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AMPLIFICATEUR DE RAYONNEMENTS.
La présente invention concerne un dispositif pour amplifier ou intensifier le niveau d'un rayonnement donné et plus particulièrement un dispositif pour amplifier un rayonnement d'image qui lui est appliquée
L'invention n'est pas limitée aux rayonnements à l'intérieur de la gamme visible mais elle s'applique en particulier à un amplificateur utilisé pour les radiations visibles et sera donc considérée tout d'abord en relation avec l'amplification d'images optiques soit en couleurs, soit en noir et blanc.
D'une manière générale, la présente invention prévoit un écran de projection sur lequel une image optique peut être projetée, l'écran servant à intensifier l'image pour en faciliter l'observation. Il est ainsi possible de projeter une image optique relativement faible ou terne sous forme agrandie sur l'écran, mettant en oeuvre l'invention, qui fonctionne de manière à reproduire l'image sous une forme facilement observableo
La découverte d'un matériau électroluminescent qui, lorsqu'il est soumis à un champ électrique alternatif, émet un rayonnement, rend possible l'invention et de tels matériaux reçoivent actuellement un important dévelop- pement pour des applications telles que celles pour lesquelles sont utilisés des dispositifs d'éclairage électrique classiques tels que des lampes ou des tubes fluorescents.
Les matériaux électroluminescents de ce type qui fonctionnent d'une manière satisfaisante dans le cas de la présente invention sont décrits par Destriau dans l'édition de 1947., volume 38 de la publication "Philosophical Magazine", pages 700 à 738, 774 à 793 et 800 à 8870
Comme il est expliqué dans cet article, la luminescence de cer-
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tains matériaux peut être excitée par l'application de champs électriques alternatifs ou variables et un matériau typique convenant pour cet usage est un mélange d'oxyde de zinc et de sulfure de zinc activé au cuivre, comme il est expliqué par Destriauo En utilisant de tels matériaux comme diélectriques par exemple dans un condensateur classique, le diélectrique peut être rendu luminescent par l'application d'un potentiel alternatif d'intensité suffisante aux plaques du condensateur.
Pour le but de l'inventions le matériau électroluminescent utilisé dans cette invention peut être considéré comme possédant deux propriétés naturelles essentielles, à savoir une très faible conductivité pour le passage du courant continu électrique et devenir luminescent lorsqu'il est soumis à un champ alternatifo On comprend dans la propriété de luminescence,
le fait que le matériau devient luminescent en proportion de l'amplitude du champ appliqué de sorte qu'un champ de faible potentiel produira une luminescente faible alors qu'un champ plus important produira une luminescence dont l'intensité aura augmenté en conséquencea
C'est donc un objet de la présente invention de prévoir un amplificateur de radiations qui reçoit une image optique colorée ou non et qui émet une image correspondante dont l'intensité ou la brillance sont amplifiées.
Un autre objet de l'invention est de prévoir un amplificateur d'images optiques comprenant un matériau électroluminescent, qui est capable de commander la force d'un champ électrique appliqué au matériau électroluminescent en accord avec l'intensité d'un rayon lumineux projeté sur le dispositif.
Un autre objet de l'invention est de prévoir un dispositif amplificateur de rayonnements qui comprend un élément électroluminescent et des moyens de commande de champ électrique alternatif qui font varier la force du champ sur l'élément en réponse à l'intensité d'une image lumineuse projetée sur les dits moyens de commande de champ électriqueo
Un autre objet de l'invention est de prévoir un écran de projection en forme de lame capable de reproduire et d'amplifier une image optique qui y est projetée, le dit écran comprenant essentiellement une couche de matériau électroluminescent qui devient luminescent lorsqu'il est soumis à un champ électrique alternatif, une couche de matériau photosensible ayant de bonnes propriétés d'isolement dans le noir et deux électrodes de part et d'autre des deux couches,
la couche photosensible servant à modifier l'amplitude du champ électrique appliqué à la couche de matériau électrolumines- cent en réponse à et en fonction de l'intensité d'un rayon lumineux appliqué à la couche photosensibleo
Suivant la présente invention., on prévoit un amplificateur d'images optiques comprenant un écran de construction laminée ressemblant à un condensateur à plaques parallèles possédant un diélectrique entre les plaques pour déterminer la capacité du condensateuro D'une manière générale, l'écran comprend deux électrodes conductrices transparentes, espacées,, parallèles et en forme de plaques entre lesquelles sont interposés deux matériaux diélectriques en fozme de lames,
une des lames de diélectrique étant constituée par un matériau semi-conducteur photosensible dont la résistance ou la constante diélectrique ou les deux changent quand le matériau est soumis à une modification de l'intensité de la lumière qui y est projetée et dans lequel l'autre couche de diélectrique est constituée par un matériau électroluminescent qui émet un rayonnement quand il est soumis à un champ électrique alternatif, un tel champ étant présent entre les deux électrodes quand ces dernières sont connectées à une source de potentiel alternatif.
Du fait que la résistance de la couche photosensible est modifiée quand l'intensité de la lumière qui y est projetée change, la valeur du champ électrique appliquée sur la couche de matériau électroluminescent dépend de l'intensité (ou de la résistance de la couche photosensible) de la lumière projetée sur la couche photosensible.
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Egalement en accord avec l'invention,on prévoit un amplificateur d'images optiques tels que décrit plus haut dans lequel des images optiques colorées peuvent être reproduites sous forme brillanteo En plus des éléments utilisés dans l'exemple précédemment expliqué, un filtre de couleur sous forme de lame est superposé à l'écran de manière à se trouver dans le trajet de l'image optique projetée sur le matériau photosensible. La couche électroluminescente est donc excitée en accord avec l'intensité de l'image optique filtrée qui rencontre la couche photosensible et provoque ainsi l'émission d'un rayonnement en accord avec l'arrangement des couleurs de l'image optique projetée.
