DK159235B

DK159235B - Moerkestroemskompensering for ccd-enhed

Info

Publication number: DK159235B
Application number: DK185188A
Authority: DK
Inventors: Bjarne Engmann Jensen
Original assignee: Oce Helioprint As
Priority date: 1988-04-06
Filing date: 1988-04-06
Publication date: 1990-09-17
Also published as: EP0400092A1; DK159235C; DK185188D0; DK185188A; JPH03503703A; WO1989010037A1

Description

DK 159235B

i

Den foreliggende opfindelse omhandler en fremgangsmåde og et kredsløb til kompensering for mørkestrømsbidraget og termisk drift i en CCD-enheds udgangsspænding.

5 Når man anvender en CCD-enhed til billeddannende af tastning, er det almindeligt kendt, at der skal kompenseres for den del af udgangsspændingen, der hidrører fra enhedens mørkestrøm og fra termisk drift.

Denne kompensation sker sædvanligvis enten ved 10 at kompensere direkte i det analoge signal fra CCD-en-heden, som f.eks. beskrevet i US-A-4 652 927, hvor et sample og holde kredsløb fastholder en reference for mørkestrømsbidraget som fratrækkes udgangssignalet fra CCD-enheden.

15 Kombinationen kan også ske ved at omsætte det analoge signal til digitale repræsentationer, der behandles i en dertil indrettet digital signalbehandlingsenhed.

Begge disse kompensationsmetoder er imidlertid 20 behæftet med væsentlige ulemper. Ved kun at kompensere i det analoge signal kompenseres der ikke for drift i en efterfølgende analog-til-digitalomsætter, hvilket medfører ikke uvæsentlige fejl fra dennes temperaturbestemte offset-spændingsdrift.

25 Anvendes der en digital signalbehandlingsenhed til kompensation, kan der kompenseres for drift i alle de før behandlingsenheden liggende enheder, men denne kompensation er meget beregningstung og dermed tidskrævende. Desuden er det nødvendigt at anvende en 30 analog-til-digitalomsætter med meget stor opløsningsevne, hvis kompensationen skal udføres tilstrækkeligt nøjagtigt. Denne analog-til-digitalomsætter skal desuden være hurtig, hvorved denne komponent bliver meget dyr.

35 Formålet med den foreliggende opfindelse er at angive en fremgangsmåde og et kredsløb, hvormed det er 2

DK 159235 B

muligt at udføre den ønskede mørkestrøms- og offsetspændingskompensation på en sådan måde, at analog-til-digitalomsætteren er indeholdt i kompensationssløjfen, uden at kompensationen beror på beregninger i en digi-5 tal signalbehandlingsenhed, og uden at der anvendes en analog-til-digitalomsætter med stor opløsningsevne.

Dette formål nås med den i krav l's kendetegnende del angivne fremgangsmåde. Ved at anvende denne fremgangsmåde er det muligt at kompensere for mørke-10 strømsvariationer i CCD-elementet og alle temperaturafhængige variationer i de i kredsløbet indgående elementers udgangsspændinger og tilstande.

Ved at anvende et kredsløb med to tidskonstanter, som angivet i krav 2's kendetegnende del, opnås 15 der en hurtig indregulering af kompensationskredsløbet, når dette aktiveres.

Krav 3 angiver en særlig fordelagtig udførelsesform for et kredsløb til udøvelse af fremgangsmåden, og det ses, at der kun er brug for en analog-til-digi-20 talomsætter med en opløsning, der svarer til den ønskede gråtoneopløsningsevne.

Kravene 4 og 5 angiver foretrukne udførelsesformer for den foreliggende opfindelse, idet krav 5 specielt angiver, hvorledes det er muligt at anvende en 25 analog-til-digitalomsætter til konvertering og mørkestrømskompensering af stregimpulser fra en CCD-enhed med to udgange.

Den foreliggende opfindelse skal nu beskrives nærmere med henvisninger til tegningen, hvor 30 fig. 1 viser et kredsløb ifølge den foreliggende opfindelse, og fig. 2 viser en foretrukken udførelses form for den foreliggende opfindelse.

Pig. 1 viser et kredsløb ifølge den foreliggende 35 opfindelse. Kredsløbet har til formål at omdanne analoge signaler fra et CCD-element 1 til digitale repræsentationer .

3

DK 159235 B

Udgangssignalet fra CCD-enheden føres til en første forstærker 2, fra forstærkeren 2's udgang overføres signalet til en yderligere forstærker 3, forstærkeren 3's udgangssignal tilføres en analog-5 til-digitalomsætter 4. Analog-til-digitalomsætteren er forbundet til et styrelogikkredsløb 5 og en digital komparator 6.

