erzeugung einer gespeicherten Ladung und einer korrespondierenden DC-

nn Offsetspannung haben.

Jedoch wird im Falle von relativ großen Signalpulsen, die durch Abstrahlung von dem Gebäude 20 verursacht werden, ein relativ hoher Energiebetrag in solchen Signalpulsen g₅ vorhanden sein, die nach Anlegen an den Kondensator 40 eine bedeutende Ladungsmenge und die dazugehörende DC-Offsetspannung am Kondensator 40 verursachen. Solche

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γ Offsetspannungen können um ein Vielfaches größer sein, als die Spannungen von kleinen Signalen und, wenn sie groß genug sind, um den Verstärker 38 in die Sättigung zu bringen, die Sichtbarkeit von Objekten von kleinen Signalen verschlechtern. Es muß auch festgehalten werden, daß jedes Laden des Kondensators 40, genauso wie beim Kondensator 42 ein Abfallen der Pulsform des Signales zur Folge hat, wobei solcher Abfall häufig auch als "voltagedroop" bezeichnet wird.

Zur Vereinfachung der Darstellung des System 10 in Fig. 1 sind nur wenige der Detektoren 12 gezeigt, nichtsdestoweniger werden jedoch in einem typischen Infrarotabbildungssystem wesentlich mehr Detektoren verwendet. Die

,g Abtastung durch den Abtaster 16 wird gewöhnlich in einer horizontalen Ebene durch eine oszillierende oder drehende Bewegung ausgeführt, wie sie durch den Doppelpfeil 54 an einer Drehachse 56 gezeigt ist. Durch die oszillierende Bewegung des Spiegels 28 wird jeweils eine Zeile in eine

„Φ ' Richtung abgetastet, gefolgt von einem Rücklauf in die entgegengesetzte Richtung, der den Spiegel 28 zu seiner Anfangsposition für die nächste Abtastung zurückführt. Die Rücklaufzeit ist sehr kurz, sie nimmt weniger als 10% des Abtastintervalls in Anspruch, so daß sie nur geringen

„c Einfluß auf die Ladung der Kondensatoren 40 und 42 durch große Signale von der Szenerie 14 hat.

Falls erforderlich, kann der Abtaster 16 mit einem bekannten Kippmechanismus (nicht gezeigt) zur Schwenkung

_-. des Spiegels 28 während aufeinanderfolgender Zeilenabtastung versehen werden, um eine verschachtelte Abtastung zu erreichen. Während jedes Abtastzyklusses überstreicht ein Detektor 12 einen Weg, der nahe an einem durch den vorhergehenden Weg überstrichenen Teil der Szenerie

__ liegt. Selbst für den Fall, daß das System 10 auf einem sich bewegenden Fahrzeug montiert ist, ist die Abtastrate genügend hoch, um eine vielfache Wiederholung der abgeta-

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steten Region der Szenerie 14 durch jeden der Detektoren 12 durchzuführen.

In den Fig. 2 und 3 ist zu erkennen, daß ein Detektorsic gnal als Eingangsspannung über die Leitung 58 an einen Verstärkerschaltkreis 34 angelegt wird, und den Verstärkerschaltkreis 34 als Ausgangsspannung über eine Leitung 60 verläßt. Bei dem Aufbau des VerstärkerSchaltkreises kann das Tiefpaßfilter 48 als getrennter Schaltkreis an

,Q den Ausgang des Verstärkers 50 gelegt werden, oder er kann direkt mit der Schaltkreisanordnung des Verstärkers 50, wie in Fig. 2 gezeigt, verbunden werden. Das Filter 48 kann, wenn erforderlich, ein Mehrpolfilter sein, jedoch sind gute Ergebnisse bei der Verwendung eines Ein-

. c polfilters aus einem Serienwiderstand R und einem Parallelkondensator C erzielt worden.

Entsprechend der Lage des Filters 48 innerhalb des Rückkopplungszweiges 44 zeigt die Gesamtspannungs-Übertra- · gungsfunktion der Ausgangsspannung zur Eingangsspannung des Verstärkerschaltkreises 34 zwei ünstetigkeitsstellen in der Frequenzcharakteristik, wie in einem Graph 62 in dem Block des Schaltkreises 34 der Fig. 1 dargestellt ist. Die Ünstetigkeitsstellen befinden sich bei den Frequenzen Fl und F2. Im einzelnen ist zu erkennen, daß die Übertragungsfunktion für niedrige Frequenzen, unterhalb von Fl, relativ klein ist, und auf relativ hohe Werte bei hohen Frequenzen über F2 ansteigt.