D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisationla dite description étant faite en relation avec les dessins joints dans lesquels
La Figo 1 est une vue en coupe d'un exemple de réalisation de la présente invention; la Figo 2 est une vue avant en élévation; la Figo 3 est une illustration schématique de l'utilisation de la présente invention en relation avec un récepteur de télévision; la Figo 4 représente le circuit équivalent de l'exemple de réalisation de la Figo 1; la Figo 5 est une vue en coupe d'un autre exemple de réalisation de l'invention qui sert à reproduire des images en couleurs ; la Figo 6 est un autre exemple de réalisation de l'invention servant à la reproduction des images en couleurs;
la Figo 7 est une vue en élévation de l'un des exemples de réalisation des Fige. 5 et 60
Comme on le voit dans les dessins, la présente invention est un exemple de réalisation d'une cellule amplificatrice de forme laminée dans la- quelle les couches pour toutes les applications pratiques sont disposées sous la forme d'un condensateur ordinaire à plaques parallèles possédant un maté- riau diélectrique disposé entre deux plaqueso Les couches constituant les pla- ques du condensateur sont constituées de matériaux conducteurs de l'électri- cité tels que du mental utilisé sous forme de pellicule suffisamment mince pour être transparenteo Le diélectrique utilisé entre les deux électrodes comprend deux parties,
à savoir une couche de matériau photosensible possé- dant de bonnes propriétés d'isolement dans le noir et une couche de matériau électroluminescent dont la luminescence peut être excitée par l'application d'un champ électrique variable.
A la Figo 1, la cellule amplificatrice décrite au paragraphe pré- cédent est représentée comme comprenant une pluralité de couches dont l'é- paisseur est largement exagérée de manière à faciliter la compréhensiono
La référence numérique 1 indique d'une manière générale une cel- lule laminée constituée suivant la présente invention, et telle que représen- tée elle se présente sous la forme d'un disque (comme à la Figo 2). Il est évident que la forme de la cellule peut varier suivant le but recherché. Par exemple au lieu d'être plate, la cellule peut être convexe ou concave ou avoir un contour carré ou rectangulaire.
Telle que représentée, la cellule 1 comprend une couche transpa- rente 2 qui peut être constituée par du verres un matériau plastique trans- parent ou tout autre matériau transparent et isolant convenables le but prin- cipal de cette couche transparente étant de protéger et de supporter les au- tres couches de la cellule amplificatrice et de donner une cellule ayant une rigidité convenableo On doit mentionner que la face gauche de cette couche
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de renforcement 2 est entièrement exposée à l'image optique à amplifier quand la cellule est en fonctionnement les rayons lumineux constituant l'image optique traversant complètement cette base 20
Une couche 3 de métal transparent est superposée à la base transparente 2 et elle peut être produite par n'importe quelle méthode connue d'évaporation de métal sur la face
gauche de la base 2. Comme on le comprendra à partir de la description, cette couche 3 constitue une des électrodes du condensateur et pour fonctionner d'une manière satisfaisante elle doit être constituée par un bon conducteur de l'électricité en forme de plaque et elle doit rester transparente au passage des rayons lumineuxo
Une couche de matériau photoconducteur 4 est ensuite superposée sur l'électrode 3 et elle est constituée de préférence par un matériau ayant de bonnes propriétés isolantes dans le noir tout en étant photosensible, de sorte qu'une variation de l'intensité d'un rayon lumineux frappant cette couche produit une modification de la résistance électrique entre ses faceso Le sulfure de cadmium le sulfure d'antimoine et le sulfure de plomb sont des matériaux convenables pour cette couche 4.
On doit indiquer que n'importe lequel des matériaux mentionnés peut être considéré comme possédant une constante diélectrique et une résistance qui varient en fonction de la lumière appliquée.
Une autre couche 5 est superposée sur la couche 4 qui a été indiquée plus haut comme étant la couche luminescente. Le matériau constituant cette couche peut différer suivant les cas et suivant l'utilisation à laquelle la cellule 1 est destinée; toutefois., en général, un tel matériau électroluminescent contient des matériaux luminescents ou des composés de tels matériaux qui, lorsqu'ils sont soumis à un champ alternatif ou variable, rayonne une lumière qui dépend de la force ou de la chaleur du champ électrique,
D'une manière générale,
les résultats du point de vue de l'amplification des images optiques sont d'autant meilleurs que le matériau électroluminescent possède de bonnes propriétés isolanteso
Une autre électrode 6 constituée par une pellicule plate de métal comme l'électrode 3 est superposée sur le côté restant de la couche élec- troluminescente 5 et comme l'électrode 3 elle est transparente de manière à se laisser traverser pratiquement librement par les rayons lumineuxo
De préférence, une couche d'isolant opaque 7 est interposée entre les deux couches de diélectrique 4 et 5 et elle a pour but d'éviter la commu- nication de lumière entre les deux couches diélectriques.
Le but final de cette couche opaque 7 sera expliqué plus loino
Deux fils 8 et 9 sont connectés aux électrodes 3 et 6 respectivement pour permettre la connexion à ces dernières d'une source de potentiel alternatif, par exemple 110 Vo
A la Figo 3, on a représenté un usage possible de l'exemple de réalisation de la Figo 1.
Une image de télévision 10 est montrés comme étant constituée par une image optique représentée d'une manière générale en 11 qui est amplifiée par une lentille convenable 12 et projetée sur l'écran la L'écran 1 transforme l'image agrandie en une image brillante qui apparaît comme étant rayonnée par le côté de l'écran 1 opposé à la lentille 120
Pour considérer le fonctionnement de l'exemple de réalisation, on doit se reporter aux Figsa 1 et 4, la Figo 4, montrant le circuit électrique équivalent de l'arrangement physique de la Figo 1.
