Видеоконтрольное устройство для растрового электронного микроскопа

 

ВИДЕОКОНТРОЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСТРОВОГО ЭЛЕКТРОННОГО МИКРОСКОПА , содержащее предварительный усилитель , соединенный входом с детектором сигнала, а выходом - со входами детекторов максимума и минимума, выходы которых соединены соответс венно с первыми входами первого и второго накопителей, соединенных выходами соответственно с первыми входами третьего и четвертого накопителей, генератор разверток, первый выход которого соединен с отклоняющей системой электронно-лучевой трубки и через цепь управления увеличением - с отклоняющей системой микроскопа, второй выход соединен со вторыми входами первого и второго накопителей, а третий выход - со вторыми входами третьего и четвертого накопителей, и видеоусилитель, выход которого соединен с управляЮ1цим электродом электронно-лучевой трубки, о т л ичающееся тем, что, с целью повышения точности и скорости автоматического регулирования видеосигнала , оно дополнительно содержит первый и второй блоки вычитания и регуг лируемый передаточный элнмент, при этом первый вход первого блока вычи (Л тания соединен с выходом предварительного усилителя, первый вход втос рого блока вычитания - с выходом четвертого накопителя, вторые входы обо§ их блоков вычитания соединены с выходом третьего накопителя, а выходы соответственно - с первым и вторым входами регулируемого передаточного элемента, выход которого соединен со о входом видеоусилителя. СП 00 9д

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК (1% (1И

3 H 01 J 37/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3607890/18 — 21 (22) 17.06.83 (46) 30.07.84. Бюл. М 28 (72) В.Г.Балобанов, Е.П.Бочаров, А.А.Камалягин и О.Л.Куляс (53) 621. 385. 833 (088. 8) (56) 1. Новиков Н.В. и др. Автоматический корректор контраста в тракте цветной телекинопроекции;"Техника кино и тел видения", 1977, В 6 с.46.

2. Патент Англии 1(1418393, кл. Н 4 Г, опубл. 1977 (прототип). (54)(57) ВИДЕОКОНТРОЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ РАСТРОВОГО ЭЛЕКТРОННОГО МНКРОСКОПА, содержащее предварительный усилитель, соединенный входом с детектором сигнала, а выходом — со входами детекторов максимума и минимума, выходы которых соединены соответственно с первыми входами первого и второго накопителей, соединенных выходами соответственно с первыми входами третьего и четвертого накопителей, генератор разверток, первый выход которого соединен с отклоняющей системой электронно-лучевой трубки и через цепь управления увеличением — с отклоняющей системой микроскопа, второй выход соединен со вторыми входами первого и второго накопителей, а третий выход — со вторыми входами третьего и четвертого накопителей, и видеоусилитель, выход которого соединен с управляющим электродом электронно-лучевой трубки, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и скорости автоматического регулирования видеосигнала, оно дополнительно содержит первый и второй блоки вычитания и регулируемый передаточный эл мент, при I этом первый вход первого блока вычитания соединен с выходом предварительного усилителя, первый вход второго блока вычитания — с выходом четвертого накопителя, вторые входы обо- O их блоков вычитания соединены с выФ ходом третьего накопителя, а выходы соответственно — с первым и вторым входами регулируемого передаточного элемента, выход которого соединен со входом видеоусилителя.

I !

961 2 для нормализации видеосигнала необходимо иметь различные коэффициенты передачи для постоянной и переменной составляющих.

1 1105

Изобретение относится к электрон- но-оптическому приборостроению и может быть использовано в устройствах визуализации изображения растрового электронного микроскопа (РЭМ).

В РЭМ видеосигнал формируется sa счет взаимодействия электронного пучка с исследуемым образцом. При смене образца, режима сканирования и др. может измениться как размах, так и 1О уровень черного видеосигнала. В то же время необходимо, чтобы минимальное значение видеосигнала на модуляторе воспроизводящей иэображение электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) было несколько больше напряжения отсечки, а максимальное — приближалось к области насыщения. Ручная регулировка уровня черного и контраста не обеспечивает необходимой точности и опе- щ ративности.