_ Bei der Herleitung der im Graph 62 gezeigten Übertrao U

gungsfunktion wird angenommen, daß die Impedanz der Kondensatoren 40 und 42 in dem interessierenden Frequenzbereich genügend gering ist, so daß ihre Kapazität bei der Herleitung vernachlässigt werden kann. Charakteristisch bei der Übertragungsfunktion ist die Tatsache, daß höhere

Frequenzen, die mit feinen Details von Objekten in der Szenerie 14 korrespondieren, betont werden, während Daten

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■ " 36'HB16'

mit geringer Frequenz, die zu relativ großen Energieinhalten von vorhergehenden großen Signalpulsen, die wiederum bei Abtastung des Gebäudes 20 empfangen werden, korrespondieren, gedämpft werden. Beispielsweise werden die Fenster 22 und die Kanten des Gebäudes 20 durch die in dem Graph 62 gezeigte Frequenzcharakteristik betont.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird der Detektor 12 durch einen Widerstand 64 realisiert, der in Serie mit einem

IQ Widerstand 66 zwischen Masse und einer Spannungsquelle Vl verbunden ist. Die auf den Detektor 12 einfallende Strahlung ändert den Widerstandswert des Widerstandes Als Antwort auf die Widerstandsänderung erscheint auf einer Leitung 58 am Eingang zum Verstärkerschaltkreis

■£5 eine Signalspannung.

Die Quelle 52 der Referenzspannung wird aus einem Spannungsteiler mit Widerständen 68 und 70 gebildet, die seriell zwischen Masse und der Spannungsquelle Vl ge-

2Q schaltet sind. Der Schaltkreis 34 enthält weiterhin Widerstände 72, 74 und 7 6 sowie einen Kondensator 78. Der Widerstand 72 schützt den Detektor 26 vor zu hohen Strömen, die durch die Diode 46 fließen, wenn diese die Signalspannung auf der Leitung 58 begrenzt. Der Widerstand

2g 74 liegt zwischen dem positiven Eingangsanschluß des Verstärkers 50 und Masse und wirkt zusammen mit dem Kondensator 78, der den Ausgangsanschluß des Verstärkers mit dem positiven Eingangsanschluß des Verstärkers 50 zur Verbindung der Rückführungsschleife 44 mit dem Verstärker

„η 38 verbindet.

Der Widerstand 76 liegt zur Verbesserung der Kopplung der Signale vom Ausgangsanschluß des Verstärkers 38 an die Leitung 60 zwischen dem Ausgangsanschluß des Kondensators _oc 42 und Masse.

Die Wirkung der Rückkopplungsschleife 44 und der Signal-

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•^ verarbeitung wird durch einen neben dem Verstärker 38 in Fig. 2 gezeigten Graphen 80 dargestellt. Der Graph 80 zeigt zwei Kurven, wobei die obere die über den Kondensator 40 an den Eingangsanschluß des Verstärkers 38 angelegte Eingangsspannung ohne die begrenzende Wirkung der Diode 46 zeigt. Die untere Kurve stellt die entsprechende Spannung mit begrenzender Wirkung der Diode 46 dar.

Die Größe der in dem Graphen 80 gezeigten Spannung wird -,Q im wesentlichen durch die pegelhaltende Wirkung über die Pulsdauer hinweg begrenzt, mit Ausnahme der Anstiegsflanke, wie es in der unteren Kurve gezeigt ist. Die abgeschwächte begrenzende Wirkung entspricht einer Verzögerung in der Ansprechzeit der Rückkopplungsschleife 44, wobei die Verzögerung durch das Tiefpaßfilter 48 verursacht wird. Diese Verzögerung gestattet dem Schaltkreis j? 44, auf Hochfrequenzanteile des Detektorsignales anzusprechen und dadurch feine Details der Szenerie 14 auf dem Display 18 zu zeigen.

Im Betriebszustand hat der Verstärker 38 einen Verstärkungsfaktor A in Vorwärtsrichtung, während der Verstärker 50 in der Rückkopplung einen Verstärkungsfaktor B hat. Für eine Ausgangsspannung des Verstärkers 38, die kleiner

nc ist als die an den negativen Eingangsanschluß des Verstärkers 50 angelegte Grenzspannung der Quelle 52, wird mit der Ausgangsspannung des Verstärkers 50 relativ zur Spannung auf der Leitung 58 eine solche Vorspannung an die Diode 46 angelegt/ daß sie in einem nichtleitenden

_or. Zustand verbleibt. Wenn die Ausgangsspannung des Ver-

stärkers 38 weiter bis zur Grenzspannung ansteigt und diese überschreitet, wird die Diode 46 durch den Verstärker 50 in einen leitenden Zustand versetzt, der den Pegel der Spannung auf der Leitung 58 konstant hält und

„_ so ein weiteres Absinken verhindert. Dies hat die in dem

Graphen 80 beschriebene Änderung der Signalform zur Folge.