On considérera tout d'abord le type le plus simple d'image à amplifier, un rayon lumineux d'une source ponctuelle,, en supposant que la cellule amplificatrice 1 est contenue dans une enceinte noire ou dans une pièce entièrement noire et qu'un seul rayon lumineux provenant d'une source ponctuelle est dirigé sur la face avant de
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la base 2o Puisque la base 2 et l'électrode 3 sont transparentes, ce rayon 13 les traverse et rencontre la couche photosensible 40 Cette couche 4 étant à la fois un bon isolant et un photoconducteur, le rayon 13 produira dans la zone d'impact une section élémentaire dont la résistance est diminuée et dont la valeur est fonction de l'intensité du rayon lumineux 13.De même,
cette section élémentaire se trouvant directement en-dessous du rayon 13 peut subir une modification de sa constante diélectriqueo Les autres parties de la couche qui ne sont pas illuminées posséderont la résistance élevée usuelle qui correspond au noir puisque le matériau constituant la couche est un isolant du point de vue pratiqueo
Si on suppose maintenant que la source de potentiel alternatif appliquée aux électrodes 3 et 6 est une constante,
la section photosensibi- lisée de la couche 4 servira à communiquer à la section élémentaire de la couche électroluminescente 5 un voltage correspondant à la variation de ré- sistance et de constante diélectriqueo Cette modification de potentiel ap- pliquée à la section adjacente de la couche 5 produit une zone élémentaire d'illumination correspondant à la modification de potentiel produite par l'abaissement de résistance de la couche 4. Pour un observateur régardant la face avant de la cellule 1, la modification de potentiel sur la section par- ticulière activée de la couche électroluminescente 5 apparaît sous la forme d'un point 14 correspondant à la taille et à l'intensité du rayon 13.
En choisissant convenablement l'épaisseur des couches diélectriques 4 et 5 et la valeur des potentiels appliqués aux électrodes 3 et 6, le point lumineux apparaissant sur la face avant de la couche 6 correspondra à la taille du point lumineux produit sur la couche 4 par le rayon 13. Une flèche 14 par- tant de la couche 5 à la Figo 1 est utilisée pour montrer la relation entre le rayon produit par la cellule 1 et le rayon incident 13o Bien qu'une ima- ge en forme de point ait été utilisée dans l'explication précédente, il est évident qu'une image optique plus complexe serait reproduite de la même manièreo La théorie de fonctionnement peut être mieux comprise en se réfé- rant à la Fig..4.
On suppose que le même rayon 13 pénètre dans une enceinte noire dans laquelle se trouve la cellule 1, les deux condensateurs 15 et
16 représentant les sections élémentaires activées des couches de cellule
4 et 5 respectivemento Le condensateur 15 est constitué par une électrode 3 et la couche diélectrique 4 et le condensateur 16 est constitué par le dié- lectrique 5 et l'électrode 6, la connexion entre les deux condensateurs 15 et 16 étant constituée par les surfaces contiguës des deux couches 4 et 50
On considère que la cellule 1 est dans une pièce ou une encein- te complètement noire et que le voltage "V" est appliqué aux électrodes 3 et 60 On peut supposer qu'une division de voltage se produit entre les deux condensateurs d'égale valeur. Les potentiels sur les deux condensateurs peuvent être représentés par la formule "V/2".
Puisque cescondensateurs 15 et 16 sont connectés en série une modification de la constante diélectrique du matériau isolant 4 ou 5 produira une modification de la division de voltage aux bornes des deux condensateurs, la somme des deux voltages apparaissant aux bornes des deux condensateurs 15 et 16 étant toujours égale à la valeur "V".
En augmentant la constante diélectrique de la couche photosensible 4, on voit qu'on augmente de même la capacité du condensateur 15.Geci a pour résultat une division de voltage entre les condensateurs 15 et 16 dans laquelle le voltage apparaissant aux bornes du condensateur 15 est inférieur à celui apparaissant aux bornes du condensateur 160 Le matériau 5 dans le condensateur 16 étant électroluminescente il s'ensuit que ce matériau sera excité en accord avec l'augmentation de l'amplitude du champ électrique qui lui est appliquée On voit donc que le rayon 13 rencontrant la couche photosensible 4 sert à augmenter la constante diélectrique de cette couche et à réaliser une modification de la distribution des potentiels aux bornes des deux condensateurs 15 et 16,
le voltage aux bornes du condensateur 16 étant augmenté de sorte que le matériau électroluminescent 5 est excité de manière à produire une luminescence correspondant à la modification
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de la constante diélectrique de la couche 4
Dans la théorie précédente, on a supposé que le voltage de commande appliqué au condensateur 16 provoque une modification de la capacité du condensateur et on peut dire que cette théorie explique un exemple de réalisation de 1-'invention.
Un autre exemple de réalisation de l'invention résulte du fait que la résistance de la couche photosensible est modifiée quand elle est soumise à un rayon lumineux dont l'intensité varie, Ainsi, si le condensateur 15 est considéré comme une résistance dont la valeur change suivant les variations d'intensité d'un rayon lumineux qui le frappe, la valeur effective du voltage appliqué aux bornes du condensateur 16 ou, en d'autres termes, aux bornes de la couche électroluminescente, sera directement affermée
Deux concepts sont donc mis en oeuvre dans l'invention, celui de la division d'un voltage aux bornes de deux condensateurs, un des deux condensateurs variant en fonction de l'intensité de la lumière qui le rencontre,
et celui de la variation du voltage de part et d'autre d'une couche électroluminescente qui dépend de la résistance de la couche de commance qui est modifiée en fonction des variations de l'intensité d'un rayon lumineux qui y est projetée
La couche opaque 7 est utilisée entre la couche photoconductrice et la couche électroluminescente comme écran de lumière qui évite que la luminescence de la couche 5 ne retourne vers la couche 4, où elle produirait une nouvelle modification de la résistance ou de la constante diélectrique de la couche 4 Une cellule sans couche 7 pourrait être caractérisée comme un dispositif à réaction lumineuse qui donnerait une certaine quantité de lumière après une excitation initiale,,
la quantité de lumière produite dépendant des limites de production ou de saturation des matériaux constituant les coucheso
Pour certaines applications de l'invention, il peut être souhaitable de supprimer la couche opaque et le fait qu'on la conserve ou qu'on la supprime dépend du but recherchée
Il est possible d'obtenir un fonctionnement stable de l'amplificateur qui vient d'être décrit pour reproduire avec précision une image sans utiliser de couche opaque 7o Ceci est effectué en choisissant convenablement les matériaux constituant les couches photosensibles et la couche électrolu- minescenteo Ainsi, si la couche photosensible ne répond qu'aux rayons X, ultraviolets ou infra-rouges, et que la couche électroluminescente n'émet qu'une lumière visible,
on voit que l'excitation de la couche électrolumines- cente ne produirapas d'effet cumulatif sur les deux coucheso S'il y a coïncidence totale ou partielle du spectre de réponse pour les deux couches de raison de la réaction lumineuse mentionnée plus haut, le signal lumineux de sortie de la couche électroluminescente augmentera jusqu'à une valeur de saturation qui sera indépendante de l'intensité de la lumière initialement projetée.
