Устройство автоматической регулировки освещенности телевизионной камеры

 

Использование: в радиотехнике, в телевизионных системах. Сущность изобретения: устройство содержит оптическую систему 1, аттенюатор 2, состоящий из двух дисков 3 и 4, непрозрачность которых возрастает в противоположных направлениях, телевизионную камеру 5, формирователь сигнала ошибки 6, высоковольтный блок 7, блок 8 формирования управляющих сигналов, компараторы 9,10,11, сумматоры 12,13, электронные ключи 14,15, реле 16,17, диоды 18,19, вентильную схему 22, усилитель мощности 23, двигатель 24, редуктор 25, тахогенератор 26, датчик угла 27, компараторы 28,29. Цель -обеспечение широкого динамического диапазона регулировки. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в телевизионной технике.

Известны устройства регулировки освещенности с помощью диафрагм, которые характеризуются двумя недостатками: относительно невысоким динамическим диапазоном регулировки входной освещенности; ухудшением разрешающей способности из-за увеличения аберраций.

Эти недостатки частично устраняются (разрешающая способность не ухудшается в процессе регулировки освещенности) в устройстве по заявке Великобритании N 1272448 (кл. Н 04 N 5/19, 1972). В этом устройстве величина светового потока, падающего на фоточувствительную поверхность телевизионной камеры, регулируется фильтром с переменной нейтральной плотностью, состоящим из двух расположенных на одной оси дисков, вращающихся в противоположных направлениях двигателем через редуктор. Двигатель управляется выходным сигналом формирователя сигнала ошибки, выработанным в соответствии с разностью между опорным напряжением и средним значением видеосигнала на выходе телевизионной камеры. Этот режим регулировки является линейным, характеризуется малыми изменениями светового потока и обеспечивает постоянство освещенности фоточувствительной поверхности телевизионной камеры. При больших изменениях светового потока плотность фильтра поддерживается постоянной. В целях дополнительной защиты камеры в этом режиме включается затвор по сигналу с фотоэлемента, чувствительного к освещенности сцены.

Недостатком этого устройства является относительно небольшой динамический диапазон регулировки освещенности.

Цель изобретения - обеспечение широкого динамического диапазона регулировки освещенности на входном зрачке высокочувствительной телевизионной системы.

Для этого в предложенном устройстве предусмотрена быстродействующая следящая система, состоящая из трех контуров. Первый контур является линейным и содержит формирователь сигнала ошибки, пропорционального разности между средним значением видеосигнала и опорным напряжением. В соответствии с сигналом ошибки в высоковольтном блоке измеряют ускоряющее напряжение так, чтобы среднее значение видеосигнала на выходе телевизионной камеры стабилизировалось относительно опорного напряжения. Второй контур является релейным. В нем по сигналу, пропорциональному ускоряющему напряжению, выработанному в высоковольтном блоке, формируется напряжение положительной или отрицательной полярности, по которому двигатель поворачивает диски аттенюатора так, чтобы среднее значение видеосигнала на выходе телевизионной камеры находилось в области, регулируемой первым контуром. В третьем контуре - контуре тахогенератора - формируется сигал, пропорциональный скорости вращения дисков аттенюатора. Этот сигнал создает демпфирующий момент на двигатель, обеспечивая уменьшение переходного процесса второго контура после снятия управляющего сигнала.

На чертеже приведена функциональная схема предложенного устройства для автоматической регулировки освещенности телевизионной камеры.

Оно содержит оптическую систему 1, аттенюатор 2, состоящий из двух расположенных на одной оси дисков 3 и 4, непрозрачность которых увеличивается в противоположных направлениях, телевизионную камеру 5, формирователь 6 сигнала ошибки, высоковольтный блок 7, блок 8 формирования управляющих сигналов, состоящий из трех компараторов 9, 10 и 11, сумматоры 12 и 13, два электронных ключа 14 и 15, состоящих из реле 16 или 17 и диода 18 или 19, подключенного параллельно нормально замкнутым контактам 20 и 21 соответствующего реле, вентильную схему 22, усилитель мощности 23, двигатель 24, редуктор 25, тахогенератор 26, датчик угла 27, компараторы 28 и 29, источник питания 30, реле времени 31 с нормально разомкнутыми контактами 32.

