Устройство формирования изображения

Использование: относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использовано в тепловизионных приборах с многоэлементными фотоприемниками и многоэлементными излучателями. Цель: Снижение потребляемой мощности резистором токоограничивающего элемента и габаритов конденсатора при использовании устройства в компактных (ручных) тепловизионных приборах с питанием от миниатюрных электрических батарей. Сущность полезной модели: В устройстве формирования изображения, содержащем входной объектив, блок сканирования, многоэлементный фотоприемник, подключенный к входам блока видеообработки, выходы которого подключены к входам многоэлементного излучателя, выходной объектив, а также токоограничивающий элемент, содержащий последовательно соединенные резистор, вторым выводом подключенный к первой шине питания, и конденсатор, вторым выводом подключенный к второй шине питания, дополнительно введен транзистор, база которого подключена к точке соединения резистора и конденсатора, коллектор соединен с первой шиной питания, а эмиттер соединен с выходами многоэлементного излучателя.

Заявляемая полезная модель относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использована в тепловизионных устройствах с формированием изображения на излучающих диодах.

Известно тепловизионное устройство (см. патент Великобритании 1435144, H04N 5/33, 3/10, опубл. 12.05.76), содержащее многоэлементный фотоприемник, подключенный к входам блока видеообработки, выходы которого через токоограничивающие резисторы соединены с первыми выводами многоэлементного излучателя, вторые выводы которого подключены к источнику напряжения, фокусирующую оптику и узел сканирования. В таких устройствах многоэлементный излучатель представляет собой монолитный полупроводниковый кристалл, топология взаимного расположения в котором излучающих диодов аналогична расположению чувствительных элементов фотоприемника. Изменение электрических сигналов чувствительных элементов при формировании изображения узлом сканирования вызывает изменение токов на выходах блока видеообработки, которые, в свою очередь, протекают через токоограничивающие резисторы и многоэлементный излучатель. Протекание электрических токов через многоэлементный излучатель вызывает его тепловой нагрев. Нагрев будет происходить по экспоненциальному закону, определяемому тепловым сопротивлением R_T между многоэлементным излучателем и окружающей средой и теплоемкостью кристалла C_кр многоэлементного излучателя, а повышение температуры кристалла описывается зарядом или разрядом в эквивалентной электрической цепи конденсатора емкостью С через резистор сопротивлением R. Перегрев многоэлементного излучателя исключается ограничением выходных токов схемы управления токоограничивающими резисторами. Появление одновременно на всех чувствительных элементах больших сигналов вызовет протекание максимально возможного тока i _m на каждом выходе схемы управления, определяемого токоограничиваюшим резистором. При этом через весь многоэлементный излучатель будет протекать максимально допустимый для него ток I_m. При этом,

I_m=i_m×N,

где N - число излучающих диодов в излучателе.

Так как токоограничивающие резисторы на всех выходах схемы управления одинаковые, то и максимальные токи через любые излучающие диоды равны i_m.

Недостатком этого устройства является узкий динамический диапазон яркости формируемого изображения. Резисторы, включенные между выходами блока видеообработки и многоэлементным излучателем, 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.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство формирования изображения (Полезная модель по свидетельству РФ 20696, H04N 5/33, опубл. 20.11.2001 г.).

Устройство формирования изображения содержит оптически сопряженные объектив, узел сканирования, многоэлементный фотоприемник, подключенный к входам блока видеообработки, выходы которого подключены к входам многоэлементного излучателя, а также токоограничивающий элемент. Выходы многоэлементного излучателя подключены к первому выводу токоограничивающего элемента, второй и третий выводы которого соединены соответственно с первой и второй шинами питания, при этом токоограничивающий элемент выполнен в виде последовательно соединенных 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.

В этом устройстве повышена разрешающая способность изображения высококонтрастных малоразмерных объектов за счет расширения динамического диапазона яркости излучающих диодов многоэлементного излучателя.

Значение произведения величины сопротивления резистора на величину емкости конденсатора не должно превышать значение тепловой постоянной времени многоэлементного излучателя, равной произведению теплового сопротивления многоэлементного излучателя R_T и его теплоемкости C_кр

Для уменьшения величины емкости конденсатора и, соответственно, его размеров, которые получаются значительными, приходится увеличивать величину сопротивления резистора. Но при этом увеличивается выделяемая им мощность, потребляемая от источника.

Недостатками этого устройства является ограничение выбора величины емкости конденсатора и соответственно значения сопротивления резистора токоограничивающего элемента и повышенное потребление мощности резистором токоограничивающего элемента, либо значительные габаритные размеры конденсатора токоограничивающего элемента, что является существенным недостатком при использовании устройства в компактных (ручных) тепловизионных приборах с питанием от миниатюрных электрических батарей.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является расширение диапазона выбора величин сопротивления резистора и емкости конденсатора токоограничивающего элемента и уменьшения объема (габаритов) занимаемых резистором и конденсатором токоограничивающего элемента в устройстве, а также потребляемой мощности.