Toutefois, comme il a été précédemment expliqué, en utilisant un écran de lumière tel que la couche 7 entre les deux couches 4 et 5, l'effet de saturation produit par le recouvrement des spectres peut être évitéo
Dans un autre arrangement mettant en oeuvre l'invention, la réaction optique entre les couches 5 et 4 respectivement peut être utilisée pour augmenter la sensibilité de l'écran amplificateur. Il est ainsi possible d'éliminer la couche opaque 7.
Cette utilisation de la réaction optique dépend du retard de réponse des matériaux photosensibles, tels que les photoconduc- teurs, aux variations d'illumination incidenteoOn sait que les courants internes produits dans les photoconducteurs à la suite de l'application brusque d'une onde rectangulaire de lumière ne suivent pas immédiatement le bord avant de l'impulsion lumineuseoIl est donc possible d'éviter que l'écran complexe n'atteigne la brillance de saturation en appliquant un champ électrique alternatif, la durée de chaque impulsion étant plus courte que le temps nécessaire à l'établissement de la brillance de saturation dans les cas d'illumination
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incidente maximumo Pendant chacune de ces impulsions,
il se produit une réaction optique entre la couche photosensible et la couche électrolumines- cente mais juste avant que cette réaction atteigne sa valeur maximum, le champ d9excitation est supprimé et ce pendant une période suffisamment longue pour que la couche photosensible revienne à sa-caractéristique initiale de résistivité dans le noiro En conséquence, la fréquence et la durée des impulsions doivent être adaptées à la constante d'établissement et de disparition de la couche photosensibleo Dans la plupart des cas, les matériaux électroluminescents répondent avec un retard négligeable aux variations du champ d'excitation, mais dans les cas où la réponse n'est pas suffisamment rapide,
les paramètres du champ d'excitation doivent être adaptés à la caractéristique de réponse de la couche photosensible et à la caractéristique de réponse de la couche électroluminescenteo
On comprendra maintenant commenta en utilisant le champ électrique pulsé intermittent, l'écran complexe peut être prévu de manière à émettre une image amplifiée d'un côté quelconque de l'écrano Quand l'image est émise du côté qui reçoit la lumière incidente,l'électroce 6 (Figo 1) peut être constituée par un matériaux opaqueo De même suivant les performances déairées, il est possible de disposer à l'opposé les couches photosensibles et électroluminescentes par rapport à la disposition illustrée à la Figo 1.
Quand une image qui doit être amplifiée est projetée sur le côté gauche de l'écran complexe de la Figo 1, l'image rayonnée en retour amplifiée et qui est émise à partir de ce même côté doit traverser la couche photosensible 4. Ainsi, cette couche doit être transparente, mais si ce n'est pas possible pour le matériau photosensible choisi,
les positions des deux couches 4 et 5 peuvent être inversées puisque la couche électroluminescente peut être prévue avec une épaisseur telle que la couche est transparenteo
On a représenté aux Figso 5 et 7 un écran complexe pratiquement de construction identique à l'écran de la Figo 1 et qui sert à reproduire les images en couleurs .La différence entre cet écran et celui de la Figo 1 réside dans l'utilisation de filtres de couleur appliqués sur les cotés gauche et droit respectivement de l'écrano Ces filtres (qui sont représentés avec une taille exagérée dans les dessins) peuvent avoir la forme d'une mosaiqueo Le filtre appliqué à la face gauche de l'écran peut être constitué de zones élémentaires rouges, vertes et bleues,
disposées au hasard ou régulièrement et dans un exemple de réalisation est constitué par une série de bandes parallèles de couleur allant d'un côté à l'autre de l'écran.
Dans un exemple préféré de réalisation, la couche filtrante disposée d'un côté de l'écran, quelle que soit sa composition, est reproduite de l'autre côté de l'écran de sorte qu'un rayon lumineux perpendiculaire au plan de l'écran, qui traverse une zone élémentaire d'un filtre d'une couleur, sera émis à partir d'une zone élémentaire de la même couleur de l'autre coté de l'écrano Comme on le voit à la Figo 5, les zones élémentaires du -cote projection de l'écran désignées par la référence numérique 17, 18, 19 peuvent être affectées aux couleurs rouge, verte et bleue respectivement alors que les zones élémentaires correspondantes du côté observation désignées par les références numériques 20, 21 et 22 auront respectivement la même couleuro
En considérant le fonctionnement de l'écran de couleur de la Figo 8,
on comprend que la projection de l'image à amplifier est effectuée sur le côté gauche, tandis que l'image amplifiée est observée sur le côté droito Si on n'applique qu'une lumière rouge sur l'écran, on voit qu'elle pénètre de préférence par les zones élémentaires rouges 17 et sert à exciter plus fortement la couche photosensible 4 se trouvant immédiatement en-dessous de la zone 170 Puisque l'intensité de l'illumination de la couche 4 est plus grande dans les zones élémentaires directement en dessous des filtres rouges (zone 17), on peut espérer une excitation et une luminescence maximum des zones adjacentes électroluminescentes de la couche 5.
Les filtres rouges élémentaires adjacents ou zones 20 sur la face droite de l'écran, caractériseront maintenant les zones de luminescence maximum qui correspondront aux zo-
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nes filtrées préférentielles de la lumière rouge incidenteo
On voit que l'image optique à plusieurs couleurs, projetée sur le côté gauche de 1-'écran., sera fidèlement reproduite en couleurs sur le côté droit de l'écrans les zones élémentaires adjacentes de toutes les couches qui se trouvent en ligne droite comme il a été expliqué plus haut étant de préférence sensibles aux mêmes couleurs.
