RU2018957C1

RU2018957C1 - Optical information carrier

Info

Publication number: RU2018957C1
Authority: RU
Inventors: И.С. Захаров; Е.А. Спирин; Г.М. Мокроусов
Original assignee: Курский Политехнический Институт
Priority date: 1989-08-04
Filing date: 1989-08-04
Publication date: 1994-08-30

Abstract

FIELD: automatics; computer technology. SUBSTANCE: optical information carrier has transparent input electrode 5, the first dielectric layer 6, layer 7 made of high-ohmic photosensitive conductor, which is characterized by linear electro-optic effect, the second dielectric 8 and output transparent electrode 9. All the units are disposed in series along the direction of propagation of light signal. Layer 6 is made in form of planar array of microdiscrete holes, filled with material of corresponding color filter. Moreover, adjacent holes are filled with materials of different filters. Distance between the adjacent holes is no less than diffusion length of charge carriers, generated by light in the layer. EFFECT: improved precision of identification of color tints of image. 2 dwg

Description

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, так как связано с обработкой информации, и может найти применение в оптоэлектронике и технике связи для хранения и преобразования информации. The invention relates to automation and computer technology, as it is associated with information processing, and can find application in optoelectronics and communication technology for storing and converting information.

Известен преобразователь изображения, выполненный в виде структуры последовательно расположенных по направлению распространения света входного прозрачного электрода, первого слоя диэлектрика, слоя высокоомного фоточувствительного полупроводника, слоя электрооптического кристалла, второго слоя диэлектрика, выходного прозрачного электрода, причем оба слоя диэлектрика выполнены из единого сплошного материала [1]. Запись изображения в этом преобразователе осуществляется в полупроводнике активным для него светом через входной прозрачный электрод и первый слой диэлектрика по всей рабочей поверхности кристалла при приложении к электродам внешнего напряжения. Регистрируемое изображение хранится в виде зарядового рельефа на границе раздела фоточувствительный полупроводник - диэлектрик. Считывание записанного изображения проводится поляризованным, нейтральным для фоточувствительного полупроводника светом в режиме "на просвет" с помощью электрооптического (жидкого) кристалла. A known image converter, made in the form of a structure sequentially arranged in the direction of light propagation of the input transparent electrode, the first dielectric layer, a layer of a high-resistance photosensitive semiconductor, an electro-optical crystal layer, a second dielectric layer, an output transparent electrode, both dielectric layers made of a single solid material [1 ]. Image recording in this converter is carried out in the semiconductor by active light for it through the transparent input electrode and the first dielectric layer over the entire working surface of the crystal when an external voltage is applied to the electrodes. The recorded image is stored as a charge relief at the photosensitive semiconductor – dielectric interface. Reading the recorded image is carried out by polarized, neutral for photosensitive semiconductor light in the "on the clearance" using an electro-optical (liquid) crystal.

Недостатком этого преобразователя является отсутствие возможности распознавания цветовых оттенков регистрируемого изображения и его полутоновых деталей из-за постоянного коэффициента пропускания света слоем первого диэлектрика в широкой области длин волн оптического спектра. The disadvantage of this converter is the lack of recognition of color tones of the recorded image and its grayscale details due to the constant light transmission coefficient of the first dielectric layer in a wide range of wavelengths of the optical spectrum.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является носитель оптической информации (преобразователь изображения), выполненный в виде структуры последовательно расположенных в направлении распространения света входного прозрачного электрода, первого слоя диэлектрика, слоя высокоомного фоточувствительного полупроводника с линейным электрооптическим эффектом, второго слоя диэлектрика, выходного прозрачного электрода, причем оба слоя диэлектрика выполнены из единого сплошного материала [2]. Запись изображения в этом носителе оптической информации осуществляется в полупроводнике активным для него светом через входной прозрачный электрод и первый слой диэлектрика по всей рабочей поверхности при приложении к электродам внешнего напряжения. Регистрируемое изображение хранится в виде зарядового рельефа на границе раздела полупроводник - диэлектрик. Считывание записанного изображения проводится нейтральным для полупроводника светом в режиме "на просвет" за счет электрооптического эффекта в кристалле. The technical solution closest to the invention is an optical information carrier (image converter) made in the form of a structure of a transparent transparent input electrode, a first dielectric layer, a high-resistance photosensitive semiconductor layer with a linear electro-optical effect, a second dielectric layer, an output transparent electrode, arranged in series in the direction of light propagation moreover, both layers of the dielectric are made of a single continuous material [2]. Image recording in this optical information carrier is carried out in a semiconductor by light active for it through an input transparent electrode and the first dielectric layer over the entire working surface when an external voltage is applied to the electrodes. The recorded image is stored as a charge relief at the semiconductor - dielectric interface. Reading of the recorded image is carried out by neutral light for the semiconductor in the "transmission" due to the electro-optical effect in the crystal.

