SE512332C2 - Integrerande A/D-omvandlare och strålningskänslig sensoranordning innefattande sådan - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 i ,512 352 '+- 2 eldflamman, som ges med hög intensitet. Med kända detektormatriser är det inte möjligt att samtidigt mäta båda dessa saker. Man får välja att periodvis mäta med olika exponeringstid.

I det följande kommer en anordning att redovisas vars tillämpning möjliggör detek- tion av och kvantifiering av storleken på exponeringsvärden och andra insignaler, vars amplituder är vida större än det maxvärde vilket kända sensorer kan hantera.

Detta sker genom att den färden utformning som framgår av de efterföljande patentkraven.

Uppfinningen kan också användas vid mycket snabb anpassning av exponeringstid efter ändrad belysning, eftersom man direkt kan få ett gott mått på hur mycket en sensor plötsligt blivit överexponerad inom det klassiska mätområdet. En sensor enligt uppfinningen är också synnerligen lämpad för laserstörningsdetektion efter- som sensorn registrerar amplituder trots att mätvärdena normalt borde medföra en indikering om att sensorn mättats.

Nedan kommer uppfinningen att beskrivas närmare under hänvisning till bifogade ritningar, där " fig. 1 visar en känd A/D-omvandlare, fig. 2 visar en kurva över "efterExpAD" med n=3, fig. 3 visar en utföringsform av en A/D-omvandlare enligt uppfinningen, fig. 4 visar en kurva över "underExpAD" med n=3 för en kombinerad A/D- omvandlare enligt uppfinnigen och fig. 5 visar en utföringsform av en kombinerad A/D-omvandlare enligt uppfinningen.

Figur 1 visar en känd A/D-omvandlare. De inom rutan förekommande delama upp- repas för varje cell medan de utanför liggande är gemensamma. A/D-omvandlaren innefattar en ljuskänslig cell som nollställs och utsätts för exponering. Under expo- neringen tillväxer det värde som motsvarar den under exponeringen integrerade intensiteten. Detta värde anges i figuren som "Analog in". Då exponeringstiden uppnåtts utgår en holdsignal från kontrollelektroniken så att den analoga signalen samplas och hålles i S/H-kretsen. Samtidigt nollställs räknaren och börjar räkna upp. Räknarens digitala värden omvandlas till analoga värden i en D/A-omvandlare.

De två analogvärdena jämförs i en komparator och om värdena befinns vara lika eller om holdvärdet är mindre än räknarens värde i analog form, lagras detta räkne- 10 15 20 25 30 35 J' IH 512 332 3 värde, i digital form, som intensitetens digitala värde. Denna typ av A/D-omvandling benämnes i fortsättningen för "efterExpAD". l flgur 2, visas förhållandet mellan det digitala värdet från A/D-omvandlingen, DVAD, och exponeringsvärdet för tiden texp, Eüexp). Figuren visar hur kurvan ser ut då "efterExpAD” tillämpas och antal bitar n är lika med 3. Vanligtvis används fler bitar, t.ex. 8 st. Som synes, i figur 2, kan endast exponeringsvärden mindre än EADmaXüeXp) särskiljas. Denna typ av A/D-omvandlare kan med n bitar ange ett intensitetsvärde av högst 2"-1. Värdet 2n-1 kommer i fortsättningen att kallas "maxreferensvärdet".

En A/D-omvandlare utan den ovan nämnda nackdelen, kan fungera på följande sätt, se samtidigt figur 3. De inom rutan förekommande delarna upprepas för varje cell medan deutanför liggande är gemensamma. Då exponeringen skall börja noll- ställs räknaren och börjar räkna upp. Det är naturligtvis möjligt att tänka sig att i stället utgående från ett bestämt begynnelsevärde räkna ner. Detta är också möjligt i samband med den kända A/D-omvandlaren enligt figur 1. Det är härvid närligg- ande att tänka sig att räknaren matas med en konstant Klockfrekvens vars periodtid tillsammans med räknarens maximala antal steg bestämmer exponeringstidens längd. Det är emellertid även tänkbart att låta klockfrekvensen variera under räkne- förloppet. Komparatorn pâförs det stigande värdet från den integrerande cellen direkt utan någon hold, d.v.s. tracking. Till den andra ingången pà komparatorn pâförs ett referensvärde. I första hand kan man tänka sig att använda maxreferens- värdet enligt exemplet ovan. För speciella tillämpningar, t.ex. när man snabbt vill välja en ny exponeringstid, kan man tänka sig att använda en bråkdel av maxrefe- rensvärdet, exempelvis en fjärdedel eller en åttonde! av maxreferensvärdet. Om komparatorn finner likhet innan exponeringstidens slut utgör den exponeringstid som förflutit sedan nollställningen ett mått på intensiteten, varför räknarvärdets storlek är mått på intensiteten. Detta A/D-omvandlingssätt som ovan beskrivits kallas i fortsättningen för "underExpAD".