Pour l'arrangement d'écran dans lequel l'image amplifiée est rayonnée du même côté de l'écran qui reçoit l'image faibleon se référera à la Figoo6 dans laquelle l'écran peut être construit de la même manière que la Figo 5, à l'exception des couches de filtrage de couleur 20, 21 et 22.
L'électrode 6, dess ce caspeut être constituée par un matériau opaque puisqu'il n'est pas nécessaire que la lumière la traverseo Puisque l'écran est illuminé à partir de la gauche et que l'image amplifiée est rayonnée à partir du même côté il est nécessaire que la couche photosensible 4 soit suffisamment transparente pour permettre à la lumière rayonnée par la couche luminescente 5 de la traversero En supposant que l'illumination est effectuée dans la bande du spectres on voit que la majeure partie de cette lumière sera transmise à travers les zones de filtrage bleues correspondant aux zones portant la référence numérique 190 La caractéristique de conduction des zones élémentaires de la couche photosensible 4 se trouvant directement en-dessous des zones de filtrage bleues ne changera pas
aussi rapidement que celle des zones élémentaires se trouvant en dessous des autres filtres et en appliquant un champ électrique alternatif puisée comme il a été expliqués les zones élémentaires électroluminescentes correspondantes seront plus excitées que les zones excitées par la lumière traversant les filtres verts et rougeso La lumière émise par les mêmes zones électroluminescentes repassera à travers les mêmes zones de filtrage bleueso Si maintenant un ensemble de couleurs est contenu dans une image projetée sur la face gauche de l'écrans on voit qu'un ensemble de couleur identique sera émis du même côté de l'écran sous forme amplifiée
Un autre arrangement d'amplification d'une image colorée est possible en utilisant le principe sus-mentionné et en mettant en oeuvre des matériaux photosensibles et électroluminescents qui répondent ou rayonnent
dans des zones différentes du spectreo Si, par exemples la couche photosensible n'est sensible qu'au rayonnement ultraviolet et que la couche électroluminescente ne rayonne qu'une lumièrevisible,des filtres convenables qui laissent passer différentes parties de la bande ultraviolette peuvent être utilisés dans les filtres de rayonnement incidents 17, 18, 19 (Figo 6) en utilisant trois filtres élémentaires comme dans le cas des filtres élémentaires 17, 18 et 19 de la Figo 8 qui laissent passer Ses parties discrètes de la bande ultraviolette, chacun de ces filtres peut être prévu de manière à correspondre à une couleur rouges verte ou bleueo Ainsi,, l'image à amplifier peut être constituée uniquement de lumière ultraviolette et les fréquences inférieures intermédiaires et supérieures de la bande ultraviolette correspondront au rouge,
au vert et au bleu respectivement. Le filtre du côté sortie de l'écran peut être identique à celui de la Figo 6, de sorte que le rayonnement visible sera colorée
A partir de la description précédentes on voit qu'une caractéristique importante de l'invention réside dans le fait qu'on utilise un matériau sensible à la lumière qui peut être utilisé pour commander un champ électrique d'excitation appliqué à l'élément électroluminescent.
En utilisant l'exemple de réalisation de l'invention qui a été décrite un écran d'observation de grande taille dans un système de projection de télévision peut être utilisé sans perte de brillance et éventuellement avec une augmentation appréciable de brillance. Il est possible d'utiliser un tube à rayons cathodiques relativement petit pour obtenir sur l'écran d'observation une image optique de la taille désiréeo En conséquences la présente invention peut apporter une réduction appréciable du coût des
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tubes de projection de télévision.
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RADIATION AMPLIFIER.
The present invention relates to a device for amplifying or intensifying the level of a given radiation and more particularly to a device for amplifying an image radiation which is applied thereto.
The invention is not limited to radiations within the visible range but it applies in particular to an amplifier used for visible radiations and will therefore be considered first of all in relation to the amplification of images. optics either in color or in black and white.
In general, the present invention provides a projection screen onto which an optical image can be projected, the screen serving to intensify the image to facilitate observation. It is thus possible to project a relatively weak or dull optical image in enlarged form on the screen, embodying the invention, which operates in such a way as to reproduce the image in an easily observable form.
The discovery of an electroluminescent material which, when subjected to an alternating electric field, emits radiation, makes the invention possible, and such materials are currently receiving significant development for applications such as those for which they are used. conventional electric lighting devices such as lamps or fluorescent tubes.
Electroluminescent materials of this type which function satisfactorily in the case of the present invention are described by Destriau in the 1947 edition, volume 38 of the publication "Philosophical Magazine", pages 700 to 738, 774 to 793. and 800 to 8870
As explained in this article, the luminescence of certain
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Some materials can be excited by the application of alternating or varying electric fields and a typical material suitable for this use is a mixture of zinc oxide and copper activated zinc sulfide, as explained by Destriauo Using such materials. materials such as dielectrics for example in a conventional capacitor, the dielectric can be made luminescent by applying an alternating potential of sufficient intensity to the plates of the capacitor.
For the purpose of the invention, the electroluminescent material used in this invention can be considered to have two essential natural properties, namely a very low conductivity for the passage of electric direct current and to become luminescent when subjected to an alternating field. includes in the property of luminescence,
the fact that the material becomes luminescent in proportion to the amplitude of the applied field so that a low potential field will produce a weak luminescent while a larger field will produce luminescence the intensity of which will have increased accordingly
It is therefore an object of the present invention to provide a radiation amplifier which receives an optical image, colored or not, and which emits a corresponding image whose intensity or brightness are amplified.
Another object of the invention is to provide an optical image amplifier comprising an electroluminescent material, which is capable of controlling the strength of an electric field applied to the electroluminescent material in accordance with the intensity of a light ray projected onto it. the device.
