акустоэлектронное устройство для сканирования оптических изображений
Классы МПК: | H04N5/30 преобразование световой или аналогичной информации в информацию в виде электрических сигналов |
Автор(ы): | Обрубов О.П. |
Патентообладатель(и): | Центральный научно-исследовательский институт "Комета" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1989-07-31 публикация патента:
30.01.1994 |
Использование: в устройствах для сканирования оптических изображений для преобразования оптических изображений в электрический сигнал. Сущность изобретения: акустоэлектронное устройство для преобразования оптических изображений содержит пьезоэлектрический звукопровод 1 поверхностных акустических волн с возбудителями импульсов, возбудители импульсов ПАВ выполнены в виде электроакустических преобразователей 2, 3, подключенных к генератору коротких радиоимпульсов 4, генератору протяженных импульсов 5 и генератору синхронизирующих импульсов 6. Система вывода электрического сигнала 7 содержит сетчатый электрод 8 и экранирующий электрод 9, оптико-электронный преобразователь 10, пьезоэлектрический звукопровод 1, система вывода электрического сигнала 7 и оптико-электронный преобразователь размещены в вакуумированном корпусе 11 с оптическим окном 12. 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
АКУСТОЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СКАНИРОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ, содержащее пьезоэлектрический звукопровод поверхностных акустических волн (ПАВ) с возбудителями импульсов ПАВ, систему вывода электрического сигнала взаимодействия ПАВ, выполненного, например, в виде электрического конденсатора, в межэлектродном зазоре которого размещен звукопровод ПАВ, и светочувствительный элемент, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и увеличения динамического диапазона, светочувствительный элемент выполнен в виде оптико-электронного преобразователя сигналов изображений, а в устройство введена система электрического переноса электронного изображения с выхода оптико-электронного преобразователя на рабочую поверхность звукопровода ПАВ между возбудителями импульсов ПАВ, например, в виде микроканального усилителя электронного изображения на основе микроканальной пластины, размещенной между выходом оптико-электронного преобразователя и рабочей поверхностью звукопровода, причем элементы устройства для сканирования оптических изображений размещены в вакуумированном корпусе с оптическим окном, совмещенным с входом оптико-электронного преобразователя.Описание изобретения к патенту
Предлагаемое акустоэлектронное устройство для сканирования оптических изображений предназначено для преобразования оптических изображений в электрический радиосигнал в радиоэлектронных устройствах обработки и передачи изображений, в частности в телевидении. Известно устройство для сканирования оптических изображений, выполненное на основе конвольвера поверхностных акустических волн (ПАВ), осуществляющее однокоординатное сканирование оптического изображения. Устройство выполнено в виде монолитной структуры, содержащей фоточувствительный пьезополупроводниковый звукопровод (из окиси цинка), размещенный в зазоре электрического конденсатора, осуществляющего съем выходного сигнала. Оптическое изображение проектируется на звукопровод ПАВ через полупрозрачный электрод конденсатора, имеющий отрицательное смещение и служащий в качестве параметрического электрода конвольвера. Зарядовое изображение, формируемое при этом в освещенных областях звукопровода, считывается с использованием свертки встречно распространяющихся ПАВ. Это устройство имеет ограниченные чувствительность и динамический диапазон, что обусловлено трудностями создания материала звукопровода одновременно с высокими фотополупроводниковыми и пьезоэлектрическими свойствами. Лучшие чувствительность и динамический диапазон имеет другое известное устройство для сканирования оптических изображений, в котором фоточувствительный и пьезоэлектрический элементы выполнены из различных материалов. Оно содержит пьезоэлектрический звукопровод ПАВ с размещенными на его рабочей поверхности фоточувствительным элементом в виде фотополупроводниковой пластины и возбудителями импульсов ПАВ, расположенный в межэлектродном зазоре электрического конденсатора, электроды которого образуют выходное плечо устройства. Оптическое изображение проектируется на фотополупроводниковую пластину через один из электродов конденсатора, выполненный полупрозрачным. Распределение проводимости в фотополупроводниковой пластине, соответствующее ее освещенности, считывается с использованием свертки встречно распространяющихся короткого и протяженного импульсов ПАВ. Модуляция выходного сигнала, снимаемого с электродов конденсатора на суммарной частоте взаимодействующих ПАВ, представляет собой развертку освещенности фотополупроводниковой пластины - сигнал оптического изображения (одна строка). Используя механическую развертку по второй координате (например, перемещая изображение), можно получить развертку всего кадра. Устройство-прототип имеет ограниченную чувствительность (определяемую чувствительностью используемого фотополупроводника) и ограниченный динамический диапазон (определяемый соотношением световой и темновой проводимостей фотополупроводника и характеристиками нелинейного взаимодействия ПАВ, связанными с нелинейными свойствами фотополупроводника). Целью изобретения является повышение чувствительности и увеличение динамического диапазона. