Некогерентный оптический коррелометр Советский патент 1976 года по МПК G06G9/00 

блока оптического воспроизведения анализируемого одномерного сигнала, проецируется (линзы и осветители не показаны) на матрицу фотоприемников 2, причем размеры поля изображения сигнала LX согласованы с размерами матрицы так, что область определения сигиала совпадает с фотоприемной площадкой. Элементарная ячейка лииейки представляет собой р-п-р (п-р-л)-структуру (фиг. 2, а), причем лицевые р-д-переходы, обращенные к изображению, образованы дискретными р (л)-областями 3 и дискретными базовыми п(р)-областями 4. Тыльные р-п-переходы образованы теми же дискретными областями 4 и, например, общей р (я)-областью 5. Дискретные области 3 снабжены индивидуальными омическими контактами 6, а область 5 - общей элетрической щиной 7. Блок перемещений выполнен в виде //-строчного сканистора 8, имеющего Л элементов разрещения, включенного в обычную электрическую схему коммуации, и блока оптического воспроизведения эталонного сигнала. Клеммы выхода блока перемещений соединены с одноименными усилителями считывания 9, а клемма входа - с генератором пилообразного напряжения 10. Изображение эталонного сигнала И, распределенное вдоль оси X, спроецировано на сканистор 8 так, что область задания сигнала, дефокусированного в направлении, скрещенном с осью X под углом а, совпадает с фоточувстительным растром, а строки сканистора вытянуты в направлении оси X эталонного изображения, где L a arctg-, L|. и 1 -размеры фоточувст хвительного растра. При таком выполнении устройства эталонное изображение под действием управляющих напряжений, поступающих со сканистора, синтезируется непосредственно на линейке фотоприемников, а необходимость в наличии механических узлов отпадает. Поле изображения оптически преобразованного эталонного сигнала 11 совмещено с растром Л-строчного сканистора 8. Причем размеры поля согласованы с размерами растра так, что Ll-A/x-Л, а LY AlyN, где A/jc и А/у - размеры элемента разрещения сканистора вдоль осей X w. Y соответственно, и область определения оптически преобразованного сигнала L Z совпадает с фоточувствительной площадкой сканистора 8. Поле изображения образовано путем оптической трансформации изображения эталонного сигнала ф (X) (средства оптической трансформации не показаны). Сигнал (f (X) дефокусирован под углом а к оси X. Поле изображения представляет собой набор столбцов (строк) одномерных сигналов, например, записанных в виде транспаранта, функция пропускания по интенсивности для которого соответствует этим сигналам ,{Х).(Х), f,(X) (X-a),..., „(x)(N-l)a, где а- коэффициент. Средства оптического воспроизведения анализируемого сигнала и оптически преобразованного эталонного сигнала могут представлять собой как транспаранты, функция пропускания по интенсивности для которых соответствует сигналу, так и самосветящиеся объекты (линейка инжекционных светодиодов, спектр на выходе оптического прибора и т. п.). Многострочный сканистор 8 представляет собой пространственно распределенную р-л-р (л-р-л)-структуру. Лицевые р-л переходы, обращенные к изображению, образованы р (л)-полосами 12 и л (р)-полуизолирующей базовой областью 13 (л-Si), (компенсированной золотом, например). Тыльный р-л-переход образован той же базовой областью 13 и пространственно-распределенной по всей тыльной грани монокристалла делительной р (я)-областью 14, р (л)-полосы 12 снабжены построчными электрическими щинами 15, а делительная р (л)-область 14 - двумя электрическими контактами 16. Контакты 16 электрически параллельно соединены с источником 17, последовательно с генератором 10 и клеммой входа блока перемещений. Построчные щины 15 последовательно соединены с N построчными усилителями считывания 9 и yV клеммами выходов блока перемещений. Клеммы выходов блока перемещений порознь подключены к одноименным электрическим контактам 6 и к элементарным ячейкам линейки фотоприемников 2. Па фиг. 2,6 представлена вольт-амиерная характеристика элементарной ячейки линейки фотоприемников. При отрицательном (положительном) смещении на р-л-р (л-р-п)ячейке относительно общей щины ток определяется темновым током через тыльный р-лпереход ir,. При положительном (отрицательном) смещении на р-л-р (л-р-л) ячейке ток определяется в отсутствии освещения темновым током лицевого р-л-перехода ячейки IT, , а при освещении световой добавкой тока через лицевой р-л-переход ic,, Сг . причем гсг соответствует больщим освещенностям. Рабочее напряжение на ячейках С/раб выбирается в пределах f/o f/pa6 t/np. (k - постоянная Больцмана, где (7о Т - температура, °К, а - коэффициент, завиящий от полупроводникового материала (,5); q - заряд электрона (Uo - ,02-0,05 в); t/np - напряжение пробоя р-л-р-структуры. f7pa6 есть функция от времени t и номера чейки л. При ячейка воспринимает вет, при f/pa6 t/o - не воспринимает. В каестве f/pao используются видеосигналы с N строк сканистора. Программа работы сканистора задается транспарантом с изображением N сигналов {фп(л;-an}}, ,,... N-1. Усилители считывания формируют видеосигналы таким образом (например, с использованием триггера Шмидта), что он имеет два состояния: -f/раб, соответствующее прозрачности «1 на элементе транспаранта с записью преобразованного эталонного сигнала, и + Upa6, соответствующее