Преобразователь изображения Советский патент 1989 года по МПК G06F3/153 H01L31/04 

4

:о со со оо о

Изобретение -относится к области оптоэлектроники, может быть использовано для создания преобразователей изображений, основной частью которых является структура металл-диэлектрик- полупроводник (МДП) и жидкий кристалл, и является усовершенствованием предлагаемого изобретения по авт. св„ № 580778о

Целью изобретения является повышение точности преобразователя о

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит прозрачные электроды 1, слои 2 прозрачных диэлектриков, слой 3 узкозонного проводника, слой 4 жидкого кристалла (Ж), клеммы 5 и 6, первую прозрачную подложку 7, вторую прозрачную подложку 8, пьезокерамическую шайбу 9, управляемый делитель 10 напряжения, торцевой электрод 11 пьезокера- мической шайбы, светоизлучающий эле- . мент 12, фотоприемный элемент 13,генератор 14 переменного напряжения Слой 3 указанного проводника содержит в своем составе ориентирующий слой 15, слой 16 диэлектрического

10

15

20

25

источнику 23 опорного напряжения и управляющего потенциалом, подаваемым на торцы пьезокерамической шайбы 9. Причем одним электродом пьезокерамической шайбы 9 является второй прозрачный электрод 2, другим электродом является торцевой- электрод 11, подключенный к подвижному контакту переменного резистора 24, через который пьезокерамическая шайба 9 жестко связана с неподвижной шайбой 26, жестко прикрепленной к первой прозрачной подложке 7.

При зт еньшении линейного размера пьезокерамической шайбы 9 часть объема слоя 4 жидкого кристалла вытесняется в полость 27о Размер полости 27 выбирается таким, чтобы высота вытесненного объема жидкого кристалла не превьш1ала нескольких микронов над уровнем границы: ориентирующий слой 15 - слой 16 диэлектрического зеркала,; Максимальная высота вытесненного объема жидкого кристалла получается при сжатии пьезокерамической шайбы 9 такой, чтобы обеспечивать минимальную высоту рабочего объема слоя 4 ( мкм) Так, если

зеркала, слой 17 фотопроводника. Све- 30 полость 27 имеет ширину 3 мм и внутренний диаметр шайбы 9, равный 2 см,- минимальную высоту рабочего объема жидкого кристалла 1 мкм, то высота вытесненного объема превьшает на 4 мкм уровень границы: ориентирующий слой 15 - слой 16 диэлектрического зеркала. Питание многослойной структуры преобразователя осуществляется генератором 14,

Принцип работы устройства заключается в следующем: на поверхнтсти раздела между слоем 17 фотопроводника и слоем 16 диэлектрического зеркала накапливается рельеф заряда, соответствующий рельефу интенсивности тракта формирования изображения. При этом в слое 4 жидкого кристалла, молекулы которого ориентированы пла- нарно, формируется анизотропия показателя преломления для необыкновенного луча, соответствующая зарядовому распределению между слоями 17 и 16. Считывающий плоскополяризованный свет от излучателя 18 дважды проходит через слой 4 жидкого кристалла и второй раз отражается от слоя 16 диэлектрического зеркала через поляризатор 20 и объектив 21,который формирует вьЕходное изображение.

тоизлучающий элемент 1 содержит излучатель 18 света и коллиматор 19,Фото приемный элемент содержит поляризатор 20, объектив 21 и фотоприемник 22, Управляемый делитель 10 напряже- 35 ния содержит источник 23 опорного напряжения, переменный резистор 24 и электропривод 25, перемещающий подвижной контакт переменного резистора 24„ Первая прозрачная подложка 7 вы- 40 полнена в виде волоконно-оптической пластины, закрепленной в неподвижной шайбе 26, Между слоем 4 жидкого кристалла и пьезокерамической шайбой 9 имеется полость

Из тракта формирования изображения входное изображение поступает через первую прозрачную подложку 7,прозрачный электрод 1, слой 2 диэлектрика На слой 17 фотрпроводника. Тракт 50 считывания состоит из светоизлучаю- ще1 О элемента 12, являющегося источником поляризованного света, и фото- приемного элемента 13. Фотоприемник 22 установлен в плоскости изображения. Выводы фотоприемника 22 подключены к- входу электропривода 25, перемещающего подвижной контакт переменного резистора 24, подключенного к

55

0

5

0

5

источнику 23 опорного напряжения и управляющего потенциалом, подаваемым на торцы пьезокерамической шайбы 9. Причем одним электродом пьезокерамической шайбы 9 является второй прозрачный электрод 2, другим электродом является торцевой- электрод 11, подключенный к подвижному контакту переменного резистора 24, через который пьезокерамическая шайба 9 жестко связана с неподвижной шайбой 26, жестко прикрепленной к первой прозрачной подложке 7.

