Brevet FR2000822A1 — publié le 19690912

La présente invention concerne un convertisseur d'image à l'état solide dans lequel la luminescence d'un élément luminescent, tel qu'une couche luminescente, est commandée par ' la variation de la résistance ou de l'impédance d'un élément 5 sensible à une énergie, tel qu'une couche photoconductrice, cet élément étant sensible à une énergie incidente telle que la lumière visible, une radiation ou une énergie similaire» Un convertisseur d'image à l'étau solide classique comprend plusieurs couches stratifiées constituant une électrode Ainsi le contraste d'une image lumineuse de sortie correspondant à une image d'entrée est affaibli , ce qui se traduit par l'impos-30 sibilité d'obtenir une image de sortie de bonne qualité» En outre, à moins que la tension de claquage de la couche photoconductrice ne soit élevée, la tension de fonctionnement du dispositif ne peut pas être rendue élevée» Par conséquent un fonctionnement à sensibilité élevée et à image de sortie intense du dispositif est 35 impossible à obtenir parce qu'un courant intense ne peut pas passer à travers la couche électroluminescente par suite de la faible tension de fonctionnement» Compte tenu de ce qui précède il est nécessaire de prévoir, en tant que matière photoconductrice composant la couche 40 photoconductrice d'un convertisseur d'image classique à l'état 01426 2 2000822 solide, une matière présentant une résistance d'obscurité et une tension de claquage très élevées. Pour satisfaire à cette condition, on a utilisé, en tant eue matière photoconductrice, des matières contenant du sulfure de cadmium. Par ailleurs un dispositi fonctionnant avec une dose très faible de rayons X et présentant, une caractéristique de réponse suffisamment rapide est nécessaire pour \an appareil médical amplifiant et convertissant une image de radiation, telle qu'une image de rayons X, en une image de lumière visible <> Les matières photoconductrices classiques qui contiennent du sulfure de cadmium, n'ont pas nécessairement une sensibilité élevée à l'égard des rayons X et en outre elles présentent l'inconvénient majeur que leur temps de réponse est très long» On peut remédier à ces inconvénients que sont une faible sensibilité et un long temps de réponse, en utilisant des matières photoconductrices ayant un intervalle de bande plus étroit que celui des matières photoconductrices contenant du sulfure de cadmium, et notamment on peut employer des matières photoconductrices contenant d\i CdSe ou du CdHgïe à la place des matières contenant du sulfure de cadmium® Cependant de telles matières photoconductrices ont une résistance d'obscurité et une tension de claquage faibles» Par conséquent on ne peut pas utiliser ces matières photoconductrices dans les convertisseurs d'image à l'état solide de structure classique. Par conséquent le but de la présente invention est; de fournir un nouveau convertisseur d'image à l'état solide qui permet de remédier aux difficultés précitées» Suivant la présente invention on remédie à ces difficultés en réalisant la couche photoconductrice sous la forme d'une couche composite comprenant une couche photoconductrice ayant une résistance d'obscurité et une tension de claquage élevées, et une autre couche photoconductrice ayant une résistance d'obscurité et une tension de claquage inférieures à celles de la précédente couche. La présente invention a ainsi pour objet un convertisseur d'image à l'état solide comprenant un élément composite sensible à une énergie, constitué par un premier élément sensible à une énergie, lequel présente une sensibilité élevée à une énergie d'entrée, et par un second élément sensible à une énergie, lequel présente une impédance d'obscurité et une tension de claquage 69 G1426 3 2000822 élevées, tua élément électroluminescent pour émettre de la lumière en réponse à 3a variation de l'impédance de l'élément conpcsite sensible à une énergie et ce en correspondance avec l'intensité de l'énergie d'entrée, et deux électrodes pour appliquer un 5 champ électrique à l'élément composite sensible à une énergie et à l'élément électroluminescent. On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention en référence au dessin annexé sur lequel 10 - la figure 1 est une vue en coupe transversale schéma tique d'un convertisseur d'image à l'état solide classique « - La figure 2 est une vue en coupe transversale schématique d'un convertisseur d'image à l'état solide suivant l'invention. 15 Le convertisseur d'image à l'état solide classique représenté sur la figure 1 comprend une électrode 1 perméable à une image L^ d'une énergie d'entrée, constituée par exemple par des rayons lumineux, des radiations ou une énergie similaire, une couche photoconductrice 2, une couche opaque 3, une couche électro-20 luminescente 4 pour produire une image lumineuse de sortie Lg et ■une plaque de support transparente 6 recouverte d'une électrode transparente 5» Une source d'énergie électrique 5 applique une tension de fonctionnement V entre les électrodes 1 et 5. Ainsi qu'il a déjà été expliqué, ce. dispositif connu ne peut pas fournir 25 une image de sortie de bonne qualité» Une forme d'exécution d'un convertisseur d'image à l'état solide suivant l'invention, représentée sur la figure 2, comprend | une plaque de verre transparente 6, recouverte d'une électrode transparente 5 réalisée, par exemple, en oxyde stannique, une 30 couche électroluminescente 4, d'environ 50 microns d'épaisseur, placée sur l'électi-ode transparente 5» cette couche électroluminescente étant constituée par une poudre de phosphore ZnS agglo- j mérée par un liant tel qu'une résine epoxy, une couche opaque 3, d'environ 5 microns d'épaisseur, placée