För att kunna .mäta över ett komplett intervall från intensiteten noll och långt över den normala mättnadsgränsen - maxreferensvärdet - kan man använda dels en A/D-omvandlare av typen "efterExpAD"och en av typen "underExpAD". Om man studerar figur 1 och figur 3 ser man att en stor del av de ingående komponentema är gemensamma i en A/D-omvandlare av de båda typerna. Det är därför lätt att ordna en anordning som delar dessa komponenter och har en omkopplingsanord- ning som kopplar om mellan de båda typema. 10 15 20 25 30 35 i* ,512 332 'a 4 I figur 4 visas hur förhållandet mellan det digitala värdet från A/D-omvandlingen, DVAD, och exponeringsvärdet för tiden texp, Eüexp) kan se ut då det i patent- ansökan föreslagna A/D-omvandlingsförfarandet "underExpAD" kombineras med t.ex. "efterExpAD". Är exponeringsvärdet mindre eller lika med EADmaxfleXp) tillämpas "efterExpAD”. Är exponeringsvärdet större än EADmaxüexp) tillämpas "underExpAD" .

Det digitala värdet, DVAD, kan vid vanlig AID-omvandling anta värden mellan 0 och 20-1. Vid "underExpAD" används samma binärtal som vid "efterExpAD" men de får i detta sammanhang en annan betydelse. l figur 4 antar DVAQ värden från 20-1 till O med "underExpAD".

Man kan konkret utföra sådana kombinerade A/D-omvandlare på ett antal olika sätt.

Här skall anges tre, benämnda A, B och C, som utnyttjar en fast exponeringstid och en, benämnd D, som har en valbar exponeringstid.

A: Under exponeringsfasen tillämpar man "underExpAD". Då exponeringen är slut byter man till någon av de kända formerna av omvandling, exempelvis ”efterExpAD", detta under förutsättning att det skulle visa sig att ingen lagring före- kom under exponeringsintervallet. Härmed får man olika värde ut beroende på om exponeringsvärdet var större eller mindre än maxreferensvärdet. Då tvetydighet finns om vilken metod som har använts och därmed vilken intensitet som förelegat, kan man lägga till en kontrollbit för entydig bestämmelse av exponeringsvärdet. Se även figur 5. De inom rutan förekommande delarna upprepas för varje cell medan de utanför liggande är gemensamma.

B: Som ovan men med utläsning direkt efter exponeringen som då kommer att visa det digitala värdet som motsvarar maxreferensvärdet under förutsättning att expo- neringsvärdet var mindre än maxreferensvärdet och att utregistret nollställts vid räk- namollställningen. Härvid är den extra biten ej nödvändig.

C: För att kunna utnyttja känsligheten maximalt kan man i stället göra följande. En exponering sker i vanlig ordning, denna gång väntar dock ej logiken på att A/D-kon- versionen är klar utan börjar sin exponering för nästa bild direkt enligt tidigare känd metod. Detta betyder att omvandlingen av det exponerande intensitetsvärdet enligt den uppfinningsenliga metoden "underExpAD"sker samtidigt som omvandling av det föregående exponerade värdet sker enligt en tidigare känd metod, exempelvis 10 15 20 51.2 .332 r~ 5 "efterExpAD". För att kunna använda sig av denna metod måste det finnas en extra räknare, en extra komparator och ett extra register. Eftersom man i det här fallet använder sig av tvâ skilda register så är det ej nödvändigt att använda en extra bit, utan registeradressen räcker för att bestämma vilken mätmetod som ger ett användbart mätresultat.

D. Som ovan men med möjlighet till val av variabel Klockfrekvens och godtyckligt maxreferensvärde. Härvid är det tvunget att göra ett mer omfattande beräknings- arbete för att bestämma optimalt maxreferensvärde samt dito Klockfrekvens, efter- som de är en funktion av varandra. Om det skulle visa sig att beräkningsarbetet skulle bli tidskritiskt så kan värdena tabelleras, därför att deras antal är begränsat.

Upplösningen i exponeringstid är den faktor som bestämmer antalet värden, dock behöver inte upplösningen vara alltför stor, eftersom exponeringstiden är beräknad som en uppskattning av den belysning som kommer att infalla. En perfekt optime- ring av exponeringstiden förutsätter att exponeringsvärdet är känt, men om det vore känt så behövdes det ej uppmätas.

Om man exempelvis väljer att låta klockpulserna komma med gradvis minskande intervall, ökar linjäriteten för kurvan ifigur 4. Låter man pulserna ha en logaritmisk fördelning blir kurvan linjär.

