RU2091845C1 - Image converter - Google Patents
Image converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2091845C1 RU2091845C1 RU95100480A RU95100480A RU2091845C1 RU 2091845 C1 RU2091845 C1 RU 2091845C1 RU 95100480 A RU95100480 A RU 95100480A RU 95100480 A RU95100480 A RU 95100480A RU 2091845 C1 RU2091845 C1 RU 2091845C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resistance
- resistive layer
- image converter
- active high
- interference filter
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 14
- 238000001454 recorded image Methods 0.000 description 7
- 239000008710 crystal-8 Substances 0.000 description 6
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к оптоэлектронике и может найти применение в устройствах обработки оптической информации и вычислительной технике. The invention relates to optoelectronics and may find application in optical information processing devices and computer engineering.
Известен преобразователь изображения, выполненный в виде структуры: входной прозрачный проводящий электрод-диэлектрик-фоточувствительный полупроводник с электрооптическим эффектом- диэлектрик-выходной прозрачный проводящий электрод, электрически соединенной с высоковольтным блоком питания (патент США N 3517206, опубл. 1970). Принцип действия устройства основан на преобразовании оптического излучения в электростатический зарядовый рельеф на границе раздела полупроводник-диэлектрик с последующим преобразованием его в видимое изображение с помощью поляризованного видимого света за счет электрооптического эффекта в полупроводнике. A known image converter, made in the form of a structure: an input transparent conductive electrode-dielectric-photosensitive semiconductor with an electro-optical effect, a dielectric-output transparent conductive electrode electrically connected to a high-voltage power supply unit (US patent N 3517206, publ. 1970). The principle of operation of the device is based on the conversion of optical radiation into an electrostatic charge relief at the semiconductor-dielectric interface, followed by its conversion into a visible image using polarized visible light due to the electro-optical effect in the semiconductor.
Недостатком этого устройства является низкая чувствительность и малая яркость изображения, особенно при малых уровнях записывающей засветки и отсутствие возможности их регулирования. The disadvantage of this device is the low sensitivity and low brightness of the image, especially at low levels of recording flare and the lack of the ability to control them.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является преобразователь изображения, содержащий входной прозрачный проводящий электрод, фоточувствительный полупроводник, интерференционный фильтр, электрооптический (жидкий) кристалл, выходной прозрачный проводящий электрод, электрически соединенный с источником питания (сборник Пространственные модуляторы света, под ред. С.Б.Гуревича, Л. Наука,1977, с. 74-80). Принцип действия этого устройства основан на регистрации изображения с помощью фоточувствительного полупроводника и преобразовании его в видимое с помощью электрооптического (жидкого) кристалла. The closest in technical essence and the achieved result is an image converter containing an input transparent conductive electrode, a photosensitive semiconductor, an interference filter, an electro-optical (liquid) crystal, an output transparent conductive electrode electrically connected to a power source (collection Spatial light modulators, as amended by C .B. Gurevich, L. Nauka, 1977, p. 74-80). The principle of operation of this device is based on recording an image using a photosensitive semiconductor and converting it into visible using an electro-optical (liquid) crystal.
К его недостаткам относится довольно низкая чувствительность и малая яркость регистрируемого изображения при малых уровнях записывающей засветки и отсутствие возможности их усиления. Изменение падения напряжения на жидком кристалле при засветке соответствует уменьшению падения напряжения на полупроводнике, а так как при малых уровнях освещения изменение напряжения на полупроводнике невелико, то и равное ему приращение напряжения на слое жидкого кристалла так же мало, поэтому модуляция считывающего света, а, следовательно, и регистрация изображения либо будет отсутствовать, либо проявляется очень слабо. Без изменения режима работы структуры отсутствует возможность усиления яркости регистрируемого изображения. Its disadvantages include a rather low sensitivity and low brightness of the recorded image at low levels of recording flare and the lack of the possibility of amplification. The change in the voltage drop across the liquid crystal during illumination corresponds to a decrease in the voltage drop across the semiconductor, and since the voltage across the semiconductor is small at low lighting levels, the voltage increment equal to it on the liquid crystal layer is also small, therefore, the modulation of the read light, and therefore , and the image registration will either be absent or very weakly manifested. Without changing the operating mode of the structure, it is not possible to enhance the brightness of the recorded image.