Another object of the invention is to provide a radiation amplifying device which comprises an electroluminescent element and alternating electric field control means which vary the strength of the field on the element in response to the intensity of an image. light projected onto said electric field control means
Another object of the invention is to provide a blade-shaped projection screen capable of reproducing and amplifying an optical image which is projected thereon, said screen essentially comprising a layer of electroluminescent material which becomes luminescent when it is subjected to an alternating electric field, a layer of photosensitive material having good isolation properties in the dark and two electrodes on either side of the two layers,
the photosensitive layer serving to modify the amplitude of the electric field applied to the layer of electroluminescent material in response to and as a function of the intensity of a light ray applied to the photosensitive layer
In accordance with the present invention, there is provided an optical image amplifier comprising a screen of laminated construction resembling a parallel plate capacitor having a dielectric between the plates for determining the capacitance of the capacitor. In general, the screen comprises two transparent, spaced, parallel conductive electrodes in the form of plates between which are interposed two dielectric materials in the form of plates,
one of the dielectric plates being formed by a photosensitive semiconductor material whose resistance or dielectric constant or both change when the material is subjected to a modification of the intensity of the light projected therein and in which the other dielectric layer is formed by an electroluminescent material which emits radiation when subjected to an alternating electric field, such a field being present between the two electrodes when the latter are connected to a source of alternating potential.
Since the resistance of the photosensitive layer is changed when the intensity of the light projected onto it changes, the value of the electric field applied to the layer of electroluminescent material depends on the intensity (or resistance of the photosensitive layer). ) of the light projected onto the photosensitive layer.
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Also in accordance with the invention, there is provided an optical image amplifier as described above in which colored optical images can be reproduced in brilliant form. In addition to the elements used in the example explained above, a color filter under blade shape is superimposed on the screen so as to lie in the path of the optical image projected onto the photosensitive material. The electroluminescent layer is therefore excited in accordance with the intensity of the filtered optical image which meets the photosensitive layer and thus causes the emission of radiation in accordance with the color arrangement of the projected optical image.
Other objects, characteristics and advantages of the present invention will become apparent on reading the following description of exemplary embodiments, said description being given in relation to the accompanying drawings in which
Figo 1 is a sectional view of an exemplary embodiment of the present invention; Figure 2 is a front elevational view; Figo 3 is a schematic illustration of the use of the present invention in connection with a television receiver; Figo 4 represents the equivalent circuit of the embodiment of Figo 1; Fig. 5 is a sectional view of another exemplary embodiment of the invention which serves to reproduce color images; FIG. 6 is another exemplary embodiment of the invention serving for the reproduction of color images;
FIG. 7 is an elevational view of one of the exemplary embodiments of the Figs. 5 and 60
As seen in the drawings, the present invention is an exemplary embodiment of a laminated form amplifier cell in which the layers for all practical applications are arranged in the form of an ordinary parallel plate capacitor having a dielectric material disposed between two plates o The layers constituting the plates of the capacitor are made of electrically conductive materials such as mind used in the form of a film thin enough to be transparent o The dielectric used between the two electrodes comprises two parts,
namely, a layer of photosensitive material having good isolation properties in the dark and a layer of electroluminescent material the luminescence of which can be excited by the application of a variable electric field.
In Figo 1, the amplifier cell described in the previous paragraph is shown as comprising a plurality of layers whose thickness is greatly exaggerated so as to facilitate understanding.
Reference numeral 1 generally indicates a laminated cell made in accordance with the present invention, and as shown is in the form of a disc (as in Fig. 2). It is obvious that the shape of the cell can vary according to the desired goal. For example, instead of being flat, the cell can be convex or concave or have a square or rectangular outline.
As shown, the cell 1 comprises a transparent layer 2 which may be constituted by glass, a transparent plastic material or any other suitable transparent and insulating material, the main purpose of this transparent layer being to protect and support. the other layers of the amplifying cell and to give a cell having a suitable rigidity o It should be mentioned that the left face of this layer
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reinforcement 2 is fully exposed to the optical image to be amplified when the cell is in operation, the light rays constituting the optical image passing completely through this base 20
A layer 3 of transparent metal is superimposed on the transparent base 2 and it can be produced by any known method of evaporation of metal on the face.
left of the base 2. As will be understood from the description, this layer 3 constitutes one of the electrodes of the capacitor and to function satisfactorily it must be constituted by a good conductor of electricity in the form of a plate and it must remain transparent to the passage of light rays o
A layer of photoconductive material 4 is then superposed on the electrode 3 and it preferably consists of a material having good insulating properties in the dark while being photosensitive, so that a variation in the intensity of a ray light striking this layer produces a change in the electrical resistance between its faces o Cadmium sulphide, antimony sulphide and lead sulphide are suitable materials for this layer 4.
It should be stated that any of the materials mentioned can be considered to have a dielectric constant and resistance which vary with the light applied.
Another layer 5 is superimposed on the layer 4 which has been indicated above as being the luminescent layer. The material constituting this layer may differ depending on the case and depending on the use for which the cell 1 is intended; however., in general, such an electroluminescent material contains luminescent materials or compounds of such materials which, when subjected to an alternating or variable field, radiates light which is dependent on the strength or heat of the electric field,
In a general way,
the results from the point of view of the amplification of the optical images are all the better as the electroluminescent material has good insulating properties.
Another electrode 6 constituted by a flat film of metal like electrode 3 is superimposed on the remaining side of the electroluminescent layer 5 and like electrode 3 it is transparent so as to let the light rays pass practically freely.
Preferably, an opaque insulating layer 7 is interposed between the two dielectric layers 4 and 5 and its purpose is to prevent the communication of light between the two dielectric layers.
The final purpose of this opaque layer 7 will be explained later.
Two wires 8 and 9 are connected to electrodes 3 and 6 respectively to allow connection to the latter of an alternating potential source, for example 110 Vo
In Figo 3, there is shown a possible use of the embodiment of Figo 1.
A television image 10 is shown to be an optical image generally shown at 11 which is amplified by a suitable lens 12 and projected onto the screen. The screen 1 transforms the enlarged image into a bright image. which appears to be radiated by the side of screen 1 opposite to lens 120
To consider the operation of the exemplary embodiment, reference should be made to Figs 1 and 4, Figo 4, showing the equivalent electrical circuit of the physical arrangement of Figo 1.
