Amplificateur de rayonnement La présente invention a pour objet un am plificateur de rayonnement, qui permet, par exemple, d'amplifier l'intensité lumineuse d'une image qui lui est appliquée. Cet amplificateur permet d'amplifier un rayonnement même si celui-ci n'est pas à l'intérieur de la gamme vi sible.
On connaît déjà des matériaux électrolumi nescents qui, lorsqu'ils sont soumis à un champ électrique alternatif émettent un rayonnement, et de tels matériaux prennent actuellement un grand développement pour des applications destinées à remplacer l'éclairage électrique clas sique tel que les lampes incandescentes ou les lampes fluorescentes. Des matériaux électro luminescents de ce type ont été décrits par Des- triau dans l'édition 1947, volume 38 de la pu blication Philosophical Magazine , pages 700 à 739, 774 à 793 et 800 à 887.
Un ma tériau susceptible d'être utilisé dans l'amplifi cateur selon l'invention peut être constitué, par exemple, par un mélange de sulfure de zinc et d'oxyde de zinc activé au cuivre. En utilisant de tels matériaux comme diélectrique, par exemple dans un condensateur classique, le di électrique peut être rendu luminescent par l'ap plication d'un potentiel alternatif d'amplitude suffisante aux électrodes du condensateur.
Un tel matériau électroluminescent possède deux propriétés essentielles : d'une part, il constitue une isolation contre le passage de courant continu électrique et, d'autre part, il devient luminescent lorsqu'il est soumis à un champ électrique alternatif. Cette luminescence du matériau croît avec l'amplitude du champ qui lui est appliqué, de sorte qu'un champ de petite amplitude produira une luminescence fai ble et qu'une augmentation du champ produira une luminescence dont l'intensité augmentera en proportion.
Le but de l'invention est de fournir un am plificateur de rayonnement capable de recevoir une image optique et d'émettre une image dont la brillance est augmentée.
L'amplificateur selon l'invention est carac térisé en ce qu'il comprend une couche photo sensible dont la conductivité varie en fonction de l'intensité du flux lumineux tombant sur la dite couche, une couche- électroluminescente dont l'énergie rayonnée varie en fonction d'une tension variable appliquée à cette dernière cou che, en ce que ladite couche photosensible pré sente des zones élémentaires qui sont adjacen tes à des zones élémentaires de la couche élec troluminescente, et en ce qu'il comprend des moyens pour appliquer une tension variable auxdites couches.
Un tel amplificateur peut, par exemple, constituer un écran de projection sur lequel une image optique peut être projetée, l'écran ser- vaut alors à rendre plus brillante ou à intensi fier l'image pour faciliter l'observation. Ainsi, il est possible de projeter une image relative ment terne sous forme agrandie sur un tel écran qui fonctionne de manière à reproduire l'image sous une forme facilement observable.
- Le dessin annexé représente, à titre d'exem ple, une forme d'exécution de l'objet de la pré sente invention la fig. 1 est une coupe de cette forme d7exé- cution ; la fig. 2 est une vue en élévation de la même forme d'exécution ; la fig. 3 est une représentation schématique d'une application dans laquelle l'image fournie par un récepteur de télévision est projetée sur un amplificateur de rayonnement ; la fig. 4 montre le circuit électrique équi valent à la forme d'exécution de la fig. 1.
Comme on le voit dans le dessin, ladite forme d'exécution comprend des couches dis posées comme dans un condensateur classique à lames parallèles dans lequel un matériau di électrique est interposé entre les deux électro des. Les lames constituant les électrodes du condensateur sont constituées par un matériau conducteur de l'électricité, tel qu'un métal, uti lisé sous forme de pellicules d'épaisseur telle que la pellicule est transparente.
Le diélectrique utilisé entre les deux électrodes comprend en fait deux parties, à savoir : une couche de ma tériau photosensible ayant de bonnes propriétés d'isolement électrique dans l'obscurité, et une couche de matériau électroluminescent dont la luminescence peut être excitée par l'application d'un champ électrique variable.
A la fig. 1, on a représenté l'amplificateur de rayonnement décrit au paragraphe précédent qui comprend des couches dont l'épaisseur a été très exagérée pour rendre le dessin plus clair.
La référence numérique 1 indique, d'une manière générale, un amplificateur constitué par une cellule laminée qui 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'être plate, la cellule pourrait être concave ou con vexe et avoir un contour 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 plasti que transparent ou tout autre matériau isolant et transparent convenable, la fonction princi pale de cette couche transparente étant de pro téger et de supporter les autres couches de la cellule amplificatrice et de lui donner une rigi dité convenable. La face gauche de cette base 2 est entièrement exposée à l'image optique qui doit être amplifiée quand la cellule est en fonc tionnement, les rayons lumineux constituant l'image optique traversant complètement l'épais seur de la base.
