Ждем Ваших писем...
   

 

ИССЛЕДОВАНИЕ УПРАВЛЯЕМОГО ТРАНСПАРАНТА ТИПА ПРОМ ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ВЫЧИСЛИТЕЛЕЙ, РАБОТАЮЩИХ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ

М.П.Петров, А.В.Хоменко, М.Г.Шлягин, М.В.Красинькова

Рассмотрены некоторые особенности процесса записи изображений в приборах типа ПРОМ. Рассмотрены возможности выполнения операций сложения, вычитания и дифференцирования оптических изображений.

Приводятся экспериментальные данные по выполнению этих операций. Показана возможность записи изображений с экрана ЭЛТ на модулятор света ПРОМ.

В настоящей работе описаны некоторые особенности механизма записи изображений в оптически управляемом транспаранте типа ПРОМ, а также показана возможность использования такого транспаранта для выполнения некоторых операций над изображениями: сложения, вычитания, фильтрации Фурье-компонент и использования такого транспаранта в сочетании с электронно-лучевой трубкой для осуществления преобразования электрический сигнал-свет.

Устройство типа ПРОМ представляет собой многослойную структуру металл-диэлектрик-электрооптический фотопроводниковый кристалл-диэлектрик-металл. Конструкция устройства, использованного в данной работе, аналогична /1/, его структура показана на ряс.1. Электроды изготовлялись катодным распылением платины, имели сопротивление растекания 20-50 Ком и прозрачность 60-70%. В качестве диэлектрика использован полипараксилилен (парилен) - органический диэлектрик, обладающий высокой электропрочностью (200-300 в/мкм) и прозрачностью в широкой области длин волн. Слои такого диэлектрика были получены методом вакуумного пиролиза параксилола. Этот метод позволяет получить пленки с высокой степенью однородности.

- 142 -

Рис.1. Симметричная и несимметричная структуры типа ПРОМ,

Активным материалом служили монокристаллы Bi12SiО20. Устройство обладало следующими основными параметрами: чувствительность к записи - 50 эрг/см2; разрешающая способность - не менее 100 л/мм; максимальный контраст изображения 1;600; активная, площадь - 20х20 мм2; управляющее напряжение - 1 кв. Пример изображения. записанного в приборе. показан на рис.2.

Рис.2. Пример изображения записанного устройства типа ПРОМ. Справа представлен оригинал.

- 143 -

Работа прибора заключается в следующем. К электродам прибора прикладывается напряжение. Изображение проектируется светом из сине-ультрафиолетовой области спектра. Этот свет, поглощаясь кристаллом, возбуждает электроны в зону проводимости. Кристалл Вi12SiO20 обладает монополярной (электронной) фотопроводностью. Под действием внешнего поля электроны дрейфуют к положительному электроду. В запрещенной зоне кристалла Bi12SiO20 имеются дискретные уровни различного типа. Электрон может быть локализован на дискретном уровне в объеме кристалла в зависимости от положения уровня в запрещенной зоне, время жизни электрона в локализованном состояние различно. При записи коротким световым импульсом. процесс формирования изображения заканчивается тогда, когда большая часть возбуждаемых электронов оказывается локализованным на уровнях с временен жизни много больше, чем время, в течение которого необходимо хранить изображение. Если в процессе обработки записанного изображения не возникает необходимость уменьшать приложенное к электродам напряжение, то процесс записи можно считать законченным после того, как электроды достигнут поверхности раздела полупроводник-диэлектрик. Проведенные нами эксперименты показывают, что время формирования изображения прибор типа ПРОМ в зависимости от толщины используемой кристаллической пластины, технологии выращивания кристалла равняется 10-50 мксек, и может достигать 10 м сек, если после записи изображения необходимо уменьшить приложенное к электродам напряжение, Например, для увеличения или обращения контраста записанного изображения.