We will first consider the simplest type of image to amplify, a light ray from a point source, assuming that the amplifying cell 1 is contained in a black enclosure or in an entirely black room and that a only light ray coming from a point source is directed on the front face of
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the base 2o Since the base 2 and the electrode 3 are transparent, this ray 13 passes through them and meets the photosensitive layer 40 This layer 4 being both a good insulator and a photoconductor, the ray 13 will produce in the impact zone an elementary section whose resistance is reduced and whose value is a function of the intensity of the light ray 13.Likewise,
this elementary section located directly below the radius 13 can undergo a modification of its dielectric constant o The other parts of the layer which are not illuminated will have the usual high resistance which corresponds to black since the material constituting the layer is an insulator of the practical point of view
If we now assume that the source of alternating potential applied to electrodes 3 and 6 is a constant,
the photosensitized section of layer 4 will serve to impart to the elementary section of electroluminescent layer 5 a voltage corresponding to the variation in resistance and dielectric constant. This change in potential applied to the adjacent section of layer 5 produces an elementary zone of illumination corresponding to the modification of potential produced by the lowering of resistance of layer 4. For an observer looking at the front face of cell 1, the modification of potential on the particular activated section of the cell. electroluminescent layer 5 appears as a point 14 corresponding to the size and intensity of ray 13.
By suitably choosing the thickness of the dielectric layers 4 and 5 and the value of the potentials applied to the electrodes 3 and 6, the light point appearing on the front face of the layer 6 will correspond to the size of the light point produced on the layer 4 by the ray 13. An arrow 14 from layer 5 in Figo 1 is used to show the relation between the ray produced by cell 1 and the incident ray 13o although a dot image has been used. in the foregoing explanation, it is evident that a more complex optical image would be reproduced in the same way. The theory of operation can be better understood by referring to Fig. 4.
It is assumed that the same ray 13 enters a black enclosure in which is located cell 1, the two capacitors 15 and
16 representing the activated elementary sections of cell layers
4 and 5 respectively o The capacitor 15 is formed by an electrode 3 and the dielectric layer 4 and the capacitor 16 is formed by the dielectric 5 and the electrode 6, the connection between the two capacitors 15 and 16 being formed by the surfaces contiguous of the two layers 4 and 50
It is assumed that cell 1 is in a completely black room or enclosure and that the voltage "V" is applied to electrodes 3 and 60 It can be assumed that a voltage division occurs between the two capacitors of equal value. . The potentials on the two capacitors can be represented by the formula "V / 2".
Since these capacitors 15 and 16 are connected in series a change in the dielectric constant of the insulating material 4 or 5 will produce a change in the voltage division across the two capacitors, the sum of the two voltages appearing across the two capacitors 15 and 16 being always equal to the value "V".
By increasing the dielectric constant of the photosensitive layer 4, it can be seen that the capacitance of the capacitor 15 is likewise increased. This results in a voltage division between the capacitors 15 and 16 in which the voltage appearing at the terminals of the capacitor 15 is lower than that appearing at the terminals of the capacitor 160 The material 5 in the capacitor 16 being electroluminescent, it follows that this material will be excited in accordance with the increase in the amplitude of the electric field which is applied to it.We therefore see that the ray 13 meeting the photosensitive layer 4 serves to increase the dielectric constant of this layer and to effect a modification of the potential distribution across the terminals of the two capacitors 15 and 16,
the voltage across the capacitor 16 being increased so that the electroluminescent material 5 is excited so as to produce luminescence corresponding to the modification
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of the dielectric constant of layer 4
In the foregoing theory, it was assumed that the control voltage applied to capacitor 16 causes a change in the capacitance of the capacitor and this theory can be said to explain an embodiment of the invention.
Another exemplary embodiment of the invention results from the fact that the resistance of the photosensitive layer is modified when it is subjected to a light ray whose intensity varies, Thus, if the capacitor 15 is considered as a resistor whose value changes according to the variations of intensity of a light ray which strikes it, the effective value of the voltage applied to the terminals of the capacitor 16 or, in other words, to the terminals of the electroluminescent layer, will be directly firmed
Two concepts are therefore implemented in the invention, that of the division of a voltage at the terminals of two capacitors, one of the two capacitors varying according to the intensity of the light which encounters it,
and that of the variation of the voltage on either side of an electroluminescent layer which depends on the resistance of the starting layer which is modified according to the variations of the intensity of a light ray which is projected therein
The opaque layer 7 is used between the photoconductive layer and the electroluminescent layer as a light screen which prevents the luminescence from layer 5 from returning to layer 4, where it would produce a further change in the resistance or dielectric constant of the light. layer 4 A cell without layer 7 could be characterized as a light reaction device which would give off a certain amount of light after an initial excitation ,,
the amount of light produced depending on the production or saturation limits of the materials constituting the layers
For certain applications of the invention, it may be desirable to remove the opaque layer and whether it is retained or removed depends on the desired goal.
It is possible to obtain a stable operation of the amplifier which has just been described in order to accurately reproduce an image without using an opaque layer 7o This is carried out by suitably choosing the materials constituting the photosensitive layers and the electroluminescent layer. , if the photosensitive layer only responds to X, ultraviolet or infrared rays, and the electroluminescent layer emits only visible light,
it can be seen that the excitation of the electroluminescent layer does not produce a cumulative effect on the two layers o If there is total or partial coincidence of the response spectrum for the two layers due to the light reaction mentioned above, the light signal output from the electroluminescent layer will increase to a saturation value which will be independent of the intensity of the light initially projected.
However, as previously explained, by using a light screen such as layer 7 between the two layers 4 and 5, the saturation effect produced by the overlapping of the spectra can be avoided.
In another arrangement implementing the invention, the optical reaction between layers 5 and 4 respectively can be used to increase the sensitivity of the amplifier screen. It is thus possible to eliminate the opaque layer 7.