Une couche 3 de métal transparent est dis posée sur la base 2, cette couche pouvant être obtenue par des procédés bien connus, par exemple par évaporation de métal sur la sur face droite de la base. Cette lame 3 constitue une des électrodes et pour fonctionner conve nablement, elle doit constituer un bon conduc teur sous forme de plaque, tout en restant trans parente au passage des rayons lumineux qui doivent la traverser.
Une couche de matériau photosensible 4 est ensuite déposée sur l'électrode 3 et est consti tuée par un matériau possédant de bonnes pro priétés isolantes, tout en étant en même temps photosensible, de sorte qu'une variation de l'in tensité d'un rayon lumineux qui le rencontre provoque une variation de la résistance électri que entre ses faces et une variation de sa cons tante diélectrique. On peut utiliser comme ma tériaux pour cette couche 4 le sulfure de cad mium, le sulfure d'antimoine, le sulfure de plomb et le sélénium. La lumière frappant le matériau photosensible provoque une réduction de la résistance et une augmentation de la cons tante diélectrique de ce matériau par rapport à l'état non illuminé. La grandeur de ces deux effets dépend de l'intensité de la lumière.
La couche 4 est suivie d'une autre couche 5 qui a été indiquée plus haut comme étant une couche électroluminescente. La composition du matériau constituant cette couche peut varier suivant les usages de la cellule 1. D'une manière générale, cette couche électroluminescente con tient des composés électroluminescents noyés dans des feuilles de matériaux plastiques qui, lorsqu'ils sont soumis à un champ alternatif ou variable, rayonnent de la lumière dont l'inten sité dépend 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 droit de la couche de matériau électroluminescent 5, et, comme l'électrode 3, elle est transparente de manière que les rayons lumineux puissent la traverser librement pratiquement sans atténua tion.
Les couches 4 et 5 présentent chacune des zones élémentaires ; elles peuvent être des cou ches de structure uniforme ou elles peuvent être constituées chacune par une mosaïque de dépôts élémentaires séparés les uns des autres. Chaque zone élémentaire de la couche 4 est adjacente à une zone élémentaire de la couche 5 située derrière la zone correspondante de la couche 4 dans la direction de propagation de lumière venant frapper la couche 4.
Une couche opaque de matériau isolant 7 est interposée entre les deux couches diélectri ques 4 et 5, et son but est d'éviter le passage de lumière entre les couches diélectriques. La rai son de l'interposition de cette couche opaque 7 sera expliquée plus loin. La couche 7 peut, d'autre part, être constituée par une mosaïque de petites particules métalliques mutuellement isolées.
Les fils 8 et 9 sont connectés aux électrodes 3 et 6 respectivement pour relier ces électrodes à une source de potentiel alternatif, fournissant, par exemple, 110 volts.
A la fig. 3, on a représenté une application dans laquelle est utilisée la forme d'exécution de la fig. 1. Un tube-image de télévision 10 est représenté comme reproduisant une image opti que indiquée d'une manière générale en 11, et cette image est agrandie par une lentille 12 et projetée sur l'amplificateur de rayonnement 1. Ce dernier transforme l'image agrandie en une image plus brillante qui apparaît sur la face de l'amplificateur 1 opposée à la lentille 12.
L'image qui doit être amplifiée est donc proje tée sur la face arrière de l'amplificateur qui émet une image intensifiée à partir de sa face avant.
Pour expliquer le fonctionnement de la forme d'exécution précédente, on doit se réfé rer aux fig. 1 et 4, la fig. 4 représentant le cir cuit électrique équivalent à l'arrangement phy sique de la fig. 1. On considérera tout d'abord le type d'image le plus simple à amplifier, un rayon lumineux ponctuel, et l'on supposera que la cellule amplificatrice est contenue à l'inté rieur d'un espace ou d'une pièce dans l'obscu rité et qu'un seul rayon lumineux est dirigé sur la surface avant de la base 2. Puisque la base 2 et l'électrode 3 sont transparentes, ce rayon 13 les traversera et rencontrera une zone élémen taire de la couche photosensible 4.
La couche photosensible étant un bon isolant dans l'obscu rité et un matériau photoconducteur, le rayon 13 produira dans la zone d'impact une zone dont la résistance est diminuée, la valeur de cette résistance correspondant à l'intensité du rayon 13. De même, la constante diélectrique de la zone rencontrée par le rayon 13 est modi fiée comme on l'a déjà expliqué. Les autres parties de la couche qui ne sont pas illuminées possèdent leur résistance élevée normale.