Целью изобретения является повышение чувствительности и усиление яркости преобразователя изображения. The aim of the invention is to increase the sensitivity and brightness of the image converter.
Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь изображения, содержащий входной прозрачный проводящий электрод, фоточувствительный полупроводник, интерференционный фильтр, электрооптический кристалл, выходной прозрачный проводящий электрод между фоточувствительным полупроводником и интерференционным фильтром введен активный высокоомный резистивный слой, обладающий вольт-амперной характеристикой с отрицательным дифференциальным сопротивлением. This goal is achieved by the fact that in the image converter containing an input transparent conductive electrode, a photosensitive semiconductor, an interference filter, an electro-optical crystal, an output transparent conductive electrode between the photosensitive semiconductor and an interference filter, an active high-resistance resistive layer having a current-voltage characteristic with negative differential resistance is introduced .
Кроме того, для регулирования диапазона изменения чувствительности и яркости регистрируемого изображения в высокоомный резистивный слой введен тонкопленочный подогреватель. In addition, a thin-film heater is introduced into the high-resistance resistive layer to control the range of sensitivity and brightness of the recorded image.
На фиг. 1 представлена схема преобразователя изображения; на фиг.2 его эквивалентная схема; на фиг.3 вольт-амперная характеристика активного высокоомного резистивного слоя. In FIG. 1 is a diagram of an image converter; figure 2 its equivalent circuit; figure 3 volt-ampere characteristic of the active high-resistance resistive layer.
Преобразователь изображения (фиг.1) содержит записывающий свет с длиной волны λ1 1, транспарант 2, прозрачные проводящие электроды 3, фоточувствительный полупроводник 4, высокоомный активный резистивный слой 5, тонкопленочный подогреватель 6, интерференционный фильтр 7, электрооптический кристалл 8, считывающий свет 9, светоделительный элемент 10, анализатор 11, источник питания 12.The image converter (figure 1) contains recording light with a wavelength of λ 1 1, transparency 2, transparent conductive electrodes 3, a photosensitive semiconductor 4, a high-resistance active resistive layer 5, a thin-film heater 6, an interference filter 7, an electro-optical crystal 8 that reads light 9 , a beam splitting element 10, an analyzer 11, a power source 12.
При приложении напряжения Uo 12 к токовой структуре (фиг.1) оно падает на слоях полупроводника 4 Uф, электрооптического кристалла 8 Uэ, резистивном 5 Up Uф > Uэ (падение напряжения на других элементах структуры пренебрежимо мало). На основе эквивалентной схемы преобразователя изображения (фиг.2) Uo определится в виде:
Uo Uф + Uэ + Up I(Rф + Rэ + Rp) (1)
где I протекающий ток. При этом падение напряжения на резистивном слое Up путем подбора его конструктивных параметров и величиной внешнего напряжения Uo задается на II участке вольт-амперной характеристики (фиг.3) в рабочей точке А (Up Ua).When voltage U o 12 is applied to the current structure (Fig. 1), it drops on the layers of the semiconductor 4 U f , electro-optical crystal 8 U e , resistive 5 U p U f > U e (voltage drop on other structural elements is negligible). Based on the equivalent image converter circuit (FIG. 2), U o is defined as:
U o U f + U e + U p I (R f + R e + R p ) (1)
where I is the flowing current. In this case, the voltage drop across the resistive layer U p by selecting its design parameters and the magnitude of the external voltage U o is set in the second section of the current-voltage characteristic (Fig. 3) at operating point A (U p U a ).