Недостатком этого носителя информации является невозможность распознавания цветовых оттенков регистрируемого изображения и его полутоновых деталей из-за постоянного коэффициента пропускания света слоем первого диэлектрика в широком спектральном диапазоне длин волн. The disadvantage of this information carrier is the inability to recognize the color tones of the recorded image and its grayscale details due to the constant light transmission coefficient of the first dielectric layer in a wide spectral wavelength range.

Целью изобретения является распознавание цветовых оттенков изображения и его полутоновых деталей. The aim of the invention is the recognition of color tones of the image and its halftone details.

Это достигается благодаря тому, что в носителе оптической информации, содержащем последовательно расположенные по направлению распространения света входной прозрачный проводящий электрод, первый слой диэлектрика, слой высокоомного фоточувствительного полупроводника с линейным электрооптическим эффектом, второй слой диэлектрика, выходной прозрачный проводящий электрод, слой первого диэлектрика выполнен в виде планарной матрицы микродискретных отверстий, заполненных материалом периодически расположенных цветных фильтров. This is achieved due to the fact that in the optical information carrier containing an input transparent conductive electrode, a first dielectric layer, a high-resistance photosensitive semiconductor layer with a linear electro-optical effect, sequentially arranged in the direction of light propagation, a second dielectric layer, an output transparent conductive electrode, the first dielectric layer is made in in the form of a planar matrix of microdiscrete holes filled with material of periodically arranged color filters.

Введение отличительных признаков заявленной совокупности позволяет распознавать цветовые оттенки изображения и его полутоновые детали за счет выполнения слоя первого диэлектрика в виде планарной матрицы микродискретных отверстий, заполненных материалом периодически расположенных цветных фильтров. Записывающий свет достигает поверхности фоточувствительного полупроводника через входной прозрачный электрод и слой первого диэлектрика. Наличие цветных фильтров разного спектрального состава приводит к неоднородному пропусканию света одинаковой интенсивности на участках слоя первого диэлектрика, содержащих совокупность этих фильтров. В результате этого на площадках поверхности и объема фоточувствительного полупроводника под этими светофильтрами генерируется различная концентрация информационных зарядов, образующих зарядовый рельеф записываемого изображения на границе раздела полупроводник - слой первого диэлектрика. Таким образом, зарядовый рельеф изображения соответствует распределению интенсивности записывающего света по спектральному диапазону используемых материалов цветных фильтров. Это позволяет совокупностью используемых цветных фильтров, число которых в этой совокупности может изменяться, распознавать цветовые оттенки записываемого изображения. Из-за разницы в коэффициентах пропускания света материалами фильтров различного цвета появляется также возможность распознавать полутоновые детали изображения, что ведет соответственно и к повышению его контрастности. The introduction of the distinguishing features of the claimed combination makes it possible to recognize the color tones of the image and its halftone details due to the implementation of the first dielectric layer in the form of a planar array of microdiscrete holes filled with material of periodically arranged color filters. The recording light reaches the surface of the photosensitive semiconductor through the transparent input electrode and the first dielectric layer. The presence of color filters of different spectral composition leads to inhomogeneous transmission of light of the same intensity in the areas of the first dielectric layer containing the combination of these filters. As a result of this, a different concentration of information charges is generated at the surface and volume sites of the photosensitive semiconductor under these filters, which form the charge relief of the recorded image at the semiconductor – first dielectric interface. Thus, the charge relief of the image corresponds to the distribution of the recording light intensity over the spectral range of the color filter materials used. This allows the combination of color filters used, the number of which in this collection can be changed, to recognize the color tones of the recorded image. Due to the difference in light transmission coefficients of filter materials of different colors, it is also possible to recognize halftone image details, which leads to an increase in its contrast, respectively.

На фиг. 1 представлен носитель оптической информации; на фиг. 2 - слой первого диэлектрика в плане, где 1 - записывающий свет в диапазоне длин волн Δ λ₁, 2 - транспарант, 3 - поляризатор, 4 - считывающий свет с длиной волны, λ₂, 5 - входной прозрачный электрод, 6 - слой первого диэлектрика, 7 - слой высокоомного фоточувствительного полупроводника с линейным электрооптическим эффектом, 8 - слой второго диэлектрика, 9 - выходной прозрачный электрод, 10 - анализатор, 11 - внешнее приложенное напряжение U_о, 12, 13, 14 - ячейки цветных светофильтров разного спектрального состава.In FIG. 1 shows an optical information carrier; in FIG. 2 - the first dielectric layer in the plan, where 1 - recording light in the wavelength range Δ λ ₁ , 2 - transparency, 3 - polarizer, 4 - reading light with a wavelength, λ ₂ , 5 - input transparent electrode, 6 - layer of the first dielectric, 7 — layer of a high-resistance photosensitive semiconductor with a linear electro-optical effect, 8 — layer of the second dielectric, 9 — output transparent electrode, 10 — analyzer, 11 — external applied voltage U _о , 12, 13, 14 — cells of color filters of different spectral composition.

