Преобразователь изображений Советский патент 1992 года по МПК G02F3/00 G02F1/03 

Описание патента на изобретение SU1770939A1

Изобретение относится к оптоэлектро- нике, в частности к обработке оптической информации, и может найти применение в автоматике, вычислительной технике и голографии.

Известен преобразователь изображений, содержащий входной прозрачный проводящий электрод, первый слой диэлектрика, высокоомный фоточувствительный полупроводник, второй слой диэлектрика, выходной прозрачный проводящий электрод (1). Запись изображения в этом устройстве осуществляется при воздействии света, к которому чувствителен высокоомный фоточувствительный полупроводник (в качестве полупроводника выбран высокоомный (л:) кремний с удельным сопротивлением более 1 кОм-см), через входной прозрачный проводящий электрод по всей рабочей поверхности полупроводника при приложении к электродам внешнего напряжения. Регистрируемое изображение хранится в виде зарядового рельефа на границе раздела полупроводник - диэлектрик, который в виде диэлектрической решетки встроен в слой высокоомного фоточувствительного полупроводника. Размеры элемента изображения определяются расстоянием между гГ-областями, разделенными диэлектриком и выполненными в высокоомном кремнии со стороны, противоположной записывающему свету. Наличие этих тг-п -переходов устраняет диффузию между соседними элементами изображения, Считывание записанного изображения проводится поляризованным нейтральным для полупроводника светом за счет : лектро- оптического эффекта в слое второго диэлектрика, в качестве которого использован слой жидкого кристалла.

Недостатком этого устройства является низкая разрешающая способность из-за большого расстояния между п+-обла:тями в -кремнии. Уменьшение этого расстояния между соседними я-п+-переход8ми приводит к возникновению емкостной связи между ними и неработоспособности устройства на высоких частотах. Использование вместо кремния другого фоточувствительнсго высокоомного полупроводника с большей диэлектрической постоянной, чем у кремния, приводит к технологическим ограничениям, т.к. в настоящее время втаких высоюомных

С

vi

о

О GO Ю

полупроводниках p-n-переходы не получены,

Наиболее близким техническим решением является преобразователь изображения, выполненный в виде структуры входной прозрачный электрод, слой диэлектрика, слой высокоомного фотополупроводника, слой электрооптического кристалла и выходной прозрачный электрод, при этом слой высокоомного полупроводника характеризуется эффектом захвата носителей заряда на ловушки на поверхности и в объеме слоя (2). В данном устройстве запись изображения проводится в слое фотополупроводника, а его считывание (воспроизведение) с помощью слоя электрооптического (жидкого) кристалла. Регистрируемое изображение в виде зарядового рельефа находится на ловушках на границе раздела фотополупроводник - диэлектрик и в объеме фотополупроводника.

Недостатком этого устройства является малая разрешающая способность и контрастность из-за растекания информационных зарядов во все стороны как вдоль границы раздела полупроводник - диэлектрик, так и в объеме в результате градиента концентраций (особенно при записи высококонтрастных изображений): информационные заряды, обладая эффективной диффузионной длиной, из области с большей концентрацией переходят в область с меньшей концентрацией, т.к. генерация информационных носителей заряда под дей- ствмем света происходит во всех точках рабочей поверхности полупроводника, что приводит к размазыванию изображения.

Целью изобретения является увеличение разрешающей способности и контр- оастности устройства. Это достигается благодаря тому, что в преобразователе изображения, содержащем последовательно расположенные входной прозрачный электрод, слой диэлектрика, слой высокоомного фотополупроводника, .слой электрооптического кристалла и выходной прозрачный электрод, при этом слой высокоомного фотополупроводника характеризуется эффектом захвата носителей заряда на ловушки на поверхности и в объеме слоя, слой диэлектрика выполнен в виде матрицы отверстий, заполненных светопроводящим материалом, при этом расстояние между краями соседних отверстий матрицы выбрано большим, чем эффективная длина диффузии носителей заряда в приповерхностной области высокоомного фотополупроводника, обращенной к слою диэлектрика.