Si l'on suppose maintenant que la diffé- rence de potentiel appliquée aux électrodes 3 et 6 est constante, la zone excitée de la couche photosensible 4 communiquera à la zone adja cente de la couche électroluminescente un vol tage correspondant à la modification de la ré sistance et de la constante diélectrique. Cette modification du potentiel appliqué à la zone adjacente de la couche 5 produit une zone d'il lumination correspondant à la modification de potentiel produite par la diminution de résis tance de la couche 4.
Pour un observateur re gardant la face avant de la cellule 1, la modifi cation de potentiel sur la zone particulière activée de la couche électroluminescente 5 ap- paraitra comme un point 14 dont l'intensité cor respond à l'intensité du rayon 13. En choisis sant convenablement les épaisseurs des couches diélectriques 4 et 5 et la valeur du potentiel appliqué aux électrodes 3 et 6, le point lumi neux apparaissant sur la face avant de la cou che 5 aura une grandeur correspondant à la grandeur du point produit sur la couche 4 par le rayon lumineux 13.
Une flèche 14 partant de la couche 5, à la fig. 1, indique la relation entre le rayon émis par la cellule 1 et le rayon inci dent 13. Bien qu'on ait utilisé une image en forme de point lumineux dans l'explication pré cédente, il est évident qu'une image optique complexe serait reproduite de la même manière.
Le fonctionnement peut être expliqué 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 trouve la cellule 1, les deux condensateurs 15 et 16 représentent les zones élémentaires activées 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 condensateur 16 est consti tué par le diélectrique 5 et l'électrode 6, l'autre électrode de ces deux condensateurs 15 et 16 étant constituée par la couche 7 interposée entre les deux couches 4 et 5, ou par la surface commune de ces deux couches, au cas où la couche 7 est supprimée.
En considérant que la cellule 1 est dans une enceinte complètement obscure et que le vol tage V est appliqué aux électrodes 3 et 6, on supposera qu'une répartition égale du voltage existe entre les deux condensateurs 15 et 16. Ces valeurs sont égales à V/2. Puisque ces con densateurs 15 et 16 sont connectés en série, une modification de la constante diélectrique du matériau diélectrique 4 ou 5 produira une mo dification de la répartition du voltage entre les deux condensateurs, la somme des deux volta ges apparaissant aux bornes des deux conden sateurs 15 et 16 étant toujours égale à V.
Si la constante diélectrique de la couche photosensible 4 augmente, la capacité du con densateur 15 est de même augmentée. Il en résulte une modification de la répartition du voltage entre les condensateurs 15 et 16, de sorte que le voltage apparaissant aux bornes du condensateur 15 est maintenant inférieur à celui apparaissant aux bornes du condensateur 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'intensité du champ électrique qui lui est ap pliqué.
On voit donc que le rayon 13 frappant la couche photosensible produit une augmen tation de la constante diélectrique de cette cou che et modifie la répartition des potentiels entre les condensateurs 15 et 16, le voltage aux bor nes du condensateur 16 étant augmenté 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.
Dans la théorie précédente, on a expliqué la variation du voltage appliqué au condensa teur 16 qui résulte d'une variation de la capa cité du condensateur 15. En outre, il faut aussi considérer 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 condensateur 15 est considéré comme une résistance dont la valeur varie, la valeur effec tive du voltage appliqué aux bornes du conden sateur 16, c'est-à-dire aux bornes de la couche électroluminescente 5, varie en conséquence.
De ce qui précède, il résulte qu'en réalité on aura une superposition des deux effets, à savoir la modification de la constante diélectri que et de la résistivité de la couche photosensi ble, ces deux effets agissant dans le même sens ; ils contribuent tous les deux à augmenter le voltage appliqué à la couche électrolumines cente 5 lorsque l'intensité de la lumière frap pant la couche photosensible 4 augmente: La couche opaque 7 disposée entre la cou che photosensible et la couche électrolumi nescente constitue un écran imperméable à la lumière quia pour but d'éviter que la lumi nescence de la couche 5 ne revienne vers la couche 4, ce qui aurait pour effet de modifier encore la résistance et la constante diélectrique de la couche 4.
Une cellule sans couche 7 pour rait être considérée comme un dispositif à ré action lumineuse qui fournirait une quantité de lumière, après une excitation initiale, corres pondant aux limites physiques de production de lumière des matériaux constituant les couches. Dans certaines formes d'exécution, la cou che opaque pourrait être supprimée.
En utilisant la forme d'exécution de l'in vention qui a été décrite, on peut constituer un grand écran d'observation dans un système de projection de télévision et obtenir une augmen tation effective de la brillance comparable à celle des écrans de projection classiques. Il est ainsi possible d'utiliser un tube à rayons catho diques relativement petit avec un niveau de sortie de lumière relativement faible et d'obte nir sur l'écran d'observation une image optique de la taille et de la brillance désirée. En consé quence, l'amplificateur décrit permet d'appor ter une réduction considérable du coût des tubes de projection de télévision.