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" 36Ή"616"

10 15 20 25 30 35

Bezüglich anderer Ausführungsformen soll erwähnt werden, daß ein Gatter 82, welches gestrichelt angedeutet ist, in der Leitung 60 am Ausgang des Schaltkreises 34 angeordnet und durch ein Signal auf einer Leitung 84 vom Ausgangsanschluß des Verstärkers 50 betrieben werden kann. Beispielsweise kann das Gatter 82 als Feldeffekttransistor (nicht gezeigt) realisiert sein, bei dem der Gateanschluß von dem Signal auf der Leitung 84 angesteuert wird. Der Sinn des Gatters 82 ist es, das Signal auf der Leitung für den Fall kurzzeitig zu unterbrechen, in dem eine
große Stoßspannung im Ausgangssignal des Verstärkers 38 auftritt, wie z.B. der Spitzenwert der unteren Kurve bei der ansteigenden Flanke des Pulses. Dadurch schützt das Gatter 82, für den Fall, daß das Tiefpaßfilter 48 eine hohe Stoßspannung an den Verstärker 38 gelangen läßt und die Leitung 84 ihr Signal vor dem Filter 48 erhält, davor, daß solche Stoßspannungen an weitere signalverarbeitende Schaltkreise, wie z.B. den Signalprozessor 36 gelangen.

Die Arbeitsweise des Systems 10 kann besser mit Bezug auf die folgende mathematische Formel verstanden werden, in der angenommen wird, daß der Vorwärtsverstärkungsfaktor des Verstärkers 38 über einen interessierenden Frequenzbereich konstant A ist und die Rückkopplungsverstärkung des Verstärkers 50 mit dem Filter 48 wie folgt gegeben ist:

B =

RSC

O
A

S + W

B -

(D

wobei die Kreisfrequenz (normalerweise mit dem griechischen Buchstaben Omega bezeichnet) W = 1/RC, S der La-

B
place-Operator und B = Bo/A bei der Frequenz null ist.

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KW&P

Die Ausgangsspannung ist in Abhängigkeit von der Eingangsspannung und der Grenzspannung gegeben:

OUT

-A

1 + AB

ν +

IN

AB

1 + AB

LIMIT

(2)

Wenn man den Ausdruck für B (Gleichung (I)) in Gleichung (2) einsetzt, ergibt sich:

V = -A OUT

W S + B

S + (1 + B ) W

_ ο Β

V +
IN

B W O B

1 + B )W ο Β

LIMIT

Den Anfangswert der Ausgangsspannung erhält man durch Bildung des Grenzwertes:

LIMIT

OUT

= -A V

IN

(4)

Den Endwert der Ausgangsspannung erhält man durch Bildung des Grenzwertes:

LIMIT

OUT

-A	V + IN	B O
1 + B L ο	1 + B — O

LIMIT

(5)

In dem begrenzenden Betriebszustand, in dem eine große Signalkomponente des Detektors 12 die Ausgangsspannung des Verstärkers 38 über die Grenzspannung der Quelle ansteigen läßt, ist die kleine Signalübertragungsfunktion V /V aus dem ersten Term der Gleichung (3) gegeben

OUT IN
und im Graph der Fig. 3 eingezeichnet. Daraus kann man

leicht erkennen, daß die Parameter B und W so gewählt

ο Β

werden, daß eine gewünschte Betonung (Emphasis) der höheren Frequenzkomponenten und eine Dämpfung (De-Emphasis) der niedrigeren Frequenzkomponenten in dem von dem Detektor 12 ausgegebenen Signal erreicht werden kann.

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Es soll noch festgestellt werden, daß die beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung nur erläuternd sind, und daß Modifikationen hiervon durch Fachleute auf diesem Gebiet durchgeführt werden können.

Claims

Patentansprüche

1. Abbildungssystem, gekennzeichnet durch:

Vorrichtung (16) zur Abtastung der Strahlung eines abzubildenden Objektes (14), wobei die Vorrichtung (16) zum Abtasten eine Gruppe von Detektoren (12) für die Strahlung enthält;

eine Gruppe von Verstärkerschaltkreisen (34), die durch AC-Kopplung jeweils mit entsprechenden Detektoren (12) verbunden sind;

an die Verstärkerschaltkreise (34) gekoppelte Vorrichtungen zur Extraktion der Abbildungsdaten, um eine Abbildung des Objektes (14) zu erzeugen; und

Vorrichtung (46) in jedem Verstärkerschaltkreis (34) zur Begrenzung der Amplitude eines Ausgangssignales eines der Detektoren (12) und einen Rückkopplungs-

Postgiroamt München 1360 52-802 (BLZ 700 100 80) · Deutsche Bank AG Freising 93 020 SO (BLZ 700 700 10) Stadtsparkasse Freising 6007 (BLZ 700 510 03) · Dresdner Bank Freising 7 828 500 00 (BLZ 700 800 00)

29.04.1986 KW&P: 1680:16353-02·:* - :~'

zweig (44) zum Betreiben der begrenzenden Vorrichtung (46) zur Begrenzung der Signalamplitude der Detektoren (12) auf einen vorher festgesetzten Grenzwert.