Таким образом, в процессе записи изображения в кристаллической пластине прибора формируется объемный пространственно-неоднородный заряд считывания изображения, используется линейный электрооптический эффект. Для того, чтобы избегать быстрого стирания изображения, считывание производится светом из красной или инфракрасной области спектра. Как отмечалось в /3/, в модуляции фазы считывающего света приникает участие лишь заряд, локализованный в слое толщиной порядка дрейфовой длины (10-30 мкм), непосредственно у границы раздела кристалл-диэлектрик, около "отрицательного" электрода. Очевидно, что это заряд положительно заряженных центров. Экспериментально обнаружить модуляцию считывающего света за счет

- 144 -

локализованных электронов при пространственных частотах ¦ > 0, 5 л/мм не удается. Можно предположить, что электроны, которые собираются поле у границы раздела кристалл-диэлектрик успевают распределиться равномерно за время жизни в свободном состоянии.

Разность фаз обыкновенной я необыкновенной компонент считывающего света составит после прохождения прибора

(1)

где - полуволновое напряжение, равное 3900В для Bi12SiO20 (l = 633 нм);

U(x,y) - распределение падения напряжения на кристалле после записи изображения.

Для области линейной зависимости изменения напряжения от экспозиции и из обряжении, не содержащих пространственных частот, больших, чем разрешающая способность прибора,

(2)

где U0 - падение напряжения на кристалле до записи изображения;

S+, S- - чувствительность в дж/см2 в;

Е(х,у) - плотность экспозиции в точке (х,у).

Второе слагаемое приблизительно описывает вклад электронов, растекшихся от точки (х,у) по ее окрестности площадью W. Это слагаемое оказывается разным для разного типа приборов ПРОМ. В случае несимметричного прибора, у которого один электрод наносится непосредственно на поверхность кристалла, при положительном потенциале этого электрода, электроны не имеют возможность накапливаться у поверхности кристалла, и второе слагаемое оказывается меньше. Третье слагаемое определяется вкладок положительно заряженных центров.

Появление разности фаз между обыкновенной и необыкновенными компонентами считывающего света приводит на выходе прибора к модуляции

- 145 -

считывающего света по состоянию поляризации. Такая модуляция может быть превращена в амплитудную с помощью анализатора, поставленного за прибором. Пропускание системы поляризатор-прибор-аналиэатор

; при D j << 1 (3)

где I0 - интенсивность света, падающего на прибор.

Если между поляризатором и анализатором расположить два прибора типа ПРОМ, то набираемые светом при прохождении приборов разности фаз сложатся с учётом знака.

Знак определяется полярностью приложенного к прибору напряжения. Таким образом можно осуществить сложение и вычитание пары изображений, записанных на приборы. Оптическая схема установки для вычитания изображений показана на рис.3.

Рис.3. Оптическая схема установки для вычитания изображений.

П1 и П2 - управляемые транспаранты типа ПРОМ; О15 - проектирующие объективы; Тр1 и Тр2 - фотографические транспаранты, ПЗ - полупрозрачное зеркало; ФП - фотоприемник.

- 146 -

Запись изображений производится светом He-Cd лазера (l = 441 нм) с двух фотографических транспарантов с пропусканием во интенсивности ¦ 1(х,у) и ¦ 2(х,у). Считывание производится светом натриевой лампы через скрещенное поляроиды. Объективы О3 и О4 проектируют изображение прибора в плоскость прибора с сохранением масштаба. На электроды приборов подается напряжение одинаковой амплитуда с полярностью, указанной на рис.3. В случае идентичных приборов, перед анализатором в соответствии с (2)

Если принять специальные меры, то первым слагаемым в (3) можно пренебречь. Для этого необходимо использовать несимметричные приборы с небольшой (200-300 мкм) толщиной кристаллических пластин. Тогда интенсивность света на выходе анализатора

I ~ [¦ 1(x,y) - ¦ 2(x, y)]2

На рис.4 приводится экспериментальный результат вычитания изображений стандартных кар. Изображения записывались на симметричных приборах с толщиной кристаллической пластины около 600 мкм. Неоднородность фона определяется первым слагаемым в (3).

Аналогично вычитанию может быть осуществлено сложение изображений. Для этого необходимо изменить полярность напряжения на одном из приборов на обратную. При этом записываемое изображение должно быть спроектировано на прибор опять со стороны "отрицательного" электрода. Экспериментальные результат сложения негативных изображений мир показан на рис.5.