При зт еньшении линейного размера пьезокерамической шайбы 9 часть объема слоя 4 жидкого кристалла вытесняется в полость 27о Размер полости 27 выбирается таким, чтобы высота вытесненного объема жидкого кристалла не превьш1ала нескольких микронов над уровнем границы: ориентирующий слой 15 - слой 16 диэлектрического зеркала,; Максимальная высота вытесненного объема жидкого кристалла получается при сжатии пьезокерамической шайбы 9 такой, чтобы обеспечивать минимальную высоту рабочего объема слоя 4 ( мкм) Так, если

0 полость 27 имеет ширину 3 мм и внутренний диаметр шайбы 9, равный 2 см,- минимальную высоту рабочего объема жидкого кристалла 1 мкм, то высота вытесненного объема превьшает на 4 мкм уровень границы: ориентирующий слой 15 - слой 16 диэлектрического зеркала. Питание многослойной структуры преобразователя осуществляется генератором 14,

устройство света Y по закону Малюса будет равна

Y д sin 2 ц- sin S/2,

где Y - интенсивность падающего света;Ч - угол между плоскостью поляS няется пороговое напряжение слоя 4 жидкого кристалла, л следовательно, и разность показателей преломления между обыкновенным и необыкновенным лучами, что оказывает влияние на стабильность и качество выходного изображения (т,е, ведет к изменению

ризации считьшающего света и ю интенсивности в каждой точке выходнопервоначальным направлением го изображения).

директора молекул слоя ЖК; Выражения (1) и (2) показывают,

разность фаз обыкновенного что изменение показателя преломления

для необыкновенного луча в слое 4 жидкого кристалла можно скомпенсировать изменением толщины слоя 4 таким образом, чтобы разность фаз света на выходе S была неизменной, т.е.

2.2dun .,, S л const, (6)

и необыкновенного лучей на выходе слоя ЖК, определяемая i5 из выражения

2 ir - 2 d 4 п S -(2)

где d - толпщна слоя ЖК;

7 - длина ВОЛ.НЫ считьшающего

света;

Дп - разность показателей преломления для обыкновенного и необыкновенного лучей (двулучепреломление). Тогда абсолютный контраст между двумя точками в вькодном изображении будет определяться по формуле

20

-Л

Л, следовательно, интенсивность в каждой точке выходного изображения оставалась постоянной. Интенсивность в выходном изображении контролируется 25 фотоприемником 22, установленным в плоскости выходного изображения. Из выражения (3) видно, что величиной абсолютного контраста также можно управлять, изменяя толщину слоя 4 жидЛ, следовательно, интенсивность в каждой точке выходного изображения оставалась постоянной. Интенсивность в выходном изображении контролируется 25 фотоприемником 22, установленным в плоскости выходного изображения. Из выражения (3) видно, что величиной абсолютного контраста также можно управлять, изменяя толщину слоя 4 жидn/ f чf f .J t t Lji i.jt-i -и-л- АivJJ iLXflll I J l -Т /ivri j,

K sin (- -s---) /sin () (3) 30 кого кристалла без изменения напряже Л

где йп , in. - эффективные значения двулучепреломления в двух различных точках слоя 4 жидкого кристалла, определяемые различной величиной падения напряжения в этих точках вследствие различия интенсивностей входных засветок в них, зависящие также от напряжения, приложенного к слою 4 жидкого кристалла, и от температуры слоя.

Температурный дрейф как показате-. лей преломления, так и порогового напряжения Up слоя жидкого кристалла, зависит от степени упорядоченности нематического жидкого кристалла

и„ , (4)

где и - пороговое напряжение слоя

нематического ЖК; S - степень упорядоченности,

определяемая из формулы

S 1-Т/(Т„ 0,5)° (5) где Т - абсолютная температура;

ния генератора 14. Для управления толщиной слоя 4 ж -1дкого кристалла в устройство т;ля преобразования изображений вводится пьезокерамическая шай2 ба 9, состоящая, например, из 48

сваренных и поляризованных слоев пье- зокерамики ЦТС-19 с прослойками-электродами, электричес 1;и соединенными между собой металлическими перемыч40 ками (такая шайба 9 позволяет производить линейные перемещения в диапазоне 0,1-5 мкм при напряжении пи И

тания 0-350 В за время от 0,5-10 до 0,5 с)о Пьезокерамическая Щайба 9

45 с одной стороны жестко крепится к . электроду 1 и г.эдложке 8, а с другой стороны - к шайбе 11, которая жестко прикрепляется к подложке 7 (например, с помощью клея ВК-9). При

50 подаче потенциала через переменный резистор 24 пьезокерамическая шайба 9- позволяет линейно перемещать подложку 8 относительно подложки 7, Тов, менять толщину слоя 4 жидкого крис50 подаче потенциала через пер резистор 24 пьезокерамическ 9- позволяет линейно перемещ ложку 8 относительно подлож менять толщину слоя 4 жидко

Ту - температура просветления.