Известно используемое в телевидении видеоконтрольное устройство (ВКУ) с автоматической регулировкой размаха видеосигнала, которое содержит последовательно соединенные первый регулятор (уровня черного) и второй регулятор (уровня белого). Первый регулятор охвачен цепью обратной связи, содержащей детектор минимума величины видеосигнала, а второй охвачен цепью обратной связи, содержащей детектор максимума видеосигнала (1J.

Однако применение такой схемы в устройствах визуализации изображения

РЭМ затруднительно. Например, при использовании ее в малокадровом режиме необходимо либо отказаться от анализа экстремумов за полное время кадра, либо смириться с тем, что правильное регулирование начнется ке ранее, чем через два кадра после изменения параметров видеосигнала. Задержка правильного регулирования вызвана влиянием регулировки уровня черного на уровень белого. Кроме того, в известном устройстве видеосигнал имеет в своем составе гасящие импульсы, уровень которых соответствует наиболее темным участкам изображения. В колонне РЭМ электронный луч, во время обратного хода, ке гасится и таким образом в сигнале, снимаемом с детектора РЭМ, нет специально вьщеленкых интервалов, содержащих информацию только об уров-55 не черного. Более того, видеосигнал при малом размахе зачастую имеет большую -пос тояккую составпяющую и

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ВКУ для РЭМ, содержащее предварительный усилитель, соединенный входом с детектором сигнала, а выходом — со входами детекторов максимума и минимума, выходы которых соединены соответственно с первыми входами первого и второго накопителей, соединенных выходами соответственно с первыми входами третьего и четвертого накопителей, генератор разверток, первый выход которого соединен с отклоняющей сис-темой ЭЛТ и через цепь управления увеличением — с отклоняющей системой

РЭМ, второй выход соединен со вторыми входами первого и второго накопителей, а третий выход — со вторыми взводами третьего и четвертого накопителей, и видеоусилитель, выход которого соединен с управляющим электродом ЭЛТ. В известном ВКУ с выхода детектора (фотоэлектронного умножителя - ФЭУ) видеосигнал, усиленный предварительным усилителем, акали ируется цепью контраста и уровня черного. В результате этого анализа вырабатываются сигналы для регулировки размаха видеосигнала путем изменения питающего напряжения ка ФЭУ и сигнал, управляющий сдвигом видеосигнала путем воздействия ка предварительный. усилитель. Цепь контраста и уровня черного представляет собой два параллельных канала для выделения экстремумов видеосигнала, сравнения их с эталонными значениями и хранения значений управляющих сигналов. Каждый канал содержит детектор соответствующего экстремума, первый оперативный накопитель, компаратор, соединенный первым входом через ключ и первый буферный усилитель с выходом первого накопителя к вторым входом — с выходом источника эталонного напряжения. Выход компаратора соединен с . вторым входом дифференциального усилителя, выход которого соединен со вхо;.;ом второго накопителя. Для того, чтобы результат регулирования предыдущего кадра кс сказывался ка анализе экстремальных значений видеосигнала последующего кадра, второй накопитель охвачев обрат—

1105961 и -о Й- —, Uwiw

Ьых тиОсс в (),чО,х

S, Uagii та 1 Unii»

55 ной связью по цепи: второй буферный усилитель, ключ, третий накопитель, первый вход дифференциального усилителя. регулирование контраста и уровня черного в известном устройстве 5 осуществляется на основе анализа параметров видеосигнала предыдущего кадра 2 J.

Регулировка контраста осуществляется изменением режима датчика (ФЭУ), 10 что может выводить его из оптимального режима работы и ухудшать соотношение сигнал — шум в видеосигнале.

