Оптико-электронный коррелятор

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) 3(50 G 06 G 9/00

УР и у "„" ;.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

gPr, Нp:: ГV в

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3490403/18-24 (22) 16.09.82 (46) 15.07.84. Бюл. Р 26 (72) Ш.A.Mèðcàãàòoâ, Б.M.Póáèíoâ и К.Сабиров (71) Физико-технический институт им. C..В.Стародубцева (53) 681.333(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 194430, кл. G 06 G 9/00, 1966.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 543955в кл. G 06 G 9/ООу 1975 (прототип). (54)(57) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ КОРРЕЛЯТОР, содержащий источник постоянного напряжения и расположенные последовательно на одной оптической оси источник, света, коллиматор, модулятор света, электрический вход которого является первым входом коррелятора, дефлектор, множительно-запоминающий блок и проектор изображения весовой функции, оптический вход которого является вторым входом коррелятора, при этом множительно-запоминающий блок состоит из первого пленочного электрода, полупроводникового слоя и второго пленочного эл:-ктрода, причем пленочные электроды подключены через нагрузочный резистор к источнику постоянного напряжения, о т л и(а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, в него введен генератор развертки, между дефлектором и проектором изображения весовой функции введена вакуумная цилиндрическая колба, снабженная фотокатодом, первый пленочный электрод выполнен прозрачным и размещен на внутренней торцовой стеклянной поверхности вакуумной цилиндрическ0й колбы, снабженной фокусирующей и отклоняющей катушками, подключенными к генератору развертки, на противоположной внутренней торцовой стеклянной поверхности колбы размещен фотокатод, оптически се

С2 связанный с проектором изображения весовой функции, второй пленочный электрод выполнен прозрачным для электронов, в полупроводниковый олой вы- ( полнен в виде слоистой гетероструктуры, состоящей из последовательно Я размещенных за первым пленочным электродом первого слоя полупроводника, имеющего ширину запрещенной зоны Е и второго слояполупроводника,имеющего ширину запрещенной эоны Е, причем Е<-Е > 5 gT, где и - постоянная Больцмана, а Т вЂ” температура.

11032бО

10

20

60 Изобретение относится к технике оптических аналоговых средств обработки сигналов, точнее к корреляционной обработке оптических сигналов, в том числе двумерных изображений, и может быть использовано для сложной многоканальной фильтрации сигналов, определения пространственного спектра изображений, распознавания образов и т.д.

Известен оптоэлектронный коррелятор, содержащий источник постоянного напряжения, модулятор, вход которсго является одним .из входов коррелятора проектор с оптическим транспарантом весовой функции и полупроводниковый множительно-запоминающий слой (1) В этом устройстве один из сигналов записывается на полупроводниковом слое в виде потенциального рельефа, который изменяется в процессе считывания информации вследствие стекания зарядов, образующих ток считывания, что снижает точность получения оценки.

Наиболее близким к предлагаемому 25 по технической сущности является оптоэлектронный коррелятор, содержащий источник постоянного напряжения и расположенные последовательно на одной оптической оси источник света, .коллиматор, модулятор света, электрический вход которого является первым.входом коррелятора, дефлектор, множительно-запоминающий блок и проектор изображения весовой функции, оптический вход которого является вторым входом коррелятора, при этом множительно-запоминающий блок состоит из первого пленочного электрода, полупроводникового слоя и второго пленочного электрода, причем пленочные электроды подключены через нагрузочный резистор к источнику постоян-. ного напряжения. Обрабатываемый сиг-. нал и .весовая функция в виде оптичес. .кого изображения вводятся на проти- 45 волежащие. поверхности множительнозапоминающего слоя, а результат обработки информации снимается в виде интегрального тока, текущего в цепи электродов f2) . 50 Недостаток этого устройства заключается в том, что обрабатываемый оптический сигнал, который проектируетря в виде изображения на полупроводниковый слой, проникает сквозь этот слой и достигает области объем" ного заряда р-II-перехода, при этом возникает паразитная модуляция проводимости р-tl-перехода. Это вызывает искажение весовой функции, которая вводится непосредственно в область .р-и-перехода с помощью специальйого оптического проектора. Попытки избавиться от укаэанных искажений путем регулирования толщины полупроводникового слоя или коэффициента поглощения света (т.е. длины волны рабочего источника света) дают лишь ограниченный результат, так как ослабление светового потока по мере прохождения его в,глубину слоя происходит по экспоненциальному закону. При этом для обеспечеI ния модуляции проводимости на всю глубину фоторезистивного полупроводникового слоя необходимо соблюдение условия kd 6 1, где к — коэффициент поглощения света на рабочей длине волны; д — толщина фоторезистивного слоя. Поэтому интенсивность паразитной засветки потоком, выходящим из фоторезистивного слоя в область р-п-перехода, является довольно значительной. Ее величина определяется по формуле