Запись изображения осуществляется активным для фоточувствительного полупроводника 4 светом 1 с длиной волны λ1 при его прохождении через транспарант 2, входной полупрозрачный проводящий электрод 3 (фиг.1) за счет генерации в материале 4 электронно-дырочных пар в соответствии с прозрачностью транспаранта. Это приводит к снижению сопротивления слоя полупроводника на dRф и уменьшению падения напряжения на полупроводнике dUф.Image recording is carried out by light 1 active for photosensitive semiconductor 4 with a wavelength of λ 1 when it passes through transparency 2, the input translucent conductive electrode 3 (Fig. 1) due to the generation of electron-hole pairs in the material 4 in accordance with the transparency of the transparency. This leads to a decrease in the resistance of the semiconductor layer by dR f and a decrease in the voltage drop across the semiconductor dU f .
С другой стороны, уменьшение Rф при действии записывающей подсветки приводит к увеличению тока I через структуру и сдвигу рабочей точки на ВАХ активного резистивного слоя 5 в точку В (фиг.3). Это вызывает уменьшение напряжения на этом слое на величину dUp и его приложению так же к соответствующим точкам электрооптического кристалла 8. Таким образом, в местах действия записывающей подсветки на фоточувствительный полупроводник увеличение напряжения на электрооптическом кристалле связано не только с уменьшением напряжения на полупроводнике 4, но и со снижением падения напряжения на активном высокоомном резистивном слое из-за смещения рабочей точки на участке ВАХ с отрицательным дифференциальным сопротивлением.On the other hand, a decrease in R f under the action of recording backlight leads to an increase in current I through the structure and a shift of the operating point on the I – V characteristic of the active resistive layer 5 to point B (Fig. 3). This causes a decrease in the voltage on this layer by dU p and its application also to the corresponding points of the electro-optical crystal 8. Thus, in the places where the recording illumination acts on the photosensitive semiconductor, an increase in the voltage on the electro-optical crystal is associated not only with a decrease in the voltage on semiconductor 4, but and with a decrease in the voltage drop across the active high-resistance resistive layer due to the displacement of the operating point in the CVC section with negative differential resistance.
Приращение напряжения на слое электрооптического кристалла dUэ за счет изменения напряжений на других слоях в преобразователе изображения при действии засветки характеризует его чувствительность к излучению. Увеличение чувствительности преобразователя при введении активного высокоомного резистивного слоя 5 по сравнению с устройством, в котором эти слои отсутствовали, выразим коэффициентом γ соответствующим отношению приращений напряжений на электрическом кристалле 8 для этих случаев:
где dUэо приращение напряжения на электрооптическом кристалле для одинаковой подсветки при отсутствии в преобразователе изображения активного высокоомного резистивного слоя.The voltage increment on the electro-optical crystal layer dU e due to voltage changes on other layers in the image converter under the action of illumination characterizes its sensitivity to radiation. The increase in the sensitivity of the converter with the introduction of an active high-resistance resistive layer 5 in comparison with a device in which these layers were absent is expressed by the coefficient γ corresponding to the ratio of the voltage increments on the electric crystal 8 for these cases:
wherein the voltage increment eo dU in electrooptic crystal, for equal illumination in the absence of the image converter of the active high-ohmic resistance layer.
На основе (1) приращение напряжения на электрооптическом кристалле в преобразователе изображения при наличии активного высокоомного резистивного слоя записывается как (см.приложение):
где (r отрицательное дифференциальное сопротивление на линейной части участка II ВАХ (фиг.3), а без него (Rp=0, r 0) в виде:
Тогда, согласно (2), коэффициент γ определится:
Увеличение чувствительности преобразователя изображения при введении активного высокоомного резистивного слоя по сравнению с прототипом выражается условием: γ > 1. Положив Rр/(Rэ+Rф)=n, получим
т. е. чувствительность преобразователя изображения растет с увеличением отрицательного дифференциального сопротивления r. Однако, при r=Rэ+Rф=Rp/n коэффициент γ равен бесконечности, что отражает возможность возникновения незатухающих колебаний тока в цепи преобразователя изображения.Based on (1), the voltage increment on the electro-optical crystal in the image converter in the presence of an active high-resistance resistive layer is written as (see the appendix):
where (r is the negative differential resistance on the linear part of section II of the CVC (Fig. 3), and without it (R p = 0, r 0) in the form:
Then, according to (2), the coefficient γ is determined:
The increase in the sensitivity of the image converter with the introduction of an active high-resistance resistive layer in comparison with the prototype is expressed by the condition: γ> 1. Putting R p / (R e + R f ) = n, we get
i.e., the sensitivity of the image converter increases with increasing negative differential resistance r. However, when r = R e + R f = R p / n, the coefficient γ is equal to infinity, which reflects the possibility of the occurrence of undamped current oscillations in the image converter circuit.