Устройство работает следующим образом.

Световое излучение, попадающее в поле зрения оптической системы 1, через аттенюатор 2, состоящий из расположенных на одной оси дисков 3 и 4, вращающихся в противоположные стороны, подается в телевизионную камеру 5, где преобразуется в электрический сигнал. В формирователе 6 сигнала ошибки вырабатывается среднее значение видеосигнала, которое сравнивается с опорным напряжением. Выходной сигнал формирователя 6 сигнала ошибки, пропорциональный разности между средним значением видеосигнала и опорным напряжением, подается в высоковольтный блок 7. В соответствии с сигналом ошибки в блоке 7 изменяется ускоряющее напряжение, поступающее в телевизионную камеру 5, так чтобы среднее значение видеосигнала на выходе телевизионной камеры стабилизировалось относительно опорного напряжения.

В блоке 8 по сигналу, пропорцинальному ускоряющему напряжению, выработанному в высоковольтном блоке 7, формируется управляющее напряжение, а также команда "ЗАЩИТА" в виде постоянного напряжения. В качестве формирующих элементов могут быть использованы компараторы 9, 10 и 11 с различными уровнями сравнения. Уровень сравнения U_n1 компаратора 9 соответствует нижней границе динамического диапазона регулировки видеосигнала с помощью ускоряющего напряжения. Если амплитуда сигнала на входе блока 8 больше уровня сравнения U_n1, то в компараторе 9 вырабатывается напряжение отрицательной полярности, которое через сумматор 12, замкнутые электронные ключи 14, 15 и сумматор 13 подается на усилитель мощности 23. Выходным сигналом усилителя мощности 23 управляется реверсивный двигатель 24, который через редуктор 25 поворачивает диски 3 и 4 аттенюатора 2 так, чтобы увеличить уровень среднего значения видеосигнала и приблизить его к опорному уровню.

Уровень сравнения U_n2 компаратора 10 соответствует верхней границе динамического диапазона регулировки видеосигнала с помощью ускоряющего напряжения. Если амплитуда сигнала на входе блока 8 меньше уровня сравнения U_n2, то в компараторе 10 вырабатывается напряжение положительной полярности, которое, пройдя через сумматор 12, замкнутые электронные ключи 14, 15 и сумматор 13, поступает на усилитель мощности 23. Выходное напряжение усилителя мощности 23 воздействует на реверсивный двигатель 24, который через редуктор 25 поворачивает диски 3 и 4 аттенюатора 2 так, чтобы уменьшить уровень среднего значения видеосигнала и приблизить его к опорному.

Одновременно с формированием управляющих сигналов в блоке 8 тахогенератор 26, механически связанный с редуктором 25, вырабатывает сигнал, пропорциональный скорости вращения диском аттенюатора. Этот сигнал через сумматор 13 и усилитель мощности 23 накладывает демпфирующий момент на реверсивный двигатель 24. Как только входной сигнал блока 8 окажется выше уровня U_n2 либо ниже уровня U_n1, что соответствует случаю, когда среднее значение видеосигнала на выходе телевизионной камеры стабилизируется относительно опорного напряжения, управляющий сигнал блока 8 становится равным нулю, а двигатель 24 затормаживается под воздействием сигнала с тахогенератора 26.

Уровень сравнения U_nζ компаратора 11 значительно ниже уровня U_n2. Если амплитуда сигнала на входе блока 8 меньше уровня U_nζ , то в компараторе 1 вырабатывается команда "ЗАЩИТА" в виде постоянного напряжения. Поступление этой команды на управляющий вход вентильной схемы 22 приводит к тому, что напряжение источника питания 30 через вентильную схему 22, сумматор 12, замкнутые электронные ключи 14 и 15, сумматор 13 и усилитель мощности подается на реверсивный двигатель 24, обеспечивая форсированное вращение дисков 3 и 4 аттенюатора 2 таким образом, чтобы оптическая плотность аттенюатора 2 увеличивалась.

