PL187831B1 - Kamera CCD - Google Patents

Abstract

1. Kamera CCD, utworzona z radiatora, z gniazda, z osłony zamkniętej denkiem, z zespołu montażowego dla elektroniki zczytywania, umocowanego do radiatora i usytuowanego w osłonie, znamienna tym, że w otworze przelotowym gniazda (1), stycznie do cienkiej ścianki radiatora (2) umieszczona jest poosiowo chłodziarka termoelektryczna (11), której położenie ustalone jest za pomocą nakładki miedzianej (12), osadzonej w pierwszej płytce izolacyjnej (13) i stanowiącej przewodnik ciepła z matrycy (14) do chłodziarki termoelektrycznej (11), przy czym matryca (14), mająca regulowany docisk, usytuowana jest również poosiowo w otworze przelotowym gniazda (1), zaś chłodziarka termoelektryczna (11) przylega przez cienką ściankę radiatora (2) do chłodnicy (6), chłodzonej przepływem chłodziwa i umocowanej w tym radiatorze (2).

Description

Przedmiotem wynalazku jest kamera CCD, stosowana do rejestracji przetworzonego na zakres widzialny obrazu rentgenowskiego oraz do cyfrowej rejestracji monochromatycznych, statycznych obrazów telewizyjnych.

Znany jest układ mechaniczny smugowo-kadrowej kamery rentgenowskiej, opisany w polskim opisie ochronnym wzoru użytkowego nr 30139. Układ mechaniczny smugowokadrowej kamery rentgenowskiej jest utworzony z korpusu, w którym jest osadzony przetwornik obrazu, z zespołu Channel Platę i z zespołu szczelin, umocowanych do końców korpusu, oraz z bloku sterowania, umocowanego w środkowej części tego korpusu. Korpus jest wykonany z rury stalowej, mającej pięć otworów przelotowych, promieniowych. W pierwszym otworze przelotowym, promieniowym wmontowany jest zespół pierwszego kabla elektrycznego, wysokonapięciowego 15 kV. W drugi otwór przelotowy, promieniowy rury stalowej wspawana jest końcówka przelotowa z pierwszym kołnierzem specjalnym. W trzeci otwór przelotowy, promieniowy rury stalowej wspawana jest końcówka przelotowa z drugim kołnierzem specjalnym. W czwarty otwór przelotowy, promieniowy rury stalowej wspawana jest końcówka przelotowa z trzecim kołnierzem prostym typu KZ-40. W piąty otwór przelotowy, promieniowy rury stalowej wspawana jest końcówka przelotowa z czwartym kołnierzem prostym typu KZ-25. Do pierwszego końca rury stalowej przyspawany jest piąty kołnierz specjalny, a do drugiego końca tej rury przyspawany jest szósty kołnierz specjalny. Do

187 831 pierwszego kołnierza specjalnego umocowany jest szczelnie blok sterowania. Do drugiego kołnierza specjalnego umocowany jest szczelnie zespół wziernika. Do trzeciego kołnierza umocowany jest szczelnie przewód ssący pompy próżniowej. Do czwartego kołnierza umocowany jest zespół drugiego kabla elektrycznego, wysokonapięciowego 15 kV. Do piątego kołnierza specjalnego umocowany jest szczelnie zespół Channel Platę. Do szóstego kołnierza specjalnego umocowane jest szczelnie urządzenie rentgenowskie. W wewnętrznym wypuście oporowym, asymetrycznym korpusu osadzony jest izolator główny, wykonany ze szkła epoksydowego. W izolatorze głównym umieszczony jest izolator pierścieniowy, pośredni, wykonany z gumy silikonowej. W otworze poosiowym izolatora głównego umieszczona jest elektroda, styczna do fotokatody przetwornika obrazu, osadzonej również w tym izolatorze głównym.

Blok sterowania utworzony jest z płyty wsporczej, z dwóch słupków dystansowych krótkich, z dwóch słupków dystansowych długich, z dwu płytek montażowych, z trzech przepustów specjalnych oraz z osłony, przy czym wszystkie te elementy konstrukcyjne wykonane są z tworzyw izolacyjnych.