Введение отличительных признаков заявленной совокупностью позволяет увеличить разрешающую способность и контраст изображения преобразователя изображений за счет того, что слой диэлектрика выполнен в виде матрицы отверстий,

заполненных светопроводящим материалом, при этом расстояние между краями соседних отверстий матрицы выбрано большим, чем эффективная длина диффузии носителей заряда в приповерхностной области высокоомного фотополупроводника, обращенной к слою диэлектрика, Записывающий свет достигает поверхности фотополупроводника только на участках под отверстиями, заполненными светопроводящим материалом, в которых происходит генерация информационных зарядов. На участках поверхности фотополупроводника между отверстиями в слое диэлектрика информационные заряды не возникают, поэтому их диффузия в освещаемые области отсутствует. Растекание информационных носителей заряда из одной освещаемой области в другую так же будет отсутствовать, поскольку эффективная длина диффузии

носителей заряда в приповерхностной области используемых высокоомных фотополупроводников меньше, чем расстояние между краями соседних отверстий матрицы (например, в кристаллах типа силленита германате, силикате, титанате висмута - она составляет единицы микрометров- см. М. Peltier, F. Micheron. J. Appl. Phys., 1977, v. 48, N2 9, p. 3683-3690),

На фиг, 1 представлена схема преобразователя изображений, на фиг. 2 и 3 - фраг- менты поперечного сечения слоя диэлектрика, который выполнен в виде матрицы отверстий, заполненных светопроводящим материалом.

Преобразователь изображения содержит записывающий свет 1 с длиной волны Я- транспарант 2, поляризатор 3, считывающий свет 4 с длиной волны А2, входной прозрачный электрод 5, слой 6 диэлектрика,

слой 7 высокоомного фотополупроводника, слой 8 электрооптического кристалла, выходной прозрачный электрод 9, анализатор 10, источник 11 внешнего напряжения; слой 6 диэлектрика состоит из высокоомного

материала 12, который выполнен в виде матрицы отверстий 13, заполненных светопроводящим материалом.

Преобразователь изображения работает следующим образом.

В исходном состоянии при отсутствии

записывающей подсветки 1 (фиг. 1) с длиной волныAI амплитуда напряжения Uo 11, приложенного к устройству, делится на фотопо- лупроводнике 7 и слое 8 электрооптического

кристалла обратно пропорционально их емкостям.

Запись изображения транспаранта 2 осуществляется активным для высокоомного фоточувствительного полупроводника 7 светом 1 с длиной волны AI, падающим со стороны слоя диэлектрика, при приложении к устройству импульса напряжения U0 11 (фиг. 1). Записывающий свет проходитчерез светоделительный элемент 4, входной прозрачный проводящий электрод 5 и достигает слоя диэлектрика 6 (фиг. 1), который состоит из высокоомного материала 12, выполненного в виде матрицы отверстий 13, заполненных светопроводящим материалом (фиг. 2). При этом высокоомный материал 12 и светопроводящий материал 13 имеют коэффициенты преломления п, удовлетворяющие неравенству: гп2 глз. В этом случае записывающий свет проходит дальше только через отверстия 13,заполненные светопроводящим материалом, и попадает на участки поверхности полупроводника, находящиеся только под отверстиями.

Под действием записывающей засветки в фотополупроводнике 7 под торцами отверстий происходит генерация информационных носителей заряда. Их концентрация в соответствующих участках поверхности определяется распределением интенсивности записывающего света, распространяющегося по отверстиям со светопроводящим материалом. Возникновение информационных носителей заряда в фотополупроводнике приводит к перераспределению (модуляции) падений напряжения на фотополупроводнике и электрооптическом кристалле. Из-за возникающего градиента концентраций информационные носители заряда будут диффундировать из-под торцов отверстий во все стороны вдоль границы раздела фотополупроводник 7 - диэлектрик 6 (фиг. 1) в приповерхностной области полупроводника, находящейся между отверстиями. Однако, поскольку эффективная длина диффузии носителей заряда в приповерхностной области слоя высокоомного фотополупроводника, обращенной к слою диэлектрика 6 меньше, чем расстояние между краями соседних отверстий матрицы, то информационные носители заряда не достигают участков поверхности фотополупроводника, находящихся под соседними отверстиями. Эти носители заряда захватываются на ловушки в объеме и на поверхности в промежутках между отверстиями, поскольку концентрация ловушек в используемых высокоомных фотополупроводниках обычно велика.

