<Desc/Clms Page number 1>
AMPLIFICATEUR DE RAYONNEMENTS.
(ayant fait l'objet d'une demande de brevet déposée aux E.U.A. le 22 septembre 1952 au non de R. Orthub déclaration de la déposante -).
La présente invention concerne un dispositif pour amplifier ou intensifier le niveau d'un rayonnement donné et plus particulièrement un dis- positif pour amplifier un rayonnement d'image qui lui est appliqué. L'inven- tion n'est pas limitée au rayonnement à l'intérieur de la gamme visible mais elle est particulièrement utile dans un amplificateur utilisé pour les rayon- nements visibles et elle sera considérée notablement en relation avec l'am- plification des images optiques.
D'une manière générale, la présente invention prévoit un écran de projection sur lequel une image optique peut être projetée, l'écran ser- vant alors à rendre plus brillante ou à intensifier l'image pour faciliter l'observation. Ainsi, il est possible de projeter une image relativement terne sous forme agrandie sur un écran objet de l'invention qui fonctionne de manière à reproduire l'image sous une forme facilement observable.
La découverte d'un matériau électroluminescent qui, lorsqu'il est soumis à un champ électrique alternatif émet un rayonnement, rend pos- sible la présente invention et de tels matériaux prennent actuellement un grand développement pour des applications destinées à remplacer l'éclairage électrique classique tels que les lampes incandescentes ou les lampes fluo- rescentes. Les matériaux électroluminescents de ce type pouvant fonctionner d'une manière satisfaisante dans la présente invention, ont été décrits par Destriau dans l'édition 1947, volume 38 de la publication "Fhilosophical Ma- gazine", pages 700 à 739, 774 à 793 et 800 à 887.
Comme il est expliqué dans cet article certains matériaux peuvent être rendus luminescents en leur ap- pliquant un champ électrique alternatif et un matériau convenable pour l'ap- plication à l'invention est constitué par un mélange de sulfure de zinc et d'oxide de zinc et d'oxide de zinc activé au cuivre. En utilisant de tels matériaux comme diélectrique par exemple dans un condensateur classique, le diélectrique peut être rendu luminescent par l'application d'un potentiel
<Desc/Clms Page number 2>
alternatif d'amplitude suffisante aux électrodes du condensateur.
Pour l'application à l'invention, le matériau électro-luminescent utilisé peut être considéré comme possédant deux propriétés naturelles es- sentielles, d'une part l'isolement du point de vue du passage du courant con- tinu et d'autre part la luminescence lorsqu'il est soumis à un champ électri- que alternatif. Dans le cadre de cette propriété de luminescence, on consi- dère également le fait que la luminescence du matériau croit avec l'amplitu- de du champ qui lui est appliqué, de sorte qu'un champ de petite amplitude produira une luminescence faible et qu'une augmentation du champ produira une luminescence dont l'intensité augmentera en proportion.
Un des objets de l'invention est de prévoir un amplificateur de rayonnements qui reçoit une image optique et émet une image dont l'intensité ou la brillance sont augmentées.
Un autre objet de l'invention est de prévoir un dispositif ampli- ficateur d'images optiques comprenant un matériau photosensible et qui est susceptible de commander l'intensité d'un champ électrique appliqué au maté- riau luminescent en fonction de l'intensité d'un rayon lumineux projeté sur le dit dispositif.
Un autre objet de l'invention est de prévoir un dispositif ampli- ficateur de rayonnements qui comprend un élément électroluminescent et des moyens de commande d'un champ électrique alternatif sur l'élément en réponse à l'intensité d'un ensemble lumineux projeté sur les dits moyens de commande de champ électrique.
Un autre objet de l'invention est de prévoir un écran de pro- jection capable de reproduire et de projeter une image optique qui y est pro- jetée, le dit écran comprenant essentiellement une couche de matériau possé- dant la propriété de devenir luminescent lorsqu'il est soumis à un champ électrique alternatif, une couche de matériau photosensible possédant de bon- nes propriétés d'isolement dans le noir et deux électrodes comprenant entre elles les deux couches, la couche photosensible servant à modifier l'ampli- tude du champ électrique appliqué à la couche de matériau luminescent en ré- ponse à l'intensité d'un rayon lumineux rencontrant la couche photosensible.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, on prévoit un amplificateur d'images optiques comprenant un écran semblable à un condensa- teur à plaques parallèles plat possédant un diélectrique interposé entre les plaques du condensateur pour déterminer la capacité du condensateur.