W korpusie, od strony jego szóstego kołnierza specjalnego, stycznie do wewnętrznego wypustu oporowego i do izolatora pośredniego, wmontowana jest oprawa zespołu szczelin z umieszczoną w niej wkładką szczelinową, przy czym wkładka szczelinowa połączona jest z żyłą pierwszego kabla elektrycznego, wysokonapięciowego 15 kV. Do płyty zespołu Channel Platę umocowana jest oprawka elektrody ekranu luminescencyjnego. Przylegle do kolistej powierzchni elektrody ekranu luminescencyjnego umieszczona jest podstawka płytki mikrokanalikowej, wzmacniającej, czyli Channel Platę. W otworze promieniowym płyty zespołu Channel Platę wmontowany jest korpus zespołu trzeciego kabla elektrycznego, wysokonapięciowego 5 kV, przy czym żyła tego kabla połączona jest elektrycznie z elektrodą ekranu luminescencyjnego. Ponadto w otworze płyty zespołu Channel Platę wmontowany jest korpus czwartego kabla elektrycznego, wysokonapięciowego 5 kV, przy czym żyła tego kabla połączona jest elektrycznie z podstawką płytki mikrokanalikowej, wzmacniającej.

Smugowo-kadrowa kamera rentgenowska służy do wykonywania jednokrotnych zdjęć o czasach trwania kadrów 10 ns, 15 ns, 20 ns, 25 ns i 30 ns, w zakresie miękkiego promieniowania rentgenowskiego, w procesie badania parametrów plazmy gorącej.

Kamera CCD, będąca przedmiotem wynalazku, utworzona z radiatora, z gniazda, z osłony zamkniętej denkiem, z zespołu montażowego dla elektroniki zczytywania, umocowanego do radiatora i usytuowanego w osłonie, charakteryzuje się następującymi środkami technicznymi i ich funkcjonalnym połączeniem. W otworze przelotowym gniazda, stycznie do ścianki cienkiej radiatora, umieszczona jest poosiowo chłodziarka termoelektryczna, której położenie ustalone jest za pomocą nakładki miedzianej, osadzonej w pierwszej płytce izolacyjnej i stanowiącej przewodnik ciepła z matrycy do chłodziarki termoelektrycznej. Matryca, mająca regulowany docisk, usytuowana jest również poosiowo w otworze przelotowym gniazda. Chłodziarka termoelektryczna przylega przez cienką ściankę radiatora do chłodnicy, chłodzonej przepływem płynnego chłodziwa i umocowanej w tym radiatorze. Matryca osadzona jest w uchwycie, który umocowany jest do pierwszej płytki izolacyjnej za pomocą obejmy. Docisk matrycy do chłodziarki termoelektrycznej za pośrednictwem nakładki miedzianej i pierwszej płytki izolacyjnej regulowany jest za pomocą drugich wkrętów i osadzonych na nich sprężyn śrubowych, naciskowych. Drugie wkręty, przechodzące przez otwory pierwszej płytki izolacyjnej, wkręcone są w otwory nagwintowane radiatora. W pobliżu chłodnicy, w otworze przelotowym radiatora, osadzone jest złącze próżniowe dla kabli elektrycznych, doprowadzających sygnały z pierwszej płytki izolacyjnej z elektroniką wstępnego wzmocnienia do płytek izolacyjnych drugiej, trzeciej i czwartej zespołu montażowego z elektroniką zczytywania oraz doprowadzających napięcie zasilające do chłodziarki termoelektrycznej.

Kamera CCD, według wynalazku, w wyniku zastosowania zminiaturyzowanych przyrządów elektronicznych i elektrycznych, jest kamerą o niewielkich rozmiarach, umożliwiających jej użytkowanie w układach przestrzennych o trudnym dostępie.

Przedmiot wynalazku, w przykładzie wykonania, uwidoczniony jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój wzdłużny kamery CCD, a fig. 2 - układ blokowy kamery CCD.