Для устранения самовозбуждения необходимо, чтобы
а в частном случае при Rp=Rф+Rэ:0,5Rp < r < Rp.To eliminate self-excitation, it is necessary that
and in the particular case when R p = R f + R e : 0.5R p <r <R p .
Увеличение чувствительности преобразователя изображения с введенным активным резистивным слоем по сравнению с устройством при отсутствии этого слоя проявляется в усилении яркости регистрируемого изображения при одинаковой интенсивности записывающего света или в возможности регистрации изображения при более низких интенсивностях подсветки. An increase in the sensitivity of an image converter with an active resistive layer introduced compared to a device in the absence of this layer is manifested in an increase in the brightness of the recorded image at the same recording light intensity or in the possibility of recording the image at lower backlight intensities.
Введение в активный высокоомный резистивный слой 5 тонкопленочного подогревателя 6 позволяет изменением температуры регулировать величины Rр и r за счет изменения наклона ВАХ в области отрицательного дифференциального сопротивления, а, следовательно, и чувствительность преобразователя изображения при заданных конструктивных параметрах слоев полупроводника 4 и электрооптического кристалла 8.The introduction of a thin-film heater 6 into the active high-resistance resistive layer 5 makes it possible to control the values of R p and r by changing the slope of the I – V characteristic in the region of negative differential resistance, and, consequently, the sensitivity of the image converter for the given design parameters of the layers of semiconductor 4 and electro-optical crystal 8.
Считывание записанного изображения осуществляется поляризованным видимым светом 9 с длиной волны λ2 проходящим через светоделительный элемент 10, выходной полупрозрачный проводящий электрод 3 и электрооптический кристалл 8, который, отражаясь от поверхности интерференционного фильтра 7, поступает на выход преобразователя изображения. Проходя далее через анализатор 11, распределение по поляризации на выходе структуры преобразуется в распределение интенсивностей считывающего света, обеспечивая визуализацию записанного изображения.Reading the recorded image is carried out by polarized visible light 9 with a wavelength of λ 2 passing through the beam splitter 10, the output translucent conductive electrode 3 and the electro-optical crystal 8, which, reflected from the surface of the interference filter 7, is fed to the output of the image converter. Passing further through the analyzer 11, the polarization distribution at the output of the structure is converted into a distribution of the read light intensities, providing visualization of the recorded image.
Таким образом, введение активного высокоомного резистивного слоя, имеющего вольт-амперную характеристику с участком отрицательного дифференциального сопротивления приводит к увеличению чувствительности устройства, особенно при низких интенсивностях света, что позволяет проводить регистрацию изображения при более низких по сравнению со случаем отсутствия этого слоя, интенсивностях света. Так, например, для случая Rp=Rэ+Rф выбор материала резистивного слоя с r 0,9 Rp согласно (5) увеличивает чувствительность в 5 раз, а при r 0,96 Rp в 12 раз. Вводя активный высокоомный резистивный слой с отрицательным дифференциальным сопротивлением r _→ Rp, можно увеличивать чувствительность и яркость регистрируемого изображения в 100 и более раз. Изменяя температуру резистивного слоя с помощью подогревателя, можно для конкретной структуры изменять диапазон яркости и чувствительности.Thus, the introduction of an active high-resistance resistive layer having a current-voltage characteristic with a region of negative differential resistance leads to an increase in the sensitivity of the device, especially at low light intensities, which allows image registration at lower light intensities compared with the absence of this layer. So, for example, for the case R p = R e + R f, the choice of the material of the resistive layer with r 0.9 R p according to (5) increases the sensitivity by 5 times, and at r 0.96 R p by 12 times. Introducing an active high-resistance resistive layer with negative differential resistance r _ → R p , you can increase the sensitivity and brightness of the recorded image by 100 or more times. By changing the temperature of the resistive layer using a heater, it is possible to change the range of brightness and sensitivity for a specific structure.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95100480A RU2091845C1 (en) | 1995-01-11 | 1995-01-11 | Image converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95100480A RU2091845C1 (en) | 1995-01-11 | 1995-01-11 | Image converter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU95100480A RU95100480A (en) | 1997-01-10 |