D'une manière générale, l'écran comprend deux électrodes conductrices en forme de plaques parallèles transparentes, espacées l'une de l'autre et, interposés entre ces deux électrodes, deux matériaux diélectriquessous forme de couches, une de ces couches diélectriques étant constituée par un matériau conduc- teur photosensible dont la résistance ou la constante diélectrique varie, ou les deux à la fois quand il est soumis à une variation de l'intensité de la lumière appliquée et l'autre couche diélectrique étant constituée par une couche de matériau électroluminescent qui émet des rayonnements quand il est soumis à un champ électrique alternatif, un tel champ existant entre les deux électrodes quand elles sont connectées à une source de potentiel alternatif.
Du fait que la résistance ou la réactance de la lame photosensible varie quand l'intensité d'un rayon lumineux qui la rencontre varie, on voit que la valeur du champ alternatif appliqué sur la couche électroluminescente dépend de l'intensité (ou de la résistance de la couche photosensible) de la lumière qui rencontre la lame photosensible.
D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, la dite description étant faite en relation avec les dessins joints dans lesquels:
La Fig. 1 est une vue en coupe d'un exemple de réalisation de la présente invention;
<Desc/Clms Page number 3>
la Fige 2 est une vue en élévation du même exemple de réalisa- tion; la Fig. 3 est une représentation schématique de l'utilisation de la présente invention en relation avec un récepteur de télévision; la Fig. 4 montre le circuit électrique équivalent à l'exemple de réalisation de la Fig. 1;
Comme on le voit dans les dessins, la présente invention est mi- se en oeuvre dans une cellule amplificatrice construite sous forme de cou- ches dans laquelle les couches dans toutes les applications pratiques sont disposées comme dans un condensateur classique à lames parallèles dans le- quel un matériau diélectrique est interposé entre les plaques. Les lames con- stituant les plaques de condensateur sont constituées par un matériau conduc- teur de 3'électricité, tel qu'un métal utilisé sous forme de pellicules d'é- paisseur telle que la pellicule est transparente.
Le diélectrique utilisé en- tre les deux électrodes comprend en fait deux parties, à savoir, une couche de matériau photoconducteur ayant de bonnes propriétés d'isolement électrique dans le noir et une couche de matériau électroluminescent dont la luminescen- ce peut être excitée par l'application d'un champ électrique variable.
A la Fig. 1, on a représenté la cellule amplificatrice décrite au paragraphe précédent qui comprend une pluralité de couches dont l'épais- seur a été très exagérée pour faciliter la description et la compréhension.
La référence numérique 1 indique, d'une manière générale, une cellule laminée constituée suivant l'invention et comme il est représenté, elle possède la forme d'un disque (voir Fig. 2). Il est évident que la forme de la cellule peut être modifiée suivant le but recherché par exemple au lieu d'une cellule plate, la cellule peut être concave ou convexe et avoir un con- tour carré ou rectangulaire.
Telle qu'elle est représentée, la cellule 1 comprend une couche transparente 2 qui peut être constituée par du verre, un matériau plastique transparent ou tout autre matériau isolant et transparent convenable, le principal objet de cette couche transparente étant de protéger et de suppor- ter les couches restantes de la cellule amplificatrice et de fournir une cel- lule d'une rigidité convenable. On doit mentionner, à ce stade, que la face gauche de cette base 2 est entièrement soumise à l'image optique qui doit être amplifiée, quand la cellule est en position de fonctionnement, les ra- yons lumineux constituant l'image optique traversant complètement l'épais- seur de la base.
Une couche 3 de métal transparent est disposée sur la base 2, cette couche pouvant être obtenue par des procédés bien connus, par exemple par évaporation de métal sur la surface droite de la base. Comme on le com- prendra, à partir de la description suivante cette lame 3 constitue une des électrodes et pour fonctionner convenablement, elle doit constituer un bon conducteur sous forme de plaque tout en restant transparente au passage lu- mineux qui doit la traverser.
Une couche de matériau photosensible 4 est ensuite déposée sur l'électrode 3 et est constituée de préférence par un matériau possédant de bonnes propriétés isolantes, tout en étant en même temps photosensible, de sorte qu'une variation'de l'intensité d'un rayon lumineux qui le rencontre provoque une variation de la résistance électrique entre ses faces. On peut utiliser comme matériaux convenables pour cette couche 4, le sulfure de cad- mium, le sulfure d'antimoine, le sulfure de plomb et le sélénium. On doit mentionner que tous les matériaux qui ont été cités possèdent, comme il sera expliqué plus loin, des valeurs de constante diélectrique et de résistance qui varient avec l'intensité de la lumière qui les frappe.
Une autre couche 5 est déposée sur la couche 4 et elle a été in- diquée plus haut comme la couche électroluminescente. La composition du ma- tériau constituant cette couche peut varier suivant les usages de la cel- lule 1. D'une manière générale, cette couche électroluminescente contient des composés électroluminescent noyés dans des feuilles de matériaux plasti-
<Desc/Clms Page number 4>
ques qui lorsqu'ils sont soumis à un champ alternatif ou variable rayonnent de la lumière qui dépend de la force ou de la valeur du champ alternatif.