Носитель оптической информации работает следующим образом. The optical information carrier operates as follows.

В исходном состоянии при отсутствии записывающей подсветки 1 в диапазоне длин волн Δ λ₁ (цветное изображение) амплитуда напряжения U_o 11, приложенного к структуре, делится на слое 7 кристалла и диэлектрических слоях 6 и 8 обратно пропорционально их емкостям.In the initial state, in the absence of recording backlight 1 in the wavelength range Δ λ ₁ (color image), the voltage amplitude U _o 11 applied to the structure is divided on the crystal layer 7 and the dielectric layers 6 and 8 inversely proportional to their capacitances.

Запись изображения транспаранта 2 осуществляется активным для фоточувствительного полупроводника 7 светом 1 в области длин волн Δ λ₁, падающим со стороны слоя 6 первого диэлектрика, при приложенном к преобразователю изображения внешнем напряжении 11. Записывающий свет проходит через светоделительный элемент 3, входной прозрачный электрод 5 и достигает слоя 6 первого диэлектрика, который выполнен в виде планарной матрицы микродискретных отверстий, заполненных материалом периодически расположенных цветных фильтров. В данном случае может быть выбрано любое их количество. Цветные светофильтры имеют различный коэффициент пропускания записывающего света. В этом случае даже одинаковая интенсивность записывающего света, падающего на поверхность слоя первого диэлектрика, на выходе совокупности цветных фильтров (т.е. на выходе разных участков слоя первого диэлектрика) имеет разную величину. После прохождения слоя первого диэлектрика записывающий свет попадает на участки поверхности полупроводника 7, находящиеся под цветными светофильтрами.The image of the banner 2 is recorded by the light 1 active for the photosensitive semiconductor 7 in the wavelength region Δ λ ₁ incident from the side of the first dielectric layer 6, with an external voltage 11 applied to the image converter. The recording light passes through the beam splitting element 3, the transparent input electrode 5, and reaches the layer 6 of the first dielectric, which is made in the form of a planar matrix of micro-discrete holes filled with material of periodically arranged color filters. In this case, any number of them may be selected. Color filters have different transmittance of recording light. In this case, even the same intensity of the recording light incident on the surface of the first dielectric layer at the output of a set of color filters (i.e. at the output of different sections of the first dielectric layer) has a different value. After passing through the layer of the first dielectric, the recording light enters the surface areas of the semiconductor 7 located under the color filters.

Под действием записывающей подсветки в полупроводнике под торцами светофильтров происходит генерация информационных носителей заряда. Их концентрация на участках поверхности полупроводника определяется распределением интенсивности записывающего света под торцами цветных светофильтров. При одинаковой интенсивности падающего на поверхность совокупности цветных фильтров записывающего света концентрация информационных носителей заряда в полупроводнике под торцами этих фильтров будет различной. Возникновение информационных носителей заряда в полупроводнике под действием записывающей подсветки приводит к перераспределению (модуляции) падений напряжения на полупроводнике и слоях диэлектриков. Under the influence of recording illumination in the semiconductor, information carriers are generated under the ends of the filters. Their concentration on the surface areas of the semiconductor is determined by the intensity distribution of the recording light under the ends of the color filters. With the same intensity of a collection of color filters of recording light incident on the surface, the concentration of information charge carriers in the semiconductor under the ends of these filters will be different. The appearance of information charge carriers in a semiconductor under the influence of recording illumination leads to the redistribution (modulation) of voltage drops across the semiconductor and the layers of dielectrics.

Из-за возникающей разницы концентраций информационных носителей заряда в полупроводнике под торцами совокупности цветных фильтров падения напряжений на соответствующих участках электрооптического кристалла различны, Запись изображения транспаранта 2 можно проводить с той стороны многослойной структуры, где расположен слой первого диэлектрика. Due to the difference in the concentration of information charge carriers in the semiconductor under the ends of the set of color filters, the voltage drops at the corresponding sections of the electro-optical crystal are different. The image of transparency 2 can be recorded on the side of the multilayer structure where the layer of the first dielectric is located.