Styrekredsløbet 5 tjener til at styre analog-til-digitalomsætteren 5 og komparatoren 6, og til i 10 afhængighed af komparatorens udgangssignal 7, at afgive styresignaler til en forstærker 8 og en omskifter 9 over ledninger 10 og 11.

CCD-elementet 1 er af den art, der omfatter et antal afmaskede celler, og udgangsspændingen fra disse 15 celler anvendes som et udtryk for mørkestrømmen i samtlige CCD-elementets celler. Ifølge den foreliggende opfindelse udlæses spændingsniveauet fra de afmaskede celler i CCD-enheden 1, signalspændingen forstærkes i forstærkerne 2 og 3 og omsættes til digitale repræ-20 sentationer i analog-til-digitalomsætteren 4. Komparatoren sammenligner disse digitale repræsentationer med et forudbestemt digitalt tal, og afgiver resultatet af sammenligningen til styrelogikken.

Hvis komparatorsignalet 7 angiver, at signalet 25 fra de afmaskede celler er for stort, da forskydes forstærkeren 2's arbejdspunkt i negativ retning, ved at dens negativ-indgang påtrykkes et positivt gående signal fra forstærkeren 8, der sammen med modstandene 12, 13, 14 og kondensatorer 15 og 16 udgør en inte-30 grator, hvis tidskonstant kan ændres med omskifteren 9. Denne integrator er indrettet således, at retningen for spændingsændringerne på udgangen bestemmes af spændingsniveauet på ledningen 10.

Er analog-til-digitalomsætterens udgangssignal 35 meget langt fra det optimale, lukkes omskifteren 9, hvorved integratorens tidskonstant reduceres 4

DK 159235 B

væsentligt. Tidspunktet for aktivering af omskifteren 9 styres af styrelogikken 5, der styrer omskifteren over ledningen li. Når analog-til-digitalomsætterens udgangssignal nærmer sig det optimale, åbnes omskifte-5 ren 9 atter, og integratoren arbejder med en lang tidskonstant. På denne måde opnås et hurtigere indsvingningsforløb .

Når analog-til-digitalomsætterens udgangssignal bliver for lille, detekteres dette af styrelogikken 5, 10 der inverterer spændingen på ledningen 10, hvorved in-tegratoren 8's udgangsspændingsændring ændrer retning.

Ved denne styring svinger analog-til-digitalom-sætteren 4's udgangssignal hele tiden omkring den optimale værdi. Det særegne ved den beskrevne regulering 15 er, at den omslutter tilnærmelsesvis alle de dele af kredsløbet, hvis drift kan påvirke udgangssignalet fra analog-til-digitalomsætteren 4. Reguleringssløjfen indeholder således forstærkerne 2 og 3, analog-til-digi-talomsætteren · 4 og integratoren 8. Herved er det mu-20 ligt at kompensere for ændringer i de nævnte komponenters udgangsspændinger, hvilke ændringer hovedsageligt skyldes termiske ændringer.

Fig. 2 viser en foretrukken udførelsesform for den foreliggende opfindelse, hvor der anvendes et CCD-25 element med to udgange. Ifølge den foreliggende opfindelse udformes det til dette CCD-element knyttede kredsløb, som bliver vist på fig. 2. De på fig. 2 viste dele, der har samme funktion som på fig. 1, er betegnet med de samme henvisningstal. Som det ses, består det i 30 fig· 2 viste kredsløb hovedsageligt af to kredsløbselementer, der er identiske med de i fig. 1 viste. Til hver af CCD-elementets udgange er der knyttet en forstærker 2 eller 2', en integrator 8 eller 8' og en omskifter 9 eller 9'. Udgangssignalerne fra for-35 stærkerne 2 og 2' tilføres omskiftere 17 og 18. Disse omskiftere tjener til at multiplexe signalet fra forstærkerne 2 og 2' til forstærkeren 3's indgang.

DK 159235 B

5

Reguleringssløj fen er i dette tilfælde opbygget over de samme komponenter, som det er vist på fig. 1, imidlertid anvendes der en fælles analog-til-digitalom-sætter 4 og en fælles komparator 6 for begge CCD-5 enhedens udgange.

Ved at opbygge reguleringssløjfen på denne måde opnås der en optimal udnyttelse af de dyreste komponenter i reguleringssløjfen, dvs. analog-til-digitalomsæt-teren 4 og komparatoren 6.

10 I det ovenstående er det forudsat, at CCD-ele- mentet er af den lineære art, dvs. at det består af et stort antal lysfølsomme elementer, der er placeret langs en ret linie. Herved opnås der ved hver udlæsning af CCD-enheden en repræsentation af en linie i det bil-15 lede, der ønskes aftastet. Dette giver imidlertid en yderligere vanskelighed ved mørkestrømskompenseringen, da denne da skal holdes konstant for hver linie, der udlæses. Ifølge den foreliggende opfindelse løses denne vanskelighed ved at lade integratorerne, der er opbyg-20 get omkring forstærkerne 8 og 8', have så store tidskonstanter, at deres udgangssignal er tilnærmelsesvis konstant i det tidsrum, det tager at udlæse en linie fra CCD-elementet.