Une autre électrode 6, constituée par une pellicule de métal en forme de plaque comme l'électrode 3, est déposée sur le côté restant de la couche de matériau électroluminescent 5, et, comme l'électrode 3, elle est transparente de manière à se laisser traverser librement pratiquement sans atténuation, par les rayons lumineux.
De préférence, une couche opaque de matériau isolant 7 est in- terposée, entre les deux couches di-électriques 4 et 5, et son but est d'é- viter le passage de la lumière entre les couches diélectriques. La raison de l'interposition de cette couche opaque 7 sera expliquée plus loin. La couche 7 peut également être constituée par une mosaïque de petites particules mé- talliques mutuellement isolées.
Les fils 8 et 9 sont connectés aux électrodes 3 et 6 respective- ment pour appliquera cette dernière une source convenable de potentiel al- ternatif, telle que 110 V.
A la Fig. 1, on a représenté une utilisation possible de l'exem- ple de réalisation de la Fig. 1. Un tube-image de télévision 10 est repré- senté comme reproduisant une image optique indiquée d'une manière générale en 11 et cette image est agrandie par une lentille convenable 12 etproje- tée sur l'écran 1. L'écran 1 transforme l'image amplifiée en une image bril- lante qui apparaît comme étant rayonnée par la face de l'écran 1 opposé à la lentille 12.On peut donc voir que l'image qui doit être amplifiée est pro- jetée sur le côté arrière de l'écran et que l'écran émet une image intensi- fiée à partir du côté avant.
Pour considérer le fonctionnement de l'exemple de réalisation précédent,on doit se référer aux Figs. 1 et 4, la Fig. 4 représentant le circuit électrique équivalent à l'arrangement physique de la Fig. 1. On con- sidérera tout d'abord le type d'image le plus simple à amplifier, un rayon lumineux ponctuel et on supposera que la cellule amplificatrice est conte- nue à l'intérieur d'un espace ou d'une pièce dans l'obscurité et qu'un seul rayon lumineux est dirigé sur la surface avant de la base 2. Puisque la ba- se 2 et l'électrode 3 sont transparentes, ce rayon 13 les traversera et ren- contrera la couche photosensible 4.
La couche photosensible étant un bon iso- lant dans le noir et un matériau photoconducteur, le rayon 13 produira dans la zone d'impact une zône dont la résistance est diminuée et dont la valeur correspond à l'intensité du rayon 13. De même la constante diélectrique de la zone rencontrée par le-rayon 13 est modifiée. Les autres parties de la couche qui ne sont pas illuminées, possèdent leur résistance élevée normale qui correspond au noir puisque le matériau constituant la couche est un iso- lant pour les applications pratiques.
Si on suppose maintenant que la source de potentiel alternatif appliquée aux électrodes 3 et 6 est constante, la section photosensibilisée de la couche 4 servira à communiquer à la zone adjacente de la couche électro- luminescente un voltage correspondant à la modification de la résistance et de la constante diélectrique. Cette modification de potentiel appliquée à la zone adjacente de la couche 5 produit une zone d'illumination correspondant à la modification de potentiel produite par la diminution de résistance de la couche 4. Pour un observateur ragardant la face avant de la cellule 1, la modification de potentiel sur la zone particulière activée de la couche lu- minescente 5 apparaîtra comme un point 14 dont la taille et l'intensité cor- respondent au rayon 13.
En choisissant convenablement les épaisseurs des cou- ches isolantes 4 et 5 et la valeur du potentiel appliqué aux électrodes 3 et 6, le point lumineux apparaissant sur la face avantde la couche 5 aura une taille correspondant à la taille du point produit sur la couche 4 par le ra- yon lumineux 13. Une flèche 14 partant de la couche 5, à la Fig. 1, est uti- lisée pour indiquer la relation entre le rayon produit par la cellule 1 et le rayon incident 13.Bien qu'on ait utilisé une image en forme de point lu- mineux dans l'explication précédente, il est évident qu'une image optique
<Desc/Clms Page number 5>
complexe serait reproduite de la même manière.
La théorie du fonctionnement peut être expliquée d'une manière plus complète en se référant au circuit équivalent de la Fig. 4. En supposant que le même rayon 13 pénètre dans une enceinte obscure dans laquelle se trou- ve la cellule 1, les deux condensateurs 15 et 16 représentent les zones ac- tivées des couches 4 et 5 de la cellule respectivement. Le condensateur 15 est constitué par l'électrode 3 et la couche diélectrique 4 et le condensa- teur 16 est constitué par le diélectrique 5 et l'électrode 6, la connexion entre ces deux condensateurs 15 et 16 étant la surface contiguë des deux cou- ches 4 et 5.
