DE3614616C2 - - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
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- H04N5/00—Details of television systems
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- H04N23/20—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from infrared radiation only
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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
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
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
würde auch ein Objekt mit höherer Temperatur, wie z. B.
ein Luftfahrzeug am Himmel und ein Objekt mit geringerer
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
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
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.
Wenn man die vorhergehende Szene betrachtet, so ist der
Abtaster oftmals relativ zur Szenerie so ausgerichtet,
daß die Abtastlinie parallel zum Horizont liegt. Das Ergebnis
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.
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 denjenigen
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
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 auftreten
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
entsprechend einem teilweisen Aufladen des Kondensators
verzerrt werden, wobei das Aufladen ebenso eine
DC-(Gleichstrom) Pegelverschiebung zum Kondensator verursachen
würde. Beide Effekte beeinträchtigen die Sichtbarkeit
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
dem teilweisen Aufladen des Kondensators durch große Signale
von dem Objekt.
Aus der US-PS 40 91 414 ist ein System bekannt, das Signale
mit großem NF-Anteil und geringem HF-Anteil in der
Weise verstärkt, daß am Ausgang ein Signal entsteht, in
dem der HF-Anteil verstärkt und der NF-Anteil begrenzt
ist, wenn das Eingangssignal einen NF-Anteil aufweist,
der einen linearen Verstärker in die Sättigung führen
würde. Dazu wird in dem System das von einem Detektor
kommende Signal über einen Kondensator, in voller Größe
auf einen Vorverstärker geführt. Anschließend wird aus
diesem Signal der hochfrequente Anteil herausgefiltert
und über einen Verstärker auf einen Summationsverstärker
geführt. Gleichzeitig wird das ungefilterte vorverstärkte
Signal auf eine andere begrenzende Verstärkerstufe geführt.
Durch eine zweite Herausfilterung des hochfrequenten
Anteils des Signals nach der Verstärkung und
Summation mit dem ersten herausgefilterten Hochfrequenzanteil
bzw. durch die Summation des ersten herausgefilterten
Hochfrequenzanteils und des begrenzten NF-Anteils,
der entsteht, wenn das ungefilterte vorverstärkte Signal
den begrenzenden Verstärker übersteuert und dadurch der
dem Signal überlagerte HF-Anteil der Begrenzung zum Opfer
fällt, erhält man das vorherbeschriebene Ausgangssignal.
Da bei diesem System die volle vom Detektor abgegebene
Signalspannung über den Koppelkondensator auf den Vorverstärker
gelangt, hat man somit den Nachteil einer möglichen
Übersteuerung des Vorverstärkers.
Des weiteren ist aus der DE-OS 22 39 762 eine Begrenzerschaltung
bekannt, bei der ein Vergleicher eine Spannung
auf den Eingang eines linearen Verstärkers rückkoppelt,
wenn die Größe des Ausgangssignals des Verstärkers die
Größe einer Bezugsspannung übersteigt, so daß die rückgekoppelte
Spannung jede weitere Zunahme des Ausgangssignals
des Verstärkers bei einem Anwachsen der Größe eines
dem Eingang des Verstärkers zugeführten Analogsignals
verbindet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Abbildungssystem
mit einem Strahlungsabtaster und einem Satz
von Detektoren für die Strahlung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches zu schaffen, das die oben erwähnten
Probleme löst und andere Vorteile aufweist, sowie
einen Satz von einzelnen Verstärkerkanälen, die mit den
entsprechenden Detektoren verbunden sind, wobei die Ausgangssignale
der Verstärkerkanäle an Schaltkreise zur
Extraktion der Abbildungsdaten angelegt werden oder die
Abbildung eines durch das Abbildungssystem abgetasteten
Objektes erzeugen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden
Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 6. Die Unteransprüche
haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum
Inhalt.
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
zwischen einem Ausgangsanschluß des Verstärkers und einem
Ausgangsanschluß des Detektors ausgeführt. Der Rückkopplungszweig
enthält eine Diode und legt einen begrenzenden
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
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Abbildungssystems, das
die signalverarbeitenden Schaltkreise der Erfindung
in jedem Detektorkanal enthält;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Detektor-
Verstärkerkanals 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
von Infrarotdetektoren 12, die die Strahlung einer Szenerie
14 über einen Abtaster 16 zur Erzeugung eines Bildes
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
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 Strahlung,
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 36 zugeführt
werden. Der Signalprozessor 36 kann für die Signale von
jedem Detektorkanalfilterung 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 Verstärkerschaltkreis
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 geeignet
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 Kondensators
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 Verstärker
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
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
ist, die auf die für das Detektorsignal 12 gewünschte
Grenze gesetzt werden kann.
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 Temperatur
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 16
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 gleichzeitig
vorhanden sind. Das kleine Signal hat einen relativ
kleinen Energiehaushalt 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-
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
vorhanden sein, die nach Anlegen an den Kondensator 40
eine bedeutende Ladungsmenge und die dazugehörende
DC-Offsetspannung am Kondensator 40 verursachen. Solche
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 Systems 10 in Fig. 1
sind nur wenige der Detektoren 12 gezeigt, nichtsdestoweniger
werden jedoch in einem typischen Infrarotabbildungssystem
wesentlich mehr Detektoren verwendet. Die
Abtastung durch den Abtaster 16 wird gewöhnlich in einer
horizontalen Ebene durch eine oszillierende oder drehende
Bewegung ausgeführt, wie sie durch den Doppelpfeill 54 an
einer Drehachse 56 gezeigt ist. Durch die oszillierende
Bewegung des Spiegels 28 wird jeweils eine Zeile in eine
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
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 abgetasteten
Region der Szenerie 14 durch jeden der Detektoren
12 durchzuführen.
