Amplificateur de rayonnement La présente invention a pour objet un am plificateur de rayonnement destiné, notam ment, à amplifier l'intensité lumineuse d'une image qui lui est appliquée.
L'amplificateur de rayonnement faisant l'objet du brevet principal est caractérisé en ce qu'il comprend une couche photosensible dont la conductivité varie en fonction de l'intensité du flux lumineux tombant sur ladite couche, une couche électroluminescente dont l'énergie rayonnée varie en fonction d'une tension va riable appliquée à cette dernière couche, en ce que ladite couche photosensible présente des zones élémentaires qui sont adjacentes à des zones élémentaires de la couche électrolu minescente, et en ce qu'il comprend des moyens pour appliquer une tension variable auxdites couches.
Le but de la présente invention est de pré voir un amplificateur de rayonnement qui re çoit une image optique colorée et qui émet une image correspondante dont la brillance est amplifiée.
L'amplificateur de- rayonnement selon la présente invention, est caractérisé par le fait qu'il comprend des filtres de couleurs agencés de manière à laisser passer des couleurs diffé rentes pour des zones élémentaires différentes, ces filtres étant disposés devant la couche photosensible.
Des formes d'exécution de l'objet de la pré sente invention seront exposées, à titre d'exem ple, dans la description suivante faite en re gard du dessin annexé dans lequel La fig. 1 est une coupe de l'amplificateur de rayonnement représenté dans le brevet prin cipal ; la fig. 2 est une coupe d'une forme d'exé cution de la présente invention qui sert à re produire des images en couleurs ; la fig. 3 est une coupe d'une autre forme d'exécution de la présente invention servant à la reproduction des images en coulëurs ; la fig. 4 est une vue en élévation de l'une des formes d'exécution des fig. 2 et 3.
Comme on le voit à la fig. 1, l'amplifica teur de rayonnement décrit dans le brevet prin cipal comprend des couches disposées comme dans un condensateur ordinaire à lames paral lèles possédant un matériau diélectrique dis posé entre les deux électrodes. Les lames constituant les électrodes du condensateur sont constituées par un matériau conducteur de l'électricité, tel qu'un métal, utilisé sous forme de pellicules suffisamment minces pour être transparentes.
Le diélectrique utilisé entre les deux électrodes comprend deux parties, à sa- voir une couche de matériau photosensible possédant de bonnes propriétés d'isolement dans le noir et une couche de matériau élec troluminescent dont la luminescence peut être excitée par l'application d'un champ électrique variable.
A la fig. 1, on a représenté l'amplificateur décrit au paragraphe précédent qui comprend des couches dont l'épaisseur est largement exa gérée de manière à faciliter la compréhension.
La référence numérique 1 indique d'une manière générale un amplificateur constitué par une cellule laminée qui possède la forme d'un disque. Il est évident que la forme de la cellule peut varier suivant le but recherché. Par exemple au lieu d'être plate, la cellule pourrait être convexe ou concave ou avoir un contour carré ou rectangulaire.
Telle que représentée, la cellule 1 comprend une couche transparente 2 qui peut être cons tituée par du verre, un matériau plastique transparent ou tout autre matériau transpa rent et isolant convenable, la fonction prin cipale de cette couche transparente étant de protéger et de supporter les autres couches de la cellule amplificatrice et de lui donner une rigidité convenable. La face gauche de cette couche de renforcement 2 est entièrement ex posée à l'image optique à amplifier quand la cellule est en fonctionnement, les rayons lu mineux constituant l'image optique traversant complètement cette base 2.
Une couche 3 de métal transparent est su perposée 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. Cette couche 3 constitue une des 'électrodes du condensateur et pour fonctionner d'une manière satisfaisante elle doit être constituée par un métal bon conduc teur de l'électricité en forme de plaque et elle doit rester transparente au passage des rayons lumineux.
Une couche de matériau photoconducteur 4 est ensuite superposée sur l'électrode 3 et elle est constituée par un matériau possédant de bonnes propriétés isolantes dans le noir, tout en étant en même temps photosensible, de sorte qu'une variation de l'intensité d'un rayon lumi neux frappant cette couche produit une modi fication de la résistance électrique entre ses faces. Le sulfure de cadmium, le sulfure d'an timoine et le sulfure de plomb sont des maté riaux convenables pour cette couche 4. N'im porte 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 une couche électroluminescente. Le maté riau constituant cette couche peut différer sui vant les cas et suivant l'utilisation à laquelle la cellule 1 est destinée ; toutefois, en général, un tel matériau électroluminescent contient des composés électroluminescents qui, lorsqu'ils sont soumis à un champ alternatif ou variable, rayonnent une lumière dont l'intensité dépend de la valeur du champ électrique.
D'une manière générale, les résultats du point de vue de l'amplification des images opti ques sont d'autant meilleurs que le matériau électroluminescent possède de meilleures pro priétés isolantes.
Une autre électrode 6, constituée par une pellicule plate de métal comme l'électrode 3, est superposée sur le côté droit de la couche électroluminescente 5 et, comme l'électrode 3, elle est transparente de manière à se laisser traverser pratiquement librement par les rayons lumineux.