прозрачности «О на элементе транспаранта. Рассмотрим работу устройства в динамике. Пусть в исходный момент времени на линейку фотоприемников спроецировано изображение анализируемого сигнала f(X}, а на сканистор - изображение преобразованного эталонного сигнала {ф(Х-an}}, и 0, . , ЛГ-1. Постоянное смещение на сканистор 8 подано блоком 17, и оно обеспечивает индивидуальное электрическое смещение на каждом элементе разрещения сканистора. Напряжение на выходе генератора 10 - отрицательное (положительное), и р-п-р (п-р-п)-фоточувствительная структура сканистора излучение, проходящее через прозрачные участки транспаранта с записью сигналов ц(Х-an), не воспринимает. Усилители 9 формируют отрицательный (положительный) сигнал f7pa6 f o, и вся линейка фотоприемников 2 излучение, проходящее через прозрачные участки транспаранта с записью сигнала f(X}, не воспринимает (см. фиг. 2,6 при , / 0), Через структуру течет ток tr, , и сигнал корреляции 0. В первый интервал времени У начинает работать генератор коммутирующего пилообразного напряжения 10, осуществляющий опрос сканистора 8 за время Т. Таким образом, 4л -. В интервал осуществляется опрос первых элементов Л строк сканистора, на которые спроецировано изображение функции Ф1(Х). На N выхода усилителей 9 формируются напряжения -Ups.5 и + f/раб (см. фиг. 2,6). В соответствии с поступающими напряжениями питания элементарные ячейки 4 очувствляются или же остаются нефоточувствительными. В следующий интервал времени осуществляется опрос вторых элементов Л строк сканистора, на которые спроецировано изображение функции ф2(Х)ф(Х-а), , где V-скорость отнсительного перемещения ф(Х) и |(Х). Так как за время 4л должен осуществляться сдвиг изображения ф(Х) на один элемент разрещения сканистора, то V ср,(Х) П - интервал времени t (д+1)эл. Р„()-ИХ25 30 35 40 45 50 55 60 65 Общий ток / в цепи линейки фотоприемников максимален, если изображение f(X) и ф(Х) совпали больщинством элементов. В общем случае U(i l(X(X-vt)dX Таким образом осуществляется операция корреляционного анализа. По величине амнлитуды общего тока можно судить о мере близости эталона и сигнала, т. е., например, осуществлять операцию разделения опознаваемых функций по классам. Точность проведения корреляционного анализа зависит от точности синтеза подынтегральных функций и выполнения условия постоянства скорости. Точность синтеза функции f(X} определяется числом элементов в линейке фотоприемников и их люкс-амперной характеристикой Число элементов при современном уровне интегральной технологии получают 1000, т. е. достижима точность синтеза f(X),l% Линейность люкс-амперной характеристики для р-п-р (п-р-п} -структур достигает 60 дб. Точность синтеза функций ф(Х) определяется числом разрещнмых элементов сканистора. Оно также может быть выбрано 1000 (сканистор быть составным, т. е. изображение может быть разбито на группы (), (Ф„-; 1-фд-) или мельче. Выполнение условия V const определяется возможностью с высокой точностью выдержать угол а между направлениями строк сканистора и осью X изображения фэт(Х). Тот же эффект сдвига изображения может быть получен за счет создания угла а между направлениями шин к делительному слою и направлением строк сканистора. Точность оптической юстировки легко может быть достигнута 0,1%, в то время как точность механического перемещения изображения на базе LX порядка 1-2 см при разумной стоимости устройства не превыщает 1%. В предложенном устройстве повьпнается быстродействие - увелпчивается скорость V за счет повынтення скорости электрической коммутации многострочного сканнстора. оно лимитируется только нненионностью фотоэлектрических элементов. В известном устройстве увеличение скорости корреляционного анализа лимитируется наличием механических узлов. В лаборатории оптоэлектроники п голографии ФТИ АН СССР опробован фрагмент такого коррелометра на 100 элементов. В результате использования изобретения достигается увеличение точности корреляционного анализа в 10 раз при невысокой стоимости и больщой надежности устройства. Формула изобретения 1. Некогерентный оптический коррелометр, содержащий блок оптического воспроизведения одномерного сигнала, оптически связанный с матрицей фотоприемников, блок оптического воспроизведения эталонного сигнала, блок перемещения изображения эталонного сигнала и усилитель, подключенный входом к выходу матрицы фотоприемников, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности обработки, входы матрицы фотоприемников электрически соединены с соответствующими выходами блока перемещения изображения эталонного сигнала.

2. Коррелометр по п. 1, отличающийся тем, что матрица фотоприемников выполнена в виде линейки из ряда полупроводниковых р-я-р (п-р-л)-элементов.

3. Коррелометр по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что блок перемещений выполнен в виде многострочного скаБистора, два входа которого соединены с источником напряжения, подключенного к генератору пилообразного напряжения, а выходы через строчные усилители подключены к строчным элементам линейки фотоириемников.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Авт. св. jYo 269628, G 06G 9/00, 1968.

2.Жовинкий В. Н., Арховский В. Ф., Корреляционные устройства. М., «Энергия, 1974,

с. 173-174.

Фиг. 1

-ЦЛР

-t-T,

и

upas

Фиг.2