Для решения поставленной задачи в устройстве формирования изображения, содержащем входной объектив, блок сканирования изображений, многоэлементный фотоприемник, подключенный к входам блока видеообработки, выходы которого подключены к входам многоэлементного излучателя, выходной объектив, а также токоограничивающий элемент, содержащий последовательно соединенные резистор, вторым выводом подключенный к первой шине питания, и конденсатор, вторым выводом подключенный к второй шине питания, дополнительно введен транзистор, база которого подключена к точке соединения резистора и конденсатора, коллектор соединен с первой шиной питания, а эмиттер соединен с выходами многоэлементного излучателя.

На рисунке представлено устройство формирования изображения, содержащее входной объектив 1, блок сканирования 2, многоэлементный фотоприемник 3, подключенный к входам блока видеообработки 4, выходы которого подключены к входам многоэлементного излучателя 5, выходной объектив 6, токоограничивающий элемент 7, содержащий последовательно соединенные резистор 8 и конденсатор 9, транзистор 10, база которого подключена к точке соединения конденсатора 9 и резистора 8, второй вывод резистора 8 с коллектором транзистора 10 подключены к первой шине питания 11, второй вывод конденсатора 9 соединен со второй шиной питания 12, а эмиттер транзистора 10 подключен к выходам многоэлементного излучателя 5.

Устройство работает следующим образом. Входной объектив 1, фокальная плоскость которого находится в плоскости чувствительных элементов многоэлементного фотоприемника 3, строит на них изображение фона и расположенного на нем объекта, например, автомобиля с нагретым работающим двигателем, занимающим небольшую часть поля зрения устройства. Двухстороннее зеркало блока сканирования 2 одной стороной осуществляет сканирование фона и объекта. С многоэлементного фотоприемника 3 электрические сигналы, соответствующие фону и объекту, поступают на входы блока видеообработки 4, а с него, соответственно, на входы матрицы излучающих диодов 5, поток излучения которых другой стороной двухстороннего зеркала блока сканирования 2 и выходным объективом 6 строит (формирует) видимое изображение фона и 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 многоэлементного излучателя 5 будет протекать импульсный ток, превышающий i_m, 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 многоэлементном излучателе 5, конденсатор 9, практически, не разрядится этим импульсным током. При этом высоконтрастное изображение нагретых деталей автомобиля - капот, радиатор охлаждения двигателя, глушитель с выхлопной трубой и др., будет сформировано без яркостных искажений. Суммарный ток выходов многоэлементного излучателя 5 является одновременно током эмиттера транзистора 10, причем ток базы этого транзистора 10 в десятки и даже в сотни раз меньше тока эмиттера, что позволяет в такое же количество раз увеличить величину сопротивления резистора 7 в сравнении с прототипом и пропорционально уменьшить величину емкости конденсатора 9.

На рисунке показан простейший блок сканирования 2 в виде двухстороннего зеркала, но он также может быть вращающейся многогранной зеркальной призмой, с которой могут работать, например, двухрядные многоэлементные фотоприемники и многоэлементные излучатели типа индикатора ИПТ 10Б-63К аАО.339.658 ТУ. Также в устройстве могут быть использованы многоэлементные фотоприемники и многоэлементные излучатели с большим числом рядов и столбцов, например, микродисплей ЕМА-100303-01 с числом элементов 852×600 фирмы eMagin, где вместо подвижных оптико-механических элементов в качестве блока сканирования 2 будет использоваться чисто электронный блок сканирования изображений многоэлементного фотоприемника 3 и многоэлементного излучателя 5.

Таким образом, введение транзистора, подключенного базой к точке соединения резистора и конденсатора, коллектором подключенного к первой шине питания, а эмиттером соединенного с выходами многоэлементного излучателя позволяет расширить диапазон выбора величины емкости конденсатора и, соответственно, величины сопротивления резистора токоограничивающего элемента для уменьшения величины емкости (и соответственно габаритов) конденсатора и потребляемой мощности резистором токоограничивающего элемента при использовании устройства в компактных (ручных) тепловизионных приборах с питанием от миниатюрных электрических батарей.

Устройство формирования изображения, содержащее входной объектив, блок сканирования изображений, многоэлементный фотоприемник, подключенный к входам блока видеообработки, выходы которого подключены к входам многоэлементного излучателя, выходной объектив, а также токоограничивающий элемент, содержащий последовательно соединенные резистор, вторым выводом подключенный к первой шине питания, и конденсатор, вторым выводом подключенный к второй шине питания, отличающееся тем, что дополнительно введен транзистор, база которого подключена к точке соединения резистора и конденсатора, коллектор соединен с первой шиной питания, а эмиттер соединен с выходами многоэлементного излучателя.

РИСУНКИ