De préférence, une couche d'isolant opa que 7 est interposée entre les deux couches diélectriques 4 et 5 et elle a pour but d'éviter le passage de lumière entre les deux couches diélectriques. Le but final de cette couche opaque 7 sera expliqué plus loin.
Deux fils 8 et 9 sont connectés aux élec trodes 3 et 6 respectivement pour permettre la connexion à ces dernières d'une source de potentiel alternatif fournissant, par exemple, 110 volts.
La couche opaque 7 est utilisée entre la couche photoconductrice et la couche électro luminescente comme écran de lumière qui évite que la luminescence de la couche 5 ne retourne vers la couche 4, où elle produirait une nou velle modification de la résistance et de la constante diélectrique de la couche 4. Une cel lule sans couche 7 pourrait être considérée 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 de lumière des matériaux constituant les couches.
Pour certaines applications utilisant un tel amplificateur de rayonnement, il peut être souhaitable de supprimer la couche opaque et le fait qu'on la conserve ou qu'on la supprime dépend du but recherché.
Il est possible d'obtenir un fonctionnement stable de l'amplificateur qui vient d'être dé crit, pour reproduire avec précision une image, sans utiliser de couche opaque 7. Ceci est ef fectué en choisissant convenablement les ma tériaux constituant la couche photosensible et la couche électroluminescente. Ainsi, si la couche photosensible ne répond qu'aux rayons X, ultraviolets ou infrarouges, et que la couche électroluminescente n'émet qu'une lumière vi sible, on voit que l'excitation de la couche élec troluminescente ne produira pas d'effet cumu latif sur les deux couches.
S'il y a coïncidence totale ou partielle du spectre de réponse pour les deux couches, en raison de la réaction lu mineuse mentionnée plus haut, le signal lumi neux de sortie de la couche électrolumines cente augmentera jusqu'à une valeur de sa turation 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 sa turation produit par le recouvrement des spec tres ne peut être évité.
La réaction optique entre les couches 5 et 4 respectivement peut être utilisée pour aug menter la sensibilité de l'amplificateur. II est ainsi possible d'éliminer la couche opaque 7. Cette utilisation de la réaction optique dépend du retard de la réponse d'un matériau photo sensible, tel qu'un matériau photoconducteur, aux variations d'illumination incidente.
On sait que les courants internes produits dans un ma tériau photoconducteur à la suite de l'applica tion brusque d'une onde rectangulaire de lu mière ne suivent pas immédiatement le bord avant de l'impulsion lumineuse. Il est donc possible d'éviter que l'amplificateur n'atteigne la brillance de saturation en appliquant un champ électrique alternatif tel que la durée de chaque impulsion soit plus courte que le temps nécessaire à l'éta blissement de la brillance de saturation dans le cas d'illumination incidente maximum.
Pendant chacune de ces impulsions, il se produit une réaction optique entre la couche photosensible et la couche électroluminescente, mais juste avant que cette réaction atteigne sa valeur maxi mum, le champ d'excitation est supprimé et ce, pendant une période suffisamment longue pour que la couche photosensible revienne à sa ca ractéristique intiale de résistivité dans le noir. En conséquence, la fréquence et la durée des impulsions doivent être adaptées à la constante d'établissement et de disparition de la couche photosensible.
Dans la plupart des cas, les ma tériaux 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 photo sensible et à la caractéristique de réponse de la couche électroluminescente.
On comprendra maintenant comment, en utilisant un champ électrique pulsé intermittent, l'amplificateur peut être agencé de manière à émettre une image amplifiée sur l'une ou l'autre de ses faces. Quand l'image est émise du côté qui reçoit la lumière incidente, l'électrode 6 (fig. 1) peut être constituée par un matériau opaque. De même, suivant les performances dé sirées, il est possible d'inverser la disposition des couches photosensibles et électrolumines- centes par rapport à la disposition illustrée à la fig. 1.
Quand une image qui doit être ampli fiée est projetée sur le côté gauche de l'ampli ficateur de la fig. 1, l'image rayonnée en re tour, amplifiée, et qui est émise à partir de ce même côté, doit traverser la couche photo sensible 4. Ainsi, cette couche doit être trans- parente. Si le matériau photosensible choisi n'est pas transparent, 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 trans parente.
On a représenté aux fig. 2 à 4 des formes d'exécution de la présente invention, qui sont de construction analogue à l'amplificateur de la fia. 1 et qui servent à reproduire des images en couleurs. La différence entre ces amplifica teurs et celui de la fig. 1 réside dans l'utilisa tion de filtres de couleur appliqués sur les faces gauche et droite respectivement de l'amplifica teur. Ces filtres (qui sont représentés avec une taille exagérée dans les dessins) peuvent avoir la forme d'une mosaïque. Le filtre appliqué à la face gauche de l'amplificateur peut être constitué de zones élémentaires rouges, vertes et bleues, disposées au hasard ou régulière ment.
Dans une forme d'exécution, il sera cons titué par une série de bandes parallèles de cou leur allant d'un côté à l'autre de l'amplifica teur.
