УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)

УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)
Заявляемая полезная модель относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использована в устройствах с формированием изображения на излучающих диодах.
Известно тепловизионное устройство (см. патент Великобритании JV 2119196, Н04 N 5/33, опубл. 9.11,83), содержащее матрицу чувствительных элементов, подключенную к входам схемы управления, выходы которой соединены с матрицей излучающих диодов, фокусирующую оптику и узел сканирования. Повышение яркости формируемого изображения в нем достигается увеличением числа излучающих диодов и введением схемы задержки.
Недостатком этого устройства является необходимость введения жесткой синхронизации между скоростью развертки изображения и временем задержки, повышенное энергопотребление и сложность устройства.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому эффекту является тепловизионное устройство (см. патент Великобритании № 1435144, Н04 N 5/33, 3/10, опубл. 12.05.76), содержащее матрицу чувствительных элементов, подключенную к входам схемы управления, выходы которой через токоограничивающие резисторы соединены с первыми выводами матрицы излучающих диодов, вторые выводы которых подключены к источнику напряжения, фокусирующую оптику и узел сканирования. В таких устройствах матрица излучающих диодов представляет собой монолитный полупроводниковый кристалл, топология взаимного расположения в котором излучающих диодов аналогична расположению чувствительных элементов. Изменение электрических сигналов чувствительных элементов при формировании
изображения узлом сканирования вызывает изменение токов на выходах схемы управления, которые, в свою очередь, протекают через токоограничивающие резисторы и матрицу излучающих диодов. Протекание электрических токов через матрицу излучающих диодов вызывает ее тепловой нагрев. Нагрев будет происходить по экспоненциальному закону, определяемому тепловым сопротивлением между излучающими диодами и окружающей средой Rj и теплоемкостью кристалла излучающих диодов Скр, а повышение температуры кристалла описывается зарядом или разрядом в эквивалентной электрической цепи конденсатора емкостью С через резистор сопротивлением R. Перегрев кристалла матрицы исключается ограничением выходных токов схемы управления токоограничивающими резисторами. Появление одновременно на всех чувствительных элементах больших сигналов вызовет протекание максимально возможного тока Ц, на каждом выходе схемы управления, определяемого токоограничивающим резистором. При этом через всю матрицу излучающих диодов будет протекать максимально допустимый для нее ток I „, равный N х i, где N - число излучающих диодов в матрице. Так как токоограничивающие резисторы на всех выходах схемы управления одинаковые, то и максимальные токи через любые излучающие диоды равны „.
Недостатком этого устройства является узкий динамический диапазон яркости формируемого изображения. Резисторы, включенные между выходами схемы управления и излучающими диодами, ограничивают максимальный ток через каждый излучающий диод и, соответственно, яркость каждого излучающего диода на одном и том же уровне, независимо от характера формируемых устройством изображений, в том числе и для высококонтрастных малоразмерных объектов.
Задачей, решаемой в данном устройстве, является повышение разрешающей способности изображения высококонтрастных малоразмерных объектов за счет расширения динамического диапазона яркости излучающих диодов.
Для решения поставленной задачи предлагается два варианта устройства.
В первом варианте поставленная цель достигается тем, что в устройстве формирования изображения, содержащем оптически сопряжённые объектив, узел сканирования, матрицу фотоприёмников, подключенную к входам усилителя, выходы которого подключены к входам матрицы излучающих диодов, а также токоограничивающий элемент, выходы матрицы светоизлз ающих диодов подключены к первому выводу токоограничивающего элемента, второй и третий выводы которого соединены соответственно с первой и второй щинами питания, при этом токоограничивающий элемент выполнен в виде последовательно соединённых резистора и конденсатора, точка их соединения подключена к первому выводу токоограничивающего элемента, а вторые выводы резистора и конденсатора подключены соответственно к второму и третьему выводам токоограничивающего элемента.