187 831

Kamera CCD (Charge-Coupled Device) utworzona jest z gniazda 1, stanowiącego flanszę próżniową, stosowaną w przypadku samodzielnej pracy tej kamery, z radiatora 2 i z osłony duraluminiowej 3, które to elementy są jej zewnętrznymi, podstawowymi elementami konstrukcyjnymi. Gniazdo 1, wykonane ze stali, ma kształt dwuśrednicowej tulei, zakończonej pierścieniowymi kołnierzami małym i dużym, z których mały kołnierz służy do umocowania obiektywu, doprowadzającego przetworzony obraz promieniowania rentgenowskiego 56, przy czym obiektyw nie jest przedstawiony na rysunku, zaś duży kołnierz służy do umocowania tego gniazda 1 do radiatora 2 za pomocą dużych wkrętów 4. Elementem uszczelniającym połączenie gniazda 1 z radiatorem 2 jest uszczelka gumowa 5 typu Oring. Radiator 2, mający w ogólnym zarysie kształt walca, wykonany jest ze stali i ma promieniowe wycięcie, w którym umocowana jest chłodnica dwukomorowa 6, wykonana z mosiądzu. Chłodziwem chłodnicy dwukomorowej 6 jest woda, której cyrkulację wymusza sieć wodociągowa, nieprzedstawiona na rysunku, doprowadzająca tę wodę do pierwszej komory chłodnicy 6 za pomocą pierwszej rurki 7 z tworzywa sztucznego, poprzez otwór wlewowy 8, a odprowadzająca tę wodę z drugiej komory chłodnicy 6, poprzez otwór wylotowy 9, za pomocą drugiej rurki 10 z tworzywa sztucznego. Poosiowo, stycznie do cienkiej ścianki radiatora 2, w otworze przelotowym gniazda 1, umieszczona jest dwustopniowa chłodziarka termoelektryczna 11 firmy Marlow, typu MI2063, której położenie ustalone jest za pomocą nakładki miedzianej 12, osadzonej w pierwszej płytce izolacyjnej 13 i stanowiącej przewodnik ciepła z matrycy 14 do chłodziarki termoelektrycznej 11. Matryca 14 typu SI502BA usytuowana jest poosiowo w otworze przelotowym gniazda 1 i osadzona w uchwycie 15, przy czym uchwyt 15 umocowany jest do pierwszej płytki izolacyjnej 13 za pomocą obejmy 16 i wkrętów, nieprzedstawionych na rysunku. Docisk matrycy 14 do dwustopniowej chłodziarki termoelektrycznej 11, za pośrednictwem nakładki miedzianej 12 i pierwszej płytki izolacyjnej 13, regulowany jest za pomocą drugich wkrętów 17 i osadzonych na nich sprężyn śrubowych, naciskowych 18, przy czym drugie wkręty 17, przechodzące przez otwory przelotowe pierwszej płytki izolacyjnej 13, wkręcone są w otwory nagwintowane radiatora 2. W pobliżu długiej ściany bocznej chłodnicy dwukomorowej 6, w otworze przelotowym radiatora 2, osadzone jest złącze próżniowe 19 dla trzydziestu czterech kabli elektrycznych, nieprzedstawionych na rysunku, doprowadzających sygnały z pierwszej płytki izolacyjnej 15 z elektroniką wstępnego wzmocnienia do płytek izolacyjnych 20, 21, 22 drugiej, trzeciej i czwartej z elektroniką, przetwarzającą doprowadzone sygnały na sygnał „video” 23, na sygnał 24 pomiaru temperatury matrycy 14 i na sygnały 25 dla układu sterowania, oraz doprowadzających napięcie zasilające do dwustopniowej chłodziarki termoelektrycznej 11. Płytki izolacyjne 20, 21, 22 ułożone są kaskadowo i odizolowane od siebie za pomocą tulejek izolacyjnych 26, 27, 28,29, 30, 31, oraz umocowane są do radiatora 2 za pomocą śrub dwustronnych 32, 33, nakrętek 34, 35 i podkładek 36, 37, przy czym wszystkie te elementy konstrukcyjne, łącznie z przyrządami elektronicznymi, nieprzedstawionymi na rysunku, tworzą zespół montażowy elektroniki zczytywania, który osłonięty jest za pomocą osłony duraluminiowej 3, umocowanej do radiatora 2 za pomocą wkrętów, nieprzedstawionych na rysunku. Osłona duraluminiowa 3 zamknięta jest denkiem duraluminiowym 38, umocowanym do jej ścianek za pomocą wkrętów, nieprzedstawionych na rysunku. W denku duraluminiowym 38 umocowane są szczelnie: pierwsze wielostykowe gniazdo elektroniczne 39 typu DB, wyprowadzające sygnał 23 „video”; drugie wielostykowe gniazdo elektroniczne 40 typu EB, wyprowadzające sygnał 24 pomiaru temperatury matrycy 14 oraz trzecie wielostykowe gniazdo elektroniczne 41, wyprowadzające sygnały 25 dla układu sterowania, nieprzedstawionego na rysunku.

Przedstawiona konstrukcja mechaniczna kamery CCD umożliwia technicznie przystosowanie jej do bezpośredniej współpracy z dowolnym komputerem klasy IBM PC, posiadającym magistralę rozszerzeń w standarcie ISA (AT BUS) niepizedttawionym na rysunku, natomiast przedstawiony układ blokowy wyjaśnia funkcjonowanie tej kamery.