Dans une autre forme d'exécution, la couche filtrante disposée sur une des faces de l'amplificateur, quelle que soit sa composition, est reproduite exactement sur l'autre face de sorte qu'un rayon lumineux perpendiculaire au plan de l'amplificateur, qui traverse une zone élémentaire d'un filtre d'une couleur, traversera une zone élémentaire d'un filtre de la même couleur disposé sur l'autre face de l'amplifica teur.
Comme on le voit à la fig. 2, les zones élémentaires des filtres du côté projection de l'amplificateur désignées par les références nu mériques 17, 18, 19, peuvent avoir les couleurs rouge, verte et bleue respectivement, alors que les zones élémentaires correspondantes du côté observation, désignées par les références nu mériques 20, 21 et 22 auront respectivement la même couleur.
En considérant le fonctionnement de l'am plificateur de la fig. 2, on comprend que la pro jection de l'image à amplifier est effectuée sur le côté gauche, tandis que l'image amplifiée est observée sur le côté droit. Si on n'applique qu'une lumière rouge sur l'amplificateur, on voit qu'elle pénètre de préférence par les zones élémentaires rouges 17 et sert à exciter plus fortement les zones de la couche photosensible 4 se trouvant immédiatement en dessous des zones 17. Puisque l'intensité de l'illumination de la couche 4 est plus grande dans les zones élémentaires situées directement en dessous des filtres rouges (zone 17), il en résulte une exci tation et une luminescence maximum des zones adjacentes de la couche électroluminescente 5.
Les zones rouges élémentaires adjacentes 20 sur la face droite de l'amplificateur constitue ront maintenant des zones de luminescence maximum qui correspondront aux zones rouges élémentaires traversées par la lumière rouge incidente.
On voit que l'image optique à plusieurs couleurs, projetée sur la face gauche de l'am plificateur, sera fidèlement reproduite en cou leurs sur la face droite de l'amplificateur, cha cune des zones élémentaires adjacentes de toutes les couches qui se trouvent en ligne droite, comme il a été expliqué plus haut, étant sensible à la même couleur.
Une forme d'exécution, dans laquelle l'image amplifiée est rayonnée sur la même face de l'amplificateur que celle qui reçoit l'image faible, est représentée à la fig. 3.
Elle est constituée de la même manière que celle de la fig. 2, à l'exception des filtres de couleur 20, 21 et 22 qui ont été supprimés. L'électrode 6, dans ce cas, peut être constituée par un matériau opaque puisqu'il n'est pas nécessaire que la lumière la traverse. Puisque l'amplificateur 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 trans parente pour permettre à la lumière rayonnée par la couche électroluminescente 5 de la tra verser.
En supposant que l'illumination est effectuée dans la bande correspondante du spectre, on voit que la majeure partie de cette lumière sera transmise à travers les zones de filtrage bleues désignées par la référence numérique 19. La conduction des zones élé mentaires de la couche photosensible 4 se trou vant directement en dessous des zones de fil- trage 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 pulsé, comme il a été expliqué en regard de la fig. 1, les zones élémentaires électroluminescentes correspon dantes seront plus excitées que les zones exci tées par la lumière traversant les filtres verts et rouges.
La lumière émise par les mêmes zones électroluminescentes repassera à travers les mêmes zones de filtrage bleues. Si mainte nant un ensemble de couleurs est contenu dans une image projetée sur la face gauche de l'am plificateur, on voit qu'un ensemble de couleurs identique sera émis sur la même face de l'am plificateur sous forme amplifiée.
Une autre forme d'exécution permettant l'amplification d'une image colorée est possible en utilisant des matériaux photosensibles et électroluminescents qui répondent ou rayon nent dans des zones différentes du spectre. Si, par exemple, la couche photosensible n'est sensible qu'au rayonnement ultraviolet et que la couche électroluminescente ne rayonne qu'une lumière visible, des filtres convenables qui laissent passer différentes parties de la bande ultraviolette peuvent être utilisés comme filtres de rayonnement incidents 17, 18, 19 (fig. 2), chacun de ces filtres pouvant être prévu de manière à correspondre à une couleur rouge, verte ou bleue.
Ainsi, l'image à ampli fier peut être constituée uniquement de lu mière ultraviolette et les fréquences inférieures intermédiaires et supérieures de la bande ultra violette correspondront au rouge, au vert et au bleu respectivement. Le filtre du côté sortie de l'amplificateur peut être identique à celui de la fig. 2, de sorte que le rayonnement visible sera coloré.
En utilisant une des formes d'exécution de l'invention qui ont été décrites, on peut réaliser un écran d'observation de grande taille dans un système de projection de télévision avec une augmentation appréciable de brillance. Il est possible d'utiliser un tube à rayons catho diques relativement petit pour obtenir sur l'écran d'observation une image optique de la taille désirée. En conséquence, on peut obtenir, grâce à l'amplificateur décrit, une réduction appréciable du coût des tubes de projection de télévision.
Les formes d'exécution représentées pour raient, bien entendu, être utilisées en relation avec un système de projection cinématogra phique permettant ainsi l'utilisation de lampes de projection de plus petite taille sans réduc tion de la brillance de l'image observée.