Считывание скрытого изображения осуществляется постоянно действующим поляризованным для высокоомного фото- чувствитлеьного полупроводника 7 светом 3

с длиной волны Я2, падающим со стороны слоя диэлектрика (режим На просвет). Считывающий свет 3 проходит через поляризатор 4, входной прозрачный электрод 5, слой диэлектрика 6, слой фотополупроводника 7

0 без генерации в нем электрон-но-дырочных пар, слой жидкого кристалла 8, выходной прозрачный электрод 9 (режим На просвет). На выходе каждого участка устройства считывающий свет промодулирован по

5 фазе в соответствии с распределением падений напряжения по участкам площади слоя электрооптического кристалла, соответствующим распределению концентрации информационных носителей заряда.

0 Модуляция считывающего света по фазе с помощью анализатора 10 преобразуется в модуляцию по интенсивности, и регистрируемое изображение транспаранта передается в дальнейшие каналы его обработки.

5 .Разрешающая способность устройства может быть еще повышена за счет изменения конструкции матрицы отверстий, как показано на фиг, 3. При расположении от зерстий в шахматном порядке достигается увеличе0 ние разрешающей способности на 30%.

Изобретение выполняется следующим образом.

В качестве слоя высокоомного фотополупроводника используются кристаллы ти5 па силленита (германат или силикат висмута) толщиной до 500 мкм с эффективной диффузионной длиной 2...3 мкм и концентрацией ловушек 1015...1016 . На поверхность слоя фотополупроводника на0 носят слой диэлектрика в виде матрицы отверстий, заполненных светопроводящим материалом. При этом коэффициента преломления материала в отверстии (п0) и материала матрицы (пм) должны удовлет5 ворять неравенству: п0 пм(гнз ni2). Такому условию удовлетворяют следующие материалы: отверстие - германат висмута, легированный алюминием (п0 2,55), матрица - окись кремния (пм 1,45) или теллурид

0 кадмия (пм 1,6); отверстие - окись кремния, матрица - теллурид кадмия или поли- имидный лак.

На поверхность фотсполупроводника наносят слой светопроводящего материала

5 толщиной 0,7...1,2 мм. С помощью современной фотолитографии получают столбики диаметром до 1 мкм и расстоянием между ними 2...3 мкм. Затем промежутки между столбиками заполняют слоем матоичного диэлектрического материала. Электрооптическим материалом служат жидкие кристаллы. В качестве прозрачных электродов используют окись индия или олова.

Преимущество заявляемого преобразователя изображений по сравнению с прототипом (2) заключается в следующем. Выполнение слоя диэлектрика в виде матрицы отверстий, заполненных светопроницаемым материалом, приводит к тому, что записывающий свет распространяется только по этим отверстиям и генерирует информационные заряды в фотополупроводнике только под отверстиями. Под действием градиента концентраций эти заряды могут диффундировать вдоль границы раздела диэлектрик - полупроводник на расстояние, равное эффективной диффузионной длине, и,соответствен но, будут снижать разрешающую способность и контраст записанного изображения, как это имеет место в прототипе. Известно, что диффузионная длина в высокоомных фоточувствительных материалах, используемых в устройствах типа МДП -жидкий (электрооптический) кристалл, составляет единицы микрометров (например, в кристаллах типа силленита она равна 2-4 мкм - см. М. Peltier, F. Micheron. Volume hologram recording and charge transfer proclss in SiO.10 , Bi/2. GeO;ic-J. Appl. Phys., 1977, v. 48, № 9, p. 3683-3690). Однако это максимальное расстояние распространения информационных зарядов в высокоомных кристаллах (в том числе и в кристаллах типа

0

5

0

5

0

5

силленита) существенно уменьшается в результате захвата зарядов на ловушки, концентрация которых высока и достигает 1016см 3и выше.