Например, при толщине фоторезистивного слоя 10 мкм=10 см и при обычном значении коэффициента поглощения света k 2 ° 10 см интенсивность света, попадающего на р-и-переход после прохождения через фоторезистивный слой будет J = J e =О, 14 Зо, т. е.

-2 — 14% от первоначальной интечсивности сигнала. Этот остаточный (паразитный) световой поток искажает весовую функцию, вводимую в виде распределения освещенности р-q-перехода, что. приводит к снижению точности работы коррелятора.

Цель изобретения — повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, -содержащее источник постоянного напряжения и расположенные последовательно на одной оптической оси источник света, коллиматор, модулятор света, электрический вход которого является первым входом коррелятора, дефлектор, множительно-запоминающий блок и проектор иэображения весовой функции, оптический вход которого является вторым входом коррелятора, при этом множительно-запоминающий блок состоит из первого пленочного электрода, полупроводникового слоя и второго пленочного электрода, причем пленочные электроды подключены через нагрузочный резистор к источнику постоянного напряжения, введен генератор развертки, между дефлектором и проектором изображения весовой функции введена вакуумная цилиндрическая колба, снабженная фотокатодом, первый пленочный электрод выполнен прозрачным и размещен на внутренней торцовой стеклянной поверхности вакуумной цилиндрической колбы, снабженной фокусирующей и отклоняющей катушками, подключенными к генератору

11032б0 развертки, на противоположной внутренней торцовой стеклянной поверхности колбы размещен фотокатод, оптически связанный с проектором иэображения весовой функции, второй пленочный электрод выполнен прозрачным для электронов„ а полупроводниковый слой выполнен в виде слоистой гетероструктуры, состоящей из последовательно размещенных за первым пленочным электродом первого слоя полупроводника, имеющего ширину запрещенной зоны Е и второго слоя полупроводника, имеющего ширину запрещенной зоны E2 причем Е -Е 1 >g5 кТ, где

Ъ вЂ” постоянная Больцмана, а Т— температура.

На чертеже изображена схема предлагаемого оптико-электронного коррелятора.

Оптико-электронный коррелятор содержит источник 1 света, коллиматор

2, модулятор 3 света, дефлектор 4, множительно-запоминающий блок, состоящий из первого прозрачного пленочного электрода 5, первого слоя б полупроводника, второго слоя 7 полупроводника и второго прозрачного для электронов пленочного электрода

8. Вся структура множительно-запоминающего блока размещена на внутренней торцовой поверхности цилиндрической вакуумной колбы 9, снабженной фокусирующей и отклоняющими катушками 10, которые подключены к генератору 11 развертки. Колба 9 также снабжена фотокатодом.12, размещенным на противоположной внутренней торцовой поверхности колбы. Фотокатод оптически связан с проектором 13 изображения весовой функции, а пленочные электроды подключены через нагрузочный резистор 14 к источнику 15 постоянного напряжения.