Claims (10)

1D 15 20 25 30 35 of 512 532 <- 6 Patentkrav:

1. Integrerande A/D-omvandlare innefattar ett integrerande element, som under bestämda tidsintervall integrerar en insignal, k ä n n e t e c k n a d av att den vidare innefattar en komparator, till vars ena ingång fortlöpande tillförs nämnda integrerade värde och till vars andra ingång tillförs ett referensvärde ochen anord- ning som innefattar en klockpulsgenerator som matar en räknare, som under nämnda tidsintervall räknar upp eller ner från ett utgångsvärde, och som, baserat på utsignalen från komparatom, fastställer om den integrerade signalen vid uppåt- räkning överstiger eller är lika med respektive vid neråträkning understiger eller är lika med referensvärdet och i så fall vid vilken tidpunkt inom tidsintervallet, vilket är ett mått på signalens storlek.

2. Strålningskänslig sensoranordning innefattande en integrerande A/D- omvandlare, som innefattar ett stràlningskänsligt element och ett integrerande element, som under bestämda tidsintervall integrerar signalen från det strålnings- känsliga elementet, k ä n n e t_e c k n a d av att den vidare innefattar en kompara- tor, till vars ena ingång fortlöpande tillförs nämnda integrerade värde och till vars andra ingång tillförs ett referensvärde och en anordning som innefattar en klock- pulsgenerator som matar en räknare, som under nämnda tidsintervall räknar upp eller ner från ett utgångsvärde, och som, baserat på utsignalen från komparatom, fastställer om den integrerade signalen vid uppåträkning överstiger eller är lika med respektive vid neråträkning understiger eller är lika med referensvärdet och i så fall vid vilken tidpunkt inom tidsintervallet, vilket är ett mått på signalens storlek.

3. Strålningskänslig sensoranordning enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar en matris strålningskänsliga detektorer med en komparator per detektor, vilka har gemensam klockpulsgenerator och räknare.

4. Anordning enligt något av de tidigare patentkraven, k ä n n e t e c k n a d av att den även innefattar en andra integrerande A/D-omvandlare, som innefattar ett integrerande element, som under bestämda tidsintervall integrerar nämnda insignal, vilken andra integrerande A/D-omvandlare innefattar en komparator, till vars ena ingång nämnda integrerade värde tillförs efter varje tidsintervall och till vars andra ingång tillförs i analog form ett räknevärde från en räknare, vilken räknare under nämnda tidsintervall räknar upp eller ner från ett utgångsvärde, varvid räknaren är matad från en klockpulsgenerator, och en anordning som, baserat på utsignalen från komparatorn, fastställer om värdet från räknaren vid uppåträkning överstiger 10 15 20 25 30 35 in _,s12 332 e 7 eller är lika med respektive vid neråträkning understiger eller är lika med den integrerade signalen och i så fall vid vilken tidpunkt inom tidsintervallet, vilket är ett mått på slgnalens storlek.

5. Anordning enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a d av att den första och andra integrerande A/D-omvandlaren innefattar i huvudsak gemensamma kompo- nenter och att den innefattar en omkopplare som under tidsintervallen leder refe- rensvärdet till komparatom och räknarens värde till anordningen som fastställer tid- punkten när, om alls, det integrerade värdet som påförs komparatorn när referens- värdet och som efter tidsintervallen påför räknarens värde på komparatorns ena ingång och till anordningen som fastställer tidpunkten när, om alls, räknarens värde når det integrerade värdet som påförs komparatorn.

6. Anordning enligt patentkravet 5, k ä n n e t e c k n 'a d av att såväl den första som den andra A/D-omvandlaren är anordnad att mäta intensiteten under direkt efter varandra följande tldsintervall, varvid den första A/D-omvandlaren mäter intensiteten under det innevarande intervallet medan den andra samtidigt mäter intensiteten under det närmast föregående tidsintervallet, vilket möjliggörs bl.a. genom att anordningen innefattar en andra uppsättning räknare, komparator och register och en omkopplare.

7. Anordning enligt något av patentkraven 3 - 6, k ä n n e t e c k n a d av att klockpulsgenereringen är anordnad att ge olika pulsfrekvenser till den första och den andra A/D-omvandlaren.

8. Anordning enligt något av patentkraven 3 - 7, k ä n n e t e c k n a d av att till den första A/D-omvandlaren ges klockpulserna med en under exponeringen föränderlig frekvens.

9. Anordning enligt något av patentkraven 3 ~ 8, k ä n n e t e o k n a d av att referensvärdet är ett maxreferensvärde, vilket motsvarar 2"-1, där n avser A/D- omvandlarens antal bitar.

10. Anordning enligt något av patentkraven 3 - 8, k ä n n e t e c k n a d av att referensvärdet är en bråkdel av ett maxreferensvärde, vilket senare motsvarar 2"-1, där n avser A/D-omvandlarens antal bitar.