Пространственно-частотный фильтр одномерного оптического сигнала
Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к фоточувствительным преобразователям изображения на основе мультискана. Целью изобретения является повышение точности синтеза импульсного отклика фильтра, расширение динамического диапазона обрабатываемого сигнала , обеспечение возможности полосовой фильтрации. Пространственно-частотный фильтр одномерного оптического сигнала содержит мультискан с N дискретными элементарными ячейками, базовым слоем, обшим слоем, кроме того, он снабжен заземляюш,ей шиной, двумя делительными слоями с одинаково расположенными контактами и источниками постоянного смеш,ения. Контакты разных делительных слоев соединены с разными полюсами соответствующих источников постоянного смешения, равных по напряжению. Вторые полюса источников смеш,ения соединены с входом сумматора. Дополнительно введено устройство дискретного перемеш,ения изображения одномерного оптического сигнала с синхронизатором. Сумматор выполнен с инвертируюш,им и неинвертируюшим входами. Число контактов Р к каждому делительному слою отвечает соотношению 24.P4N. Синхронизатор электрически связан с сумматором. Контакты одного делительного слоя через соответствуюш.ие источники постоянного смешения соединены с инвертируюшим входом сумматора . Контакты другого делительного слоя через свои источники постоянного смешения соединены с неинвертируюшим входом сумматора . 1 ил. (Л ND СХ) ND IsD 4;
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (so 4 Н 01 1 31/16
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3871125/31-25 (22) 25.03.85 (46) 07.01.87. Бюл. № 1 (71) Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе (72) К. Ф. Берковская (53) 621.382 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1238644, кл. Н 01 1. 31/04, 1984.
Авторское свидетельство СССР № 652829, кл. Н 01 1 31/04, 1980. (54) ПРОСТРАНСТВЕННО-ЧАСТОТНЫЙ
ФИЛЬТР ОДНОМЕРНОГО ОПТИЧЕСКОГО СИГНАЛА (57) Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к фоточувствительным преобразователям изображения на основе мультискана. Целью изобретения является повышение точности синтеза импульсного отклика фильтра, расширение динамического диапазона обрабатываемого сигнала, обеспечение возможности полосовой фильтрации. Пространственно-частотный фильтр одномерного оптического сигнала содержит мультискан с N дискретными эле„„SU„„1282241 ментарными ячейками, базовым слоем, общим слоем, кроме того, он снабжен заземляющей шиной, двумя делительными слоями с одинаково расположенными контактами и источниками постоянного смещения.
Контакты разных делительных слоев соединены с разными полюсами соответствующих источников постоянного смещения, равных по напряжению. Вторые полюса источников смещения соединены с входом сумматора.
Дополнитель»о введено устройство дискретного перемещения изображения одномерного оптического сигнала с синхронизатором.
Сумматор выполнен с инвертирующим и неинвертирующим входами. Число контактов P к каждому делительному слою отвечает соотношению 24P ЬР 1282241 Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к фоточувствительным преобразователям изображения на основе мультискана. Цель изобретения — повышение точности синтеза импульсного отклика фильтра, расширение динамического диапазона обрабатываемого сигнала, обеспечение возможности полосовой фильтрации. На чертеже изображена структурная схема фильтра. Фильтр содержит диэлектрическую подложку 1, базовый слой 2, общий слой 3, заземляющую шину 4, делительные слои 5 и 6, изолирующие области 7, контакт 8 к заземляющей шине 4, контакты 9, 11, 13, 15 и 17 к делительному слою 5, контакты 10, 12, 14, 16 и 18 к делительному слою 6, источники 19, 21, 23, 25 и 27 постоянного смещения, связанные с делительным слоем 5, источники 20, 22, 24, 26 и 28 постоянного смещения, связанные с делительным слоем 6, сумматор 29, устройство дискретного перемещения изображения одномерного оптического сигнала с синхронизатором 30. Для построения фильтра использована структура мультискана известного полупроводникового преобразователя света в электрический сигнал. Модификацию мультискана, предназначенную для построения фильтра, выполняют на основе п-Si c удельным сопротивлением 7,5 Ом см; пластины ориентированы в плоскости (110). Изолирующие области 7 отделяют друг от друга делительные 5 и 6 и общий 3 слои. Поперек структуры выполняют дискретные участки делительного слоя 3. Их создают газофазным осаждением р-поликремния на исходный п-кремний, так что образуются три одинаковые по площади р-и перехода. Заземляющую шину 4 выполняют до вскрытия структуры с тыльной стороны на общем слое 3 легированием донорными примесями. Контакт к заземляющей шине 4 выводят на лицевую поверхность. Расположением