Температурный дрейф Uf, слоя 4 со- 55 талла на заданную величину.

Управление кон ременного резистора 24, а с тельно, и потенциалом на пь мической шайбе 9 осуществл

ставляет в диапазоне температур 273-313 К &Un/&T« 10 мВ/К, тогда полный температурный дрейф в этом диапазоне tiUn ,4 В.

(2)

2.2d S л

20

-Л

Л, следовательно, интенсивность в каждой точке выходного изображения оставалась постоянной. Интенсивность в выходном изображении контролируется фотоприемником 22, установленным в плоскости выходного изображения. Из выражения (3) видно, что величиной абсолютного контраста также можно управлять, изменяя толщину слоя 4 .J t t Lji i.jt-i -и-л- АivJJ iLXflll I J l -Т /ivri j,

кого кристалла без изменения напряжения генератора 14. Для управления толщиной слоя 4 ж -1дкого кристалла в устройство т;ля преобразования изображений вводится пьезокерамическая шай ба 9, состоящая, например, из 48

сваренных и поляризованных слоев пье- зокерамики ЦТС-19 с прослойками-электродами, электричес 1;и соединенными между собой металлическими перемыч0 ками (такая шайба 9 позволяет производить линейные перемещения в диапазоне 0,1-5 мкм при напряжении пи И

тания 0-350 В за время от 0,5-10 до 0,5 с)о Пьезокерамическая Щайба 9

5 с одной стороны жестко крепится к . электроду 1 и г.эдложке 8, а с другой стороны - к шайбе 11, которая жестко прикрепляется к подложке 7 (например, с помощью клея ВК-9). При

0 подаче потенциала через переменный резистор 24 пьезокерамическая шайба 9- позволяет линейно перемещать подложку 8 относительно подложки 7, Тов, менять толщину слоя 4 жидкого кристалла на заданную величину.

Управление контактом переменного резистора 24, а следовательно, и потенциалом на пьезокера- мической шайбе 9 осуществляется

7

электроприводом 25, который позволяет регулировать толщину слоя 4 жидкого кристалла таким образом, чтобы скомпенсировать температурные изме- нения двулучепреломления в слое 4, а также управлять динамическими парметрами выходного изображения (например, осуществить выделение участков одинаковой яркости в изображе- НИИ, т.е. повышать контраст в изобржении относительно определенного уровня интенсивности)о

Формула изобретения

Преобразователь изображения по авТо св. № 580778, отличающийся тем, что, с целью повыше8

ния точности преобразователя, он со- держит две прозрачные подложки, первая из которых расположена на одном прозрачном электроде, вторая - на другом прозрачном электроде, элемент регулирования толщины жидкого крис- , талла, состоящий из пьезокерамичес- кой шайбы и управляемого делителя напряжения, выход которого подключен к торцовым электродам пьезокерамичес- кой шайбы, прикрепленным к прозрачным подложкам, светоизлучающий и фото приемный элементы, оптически связанные между собой через вторую прозрачную подложку, выход фотоприемного элемента подключен к входу управляемого делителя напряжения.

Изобретение относится к оптоэлектронике, может быть использовано для создания преобразователей изображений, основной частью которых являются металл-диэлектрик-полупроводник и жидкий кристалл. Целью изобретения является повышение точности преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее прозрачные электроды 1, слои 2 прозрачных диэлектриков, слой 3 узкозонного проводника, слой 4 жидкого кристалла, введены прозрачные подложки 7,8, пьезокерамическая шайба 9, управляемый делитель 10 напряжения, светоизлучающий элемент 12 и фотоприемный элемент 13 с необходимыми связями. При колебаниях температуры изменяется сигнал на входе фотоприемного элемента 13, который с помощью делителя 10 изменяет потенциал на торцах пьезокерамической шайбы 9, которая изменяет свою высоту, а следовательно и толщину слоя 4 жидкого кристалла.