In den Fig. 2 und 3 ist zu erkennen, daß ein Detektorsignal
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 34
kann das Tiefpaßfilter 48 als getrennter Schaltkreis an
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 Einpolfilters
aus einem Serienwiderstand R und einem Parallelkondensator
C erzielt worden.
Entsprechend der Lage des Filters 48 innerhalb des Rückkopplungszweiges
44 zeigt die Gesamtspannungs-Übertragungsfunktion
der Ausgangsspannung zur Eingangsspannung
des Verstärkerschaltkreises 34 zwei Unstetigkeitsstellen
in der Frequenzcharakteristik, wie in einem Graph 62 in
dem Block des Schaltkreises 34 der Fig. 1 dargestellt
ist. Die Unstetigkeitsstellen befinden sich bei den Frequenzen
F 1 und F 2. Im einzelnen ist zu erkennen, daß die
Übertragungsfunktion für niedrige Frequenzen, unterhalb
von F 1, relativ klein ist, und auf relativ hohe Werte bei
hohen Frequenzen über F 2 ansteigt.
Bei der Herleitung der im Graph 62 gezeigten Übertragungsfunktion
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
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
Widerstand 66 zwischen Masse und einer Spannungsquelle V 1
verbunden ist. Die auf den Detektor 12 einfallende
Strahlung ändert den Widerstandswert des Widerstandes 64.
Als Antwort auf die Widerstandsänderung erscheint auf
einer Leitung 58 am Eingang zum Verstärkerschaltkreis 34
eine Signalspannung.
Die Quelle 52 der Referenzspannung wird aus einem Spannungsteiler
mit Widerständen 68 und 70 gebildet, die
seriell zwischen Masse und der Spannungsquelle V 1 geschaltet
sind. Der Schaltkreis 34 enthält weiterhin
Widerstände 72, 74 und 76 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
74 liegt zwischen dem positiven Eingangsanschluß des
Verstärkers 50 und Masse und wirkt zusammen mit dem Kondensator
78, der den Ausgangsanschluß des Verstärkers 38
mit dem positiven Eingangsanschluß des Verstärkers 50 zur
Verbindung der Rückführungsschleife 44 mit dem Verstärker
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
42 und Masse.
Die Wirkung der Rückkopplungsschleife 44 und der Signalverarbeitung
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
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
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
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
Zustand verbleibt. Wenn die Ausgangsspannung des Verstärkers
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.
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 60
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:
wobei die Kreisfrequenz (normalerweise mit dem griechischen
Buchstaben Omega bezeichnet) W B = l/RC, S der Laplace-
Operator und B = Bo/A bei der Frequenz null ist.
Die Ausgangsspannung ist in Abhängigkeit von der Eingangsspannung
und der Grenzspannung gegeben:
Wenn man den Ausdruck für B (Gleichung (1)) in Gleichung
(2) einsetzt, ergibt sich:
Den Anfangswert der Ausgangsspannung erhält man durch
Bildung des Grenzwertes:
Den Endwert der Ausgangsspannung erhält man durch Bildung
des Grenzwertes:
In dem begrenzenden Betriebszustand, in dem eine große
Signalkomponente des Detektors 12 die Ausgangsspannung
des Verstärkers 38 über die Grenzspannung der Quelle 52
ansteigen läßt, ist die kleine Signalübertragungsfunktion
V OUT /V IN aus dem ersten Term der Gleichung (3) gegeben
und im Graph der Fig. 3 eingezeichnet. Daraus kann man
leicht erkennen, daß die Parameter B o und W B so gewählt
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.
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 (7)
1. Abbildungssystem mit Verstärkerschaltkreisen (34),
die durch AC-Kopplung jeweils mit entsprechenden
Detektoren (12) verbunden sind, gekennzeichnet
durch:
eine 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;
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 Rückkopplungszweig (44) zum Betreiben der begrenzenden Vorrichtung (46) zur Begrenzung der Signalamplitude der Detektoren (12) auf einen vorher festgesetzten Grenzwert.
eine 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;
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 Rückkopplungszweig (44) zum Betreiben der begrenzenden Vorrichtung (46) zur Begrenzung der Signalamplitude der Detektoren (12) auf einen vorher festgesetzten Grenzwert.
2. System 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 Detektorsignales
hindurchzulassen, während eine niedrige
Frequenzkomponente des Signales begrenzt wird.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die begrenzende Vorrichtung (46) eine Diode (46) im
Ausgangskreis des Rückkopplungszweiges (44) aufweist,
wobei die Diode (46) mit der Ausgangssignalleitung
(58) des Detektors (12) verbunden ist.
4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, 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 Unstetigkeitsstellen aufweist.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
aufgrund der Spannungs-Übertragungsfunktion diejenigen
Frequenzkomponenten eines Detektorsignales
verstärkt werden, die hochfrequent sind und die
niederfrequenten Anteile eines Detektorsignales abgeschwächt
werden.
6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
jeder Verstärkerschaltkreis (34) aufweist:
einen Eingangsanschluß des Rückkopplungsverstärkers (50), der mit einem Ausgangsanschluß des Vorwärtsverstärkers (38) verbunden 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 Frequenzkomponenten des Detektorsignales abschwächt.
einen Eingangsanschluß des Rückkopplungsverstärkers (50), der mit einem Ausgangsanschluß des Vorwärtsverstärkers (38) verbunden 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 Frequenzkomponenten des Detektorsignales abschwächt.
7. System nach Anspruch 6, 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
Teil eines Detektorsignales, der eine relativ große
Komponente des Objektes darstellt.
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Family
ID=24932791
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