Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
199 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
Разрешающая способность таких анализаторов зависит не только от размеров элементов мозаики или матрицы, но и от способов обработки сигналов, снимаемых с этих элементов. Повысить разрешающую способность удается с помощью дифференцирования сигналов, использования способа двойной коррелированной выборки, принудительного сканирования изображения по матрице или мозаике с последующим интегрированием сигналов, придания сигналам, снимаемым с различных элементов, различных «весов», т. е. усиливая их по-разному, и др. (см. последующие главы настоящей книги).
К этому типу анализаторов можно отнести отдельные виды передающих телевизионных трубок, их твердотельные аналоги, например ПЗС, одномерные и двумерные мозаичные приемники, дискретные сканисторы.
Как и аналоговые полупроводниковые приемники-анализаторы, дискретные приемники-анализаторы можно подразделить на:
позиционно-чувствительные, создающие сигнал, в котором содержится информация о координатах изображения излучателя (обычно малоразмерного) в плоскости анализа или о взаимном расположении нескольких изображений; обычно эта информация содержится в амплитуде сигнала;
развертывающие дискретные приемники-анализаторы, которые иногда называют твердотельными аналогами передающих телевизионных трубок (см. § 6.6 и 8.5);
селективно-преобразующие приемники-анализаторы, в которых одновременно с преобразованием оптического сигнала в электрический происходит первичная обработка информации, например, окон-туривание, фильтрация, выделение движущихся изображений или изображений определенной формы и т.д.
Физические принципы работы таких приемников-анализаторов были описаны выше, поэтому кратко рассмотрим лишь некоторые их особенности, важные с точки зрения выполнения ими функций анализаторов.
Обобщенная схема фотодиодного матричного анализатора представлена на рис. 7.14. На пластину полупроводника ср-л-переходами нанесены две группы взаимно перпендикулярных металлических то-копроводящих шин. Развертка изображения осуществляется путем поочередного опроса пересекающихся шин, между которыми включены отдельные фотодиоды. Например, строчная горизонтальная развертка производится путем последовательных вдоль первой строки переключений столбцов (от 1 до;'): 1 и 2, ..., 1 и j, затем вдоль второй строки: 2 и 1, 2 и 2, ..., 2 и j и т.д. Переходы от токопроводящих шин к
200 Глава 7. Анализаторы изображения оптико-электронных приборов
фотослою, расположенному между ними (рис. 7.14, б), осуществляются через разомкнутые ключи — полупроводниковые диоды или транзисторы, расположенные в местах пересечения шин. Эти ключи выполняют роль коммутаторов с проводимостью, сильно различающейся в замкнутом и разомкнутом состояниях. Нормальным положением ключа является разомкнутое. При совпадении импульсов, идущих от генераторов развертки, происходит замыкание и соответствующий фотодиод подключается к выходу. Таким образом на выходной нагрузке образуется видеосигнал.
1 • • SB mm mm • • • *
/
/ / яг
/ / S ¦¦ / /
E ш / Ґ
Рис. 7.14. Схема фотодиодного матричного анализатора: а — схема включения; б — поперечное сечение полупроводниковой структуры; 1 и 2 — генераторы вертикальной и горизонтальной разверток; 3 — цепи видеосигналов; 4 — горизонтальные шины; 5 — фотослой; в — вертикальные шины
Очевидно, что в каждый момент времени к выходной нагрузке Должен быть подключен лишь один элемент матрицы. Тогда видеосигнал повторяет во времени (при развертке) закон распределения освещенности на поверхности матрицы. В таких анализаторах можно задавать различные типы разверток — строчную (горизонтальную) и кадровую (вертикальную), т.е. осуществлять не только последовательную, но и достаточно произвольную выборку оптического сигнала — распределения освещенности в изображении.
Кроме фотодиодной структуры в матрицах-анализаторах используются фоторезисторы, фототранзисторы и другие фотоприемные Структуры. Очевидно, что постоянная времени элемента фотослоя должна быть меньше времени коммутации, т.е. времени переключения элементов. Можно также осуществить работу матрицы в режиме на-
201 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
копления, если постоянная времени элемента фотослоя будет больше времени коммутации. Хотя в этом случае чувствительность анализатора повысится, однако осуществить произвольную выборку сигнала уже не удастся.
Принцип коммутации (переключения) матрицы можно пояснить спомощьюрис. 7.15. При поступлении импульса Up от генератора развертки на элемент матрицы А (фотодиод), куда подано обратное смещение, «конденсатор» элемента заряжается до максимального значения импульса развертки. Попадание излучения на этот элемент увеличивает скорость разряда этого «конденсатора» через нагрузку R11, т.е. скорость изменения потенциала Ua в точке А в течение периода развертки. При следующей коммутации ток дозаряда «конденсатора» элемента зависит от потери заряда за период коммутации Tk и оказывается пропорциональным общему числу квантов, попавших на элемент (фотодиод) за это время Тк. Дифференцируя выходной сигнал, можно получить видеоимпульс UB. В качестве генератора развертки используются диодные или транзисторные дешифраторы, а также сдвиговые регистры. Первые позволяют осуществить произвольный закон считывания информации с элементов матрицы.
