Преобразователь изображений

(54) ПР (57) Ис обраб тения: держи диэле лупро криста В слое версти матер нститу 11639 Д Компанец ственные моь, 1987, с. 35 ОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССРК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Патент Великобритании Мкл. О 02 Р 1/13, 1978.Васильев А,А., КасасентИ.НПарфенов А,В, Пространдуляторы света. - Радио и связ Изобретение относится к оптоэлектронике, 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 кОмсм), 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. РазЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИЗОБРАЖЕНИЙ пользование: оптические устройства отки информации. Сущность изобрепреобразователь изображений сот входной прозрачный электрод, слой ктрика, слой высокоомного фотоповодника, слой электрооптического лла, выходной прозрачный лектрод, диэлектрика выполнена ма зица отй, заполненных светопроьздящим иалом. 3 ил. меры элемента иэображения определяются расстоянием между и+-областями, разделенными диэлектриком и выполненными в высокоомном кремнии со стороны, противоположной записывающему свету. Наличие этих л-и -переходов устраняет диффузию между соседними элементами изображения, Считывание записанного изображения проводится поляризованным нейтральным для полупроводника светом за счет электро- оптического эффекта в слое второго диэлектрика, в качестве которого использован слой жидкого кристалла. Недостатком этого устройства является О низкая разрешающая способность из-за САР большого расстояния между и+-обла."тями в О -кремнии. Уменьшение этого расстояния между соседними 7 т-и -переходами приводит к возникновению емкостной связи между ними и неработоспособности устрой тва на высоких частотах. Использование вместо кремния другого фоточувствител ьнс го высокоомного полупроводника с большей диэлектрической постоянной, чем у кремния, приводит к технологическим ограничениям, т,к. в настоящее время втаких выса оомных5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 полупроводниках р-и-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 диффузионнои длиной, из области с большей концентрацией переходят в область с меньшей концентрацией, т.к. генерация информационных носителей заряда под действием света происходит во всех точках рабочей поверхности полупроводника, что приводит к размазыванию изображения,Целью изобретения является увеличение разрешающей способности и контрастности 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 фотополупровсдника, 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 доугую 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, Ретег, Р, МсЬегоп, 3, Арр. Роуз 1977, ч.48, ч. 9, р. 3683-3690),На фиг, 1 представлена схема преобразователя изображений, на фиг, 2 и 3 - фрагменты поперечного сечения слоя диэлектрика, который выполнен в виде матрицы отверстий, заполненных светопроводящим материалом,Преобразователь изображения содержит записывающий свет 1 с длиной волны Л транспарант 2, поляризатор 3, считывающий свет 4 с длиной волны Л 2, 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 волныА 1 амплитуда напряжения ОО 11, приложенного к устройству, делится на ротополупроводнике 7 и слое 8 электрооптическогокристалла обратно пропорционально их емкостям.Запись изображения транспаранта 2 осуществляется активным для высокоомного фоточувствительного полупроводника 7 светом 1 с длиной волны Й, падающим со стороны слоя диэлектрика, при приложении к устройству импульса напряжения Оо 11 (фиг, 1). Записывающий свет проходитчерез светоделительный элемент 4, входной прозрачный проводящий электрод 5 и достигает слоя диэлектрика б (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: п 1 гп 1 з. 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 фото- полупроводнике 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 б (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.5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Считывание скрытого изображения осуществляется постоянно действующим поляризованным для высокоомного фоточувствитлеьного полупроводника 7 светом 3 с длиной волны Л 2, падающим со стороны слоя диэлектрика (режим "На просвет"), Считывающий свет 3 проходит через поляризатор 4, входной прозрачный электрод 5, слой диэлектрика б, слой фотополупроводника 7 без генерации в нем электронно-дырочных пар, слой жидкого кристалла 8, выходной прозрачны й электрод 9 (режим "На просвет"). На выходе каждого участка устройства считывающий свет промодулирован по фазе в соответствии с распределением падений напряжения по участкам площади слоя электрооптического кристалла, соответствующим распределению концентрации информационных носителей заряда, Модуляция считывающего света по фазе с помощью анализатора 10 преобразуется в модуляцию по интенсивности, и регистрируемое изображение транспаранта передается в дальнейшие каналы его обработки. Разрешающая способность устройства может быть еще повышена за счет изменения конструкции матрицы отверстий, как показано на фиг, 3. При расположении отзерстий в шахматном порядке достигается увеличение разрешающей способности на 30 Д.Изобретение выполняется следующим образом,В качестве слоя высокоомного фотополупроводника используются кристаллы типа силленита (германат или силикат висмута) толщиной до 500 мкм с эффективной диффузионной длиной 23 мкм и концентрацией ловушек 10 10 см, На-з поверхность слоя фотополупроводника наносят слой диэлектрика в виде матрицы отверстий, заполненных светопроводящим материалом. При этом коэффициент.; преломления материала в отверстии (по) и материала матрицы (пм) должны удовлетворять неравенству: по п(п 1 зп 12), Такому условию удовлетворяют следующие материалы: отверстие - германат висмута, легированный алюминием (по = 2,55), матрица - окись кремния (пм = 1,45) или теллурид кадмия (пм = 1,6); отверстие - окись кремния, матрица - теллурид кадмия или полиимидный лак.На поверхность фотополупроводника наносят слой светопроводящего материала толщиной 0,7,1,2 мм. С помощью современной фотолитографии получают столбики диаметром до 1 мкм и расстоянием между ними 23 мкм. Затем промежутки между столбиками заполняют слоем матричного диэлектрического материала. Электроопти1770939 2 3 4 5 6 7 8 ческим 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,соответственно, 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. РеИег, Р, Мсйегоп, Чонее Ьоодгат гесогсп 9 апб сЬагце тгапз 1 ег ргосзз и ВЬ ЯО О, Вц. ОеОгс-. Арр. Роуз., 1977, у. 48, М 9, р. 3683 - 3690). Однако это максимальное расстояние распространения информационных зарядов в высокоомных кристаллах (в том числе и в кристаллах типа силленита) существенно уменьшается в результате захвата зарядов на ловушки, концентрация которых высока и достигает 10 см и выше.5 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 10 это имеет место в прототипе, исключено.Это приводит к повышению разрешающей способности и контрастности устройства,Формула изобретения15 Преобразователь изображений, содержащий последовательно расположенныевходной прозрачный электрод, слой диэлектрика, слой высокоомного фотополупроводника, слой электрооптического кристалла и20 выходной прозрачный электрод, при этомслой высокоомного фотополупроводникахарактсризуется эффектом захвата носителей заряда в ловушки на поверхности и вобъеме слоя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,25 с целью повышения контраста и разрешающей способности, в слое диэлектрика выполнена матрица отверстий, заполненныхсветопроводящим материалом, при этомрасстояние между краями соседних отвер 30 стий матрицы выбрано большим, чем эффективная длина диффузии носителей заряда вприповерхностной области слоя высокоомного фотополупроводника, обращенной кслою диэлектрика,351770939 12 Фиг. Фиг. орректор М,Керецма Составитель И,ЗахаРедактор Т.Куркова Техред М.Моргентал зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1 аказ 3742 БНИИПИ Госуда Тираж Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5