Во втором варианте поставленная цель достигается тем, что в устройстве формирования изображения, содержащем оптически сопряжённые объектив, узел сканирования, матрицу фотоприёмников, подключенную к входам усилителя, выходы которого подключены к входам матрицы излучающих диодов, а также токоограничивающий элемент, выходы матрицы светоизлучающих диодов подключены к первому выводу токоограничивающего элемента, второй и третий выводы которого соединены соответственно с первой и второй щинами питания, при этом токоограничивающий элемент выполнен в виде двух последовательно соединённых резисторов, включенных между первым и вторым выводами токоограничивающего элемента, и двух конденсаторов, первый из которых подключен к первому и третьему выводам токоограничивающего элемента, а второй включен между точкой соединения первого и второго резисторов и третьим выводом токоограничивающего элемента.
На фиг.1 представлена принципиальная схема первого варианта устройства формирования изображения.
На фиг.2 представлена принципиальная схема второго варианта устройства формирования изображения.
Устройство формирования изображения (фиг.1) содержит объектив 1, оптически сопряженный с узлом сканирования 2 и матрицей фотоприемников 3, подключенной к входам усилителя 4, выходы которого подключены к входам матрицы 5 излучающих диодов, выходы матрицы 5 подключены к первому выводу А токоограничивающего элемента 6, второй вывод В которого соединен с первой шиной питания 7, а третий вывод С со второй шиной питания 8, последовательно включенные резистор 9 и конденсатор 10 токоограничиваюш;его элемента 6 точкой соединения подключены к выводу А, резистор 9 крайним выводом к выводу В, а конденсатор 10 крайним выводом к выводу С токоограничиваюшего элемента 6, матрица 5 оптически сопряжена с узлом сканирования 2 и выходной оптикой 11.
Устройство формирования изображения (фиг.2) содержит объектив 1, оптически сопряженный с узлом сканирования 2 и матрицей фотоприемников 3, подключенной к входам усилителя 4, выходы которого подключены к входам матрицы 5 излучающих диодов, выходы матрицы 5 подключены к первому выводу А токоограничивающего элемента 6, второй вывод В которого соединен с первой шиной питания 7, а третий вывод С со второй шиной питания 8, при этом токоограничивающий элемент 6 выполнен в виде двух последовательно соединенных резисторов 9 и 12, включенных между первым выводом А и вторым выводом В токоограничивающего элемента 6, первого конденсатора 10, включенного между первым выводом А и третьим выводом С токоограничивающего элемента 6, к которому подключен один из выводов второго конденсатора 13, второй вывод которого подключен к точке соединения резисторов 9 и 12, матрица 5 оптически сопряжена с узлом сканирования 2 и выходной оптикой 11.
Устройство (фиг.1) работает следующим образом. Поток излучения от фона и расноложенного на нем объекта, например, автомобиля с нагретым работающим двигателем, занимающим только небольшую часть поля зрения устройства, через объектив 1 и колеблющееся вокруг собственной оси двухстороннее зеркало узла сканирования 2 падает на матрицу фотоприемников 3, вызывая появление электрических сигналов. Выходные токи усилителя 4 протекают через матрицу 5 и токоограничивающий элемент 6. Изменение яркости излучающих диодов матрицы 5 одновременно с колебаниями узла сканирования 2 через выходную оптику 11 формирует изображение фона и расположенного на нем объекта. Формируемое изображение малоразмерного объекта занимает размер всего в несколько строк растра. В моменты времени, соответствующие формированию изображения автомобиля с нагретым двигателем, через небольшую часть соответствующих излучающих диодов матрицы 5 будет протекать импульсный ток, превышающий „, но в связи с тем, что длительность этого импульсного тока мала по отношению к периоду следования строк, а число таких излучающих диодов незначительно в сравнении с общим числом излучающих диодов в матрице 5, конденсатор 10 практически,не разрядится этим импульсным током. При этом высококонтрастное изображение нагретых деталей автомобиля - капот, радиатор охлаждения двигателя, глушитель с выхлопной трубой и др. будет сформировано без яркостных искажений.