This use of the optical reaction depends on the delay in response of photosensitive materials, such as photoconductors, to variations in incident illumination. It is known that the internal currents produced in photoconductors as a result of the sudden application of a rectangular wave of light do not immediately follow the leading edge of the light pulse o It is therefore possible to prevent the complex screen from reaching saturation brightness by applying an alternating electric field, the duration of each pulse being shorter than the time necessary for establishing saturation brightness in the case of illumination
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incidente maximum During each of these pulses,
an optical reaction takes place between the photosensitive layer and the electroluminescent layer but just before this reaction reaches its maximum value, the excitation field is suppressed and this for a period long enough for the photosensitive layer to return to its initial characteristic. resistivity in the black o Consequently, the frequency and the duration of the pulses must be adapted to the constant of establishment and disappearance of the photosensitive layer o In most cases, electroluminescent materials respond with negligible delay to variations in the d field 'excitement, but in cases where the response is not fast enough,
the parameters of the excitation field must be adapted to the response characteristic of the photosensitive layer and to the response characteristic of the electroluminescent layer
It will now be understood how by using the intermittent pulsed electric field, the complex screen can be provided so as to emit an amplified image from any side of the screen. When the image is emitted from the side which receives the incident light, the The electroce 6 (Figo 1) can be formed by an opaque material. Similarly, depending on the performance levels, it is possible to place the photosensitive and electroluminescent layers on the opposite side with respect to the arrangement illustrated in Figo 1.
When an image which is to be amplified is projected on the left side of the complex screen of Figo 1, the amplified back radiated image which is emitted from that same side must pass through the photosensitive layer 4. Thus, this layer must be transparent, but if this is not possible for the chosen photosensitive material,
the positions of the two layers 4 and 5 can be reversed since the electroluminescent layer can be provided with a thickness such that the layer is transparent.
There is shown in Figs 5 and 7 a complex screen practically identical in construction to the screen of Figo 1 and which serves to reproduce the images in color. The difference between this screen and that of Figo 1 lies in the use of color filters applied on the left and right sides respectively of the screen o These filters (which are represented with an exaggerated size in the drawings) can have the shape of a mosaic o The filter applied to the left side of the screen can be made up of red, green and blue elementary zones,
arranged at random or regularly and in an exemplary embodiment consists of a series of parallel colored bands going from one side of the screen to the other.
In a preferred embodiment, the filter layer arranged on one side of the screen, whatever its composition, is reproduced on the other side of the screen so that a light ray perpendicular to the plane of the screen, which passes through an elementary zone of a filter of one color, will be emitted from an elementary zone of the same color on the other side of the screen o As can be seen in Figo 5, the elementary zones of the projection side of the screen designated by the reference numeral 17, 18, 19 can be assigned to the colors red, green and blue respectively while the corresponding elementary zones on the observation side designated by the numerical references 20, 21 and 22 will have respectively the same color
Considering the operation of the color screen of Figo 8,
we understand that the projection of the image to be amplified is carried out on the left side, while the amplified image is observed on the right side o If we apply only a red light on the screen, we see that it preferably penetrates through the red elementary zones 17 and serves to more strongly excite the photosensitive layer 4 located immediately below the zone 170 Since the intensity of the illumination of the layer 4 is greater in the elementary zones directly in below the red filters (zone 17), one can expect maximum excitation and luminescence of the adjacent electroluminescent zones of layer 5.
The adjacent elementary red filters or zones 20 on the right face of the screen, will now characterize the zones of maximum luminescence which will correspond to the zo-
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preferential filtered nes of incident red light
It can be seen that the optical image with several colors, projected on the left side of the screen., Will be faithfully reproduced in color on the right side of the screen the adjacent elementary zones of all the layers which lie in a straight line. as explained above preferably being sensitive to the same colors.
For the screen arrangement in which the amplified image is radiated from the same side of the screen which receives the weak image we will refer to Figoo6 in which the screen can be constructed in the same way as Figo 5, except color filter layers 20, 21 and 22.
Electrode 6, in this case can be made of an opaque material since it is not necessary for light to pass through it Since the screen is illuminated from the left and the amplified image is radiated from the same side it is necessary that the photosensitive layer 4 is sufficiently transparent to allow the light radiated by the luminescent layer 5 of the traversero Assuming that the illumination is carried out in the band of the spectra we see that the major part of this light will be transmitted through the blue filtering zones corresponding to the zones bearing the reference numeral 190 The conduction characteristic of the elementary zones of the photosensitive layer 4 located directly below the blue filtering zones will not change
as quickly as that of the elementary zones located below the other filters and by applying a pulsed alternating electric field as has been explained the corresponding electroluminescent elementary zones will be more excited than the zones excited by the light passing through the green and red filters. emitted by the same electroluminescent zones will pass again through the same blue filtering zones o If now a set of colors is contained in an image projected on the left face of the screen we see that a set of identical colors will be emitted on the same side of the screen in amplified form
Another arrangement for amplifying a colored image is possible by using the above-mentioned principle and by using photosensitive and electroluminescent materials which respond or radiate.
in different areas of the spectrum If, for example, the photosensitive layer is sensitive only to ultraviolet radiation and the electroluminescent layer radiates only visible light, suitable filters which allow different parts of the ultraviolet band to pass can be used in the incident radiation filters 17, 18, 19 (Figo 6) using three elementary filters as in the case of elementary filters 17, 18 and 19 of Figo 8 which let pass its discrete parts of the ultraviolet band, each of these filters can be provided so as to correspond to a red, green or bluish color Thus, the image to be amplified can consist only of ultraviolet light and the lower intermediate and upper frequencies of the ultraviolet band will correspond to red,
green and blue respectively. The filter on the output side of the screen can be identical to that in Figo 6, so that the visible radiation will be colored
From the foregoing description it can be seen that an important characteristic of the invention resides in the fact that a light sensitive material is used which can be used to control an excitation electric field applied to the electroluminescent element.
Using the exemplary embodiment of the invention which has been described a large viewing screen in a television projection system can be used without loss of brightness and possibly with an appreciable increase in brightness. It is possible to use a relatively small cathode ray tube to obtain on the observation screen an optical image of the desired size. As a consequence the present invention can bring an appreciable reduction in the cost of the equipment.
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television projection tubes.