Электрод 5 может быть выполнен, например, из &qO< слой полупроводника б может выть выполнен иэ абаз

П-типа, слой 7 — из более широкозонного полупроводника, например

oAO„ Ga „ Ae, а электрод 8 - из слоя Ац толщиной 0,1 мкм.

15 зистивного слоя

k d 1 Ю где kq. — коэффициент поглощения света на длине волны Я в узкозонном полупроводнике.

Модуляция проводимости образно1смещенного р-Q-перехода осуществляется независимо с помощью опорного оптического изображения (весовой функции), проектируемого. на поверх25 ность фотокатода 12. Плотность потока эмиттированных фотокатодом электронов повторяет рельеф освещенности на поверхности фотокатода,т.е. форму опор.ного изображения. Фокусирующая и отклоняющая катушки 10 формируют на поверхности множительно-запоминаю35

Оптико-электронный коррелятор работает следующим образом.

Обрабатываемый сигнал подается на вход модулятора 3 света и преобразуется модулятором в световой пучок, модулированный по закону сигнала.

Модулированный световой пучок с помощью дефлектора 4 вводится через прозрачную подложку и электрод 5 в фоторезистивный первый слой б, в результате чего в нем образуется рельеф неравновесной фотопроводимости, т.е. запись сигнала в форме изображения.

Время запоминания сигнала в каждом элементе изображения определяется временем релаксации фотопроводимости в фоторезистивном полупроводнике и может регулироваться в зависимости от конкретных требований к коррелятору путем подбора полупроводникового материала, легирующих примесей и технологических режимов изготовления в пределах многих порядков величины от 10 " до 1 с.

Длина волны h источника 1 света и толщина 3 слоя б выбираются такими, чтобы выполнялось условие полной модуляции проводимости фоторещего блока движущееся электронное изображение, передающее форму весовой функции.

Пленочные электроды 5 и 8 подключены к источнику постоянного напряжения в такой полярности, чтобы р-й-переход был смещен в обратном направлении. Отпирание р-h-перехода происходит пропорционально плотности потока электронного пучка, чем и осуществляется ввод весовой функции, определяющей характер обработки информации коррелятором.

Результирующий сигнал коррелято ра снимается в виде полного тока в цепи электродов 5 и 8.

В описанном устройстве достигается полная независимость модуляции фоторезистивного слоя р- -перехода.

Фоторезистивный слой модулируется оптическим изображением, отображающим пространственную и временную структуру сигнала 9(x,q,t) . р-иПереход модулируется электронным изображением, т.е. потоком ускоренных электронов, отображающнм весовую функциями(к,qË). Поток ускоренных электронов полностью поглощается в области р-и-перехода и не проникает

s фоторезистивный слой из-за малости длины пробега электронов 4 2 1мсм).

Световой поток сигнала 6/x,g,t) не оказывает паразитного влияния на р-ипереход из-за того, что последний выполнен из более ширбкозонного по1103260

Составитель Г.Зелинский

Редактор Л.Алексеенко Техред T.Èàòî÷êà Корректор Л.Пилипенко

Заказ 5031/39 Тираж б99

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 лупроводникового материала, для которого световой поток б(х,g,Ц является не фотоактивным. Таким образом, -более высокая точность работы предлагаемого коррелятора по сравнению с .прототипом обеспечивается тем„ что свет от источника 1 с длиной волны для которой коэффициент поглощения света К,. в укаэанном полупроводнике достаточно велик, чтобы обеспечить выполнение условия (1), не . поглощается в широкозонном материале и, тем самым, не влияет на ток р-б-перехода, а также тем, что энер гию электронов в электронном пучке выбирают такой, чтобы пробег электронов L,,описываемый формулой Томсона-Виддингтона 4 э U в слое широкозонного полупроводника был равен толщине этого слоя d, т.е. чтобы электронный пучок не проникал в фоторезистивный слой.

Использование современной пленочной технологии позволяет широко варьировать параметры полупроводниковых компонентов множительно-запоминающего блока и, тем самым, получать целую гамму оптико-электронных корреляторов различного функционального назначения.