При попадании в поле зрения устройства формирования изображения, например высококонтрастной трубы теплостанции, перекрывающей одновременно все чувствительные элементы матрицы фотоприемников 3, ток через каждый из излучающих диодов матрицы 5 может превысить „, а суммарный ток всей матрицы 5 тогда превысит 1, что вызовет постепенный нагрев кристалла матрицы 5, определяемый ее тепловой постоянной времени. Если время формирования изображения трубы в строке меньше тепловой постоянной времени матрицы излучающих диодов (а обычно оно в 30 - 1000
f C lfflf
раз меньше), то ограничения суммарного тока всей матрицы излучающих диодов 5 на уровне IM не произойдет. Постоянная времени цепи резистор 9 конденсатор 10 токоограничивающего элемента 6 не превышает тепловой постоянной времени матрицы излучающих диодов 5 и, следовательно, конденсатор 10 не успеет перезарядиться.
И только когда какой-либо высококонтрастный протяженный объект займет значительную часть поля зрения устройства формирования изображения, токоограничивающий элемент 6 ограничит суммарный ток всей матрицы 5 излучающих диодов на уровне IM, тем самым защитив ее от перегрева.
Для более полной реализации тепловых свойств матрицы излучающих диодов, но без захода в область опасных тепловых режимов работы, возможно использование характера тепловых процессов в излучающих диодах, которые описываются несколькими постоянными времени. Таких постоянных времени может быть не менее трех и они различаются по величине между собой от 3 до 100 и более раз. При этом их вклад во временную релаксацию может составлять от  15% до 30% и более. Однако практически достаточно ограничиться двумя постоянными времени ij и Т2. Соответствующая такой тепловой модели эквивалентная электрическая схема будет содержать два резистора и два конденсатора, причем сумма сопротивлений этих двух последовательно включенных резисторов должна быть равна сопротивлению резистора в однозвенной RC цепи, а емкость одного из конденсаторов превыщать емкость конденсатора однозвенной RC цепи, что и обеспечит дополнительное увеличение динамического диапазона яркости излучающих диодов.
Устройство (фиг.2) работает аналогично первому, при этом по мере разряда конденсатора 10 импульсным током излучающих диодов матрицы 5 будет происходить его подзаряд через резистор 9 от конденсатора 13.
одновременно все чувствительные элементы матрицы фотоприемников 3, и имеющей толщину в несколько раз большую, чем толщина трубы теплостанции, начнется дополнительный постепенный нагрев кристалла матрицы 5 со второй постоянной времени Т2. . Если время формирования изображения доменной печи в строке меньше второй тепловой постоянной времени матрицы излучающих диодов 5 (а обычно оно в несколько раз меньше), то ограничения суммарного тока всей матрицы излучающих диодов 5 на уровне „ не произойдет. Постоянная времени цепи резистор 12 конденсатор 13 токоограничивающего элемента 6 не превышает второй тепловой постоянной времени матрицы излучающих диодов 5.
Общий ток матрицы излучающих диодов 5 протекает последовательно через резисторы 9 и 12, сумма сопротивлений которых равна сопротивлению резистора 9 на фиг.1, а емкости конденсаторов 10 и 13 определяют постоянные времени этих двух RC цепей. Величины этих постоянных времени не должны превышать постоянные времени TI и Т2 матрицы излучающих диодов 5.
В предложенном устройстве матрица фотоприемников 3 и матрица излучающих диодов 5 могут иметь, как одинаковое количество рядов и столбцов, так и быть вырожденными, т.е. состоять из только одного ряда или столбца, причем число элементов матрицы излучающих диодов 5 может превышать число элементов в матрице фотоприемников 3; показанный на фиг.1 и 2 узел сканирования 2 является наиболее простым вариантом исполнения; сформированное узлом сканирования 2 и матрицей излучающих диодов 5 изображение может переноситься выходной оптикой как на сетчатку глаза человека, так и на фотопленку или мишень фоточувствительных приборов типа видикон, электронно-оптический прибор (ЭОП), приборы с зарядовой связью (ПЗС) и др.
Таким образом, подключение матрицы излучающих диодов к шине питания через общий токоограничивающий элемент, содержащий резистор и конденсатор или по два резистора и конденсатора, электрическая постоянная
времени которых не превышает тепловой постоянной времени матрицы излучающих диодов, позволяет повысить разрешающую способность изображений высококонтрастных малоразмерных объектов за счет расщирения динамического диапазона яркости матрицы излучающих диодов без ее перегрева и снижения надежности устройства.
Генеральный директор Хлх/Ос - : .1. Иванов