Используя описанную схему вычитания изображений, можно осуществить другие операции над изображениями. Например, дифференцирование

- 147 -

изображения по направлению можно произвести, вычитая записи одного и того же изображения, сдвинутые относительно друг друга.

Рис.4. Результат вычитания изображений двух стандартных мир.

Рис.5. Результат сложения негативных изображений двух стандартных мир.

- 148 -

Прибор типа ПРОМ может быть успешно применен для фильтрации Фурье-компонент изображений. При этом прибор располагается в фокусной плоскости объектива, проектирующего обрабатываемое изображение, и на нем производится запись необходимого фильтра. Результат фильтрация низких пространственных частот в изображении миры показав на рис.6.

Рис.6. Результат фильтрации низких пространственных частот в изображении миры.

Основным ограничением к применению прибора типа ПРОМ в такой схеме является его остаточная чувствительность к считывающему свету. Хотя чувствительность прибора к свету HeNе лазера более чем в 1000 раз меньше, чем чувствительность к свету Hе-Cd лазера, при фильтрации изображений с большим динамическим диапазоном Фурье-спектра может происходить быстрое искажение записанного фильтра.

Хотя прибор типа ПРОМ является оптически управляемым транспарантом, в сочетании с электронно-лучевой трубкой он может оказаться перспективным для выполнения преобразования электрический сигнал-свет. Нами получены предварительные результаты по записи изображений с экрана ЭЛТ. Использовалась стандартная трубка, имеющая сине-фиолетовое свечение экрана, ускоряющее напряжение 25 кв, яркость свечения экрана 1000 нт. Спектральные в энергетические

- 149 -

характеристики трубки позволяют надеяться на то, что в сочетании с прибором ПРСМ можно будет вводить в когерентный тракт обработки изображения, удовлетворяющие телевизионному стандарту: с разрешением 600 строя и частотой 25 гц.

Рис.7. Фотография записи изображения на управляемом транспаранте типа ПРОМ с экрана ЭЛТ.

На рис.7 приводится фотография изображения, записанного на прибор с экрана такой трубил.

В заключение следует отметить, что приборы типа ПРОМ являются перспективными для использования в различных системах оптической обработки информации. Но в каждом отдельном случае необходимо проведшие специальных исследований с целью оптимизации параметров прибора.

Автора благодарят В.И.Березкина за помощь в проведении экспериментов.

Литература

1. J.Feinleib, D.S.Oleber. Appl.Optics., 11, 2752, 1972.

2. S.L.Hou, R.B.Lauer, R.E.Aldrich. T.Appl.Phys., 44, 2652, 1973.

3. М.П.Петров, А.В.Хоменко, В.И.Березкин, И.В.Красинькова. Доклад

- 150 -

на IV Международной конференции по сегнетоэлектричеству, МКС-4, Л., 18-23 сентября 1977.

Ќ § ¤‚ ­ з «®
 

Copyright © 1999-2004 MeDia-security, webmaster@media-security.ru

  MeDia-security: Новейшие суперзащитные оптические голографические технологии, разработка и изготовление оборудования для производства и нанесения голограмм.Методика применения и нанесения голограмм. Приборы контроля подлинности голограмм.  
  Новости  
от MeDia-security

Имя   

E-mail

 

СРОЧНОЕ
ИЗГОТОВЛЕНИЕ
ГОЛОГРАММ!!!

г.Москва, Россия
тел.109-7119
vigovsky@media-security.ru

Голограммы.Голограммы
на стекле.Голограммы на
плёнке.Голографические
портреты.Голографические
наклейки.Голографические
пломбы разрушаемые.
Голографические стикеры.
Голографическая фольга
горячего тиснения - фольга полиграфическая.

HOLOGRAM QUICK PRODUCTION!!!
Moscow, Russia
tel.+7(095)109-7119
vigovsky@media-security.ru

Holograms. Holograms on glass. Holographic film. Holographic portraits. Holographic labels. Holographic destructible seals. Holographic stickers. Holographic foil for hot stamping - polygraphic foil.