дискретных участков базового слоя 2 закладывается шаг элементарных ячеек 35 мкм; размер участков поперек структуры 270 мкм; число элементарных ячеек 530. При изготовлении описанной структуры используются известные технологические процессы, ее изготовление является серийным процессом. Последняя технологическая операция — создание контактов к делительным слоям — требует задания карты расположения металлизированных площадок. Расположение контактов определяется формой импульсного отклика того фильтра, который синтезируется по условиям задачи обработки заданного конкретного изображения. Решается задача коррекции смаза изображения по одной координате — в направлении перемещения регистрирующего 55 устройства относительно объекта фотосъемки. Искаженное изображение зафиксировано на фотопленке. По известным параметрам искажения (длина смаза) рассчитывают частотную характеристику корректирующего фильтра. Преобразование Фурье от частотной характеристики дает форму импульсного отклика. В заданных пределах точности производят аппроксимацию кривой импульсного отклика: выделяют участки с неизменной производной и участки, которые могут быть заменены прямыми. Полную длину синтезируемого импульсного отклика нормируют на длину мультискана 18500 мкм. Участки делительных слоев, соответствующие участкам импульсного отклика с нулевой производной, закорачиваются в местах локальных экстремумов создаются контакты шириной 50 мкм. Таким образом, рассчитываются местоположение и размеры контактов 9 — 18 к делительным слоям 5 и 6. Четные контакты располагают на делительном слое 6, нечетные аналогично располагают на делительном слое 5. Каждое перепрограммирование фильтра требует создания новой системы контактов к делительным слоям. Возможно упростить операцию создания контактов, если заложить контактные площадки к каждой элементарной ячейке по всей длине делительных слоев, а распаивать на корпусные выводы только те, на которые нужно подавать напряжение постоянного смещения для данного фильтра. В этом случае размер элементарной ячейки лимитируется размерами контакта. Таким образом, созданная система контактов позволяет осуществить кусочно-линейную аппроксимацию заданного импульсного отклика, т.е. осуществлять подачу индивидуальных напряжений постоянного смещения не на каждую элементарную ячейку, а сразу на группы ячеек, объединенные либо общим контактом с единым значением амплитуды весового коэффициента, либо на группы с линейным нарастанием или спаданием значения амплитуды весовых коэффициентов. Напряжения источников 19, 21, 23, 25 и 27 постоянного смещения подключаемых к делительному слою 5, и источников 20, 22, 24, 26 и 28, подключаемых к делительному слою 6, выбирают с учетом аппроксимированного импульсного отклика и формы ВАХ элементарной ячейки. Конструкция мультискана, используемого в качестве фильтра оптического сигнала, должна обеспечивать симметричность ВАХ элементарных ячеек как относительно светового воздействия, так и относительно напряжения питания управляющего квантовой эффективностью. Такая ВАХ обеспечена равенством фотоприемных площадок трех фотодио1282241 дов каждой элементарной ячейки, образованных р-дискретным базовым слоем 2 с одной стороны, и и-сплошными делительными 5 и 6 слоями с общим 3 слоем, с другой стороны. Физические параметры делительных и общего слоя выбраны одинаковыми. Отведенные под контакты участки делительных слоев экранированы от воздействия света. Симметричность, двухполярность, линейность в области близкой к нулю ВАХ элементарной ячейки позволяет управлять выбором напряжения смещения, синтезировать значения амплитуд весовых коэффициентов импульсного отклика и их знак. Значения положительных и отрицательных весовых коэффициентов аппроксимированного импульсного отклика нормируют на максимальное значение амплитуды, выделяют значения локальных экстремумов, местоположению которых соответствуют положения контактов. Следует отметить, что значения напряжений постоянного смещения могут выбираться не только на линейном участке ВАХ, но и в областях выхода кривой на насыщение; закрепляться могут не только точки локальных экстремумов, но и любые другие, например точки нулей импульсного отклика. Таким образом, в исходном состоянии подготовленный к восприятию оптического сигнала мультискан имеет распределение квантовой эффективности вдоль структуры в соответствии с формой аппроксимированного импульсного отклика. В первый момент времени, по сигналу от синхронизатора 30, входящего в состав устройства дискретного перемещения изображения одномерного оптического сигнала, представляющего собой в рассматриваемой реализации шаговый барабан с закрепленной нв нем фотопленкой с изображением реставрируемого оптического сигнала, рас< пределение