Кроме того, известное устройство не может работать с датчиком других типов. Охват всей системы обратной связью требует существенного увеличения динамического диапазона всего устройства, а также может вызвать автоколебательные процессы в систе- 20 ие. Известное устройство не обеспечивает необходимой точности регулирования во втором кадре после изменения параметров сигнала. Это обусловлено тем, что эа время первого кадра 25 выделяет минимальное и максимальное значение видеосигнала. Во втором кадре минимальное значение сигнала оказывается привязанным к уровню черного. Коэффициент передачи видеотрак- gp та принимает значение

Кров и » где U — уровень белого в выходном сигнале;

U „- максимальное входное значение видеосигнала за кадр.

Максимальное напряжение на выходе видеотракта с учетом регулирования усиления и уровня черного составляет

45 а относительная погрешность регулирования соответственно где U ; — минимальное значение входного видеосигнала за кадр.

При сигнале с малым размахом .(мало значение Ц -Llд, ) и большим и значением постоянной составляющей (велико значение U ) погрешность регулирования может быть весьма значительной. И только в третьем кадре максимальное значение сигнала на выходе известного устройства может сравняться с уровнем белого. Использование третьего накопителя с обслуживающими его цепями в каждом из детекторов экстремумов для устранения влияния регулирования на анализ экстремумов видеосигнала усложняет устройство и уменьшает его стабильность и точность.

Цель изобретения — повьппение точности и скорости автоматического регулирования видеосигнала.

Указанная цель достигается тем, что видеоконтрольное устройство, содержащее предварительный усилитель, соединенный входом с детектором сигнала, а выходом — со входаии детекторов максииума и минимума, выходы которых соединены соответственно с первыми входами первого и второго накопителей, соединенных выходами соответственно с первыми входами третьего и четвертого накопителей, генератор разверток, первый выход которого соединен с отклоняющей системой электронно-лучевой трубки и через цепь управления увеличением — с отклоняющей системой микроскопа, второй выход соединен со вторыми входами первого и второго накопителей, а третий выход — со вторыми входами третьего и четвертого накопителей, и видеоусилитель, выход которого соединен с управляющим электродом электроннолучевой трубки, дополнительно содержит первый и второй блоки вычитания и регулируемый передаточный элемент, при этом первый вход первого блока вычитания соединен с выходом предварительного усилителя, первый вход второго блока вычитания — с выходом четвертого накопителя, вторые входы обоих блоков вычитания соединены с выходом третьего накопителя, а выходы соответственно с первым и вторым входами регулируемого передаточного элемента, выход которого соединен со входом видеоусилителя.

На фиг. 1 показана структурная схема ВКУ для РЗМ; на фиг. 2 — временные диаграммы-эпюры на входах и выходах блоков.

Устройство содержит детектор 1 сигнала, соединенный с предварительным усилителем 2. Выход усилителя

2 соединен через детектор 3 минимума с первым накопителем ч через детек1105961 тор 6 максимума со вторым накопителем 5. Выходы первого и второго накопителей соединены соответственно с третьии накопителем 7 и четвертым накопителеи 8. Выход третьего накопи- 5 теля 7 соединен со входами первого блока вычитания 9 и второго блока вычитания 10, выходы которых соединены со входами регулируемого передаточного элемента 11. Элемент 11 соединен с видеоусилителеи 12, подключенным к управляющему электроду ЭЛТ 13, Устройство содержит гакже генератор

14 разверток,.связанный с отклоняющей системой 15 ЭЛТ 13 и через цепь

16 управления увеличением с отклоняющей системой 17 микроскопа. На временных диаграммах показаны следующие сигналы: 18 — пилообразный сигнал генератора 14 разверток; 19 — сигнал начала обратного хода по кадру со второго выхода генератора 14; 20— сигнал конца обратного >-ода по кадру с первого выхода генератора 14; 21 сигнал на выходе предварительного усилителя 2; 22 и 23 — соответственно уровень белого и черного в сигнале на выходе усилителя 2; 24 — сигнал с выхода детектора 6 максимума;