Kamera CCD składa się z czterech modułów: głowicy 42, karty komunikacyjnej 43, zasilacza i programu zarządzającego, przy czym zasilacz i program zarządzający nie są przedstawione na rysunku. W głowicy 42 umieszczona jest matryca 14, będąca przetwornikiem

187 831 obrazu 14 o bardzo wysokiej czułości, pozwalającym na rejestrację obrazów uzyskiwanych przy bardzo małych poziomach oświetleń lub bardzo krótkich czasach oświetleń, następnie zestaw układów elektronicznych, przeznaczonych do bezpośredniej obsługi tego przetwornika obrazu 14 oraz zestaw układów elektronicznych do przetwarzania analogowego sygnału wizyjnego, dostarczanego przez przetwornik obrazu 14 na postać cyfrową, łącznie zwanych wcześniej elektroniką wstępnego wzmocnienia. Na elektronikę wstępnego wzmocnienia składają się: wzmacniacz dopasowujący 44 sygnał wizyjny z przetwornika obrazu 14; układ próbkowania 45 w trybie podwójnej korelacji; wzmacniacz wyjściowy 46; przetwornik A/C dwunastobitowy 47; mikroprogramowalny generator sygnałów sterujących 48 i bufory napięciowe 49. Karta komunikacyjna 43, zwana wcześniej elektroniką zczytywania, zawiera pamięć obrazu 50 i zestaw układów elektronicznych, koniecznych do komunikacji z głowicą 42, rejestracji obrazu w pamięci obrazu 50, a także do przekazywania zarejestrowanego obrazu do pamięci operacyjnej komputera. Na zestaw układów elektronicznych karty komunikacyjnej 42 składają się; kontroler pamięci obrazu 51; porty komunikacyjne 52; separatory transoptorowe 53, 54 i kontroler szyny ISA 55. Zasilacz dostarcza kompletu napięć zasilających do układów elektronicznych głowicy 42, oraz regulowane napięcie zasilające do dwustopniowej chłodziarki termoelektrycznej 11. Program zarządzający umożliwia określenie parametrów roboczych procesu rejestracji obrazów, to jest czasu integracji i momentu wyzwolenia procesu rejestracji, oraz umożliwia wyświetlenie zarejestrowanego obrazu na monitorze komputera, a także zachowanie obrazu w jego pamięci dyskowej. W strukturze głowicy 42 wyróżnia się dwa tory sygnałowe, doprowadzone do przetwornika obrazu 14. Pierwszy tor dostarcza do przetwornika obrazu 14 zestaw wymaganych sygnałów fazowych (sterujących). Sygnały te kontrolują proces przesuwania ładunków elektrycznych, zgromadzonych w rejestrach przetwornika obrazu 14. Drugi tor obejmuje sygnał wizyjny wraz ze związanymi z nim sygnałami pomocniczymi. Sygnał wizyjny przenosi informację o wartości zgromadzonego w poszczególnych elementach przetwornika obrazu 14 ładunku. Sygnały fazowe generowane są w mikroprogramowalnym generatorze sygnałów sterujących 48, następnie przechodzą one przez bufory napięciowe 49, modyfikujące ich poziomy napięciowe oraz stromości zboczy. Parametry sygnałów fazowych dobrane są w sposób wymuszający pracę przetwornika obrazu 14 w trybie MPP, zapewniającym bardzo niski poziom prądu ciemnego przetwornika obrazu 14. Mikroprogramowalny generator sygnałów sterujących 48 pracuje w trybie integracji obrazu lub w trybie odczytu obrazu. Stan generatora 48 określany Jest za pomocą sygnałów kontrolnych, przesyłanych z karty komunikacyjnej 43. Napięciowy sygnał wizyjny, otrzymywany na wyjściu przetwornika obrazu 14, podlega wstępnemu wzmocnieniu we wzmacniaczu dopasowującym 44, następnie jest on przetwarzany w układzie próbkowania 45. Układ 45 ten pozwala na wyodrębnienie z sygnału wizyjnego informacji o wielkości ładunku, zgromadzonego podczas ekspozycji obrazu w poszczególnych elementach przetwornika obrazu 14. Sygnał napięciowy, generowany przez układ próbkowania 45, podlega normalizacji, to jest wzmocnieniu i przesunięciu poziomu we wzmacniaczu wyjściowym 46, przy czym wartość napięcia tego sygnału jest wprost proporcjonalna do wielkości ładunku. Normalizacja sygnału pozwala na dopasowanie jego zakresu zmienności do zakresu przetwarzania przetwornika A/C 47, stanowiącego ostatni element toru przetwarzania sygnału wizyjnego. Praca układu próbkowania 45 i przetwornika A/C 47 synchronizowana jest, poprzez mikroprogramowalny generator sygnałów sterujących 48, z procesem przesuwania ładunków elektrycznych, zgromadzonych w rejestrach przetwornika obrazu 14. Dane cyfowe, generowane przez przetwornik A/C 47, przesyłane są w postaci szeregowej do karty komunikacyjnej 43. Zadaniem karty komunikacyjnej 43 jest rejestrowanie danych, przesyłanych przez przetwornik A/C 47, w pamięci obrazu 50, oraz kontrolowanie stanu pracy mikroprogramowalnego generatora sygnałów sterujących 48. Elektryczne połączenie sygnałów przesyłanych miedzy kartą komunikacyjną 43 a głowicą 42 zrealizowane zostało za pomocą separatorów transoptorowych 53, 54. Rozwiązanie to zwiększa odporność układu na zakłócenia transmisyjne, oraz umożliwia zrealizowanie pełnej separacji galwanicznej części pomiarowej kamery, czyli głowicy 42, od układów zasilających zastosowanego komputera. Centralnym elementem karty komunikacyjnej 43 jest kontroler pamięci obrazu 51. Kontroler 51 realizuje funkcję synchronicznego