κ

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückkopplungszweig (44) ein Tiefpaßfilter
(48) zur Verzögerung der Arbeitsweise der begrenzenden Vorrichtung (46) um eine genügend lange Zeit enthält, um eine Hochfrequenzkomponente eines Detektor-,Q signales hindurchzulassen, während eine niedrige
Frequenzkomponente des Signales-begrenzt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die begrenzende Vorrichtung (46) eine Diode (46)

•ic im Ausgangskreis des Rückkopplungszweiges (44) aufweist, wobei die Diode (46) mit der Ausgangssignalleitung (58) des Detektors (12) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, 2Q daß jeder der Verstärkerschaltkreise (34) einen Verstärker (38) zur Verstärkung der in Vorwärtsrichtung laufenden Signale enthält, und die Kombination aus
dem Verstärker (38) in Vorwärtsrichtung mit einem
Rückkopplungszweig (44) eine Spannungs-übertragungsfunktion für jeden Verstärkerschaltkreis (34) erzeugt, welche sich dadurch auszeichnet, daß ihre
Frequenzabhängigkeit zwei ünstetigkeitsstellen aufweist.

oQ 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungs-Übertragungsfunktion diejenigen
Frequenzkomponenten eines Detektorsignales verstärkt, die hochfrequent sind und die niederfrequenten Anteile eines Detektorsignales abschwächt.

6. Ein Abtastsystem mit einem Satz von Detektoren zur

Abtastung eines Strahlungobjektes, um ein Bild davon

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3 ·· - 36"HB16

zu erzeugen, mit einem signalverarbeitenden System zur Verbesserung der Wiedergabe von relativ kleinen Elementen des Objektes in Gegenwart von relativ großen Elementen des Objektes, gekennzeichnet durch:

einen Satz von Verstärkerschaltkreisen (34), die durch AC-Kopplung mit den jeweils dazugehörigen Detektoren (12) verbunden sind; und

Vorrichtungen in jedem der Verstärkerschaltkreise (34) zur Begrenzung der Amplitude eines Ausgangssignales der Detektoren (12) und einem Rückkopplungszweig (44) zum Betreiben der begrenzenden Vorrichtung (46) zur Begrenzung der Signalamplitude eines Detektors (12) auf einen vorbestimmten Grenzwert. 15

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verstärkerschaltkreis (34) aufweist:

einen Verstärker (38) zur Verstärkung von in Vorwärtsrichtung geführten Signalen, ein Rückkopplungsverstärker (50), der im Rückkopplungszweig (44) zur Verstärkung von in rückwärtiger Richtung geführten Signalen angeordnet ist, einen Eingangsanschluß des Rückkopplungsverstärkers (44), der mit einem Ausgangsanschluß des Vorwärtsverstärkers (38) verbunden ist, begrenzende Vorrichtung (46), die zwischen einem Ausgangsanschluß des Rückkopplungsverstärkers (50) und der Ausgangssignalleitung (58) eines Detektors (12) geschaltet ist; wobei

der Rückkopplungszweig (44) weiterhin gekennzeichnet ist durch ein Filter (48) mit wenigstens einem Pol zur Erzeugung einer Gesamt-Frequenzcharakteristik über der Spannungs-Übertragungsfunktion in jedem der Verstärkerschaltkreise (34), die hohe Frequenzkomponenten eines Detektorsignales verstärkt und niedrige

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Frequenzkomponenten des Detektorsignales abschwächt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (48) und der Rückkopplungszweig (44) eine Verzögerung in der Arbeitsweise der begrenzenden Vorrichtung (46) bewirkt, um einer ein feines Detail in dem Objekt repräsentierenden Signalkomponente zu erlauben, durch den Vorwärtsverstärker (38) mit wesentlich geringerer Begrenzung zu laufen als der ^q Teil eines Detektorsignales, der eine relative große Komponente des Objektes darstellt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärtsverstärker (38) mit dem dazugehörigen

,c Detektor (12) AC-gekoppelt ist.