Видеоконтрольное устройство для растрового электронного микроскопа

(191 (11) ЭВ 1 Н 01 Л 37/28 ВЬМ.г" 1,ь,ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯМ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ИОТКРЫТИЙ(56) 1. Новиков Н.В, и др. Автоматический корректор контраста в трактецветной телекинопроекцииРТехникакино и телвидения", 1977, В 6 с.46,2. Патент Англии В 1418393,кл, Н 4 Г, опубл. 1977 (прототип).(54)(57) ВИДЕОКОНТРОЛЬНОЕ УСТРОЙСТВОДЛЯ РАСТРОВОГО ЭЛЕКТРОННОГО МИКРОСКОПА, содержащее предварительный усилитель, соединенный входом с детектором сигнала, а выходом - со входамидетекторов максимума и минимума, выходы которых соединены соответственно с первыми входами первого и второго накопителей, соединенных выходами соответственно с первыми входамитретьего 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 Е этом первый вход первого блока вычитания соединен с выходом предварительного усилителя, первый вход второго блока вычитания - с выходом четвертого накопителя, вторые входы обо- Ф 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.961 2для нормализации видеосигнала необходимо иметь различные коэффициентыпередачи для постоянной и переменнойсоставляющих. 1 1105Изобретение относится к электрон-но-оптическому приборостроению и может быть использовано в устройствахвизуализации изображения растровогоэлектронного микроскопа (РЭМ).В РЭМ видеосигнал формируется за счет взаимодействия электронного пучка с исследуемым образцом. При смене образца, режима сканирования и др. может измениться как размах, так и 1 О 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 ративности.Известно используемое в телевидении видеоконтрольное устройство (ВКУ) с автоматической регулировкой размаха видеосигнала, которое содержит 2 последовательно соединенные первый регулятор (уровня черного) и второй регулятор (уровня белого). Первый регулятор охвачен цепью обратной связи, содержащей детектор минимума ве" личины видеосигнала, а второй охвачен цепью обратной связи, содержащей детектор максимума видеосигнала 13.Однако применение такой схемы в устройствах визуализации изображенияРЭМ 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, содержацрх информацию только об уров. 55 не черного. Более того, видеосигнал при малом размахе зачастую имеет большую постоянную состав.пяющую 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 системой 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 вхоом второго накопителя, Для того, чтобы результат регулирования предыдущего кадра ко сказывался ка анализе экстремальных значений видеосигнала последующего кадра, второй накопитель охвачев обратной 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 21.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 ти пов. Охват всей системы обратной связью требует существенного увеличения динамического диапазона всего устройства, а также может вызвать автоколебательные процессы в систе ме. Известное устройство не обеспечивает необходимой точности регулирования во втором кадре после измене" ния 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- З 0 та принимает значениеКпОвогде Ц - уровень белого в выходномсигнале;Ц - максимальное входное значение видеосигнала за кадр.Максимальное напряжение на выходе видеотракта с учетом регулирования усиления и уровня черного составляетО -О (1- - ,ОфйиЬЫх мосс в О,чо,х45 а относительная погрешность регулирования соответственно,Ощеа 1 Ойю50где Б; - минимальное значение входного видеосигнала за кадр.При сигнале с малым размахом (мало значение О -Цд, ) и большим1 Изначением постоянной составляющей (велико значение ; ) погрешность регулирования может быть весьма значительной. И только в третьем кадре максимальное значение сигнала на выходе известного устройства можетсравняться с уровнем белого, Использование третьего накопителя с обслуживающими его цепями в каждом из детекторов экстремумов для устранениявлияния регулирования на анализ экстремумов видеосигнала усложняет устройство и уменьшает его стабильностьи точность,Цель изобретения - повышение точности и скорости автоматического регулирования видеосигнала.Указанная цель достигается тем,что видеоконтрольное устройство, 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 третьегои четвертого накопителей, генераторразверток, первый выход которого соединен с отклоняющей системой электронно-лучевой трубки и через цепьуправления увеличением - с отклоняющей системой микроскопа, второй выход соединен со вторыми входами первого и второго накопителей, а третийвыход - со вторыми входами третьегои четвертого накопителей, и видеоусилитель, выход которого соединенс управляющим электродом электроннолучевой трубки, дополнительно содержит первый и второй блоки вычитанияи регулируемый передаточный элемент,при этом первый вход первого блокавычитания соединен с выходом предварительного усилителя, первый входвторого блока вычитания - с выходомчетвертого накопителя, вторые входыобоих блоков вычитания соединены свыходом третьего накопителя, а выходы соответственно с первым и вторымвходами регулируемого передаточногоэлемента, выход которого соединен совходом 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 детек 1105961тор 6 максимума со вторым накопите"лем 5. Выходы первого и второго накопителей соединены соответственно стретьим накопителем 7 и четвертымнакопителем 8. Выход третьего накопителя 7 соединен со входами первогоблока вычитания 9 и второго блокавычитания 10, выходы которых соединены со входами регулируемого переда"точного элемента 11. Элемент 11 соединен с видеоусилителем 12, подключенным к управляющему электроду ЭЛТ 13,Устройство содержит гакже генератор14 разверток, связанный с отклоняющей системой 15 ЭЛТ 13 и через цепь16 управления увеличением с отклоняю"аей системой 17 микроскопа. На временных диаграммах показаны следующиесигналы: 18 - пилообразный сигнал генератора 14 разверток; 19 - сигналначала обратного хода по кадру совторого выхода генератора 14; 20 -сигнал конца обратногоода по кадрус первого выхода генератора 14; 21сигнал на выходе предварительногоусилителя 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 минимума; 26 и 27 - сигналы на выходахсоответственно третьего и четвертого накопителей 7 и 8; 28 - сигнал навыходе первого вычитаюаего устройства; 29 - сигнал на входе видеоусилителя 12 30 и 31 - уровень белого исоответственно черного в сигнале 29.Устройство работает следующим образом,40Генератор 14 разверток вырабатывает пилообразный сигнал 8, управляющий положением луча ЭЛТ 13 с помощью ее отклоняющей системы 15 и, после воздействия на это напряжение45 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 по50 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 осуществляКфется, 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 ви- 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 - 2 . на уровне черного (сигнал 28). Во втором блоке вычитания 10 выполняется операция Ощ -О, т.е, находится размах видеосигнала, Пропорционально этому размаху осуществляется регулирование коэффициента передачи регулируемого передаточного элемента 11, и максимальное значение видеосигнала приводится к уровню белого (сигнал 29).При изменении параметров экстремумов сигнала в третьем кадре (2 Т 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 вычита11 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 8любого типа, а при работе с ФЭУ режим последнего может быть подобраноптимальным образом. В целом, рассмотренное ВКУ является более простым вследствие менее жестких требований к динамическому диапазону всехузлов анализа и регулирования иисключения дополнительного накопителя с обслуживающими цепями в каждом 1 О из каналов анализа экстремумов.1105961 9О О О уО 2 Составитель В.Гаврквиедактор Т.Парфенова Техред А.Бабинец Коррек п А Фов 07/42 Тираж б 83 ВНИИПИ Государственног ио делам изобретений 113035, Москва, ЖЗаказ 56о комитета СССРи открытийРаушская наб., д, 4/5 Подпис лиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4