25 - сигнал на выходе детектора 3 ми- 30 нииума; 26 и 27 — сигналы на выходах соответственно третьего и четвертого накопителей 7 и 8; 28 — сигнал на выходе первого вычитающего устройства; 29 — сигнал на входе.видеоусилителя 12 30 и 31 — уровень белого и соответственно черного в сигнале 29.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 14 разверток вырабатывает пилообразный сигнал !8, управляющий положением луча ЭЛТ 13 с помощью ее отклоняющей системы 15 и, после воздействия на это напряжение

45 цепи 16 управления увеличением, положением луча в колонне РЭМ с помощью отклоняющей системы 17. При этом с первого выхода генератора 14 снимаются сигналы 20 конца, и со второго— сигналы 19 начала обратного хода по

50 кадру. В результате взаимодействия электронного луча в колонне РЭМ с образцом на выходе предварительного усилителя 2 появляется видеосигнал

21. При условиях, что этот сигнал впервые появился в интервале времени

0 — Т сдвиг сигнала не осуществляК ется, а коэффициент передачи регулируемого элемента 11 равен 1, этот сигнал без изменения поступает на вход видеоусилителя 12 для последующей модуляции луча ЭЛТ 13. В этот же интервал времени с выхода детектора

Ь максимума для записи во второй накопитель 5 поступает сигнал 24, а с выхода детектора 3 минимума для записи в первый накопитель 4 поступает сигнал 25. Таким образом, к концу времени прямого хода кадра в первом

4 и втором 5 накопителях окажутся записанными экстремальные значения вн= деосигнала за кадр. С приходом в начале обратного хода на третий накопитель 7 и четвертый накопитель 8 сигнала 19 в них переписывается информация из первого 4 и второго 5 накопителей, и на их выходах появляются сигналы 26 и 27. С приходом в конце обратного хода на первый 4 и второй 5 накопители сигналов 20 эти накопители очищаются и готовы к приему информации об экстремумах видеосигнала в следующем кадре.

В первом блоке вычитания 9 из видеосигнала 21 вычитается его минимальное значение (сигнал 27), хранящееся в третьем накопителе 7, что приводит к фиксации минимума видеосигнала в интервале Т вЂ” 2 на уровне черного (сигнал 28). Во втором блоке вычитания 10 выполняется операция 0щ@ -0 „<, т.е. находится размах видеосигнала.

Пропорционально этому размаху осуществляется регулирование коэффициента передачи регулируемого передаточного элемента 11, и максимальное значение видеосигнала при одится к уровню белого (сигнал 29).

При изменении параметров экстремумов сигнала в третьем кадре (2 Т„3 Т ) аналогичным образом осуществляется регулирование в интервале 3 Т—

4 Т .

Все четыре накопителя могут быть выполнены емкостными, однако повышения стабильности и точности работы всего устройства первый 4 и второй 5 накопители целесообразно выполнить в виде аналого-цифровых преобразователей, а третий 7 и четвертый 8 накопители — в виде цифровых регистров.

Тогда второй блок вычитания 10 также выполняется цифровым, регулируемый передаточный элемент 11 выполняется цифроуправляемым, а между третьим накопителем 7 и первым блоком вычита7 11 ния 9 включается цифро-аналоговый преобразователь.

Предлагаемое устройство по сравнению с известными значительно быстрее обеспечивает требуемую точность регулирования за счет того, что усилие видеотракта регулируется пропорционально размаху сигнала, а не пропорционально его максимальному значению.

Устройство может работать с датчиком

05961 8 любого типа, а при работе с ФЭУ режим последнего может быть подобран оптимальным образом. В целом, рассмотренное ВКУ является более простым вследствие менее жестких требований к динамическому диапазону всех узлов анализа и регулирования и исключения дополнительного накопителя с обслуживающими цепями в каждом

1О из каналов анализа экстремумов.

1 105961

tg

t9 0

gg О

21

27

Фиг,2

Составитель В.Гаврквин

Редактор Т.Парфенова Техред A.Áàáèíåö Коррек.оп А.фоври

Заказ 5607/42 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4