Поэтому, если расстояние между краями соседних отверстий в заявляемом устройстве достигает величины, равной двум диффузионным длинам (4-5 мкм), то взаимное влияние элементов изображения, как это имеет место в прототипе, исключено. Это приводит к повышению разрешающей способности и контрастности устройства.

Формула изобретения Преобразователь изображений, содержащий последовательно расположенные входной прозрачный электрод, слой диэлектрика, слой высокоомного фотополупроводника, слой электрооптического кристалла и выходной прозрачный электрод, при этом слой высокоомного фотополупроводника характеризуется эффектом захвата носителей заряда в ловушки на поверхности и в объеме слоя, отличающийся тем, что, с целью повышения контраста и разрешающей способности, в слое диэлектрика выполнена матрица отверстий, заполненных светопроводящим материалом, при этом расстояние между краями соседних отверстий матрицы выбрано большим, чем эффективная длина диффузии носителей заряда в приповерхностной области слоя высокоомного фотополупроводника, обращенной к слою диэлектрика.

Похожие патенты SU1770939A1

название год авторы номер документа
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИЗОБРАЖЕНИЯ 1998
  • Захаров И.С.
  • Умрихин В.В.
  • Спирин Е.А.
RU2130631C1
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИЗОБРАЖЕНИЯ 1995
  • Спирин Е.А.
  • Захаров И.С.
RU2092882C1
Преобразователь изображения 1989
  • Захаров Иван Сафонович
  • Спирин Евгений Анатольевич
SU1672431A1
Преобразователь изображения 1989
  • Спирин Евгений Анатольевич
  • Захаров Иван Сафонович
  • Мокроусов Геннадий Михайлович
SU1693580A1
НОСИТЕЛЬ ОПТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ 1989
  • Захаров И.С.
  • Спирин Е.А.
  • Мокроусов Г.М.
RU2018957C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ИЗОБРАЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 1999
  • Спирин Е.А.
  • Захаров И.С.
RU2170449C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ 1999
  • Захаров И.С.
  • Спирин Е.А.
  • Рыков Э.И.
RU2160460C2
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИЗОБРАЖЕНИЯ 1999
  • Спирин Е.А.
  • Захаров И.С.
RU2160461C2
Оптический процессор 1990
  • Спирин Евгений Анатольевич
  • Захаров Иван Сафонович
  • Мокроусов Геннадий Михайлович
SU1795440A1
СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОПТИЧЕСКОГО СИГНАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 1999
  • Захаров И.С.
  • Спирин Е.А.
RU2180466C2

Иллюстрации к изобретению SU 1 770 939 A1

Реферат патента 1992 года Преобразователь изображений

Использование: оптические устройства обработки информации. Сущность изобретения: преобразователь изображений содержит входной прозрачный электрод,слой диэлектрика, слой высокоомного фотополупроводника, слой электрооптического кристалла, выходной прозрачный олектрод. В слое диэлектрика выполнена магэица отверстий, заполненных светопрОЕ.эдящим материалом. 3 ил.

Формула изобретения SU 1 770 939 A1

Фиг. I

78 9 10

. 2

Фиг. 3

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1992 года SU1770939A1

СПОСОБ ОЧИСТКИ КИСЛЫХ СТОЧНЫХ ВОД 1991
  • Горшков В.А.
  • Фролова С.И.
  • Чижов Н.Н.
  • Кудрявский Ю.П.
RU2011639C1
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
Васильев А.А., Касасент Д., Компанец И.Н., Парфенов А.В
Пространственные модуляторы света
- Радио и связь, 1987, с
Скоропечатный станок для печатания со стеклянных пластинок 1922
  • Дикушин В.И.
  • Левенц М.А.
SU35A1

SU 1 770 939 A1

Авторы

Захаров Иван Сафонович

Спирин Евгений Анатольевич

Даты

1992-10-23Публикация

1989-04-11Подача