Считывание скрытого изображения осуществляется постоянно действующим поляризованным нейтральным для высокоомного фоточувствительного полупроводника 7 и материалом цветных светофильтров светом 4 с длиной волны λ₂. Считывающий свет 4 проходит через поляризатор 3, входной прозрачный электрод 5, слой 6 первого диэлектрика, слой электрооптического кристалла 7 без генерации в нем носителей заряда, второй слой 8 диэлектрика, выходной прозрачный электрод 9 (режим "на просвет"). На выходе каждого участка структуры считывающий свет промодулирован по фазе в соответствии с распределением падений напряжения по участкам площади электрооптического кристалла, соответствующим распределению концентраций информационных носителей заряда. Модуляция считывающего света по фазе с помощью анализатора 10 преобразуется в модуляцию по интенсивности, и регистрируемое изображение транспаранта 2 передается в дальнейшие каналы его обработки. После фильтрации имеют преобразование цветного изображения в черно-белое с большим числом градаций яркости и соответственно разрешающей способности.The latent image is read out continuously polarized neutral for a high-resistance photosensitive semiconductor 7 and with color light filter material 4 with a wavelength of λ ₂ . The readout light 4 passes through the polarizer 3, the input transparent electrode 5, the first dielectric layer 6, the electro-optical crystal layer 7 without generating charge carriers in it, the second dielectric layer 8, the transparent output electrode 9 (“open” mode). At the output of each section of the structure, the readout light is phase-modulated in accordance with the distribution of voltage drops over the areas of the electro-optical crystal area corresponding to the distribution of concentrations of information charge carriers. The phase modulation of the read light by the analyzer 10 is converted into intensity modulation, and the recorded image of the banner 2 is transmitted to further processing channels. After filtering, they have a color image converted to black and white with a large number of gradations of brightness and, accordingly, resolution.

Преимущество заявляемого носителя информации по сравнению с прототипом заключается в следующем. Выполнение слоя 6 первого диэлектрика в виде планарной матрицы микродискретных отверстий, заполненных материалом периодически раcположенных цветных фильтров, приводит к тому, что коэффициент пропускания записывающего света на участке совокупности цветных светофильтров становится различным. Даже при одинаковой интенсивности записывающего света, падающего на поверхность слоя 6 первого диэлектрика, ее значения на выходе торцов разных светофильтров различны. Это приводит к генерации разной концентрации информационных носителей зарядов на участках поверхности полупроводника, расположенных под торцами соответствующих светофильтров. Следовательно, появляется возможность распознавать цветовые оттенки изображения и его полутоновые детали. Количество распознаваемых цветовых оттенков и полутонов изображения определяется количеством цветных светофильтров, объединяемых в совокупности. The advantage of the claimed information carrier in comparison with the prototype is as follows. The implementation of the layer 6 of the first dielectric in the form of a planar matrix of micro-discrete holes filled with material of periodically arranged color filters leads to the fact that the transmittance of the recording light in the area of the set of color filters becomes different. Even with the same intensity of the recording light incident on the surface of the layer 6 of the first dielectric, its values at the output of the ends of the different filters are different. This leads to the generation of different concentrations of information charge carriers on the surface areas of the semiconductor located under the ends of the corresponding filters. Therefore, it becomes possible to recognize the color tones of the image and its halftone details. The number of recognizable color shades and halftones of an image is determined by the number of color filters combined in the aggregate.

С помощью современных методов фотолитографии может быть изготовлены микродискретные отверстия размером до 1 мкм. Тогда размер совокупности, состоящей из трех светофильтров, составляет 3 мкм, что и определяет разрешающую способность носителя информации. Using modern photolithography methods, microdiscrete holes up to 1 μm in size can be made. Then the size of the population consisting of three filters is 3 microns, which determines the resolution of the information carrier.

Количество светофильтров в совокупности можно выбирать в соответствии с требованиями распознавания необходимого количества цветовых оттенков изображения и его полутоновых деталей. The total number of filters can be selected in accordance with the recognition requirements for the required number of color shades of the image and its halftone details.

Claims

An optical information carrier comprising an input transparent electrode, a layer of a first dielectric, a layer of a high-resistance photosensitive semiconductor with a linear electro-optical effect, a layer of a second dielectric and an output transparent electrode, which is arranged in the form of a planar microdisk matrix, arranged sequentially in the direction of propagation of the light signal holes filled with each material of the corresponding color filter so that adjacent microdigital the holes are filled with materials of different color filters, and the distance between adjacent micro-discrete holes is not less than the diffusion length of the charge carriers generated by light in a layer of a high-resistance photosensitive semiconductor.