Пространственно-частотный фильтр одномерного оптического сигнала Советский патент 1987 года по МПК H01L31/16 

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, обш,ий слой 3, заземляющую шину 4, делительные слои 5 и 6, изолируюш,ие области 7, контакт 8 к заземляющей щине 4, контакты 9, II, 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 n-Si с удельным сопротивлением 7,5 Ом см; пластины ориентированы в плоскости (ПО). 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-п перехода. Заземляющую шину 4 выполняют до вскрытия структуры с тыльной стороны на общем слое 3 легированием донорньши 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. Рещается задача коррекции смаза изображения по одной координате - в направлении перемещения регистрирующего

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 за.менены 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 фотоприе.мных площадок трех фотодио

дов каждой элементарной ячейки, образованных р-дискретным базовым слоем 2 с одной стороны, и п-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 аппроксимиро- ванного 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 мо гут 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 щаговый барабан с закрепленной не нем фотопленкой с изображением реставрируемого оптического сигнала, распределение освещенности {fl,} проецирует- ся так, что каждому элементу разрешения строки изображения, выделенной 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 делитель- ного слоя в одном направлении, а в плечо нижнего делительного слоя - в другом направлении. Ячейки справа от нулевого зна

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 t по сигналу синхронизатора на -выходе сумматора 29 фиксируется значение фототока

1 ,а) tr ТД „ я„.

где ТГ - 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 непроэкспонирован- ная фотопленка. Она экспонировалась точечным световым потоком от GaAs - светодио- да, излучение которого модулировалось фототоком

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 , причем

Преобразование нового распределения света в электрический сигнал происходит с теми же значениями распределения квантовой эффективности вдоль мультискана {д„}. По окончании второго интервала времени U t. по сигналу синхронизатора на выходе сумматора 29 фиксируется значение

нового фототока

S f

(Z)

Чп

Так же, как на первом интервале, эта фиксация производится на неэкспонированной фотопленке. Таким образом, восстанавлива- ется второй элемент реставрированного изображения. Операция производится столько раз, сколько элементов в строке реставрируемого изображения; далее сменяется строка изображения механическим перемещением мультискана. Операции повторяются по числу строк изображения. Полностью реставрированное изображение фиксируется поэлементно.

Достигнутая точность синтеза импульсной характеристики фильтра 20 дБ; длина фильтра - 530 значений импульсной характеристики при разрешении 300 линий/см; динамический диапазон обрабатываемого

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.

Формула изобретения

Пространственно-частотный фильтр одномерного оптического сигнала, содержа- ш,ий мультискан с N дискретными элемен- .тарными ячейками, базовы.м слоем, обпхим слоем с заземляюш,ей шиной, двумя делительными слоями с одинаково расположенными контактами, источникахчи постоянного смещения, причем контакты разных делительных слоев соединены с разными полюса.ми со

ответствующих источников постоянного смещения, равных по напряжению, вторые полюса соединены с входом сумматора, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности синтеза импульсного отклика фильтра, увеличения длины фильтра, расширения ди- на.мического диапазона обрабатываемого сигнала, обеспечения возможности полосовой фильтрации, дополнительно введено устройство дискретного перемещения изображения одномерного оптического сигнала с синхронизатором, сумматор выполнен с инвертирующим и неинвертирующим входами, а число контактов Р к каждому делительному слою отвечает соотношению 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 источники постоянного смещения - с неинвертирующим входом сумматора.

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, об- шим слоем, кроме того, он снабжен зазем- ляюш,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 не- инвертируюшим входами. Число контактов Р к каждому делительному слою отвечает соотношению 24.P4N. Синхронизатор электрически связан с сумматором. Контакты одного делительного слоя через соответствую- ш.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;

Составитель В. Манагаров

Редактор Е. ПаппТехред И. ВересКорректор И. Эрдейи

Заказ 7179/53Тираж 698Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4