Denne store tidskonstant i integratorerne giver 25 imidlertid den ulempe, at reguleringssløjfens indsvingningstid bliver meget stor. Til imødegåelse af dette er integratorerne ifølge den foreliggende opfindelse indrettet til at kunne arbejde med to tidskonstanter, hvilket styres af omskifterne 9 og 9'. Med omskif-30 terne i en første stilling arbejder integratorerne med en lille tidskonstant, der anvendes ved indregulering af reguleringssløjfen, når man ligger langt fra den optimale mørkestrømskompensering, hvilken situation f.eks. vil optræde ved opstart af apparatet, eller ved 35 store svingninger i omgivelsernes temperatur. Med omskifterne i den anden stilling arbejder integratorerne

Claims

6 DK 159235 B med den store tidskonstant, hvorved den ønskede stabile regulering omkring den optimale mørkestrømskompensation opnås. Ved at udføre integratorerne som ovenfor beskre-5 vet, altså en hurtig indregulering til en optimal kompensation og en stabil regulering omkring denne, opnås at mørkestrømskompensationen ikke ændres under udlæsningen af en enkelt linie. Styrelogikkredsløbet 5 er ikke omtalt nærmere 10 her, da dette er et kredsløb af konventionel art, i en foretrukket udførelsesform for den foreliggende opfindelse opbygges styrelogikken ved hjælp af et programmerbart logisk netværk, da det da er muligt at implementere styrelogikken ved hjælp af et enkelt kredsløb. 15. det foregående er CCD-enheden opfattet som en selvstændig enhed, der selv udlæser sine signaler. Dette er som bekendt imidlertid ikke tilfældet, og ved en praktisk udførelse af den foreliggende opfindelse er det nødvendigt at tilvejebringe de for CCD-enheden nød-20 vendige styresignaler. Når der anvendes et programmerbart logisk netværk til implementering af styrelogikken, er det muligt at implementere frembringelsen af disse styresignaler i styrelogikken på en enkel og økonomisk måde. 25 PATENTKRAV

1. Fremgangsmåde til kompensering for mørkestrømsbidraget og offset-spændingen fra en CCD-enhed af den art, der omfatter et antal afmaskede celler, hvor 30 spændingsniveauet i de afmaskede celler tages som udtryk for mørkestrømmen, kendetegnet ved, at udgangsspændingen fra de afmaskede celler omsættes fra analog til digital form, at det digitale ord, der repræsenterer mørke-35 strømsbidraget, sammenlignes med et forudbestemt digitalt ord, og 7 DK 159235B at der i afhængighed af sammenligningsresultatet sker en forskydning af offset-spændingen for en i signalvejen indskudt forstærker indtil det digitale ord, der repræsenterer mørkestrømmen, er lig med det forud- 5 bestemte digitale ord.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der anvendes et CCD-element med to udgangssignaler, og at mørkestrømskompenseringen foretages skiftevis for hvert udgangssignal.

3. Kredsløb til udøvelse af fremgangsmåden iføl ge krav 1, kendetegnet ved, at det omfatter en reguleringssløjfe, der er opbygget af en forstærker (2) , en buffer (3), en analog-til-digitalomsætter (4), en komparator (6), et styrelogikkredsløb (5) og en in- 15 tegrator (8), idet forstærkeren (2) modtager udgangsspændingen fra de afmaskede celler på den ene indgang og afgiver et forstærket udgangssignal til bufferen (3) , der afgiver sit udgangssignal til analog-til-digi-talomsætteren (4), for omsætning af signalet til en di- 20 gital repræsentation, der i komparatoren (6) sammenlignes med det forudbestemte digitale ord, for afgivelse af et sammenligningsresultat til styrelogikken (5), der via styreudgangene (10) og (11) kan ændre hældningen på integratorens (8) rampe i afhængighed af sammenlig- 25 ningsresultatet fra komparatoren (6), og integratorens (8) udgangssignal tilføres forstærkerens (2) anden indgang for forskydning af dennes nulpunkt.

4. Kredsløb ifølge krav 3, kendetegnet ved, at integratoren (8) er indrettet til at arbejde i 30 det mindste ved to forskellige tidskonstanter, styret af styrelogikkens (5) styreudgang (li).

5. Kredsløb ifølge kravene 3 og 4, kendetegnet ved, at der før forstærkeren (3) er indskudt omskiftere (17) og (18), der styret af logik- 35 kredsløbet (5) er indrettet til at multiplexe signaler fra forstærkere (2) og (2').