En considérant que la cellule 1 est dans une enceinte complète- ment obscure et que le voltage "V" est appliqué aux électrodes 5 et 6, on sup- posera qu'une répartition égale du voltage existe entre les deux condensateurs 15 et 16. Ces valeurs peuvent être représentées par "V/2". Puisque ces conden- sateurs 15 et 16 sont connectés en série une modification de la constante dié- lectrique du matériau isolant 4- ou 5 produira une modification de la réparti- tion du voltage entre les deux condensateurs, la somme des deux voltages ap- paraissant aux bornes des deux condensateurs 15 et 16 étant toujours égale à "V".
En augmentant la constante diélectrique de la couche photosensi- ble 4, on voit que la capacité du condensateur 15 est de même augmentée. Il en résulte une modification de la répartition du voltage entre les condensa- teurs 15 et 16, de sorte que le voltage apparaissant aux bornes du condensa- teur 15 est maintenant inférieur à celui apparaissant aux bornes du condensa- teur 16. Le matériau 5 dans le condensateur 16 étant électroluminescent, il s'ensuit que ce matériau sera excité en fonction de l'augmentation de l'am- plitude du champ électrique qui lui est appliqué.
On voit donc que le rayon 13 frappant la couche photosensible sert à augmenter la constante diélectri- que de cette couche et à modifier la répartition des potentiels entre les condensateurs 15 et 16 le voltage aux bornes du condensateur 16 étant aug- menté de sorte que la couche électroluminescente est excitée de manière à produire une luminescence correspondant à la modification de la constante diélectrique de la couche 4.
Alors que la théorie précédente a supposé que le voltage de com- mande appliqué au condensateur 16 résulte d'une variation de la capacité du condensateur 15, on peut dire que cette théorie explique un exemple de réa- lisation de l'invention. Dans un autre exemple de réalisation de l'invention, on utilise le fait que la résistance de la couche photosensible varie quand elle est soumise à un rayon lumineux dont l'intensité varie. Ainsi si le con- densateur 15 est considéré comme une résistance dont la valeur varie suivant les modifications d'intensité d'un rayon qui la rencontre, la valeur effec- tive du voltage appliqué aux bornes du condensateur 16 ou en d'autres termes aux bornes de la couche électroluminescente 5 varie en conséquence.
L'invention met donc en oeuvre deux concepts, celui de la répar- tition du voltage aux bornes de deux condensateurs, un des condensateurs va- riant en fonction de la variation de l'intensité de la lumière qui le frappe et celui de la variation d'un voltage aux bornes d'une couche luminescente qui dépend de la résistance de la couche de commande 4 qui est elleême mo- difiée en fonction de l'intensité d'un rayon lumineux qui la rencontre. Les deux mécanismes, (modification de la constante diélectrique et de la résis- tivité) peuvent être utilisés simultanément avec des résultats similaires.
La couche opaque 7 est utilisée entre la couche photosensible et la couche luminescente comme un écran lumineux qui évite que la luminescence de la couche 5 ne revienne vers la lame 4, ce qui dans ce cas modifirait en- core la résistance ou la constante diélectrique de la couche 4. Une cellule sans couche 7 pourrait être considérée comme un dispositif à réaction lumineu- se qui fournirait une quantité de lumière, après une excitation initiale, cor- respondant aux limites physiques de production de lumière des matériaux con-
<Desc/Clms Page number 6>
stituant les couches.
Pour certaines applications de la présente invention, il pourrait être préférable d'éliminer la couche opaque, le fait qu'on utilise ou non une telle couche dépendant du résultat recherché.
A partir de la description précédente, on comprend que la carac- téristique importante de l'invention réside dans le fait qu'on utilise un matériau sensible à la lumière pour commander un champ électrique d'excita- tion appliqué à un matériau électroluminescent.
En utilisant l'exemple de réalisation de l'invention qui a été décrit, on peut utiliser un grand écran d'observation dans un système de pro- jection de télévision avec une augmentation effective de la brillance compa- rable aux écrans de projection classiques. Il est possible d'utiliser un tube à rayons cathodiques relativement petit avec un niveau de sortie de lumière relativement petit pour obtenir sur l'écran d'observation une image optique de la taillet de la brillance désirée. En conséquence, la présente invention peut apporter une réduction considérable du coût des tubes de projection de télévision.
Bien que la présente invention ait été décrite en relation avec des exemples particuliers de réalisation, il est clair qu'elle n'est pas li- mitée aux dits exemples et qu'elle est susceptible de variantes et modifica- tions sans sortir de son domaine.