освещенности (f „) проецируется так, что каждому элементу разрешения строки изображения, выделеннои в направлении смаза, соответствует элементарная ячейка мультискана, а именно участок базового слоя 2. Преобразование света в электрический сигнал происходит с квантовой эффективностью $q }, задаваемой напряжением источников 19 — 28 постоянного смещения. Синтезирование знаков амплитуд импульсного отклика. Рассмотрим участок, внутри которого расположено нулевое значение весового коэффициента, слева — положительные значения, справа — отрицательные. Слева от нулевого значения элементарные ячейки генерируют фототок в плечо верхнего делительного слоя в одном направлении, а в плечо нижнего делительного слоя — в другом направлении. Ячейки справа от нулевого зна10 35 (2) + 1 < 3 50 числу строк изображения. Полностью реставрированное изображение фиксируется поэлементно. 30 чения ведут себя обратным образом. Поскольку токи одного из плеч суммируются блоком 29 с инвертированием знака. все токи слева от нулевого значения — положительные, все токи справа от нулевого значения — отрицательные. Таким образом, по окончании первого интервала времени по сигналу синхронизатора на .выходе сумматора 29 фиксируется значение фототока где М вЂ” коэффициент пропорциональности (темновыми токами пренебрегаем). При реализации устройства в рассматриваемом примере фиксация фототока осуществляется следующим образом. На том же барабане, где закреплена фотопленка с реставрируемым изображением с другой его стороны закреплялась непроэкспонированная фотопленка. Она экспонировалась точечным световым потоком от GaAs — светодиода, излучение которого модулировалось фототоком 3 В следующий момент времени шаговым двигателем осуществляется перемещение изображения строки раставрируемого изображения. Сдвиг происходит на один элемент разрешения изображения — на одну элементарную ячейку мультискана. Новое распределение освещенности 5 f P, причем Рп у = О, Й Преобразование нового распределения света в электрический сигнал происходит с теми же значениями распределения квантовой эффективности вдоль мультискана fq j. По окончании второго интервала времени а 1 по сигналу синхронизатора на выходе сумматора 29 фиксируется значение нового фототока Так же, как на первом интервале, эта фиксация производится на неэкспонированной фотопленке. Таким образом, восстанавливается второй элемент реставрированного изображения. Операция производится столько раз, сколько элементов в строке реставрируемого изображения; далее сменяется строка изображения механическим перемещением мультискана. Операции повторяются по Достигнутая точность синтеза импульсной характеристики фильтра 20 дБ; длина фильтра — 530 значений импульсной характеристики при разрешении 300 линий<<см; динамический диапазон обрабатываемого 1282241 Формула изобретения Составитель В. Манагаров Редактор Е. Папп Техред И. Верес Корректор И. Эрдейи Заказ 7179/53 Тираж 698 Подписное ВНИИПИ Государственноп> комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж вЂ” 35, Рау шская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 сигнала 50 дБ; обеспечивается возможность полосовой фильтрации за счет синтеза положительных и отрицательных весовых коэффициентов. Таким образом, имеет место повышение точности синтеза импульсной характеристики в 100 раз, увеличение длины фильтра в 100 — 200 раз, расширение динамического диапазона обрабатываемого сигнала в 1000 раз, а также расширен класс синтезируемых фильтров полосовыми фильтрами. Пространственно-частотный фильтр одномерного оптического сигнала, содержащий мультискан с N дискретными элементарными ячейками, базовым слоем, общим слоем с заземляющей шиной, двумя делительными слоями с одинаково расположенными контактами, источниками постоянного смещения, причем контакты разных делительных слоев соединены с разными полюсами соответствующих источников постоянного сме1цения, равных по напряжению, вторые полюса соединены с входом сумматора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности синтеза импульсного отклика фильтра, увеличения длины фильтра, расширения динамического диапазона обрабатываемого сигнала, обеспечения возможности полосовой фильтрации, дополнительно введено устll0 ройство дискретного перемещения изображения одномерного оптического сигнала с синхронизатором, сумматор выполнен с инвертирующим и неинвертирующим входами, а число контактов P к каждому делительному слою отвечает соотношению 2 Р N причем синхронизатор электрически связан с сумматором, а контакты одного делительного слоя через соответствующие источники постоянного смещения соединены с инвертирующим входом сумматора, контакты другого делительного слоя через свои источни20 ки постоянного смещения — с неинвертирующим входом сумматора.