Угол поворота дисков аттенюатора 2 регистрируется датчиком угла 27, механически связанным с редуктором 25. Выходной сигнал датчика угла 27 в компараторах 28 и 29 сравнивается с соответствующими опорными уровнями U_ϕ1 и U_ϕ2. Опорный уровень U_ϕ1 соответствует минимальной оптической плотности аттенюатора 2, а уровень U_ϕ2 - максимальной. Как только выходной сигнал датчика угла 27 превысит уровень U_ϕ2, компаратор 29 вырабатывает сигнал сравнения. Этим сигналом запитывается реле 17 электронного ключа 15. Нормально замкнутые контакты 21 реле 17 размыкаются, а параллельно включенный им диод 19 не пропускает управляющее напряжение положительной полярности от источника 30 на двигатель 24. На двигатель 24 подается только сигнал с тахогенератора 26, накладывая тормозящий момент. Под его воздействием уменьшается длительность переходного процесса контура управления двигателем. При этом оптическая плотность аттенюатора 2 будет иметь максимальное значение.

Опорный уровень U_ϕ1 компаратора 28 необходим для того, чтобы в процессе уменьшения оптической плотности аттенюатора 2 отключить управляющий сигнал отрицательной полярности от двигателя 24 в момент минимальной оптической плотности аттенюатора. Как только выходной сигнал датчика угла 27 станет меньше опорного уровня U_ϕ1 , компаратор 28 вырабатывает сигнал сравнения. Этим сигналом запитывается реле 16 электронного ключа 14. Нормально замкнутые контакты 20 реле 16 размыкаются, а параллельно включенный им диод 18 не пропускает управляющее напряжение отрицательной полярности, выработанное в компараторе 9, на двигатель 24. На двигатель 24 подается только сигнал с тахогенератора 26, накладывая тормозящий момент. Под его воздействием сокращается длительность переходного процесса контура управления двигателем. При этом оптическая плотность аттенюатора будет иметь минимальное значение.

Для обеспечения защиты телевизионной камеры в момент включения от возможных световых засветок необходимо, чтобы в момент включения аттенюатор 2 имел максимальную оптическую плотность. Для этого по команде "ВЫКЛ", поступающей на реле времени 31, на временной интервал Т_м, равный максимальному значению, необходимому для перевода аттенюатора 2 в требуемое положение, его нормально разомкнутые контакты 32 замыкаются, обеспечивая подачу напряжения источника 30 через сумматор 12, электронные ключи 14, 15, сумматор 13 и усилитель мощности 23 на двигатель 24. Под воздействием приложенного напряжения положительной полярности двигатель 24 через редуктор 25 поворачивает диски 3 и 4, увеличивая оптическую плотность аттенюатора 2. Как только угол поворота дисков превысит значение, соответствующее опорному уровню U_ϕ2 , компаратор 29 вырабатывает сигнал сравнения, которым запитывается реле 17 электронного ключа 15. Нормально замкнутые контакты 21 этого реле размыкаются, а включенный параллельно им диод 19 не пропускает напряжение положительной полярности от источника 30 на двигатель. Поэтому на двигатель подается лишь сигнал с тахогенератора 26, накладывая тормозящий момент. Под его воздействием двигатель 24 затормаживается, обеспечивая максимальную оптическую плотность аттенюатора 2. Через временной интервал Т_м реле времени 31 обесточивается, его нормально разомкнутые контакты размыкаются и отключают напряжение источника 30 от сумматора 12.

Так как в момент включения устройства аттенюатор 2 имеет максимальную оптическую плотность, а выходной сигнал датчика угла 27 поворота дисков аттенюатора превышает опорный уровень U_ϕ2 , то выходным сигналом компаратора 29 реле 17 запитано, а его нормально замкнутые контакты 21 разомкнуты. В этот момент среднее значение видеосигнала, выработанное в формирователе 6, значительно меньше опорного напряжения. Поэтому для увеличения среднего значения видеосигнала в высоковольтном блоке 7 вырабатывается максимальное значение ускоряющего напряжения, и амплитуда сигнала на входе блока 8 будет превосходить уровень сравнения U_n1. В компараторе 9 вырабатывается напряжение отрицательной полярности, которое через сумматор 12, нормально замкнутые контакты 20 реле 16 электронного ключа 14, диод 19 электронного ключа 15, сумматор 13 и усилитель мощности 23 подается на двигатель 24. Под воздействием приложенного отрицательного напряжения двигатель 24 через редуктор 25 поворачивает диски 3 и 4 аттенюатора 2 так, чтобы оптическая плотность аттенюатора уменьшилась, а уровень среднего значения видеосигнала увеличился и был близок к опорному напряжению формирователя 6. Поворот дисков аттенюатора приводит к тому, что выходной сигнал датчика угла 27, соответствующий углу поворота дисков аттенюатора, уменьшится и станет меньше опорного уровня U_ϕ2 . Реле 17 обесточится, а его нормально замкнутые контакты 21 возвратятся в исходное состояние.