187 831 zapisu danych, przesyłanych przez przetwornik A/C 47 wraz z konwersją szeregowo-równoległą do pamięci obrazu 50, funkcję podtrzymywania zawartości pamięci obrazu 50, kontroluje proces przepisywania zawartości pamięci obrazu 50, poprzez kontroler szyny ISA 55, do pamięci operacyjnej komputera, oraz generuje sygnały 57 pozwalające na synchronizację pracy układów zewnętrznych z procesem integracji i rejestracji obrazów. Stan pracy mikroprogramowalnego generatora sygnałów sterujących 48 (integracja/odczyt) określany jest programowo. Wymagane sygnały kontrolne przesyłane są do głowicy 42 za pomocą portów komunikacyjnych 52.

187 831

Fig. 1

187 831

Fig. 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Kamera CCD, utworzona z radiatora, z gniazda, z osłony zamkniętej denkiem, z zespołu montażowego dla elektroniki zczytywania, umocowanego do radiatora i usytuowanego w osłonie, znamienna tym, że w otworze przelotowym gniazda (1), stycznie do cienkiej ścianki radiatora (2) umieszczona jest poosiowo chłodziarka termoelektryczna (11), której położenie ustalone jest za pomocą nakładki miedzianej (12), osadzonej w pierwszej płytce izolacyjnej (13) i stanowiącej przewodnik ciepła z matrycy (14) do chłodziarki termoelektrycznej (11), przy czym matryca (14), mająca regulowany docisk, usytuowana jest również poosiowo w otworze przelotowym gniazda (1), zaś chłodziarka termoelektryczna (11) przylega przez cienką ściankę radiatora (2) do chłodnicy (6), chłodzonej przepływem chłodziwa i umocowanej w tym radiatorze (2).
2. 2. Kamera według zastrz. 1, znamienna tym, że matryca (14) osadzona jest w uchwycie (15), przy czym uchwyt (15) umocowany jest do pierwszej płytki izolacyjnej (13) za pomocą obejmy (16).
3. 3. Kamera według zastrz. 1, znamienna tym, że docisk matrycy (14) do chłodziarki termoelektrycznej (11) za pośrednictwem nakładki miedzianej (12) i pierwszej płytki izolacyjnej (13) regulowany jest za pomocą drugich wkrętów (17) i osadzonych na nich sprężyn śrubowych naciskowych, (18) przy czym drugie wkręty (17) przechodzące przez otwory przelotowe pierwszej płytki izolacyjnej (13) wkręcone są w otwory nagwintowane radiatora (2).
4. 4. Kamera według zastrz. 1, znamienna tym, że w pobliżu chłodnicy (6), w otworze przelotowym radiatora (2), osadzone jest złącze próżniowe (19) dla kabli elektrycznych, doprowadzających sygnały z pierwszej płytki izolacyjnej (13) z elektroniką wstępnego wzmocnienia do płytek izolacyjnych (20, 21, 22) drugiej, trzeciej i czwartej zespołu montażowego z elektroniką zczytywania oraz doprowadzających napięcie zasilające do chłodziarki termoelektrycznej (11).