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для сканирования оптических изображений, содержащем пьезоэлектрический звукопровод ПАВ с возбудителями импульсов ПАВ, светочувствительный элемент и систему вывода сигнала взаимодействия ПАВ, светочувствительный элемент выполнен в виде оптико-электронного преобразователя изображений (т. е. преобразователя сигнала оптического изображения в сигнал электронного изображения, модулированного по плотности тока по пространству потока электронов) и введена система электрического переноса электронного изображения с выхода оптико-электронного преобразователя на рабочую поверхность звукопровода ПАВ. Сопоставительный анализ с прототипом показал, что предложенное устройство отличается выполнением светочувствительного элемента - в виде оптико-электронного преобразователя изображений, наличием нового элемента: системы электрического переноса электронного изображения (т. е. модулированного по плотности тока по пространству потока электронов) с выхода оптико-электронного преобразователя на рабочую поверхность звукопровода ПАВ, и новыми связями светочувствительного элемента и системы электрического переноса электронного изображения с остальными элементами устройства. Таким образом, предложенное устройство соответствует критерию изобретения "новизна". Сравнение заявляемого технического решения с другими техническими решениями показывает, что оптико-электронные преобразователи изображений и система переноса электронного изображения с выхода оптико-электронного преобразователя на мишень (например, люминофорный экран) широко известны и применяются в усилителях яркости изображений на основе плоских микроканальных ЭОП. Однако при их введении в указанной связи с остальными элементами в предложенное устройство, указанные элементы проявляют новые свойства, что приводит к повышению чувствительности и увеличению динамического диапазона устройства для сканирования оптических изображений. На чертеже представлена схема устройства для сканирования оптических изображений. Оно содержит звукопровод 1 ПАВ, выполненный в виде пластины пьезоэлектрика, например, ниобата лития; возбудители импульсов ПАВ, выполненные в виде размещенных на звукопроводе 1 электроакустических (например, встречноштыревых) преобразователей 2 и 3 ПАВ, подключенных к генератору 4 коротких радиоимпульсов и генератору 5 протяженных во времени радиоимпульсов соответственно, подключенных входными плечами по синхронизации к генератору 6 синхронизирующих импульсов напряжения; систему вывода сигнала взаимодействия ПАВ, выполненную, например, в виде сетчатого 7 и экранирующего 8 электродов, образующих обкладки электрического конденсатора, в зазоре которого размещен звукопровод 1; оптико-электронный преобразователь, выполненный, например, в виде фотокатода 9, работающего в режиме "на прострел"; систему электрического переноса электронного изображения с выхода оптико-электронного преобразователя на рабочую поверхность звукопровода 1, выполненную, например, в виде микроканального усилителя электронного изображения на основе микроканальной пластины 10, ускоряющего сетчатого электрода 7, одновременно являющегося электродом конденсатора системы вывода сигнала, подключенным совместно с оптико-электронным преобразователем (в виде фотокатода 9) и экранирующим электродом 8 к источнику 11 питающих напряжений. Элементы устройства для сканирования: звукопровод 1 и оптико-электронный преобразователь размещены в вакуумированном корпусе 12 с оптическим окном 13. Устройство работает следующим образом. Входное оптическое изображение 14 проектируется на фотокатод 9, преобразуется им в электронное изображение и переносится ускоряющим электрическим полем системы электрического переноса электронного изображения на рабочую поверхность звукопровода 1, подвергаясь усилению микроканальной пластиной 10. Облучение рабочей поверхности звукопровода 1 осуществляется электронами изображения, ускоренными до энергий
используется явление внешнего фотоэффекта, характеризующееся существенно большим значением квантового выхода (в спектральном диапазоне входного оптического сигнала вплоть до

используется более эффективный (на 20-40 дБ) механизм свертки сигналов ПАВ в пространственном заряде вторичных электронов (а не в фотополупроводниковой среде, как в прототипе), что приводит к меньшей величине потерь сигнала в тракте последующего преобразования (светового сигнала в электрический сигнал). По указанным причинам чувствительность предложенного устройства может быть доведена до величины, характерной для оптико-электронных преобразователей на внешнем фотоэффекте и существенно превышающей чувствительность фотоприемного устройства на внутреннем фотоэффекте. В устройстве - прототипе динамический диапазон определяется диапазоном изменения нелинейных электрических свойств фотополупроводника (обуславливающих параметрическое взаимодействие распространяющихся ПАВ) в диапазоне значений светового потока от элементов изображения. Этот диапазон определяется соотношением световой и темновой проводимостей материала ("кратностью", и, как правило, не превышает 102-103). Наличие темновой проводимости фотополупроводника существенно ограничивает значение минимальной яркости преобразуемых изображений снизу. Характеристики фотопроводника в состоянии максимальной световой проводимости ограничивают значение максимальной яркости преобразуемых изображений. В предложенном устройстве параметрической средой, в которой осуществляется взаимодействие ПАВ, является облако вторичных электронов в слое, в котором существуют электрические поля ПАВ. Толщина этого слоя порядка длины ПАВ (практически 10-100 мкм). Диапазон изменения нелинейных электрических свойств этой среды значительно больше, поскольку определяется изменением хода вольт-амперной характеристики системы эмиттер - коллектор от режима отсутствия до режима наличия пространственного заряда максимальной плотности, создаваемого вторичными электронами. Значение минимальной яркости преобразуемых изображений в предложенном устройстве уже практически не ограничивается характеристиками параметрической среды (облака вторичных электронов), поскольку нижний предел плотности потока вторичных электронов может быть доведен до нуля, а свертка ПАВ в облаке вторичных электронов по эффективности превышает свертку ПАВ в полупроводниковой среде на величину до 20-40 дБ, что известно из техники ПАВ-конвольверов на вторичных электронах. Этому случаю (нулевой плотности потока) соответствует нулевое значение выходного сигнала для элементов изображения нулевой яркости. Нижний предел значений яркости преобразуемых изображений будет ограничиваться в предложенном устройстве уже другими факторами: чувствительностью оптико-электронного преобразователя и чувствительностью тракта усиления выходного параметрического сигнала. Однако эти факторы значительно (на порядок и более) снижают ограничения на величину минимальной яркости элементов преобразующих изображений в сравнении с прототипом. Предложенное устройство характеризуется также и большим (практически на

Класс H04N5/30 преобразование световой или аналогичной информации в информацию в виде электрических сигналов