При увеличении освещенности телевизионной камеры 5 возрастает среднее значение видеосигнала и при определенных условиях работы не достигает опорного напряжения даже при минимальной плотности аттенюатора. Как только выходной сигнал датчика угла 27 станет меньше опорного уровня U_ϕ1 , компаратор 28 выработает сигнал сравнения, которым запитывается реле 16 электронного ключа 14. Реле 16 срабатывает, его нормально замкнутые контакты 20 размыкаются, а параллельно заключенный им диод 18 не пропускает напряжение отрицательной полярности на двигатель 24. На двигатель 24 подается лишь сигнал с тахогенератора 26, накладывая тормозящий момент. Двигатель 24 затормаживается, обеспечивая минимальную оптическую плотность аттенюатора 2.

Для устранения влияния бликов на работу телевизионной камеры 5, а также для уменьшения массы и габаритов аттенюатора 2 его диски 3 и 4 устанавливают перед телевизионной камерой 5 в сходящемся пучке света, сформированном оптической системой 1. Снижение массы и габаритов аттенюатора дает возможность применить двигатель и редуктор с меньшими габаритами и массой.

Использование быстродействующей следящей системы, состоящей из трех контуров, позволяет снизить требования к точности нанесений покрытий на диски аттенюатора. Это повышает серийноспособность устройства, а вместе с ним и всей телевизионной системы.

Таким образом, применение изобретения позволяет обеспечить широкий динамический диапазон регулировки освещенности (до пяти порядков); устранить влияние бликов на работу телевизионной камеры; уменьшить габариты и массу устройства; повысить серийноспособность прибора за счет снижения требований к точности нанесения покрытий на диски аттенюатора; обеспечить защиту телевизионной камеры от возможных значительных засветок в момент включения прибора и в процессе его работы.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ РЕГУЛИРОВКИ ОСВЕЩЕННОСТИ ТЕЛЕВИЗИОННОЙ КАМЕРЫ, содержащее оптически сопряженные оптическую систему и аттенюатор, выход которого оптически связан с входом телевизионной камеры, последовательно соединенные двигатель и редуктор, связанный с аттенюатором, отличающееся тем, что, с целью обеспечения широкого динамического диапазона регулировки освещенности, введены последовательно соединенные источник питания, блок переключения и первый сумматор, выход которого подключен к входу первого электронного ключа, включающего параллельно соединенные первый диод и нормально замкнутые контакты первого реле, вход управления первого реле соединен с выходом первого компаратора, выход второго компаратора соединен с входом управления второго электронного ключа, включающего параллельно соединенные второе реле и обратно включенный второй диод, соединенный с катодом первого диода, последовательно соединенные второй сумматор, первый вход которого соединен с анодом второго диода, и усилитель мощности, выход которого подключен к входу двигателя, тахогенератор, связанный с редуктором и подключенный выходом к второму входу второго сумматора, датчик угла, связанный с редуктором, выход датчика угла подключен к первым входам первого и второго компараторов, вторые входы которых являются входами пороговых напряжений Uϕ₁ и Uϕ₂ соответственно, блок формирования управляющих сигналов, включающий третий, четвертый и пятый компараторы, выход третьего компаратора подключен к входу вентильного блока, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, третий вход которого через нормально разомкнутые контакты реле времени соединен с источником питания, выход четвертого компаратора соединен с третьим входом первого сумматора, первые входы третьего, четвертого и пятого компараторов соединены с выходом высоковольтного блока, вторые входы третьего, четвертого и пятого компараторов являются входами управляющих напряжений - соответственно U_n1 , U_n2 , U_n3, реле времени подключено к источнику формирования команды "Выкл.", аттенюатор установлен в сходящемся пучке перед телевизионной камерой.

РИСУНКИ

Рисунок 1