| RU2091845C1 true RU2091845C1 (en) | 1997-09-27 |
Family
ID=20163948
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU95100480A RU2091845C1 (en) | 1995-01-11 | 1995-01-11 | Image converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2091845C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2160462C2 (en) * | 1999-02-04 | 2000-12-10 | Курский государственный технический университет | Image converter |
| RU2160461C2 (en) * | 1999-02-04 | 2000-12-10 | Курский государственный технический университет | Image converter |
| RU2177163C2 (en) * | 1999-02-16 | 2001-12-20 | Курский государственный технический университет | Procedure of complex evaluation of parameters of image converters and device for its realization |
| RU2321035C1 (en) * | 2006-07-06 | 2008-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ) | Device for transforming images in visible and adjacent infrared parts of spectrum |
-
1995
- 1995-01-11 RU RU95100480A patent/RU2091845C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| US, патент 3517206, кл. G 02 F 1/26, 1968. Гуревич С.Б. Пространственные модуляторы света. - Л.: Наука, 1977, с. 74-80. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2160462C2 (en) * | 1999-02-04 | 2000-12-10 | Курский государственный технический университет | Image converter |
| RU2160461C2 (en) * | 1999-02-04 | 2000-12-10 | Курский государственный технический университет | Image converter |
| RU2177163C2 (en) * | 1999-02-16 | 2001-12-20 | Курский государственный технический университет | Procedure of complex evaluation of parameters of image converters and device for its realization |
| RU2321035C1 (en) * | 2006-07-06 | 2008-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ) | Device for transforming images in visible and adjacent infrared parts of spectrum |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU95100480A (en) | 1997-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0385346B1 (en) | Method of driving a spatial light modulator | |
| US3744879A (en) | Liquid crystal optical processor | |
| Efron et al. | Silicon liquid crystal light valves: status and issues | |
| RU2091845C1 (en) | Image converter | |
| KR830009508A (en) | Electro-optic feedback circuit for indicators and digital applications | |
| EP0434139A2 (en) | Frequency doubling optical waveguide with active phase matching | |
| McKnight et al. | Electrically addressed 256 by 256 liquid-crystal-on-silicon spatial light modulator | |
| Landreth et al. | Gray scale response from optically addressed spatial light modulators incorporating surface-stabilized ferroelectric liquid crystals | |
| US4483592A (en) | Liquid crystal optical valve controlled by photoconducting effect | |
| US5227902A (en) | Spatial light modulator with a photoconductor on each side of a light modulation layer | |
| RU2092882C1 (en) | Image converter | |
| SU959015A1 (en) | Image converter | |
| SU708814A1 (en) | Spatial light modulator | |
| Collings et al. | Pixelated liquid-crystal light valve for neural network application | |
| SU1693580A1 (en) | Image converter | |
| RU2018957C1 (en) | Optical information carrier | |
| US3754144A (en) | Image converter changing information of one frequency to another frequency | |
| RU1795440C (en) | Optical processor | |
| SU1089542A1 (en) | Integral optical modulator | |
| JP3266709B2 (en) | Spatial light modulator | |
| JP2983106B2 (en) | Optical DC voltage measuring device | |
| Powles et al. | Enhancement Of Optically Addressed Liquid Crystal Slm Performance For Specific Applications By Selection Of Input Polarisation | |
| SU1541523A2 (en) | Device for measuring intensity | |
| RU2130631C1 (en) | Image converter | |
| Lee | Nonlinear optical processing |