sur la couche électrolu-35 minescente 4, cette couche opaque 3 étant constituée en mélangeant une poudre opaque, telle que du carbon black, avec un liant semblable à celui utilisé dans la couche électroluminescente 4, et une couche photoconductrice composite 20 disposée sur la couche opaque 3- Cette couche photoconductrice composite 20 est constituée qq par un stratifié composé d'une première couche photoconductrice 21 69 01426 *■ 2000822 munie d'une électrode perforée 10, et d'une seconde couche photoconductrice 22. Une source d'énergie électrique 7 applique une tension de fonctionnement V entre l'électrode perforé "10 et l'électrode transparente 5- On utilise, en tant qu'image d'entrée 5 L/j, une image de rayons X. La première couche photoconductrice 21 est une couche ayant une épaisseur d'environ 50 à 80 microns et qui est constituée à partir d'une poudre d'une matière photoconductrice présentant une résistance d'obscurité et; une tension de-claquage faibles mais 10 ^ant une caractéristique deréponse rapide et capable de produire un courant photoélectrique important, par exemple CdSe, CdHgTe,etc... cette poudre étant agglomérée au moyen d'un liant tel eu'une résine époxyc La couche 21 est munie d'une électrode percée de petits trous, telle qu'une électrode en forme de grille formée, par exem-*15 ]±e, de filameixts de tungstène ayant un diamètre d'environ 10 à 50 microns et disposés à des intervalles d'environ 200 à 600 microns, ou bien encore une électrode en forme de réseau ou de tamis ayant une maille -d'ouverture allant de 100 microns à 590 microns et formé en tissant des filaments métalliques» La seconde couche photoconduc- PQ x trice 22 est sensible, dans une certaine mesure,-a l'image de rayons X L^ et elle présente une tension de claquage et une résistance d'obscurité supérieures à celles de la première couche photoconductrice 21. La seconde couche photoconductrice 22 est constituée par une poudre d'une matière contenant, par exemple, du CdS ou du 25 CdS-CdSe (solution solide de CdS et CdSe), cette poudre étant agglomérée au moyen d'un liant tel qu'une résine époxy, et la couche 22 est plus épaisse que la couche 21, en ayant par exemple une I épaisseur d'environ 200 à 400 microns. Les épaisseurs des couches 21 et 22 peuvent être choisies en fonction de la résistance d'obscu-30 rité, de la tension de claquage et du taux de variation de la résistance ou de l'impédance en fonction de l'énergie d'entrée ou de la sensibilité de chaque matière photoconductrice utilisée» La tension de fonctionnement V est appliquée par la source d'énergie 7, entre les électrodes 5 et 10. Par suite de la prévi-35 sion de la seconde couche photoconductrice 22 à résistance d'obscurité et tension de claquage élevées, une tension de fonctionnement très élevée peut être appliquée tout en maintenant une image de sortie lumineuse L2 sombre et suffisamr.ent faible comparativement •au cas où la seconde couche photoconductrice 22 n'sst pas prévue» ^ Lorsqu'une image d'entrée de rayons X L^ est projetée BAD ORIGINAL 69 01426 ' 5 2000822 sur la première couche photoconductrice 2Ay la résistance latérale des portions interstitielles de la couche 21 exposées à l'image de rayonsX L. diminue effectivement, par suite d'une réponse rapide eu d'une sensibilité élevée. La décroissance de ^ la résistance latérale R-^ augmente la surface effective de 1'électrode perforée 10 et par conséquent le facteur d'espace vis-à-vis de l'électrode plane transparente 5» Lu fait de cet accroissement j du facteur d'espace , le courant de déplacement entr'e les électrode^ 10 e-c 5 augmente. L'image lumineuse de sortie Lg produite par la ! 10 couche électroluminescente 4 varie eu fonction de 1'accroissement j i du coxirant de déplacement,, Lorsque l'énergie d'entrée L„ s'accroît davantage, l'électrode perforée "10 devient effectivement."une électrode continue et en même temps 1'intensité des rayons X ayant traversé la première couche photoconductrice 21 devient très ^5 élevée. Par conséquent la seconde couche photoconductrice 22 devient à son tour sensible effectivement aux rayons X, en dépit de sa faible sensibilité» Par suite de l'excitation de la seconde couche photoconductrice 22 par les rayons X transmis, la résistance R^. de la couche 22 dans le sens de son épaisseur diminue. Puisque la 2o décroissance de la résistance R^. est pratiquement équivalente à la diminution de la distance entre les électrodes 10 et 5, le courant de déplacement entre les électrodes 10 et 5 augmente davantage pour produire une image lumineuse de sortie Lg plus intense « Généralement le temps de réponse' devient plus court 25 lorsque le degré d'excitation produit par une énergie d'entrée augmente. Puisque la variation de l'impédance de la seconde couche photoconductrice 22, laquelle;.contribue à la luminescence de la couche électroluminescente 4, est effective lorsque l'énergie d'entrée L/j est élevée, une région à réponse suffisamment rapide jO devient pratiquement la région de fonctionnement même si une couche ayant tin long temps de réponse pour une faible intensité des rayons X .Lyj est utilisée en tant que seconde couche photoconductrice 22» Ainsi, pour de faibles niveaux de l'énergie incidente L^, la première couche, photoconductrice 21 intervient, tandis que pour des 25 niveaux élevés de l'énergie d'entrée L^ c'est la seconde couche photoconductrice 22 qui intervient» Il en résulte que le dispositif suivant l'invention présente une réponse rapide, une tension de claquage élevée et une résistance d'obscurité élevée qui permet l'application d'une tension de fonctionnement élevée, ce qui 40 procure une image très lumineuse avec une forte sensibilité, un 69 01426 6 2000822 contraste élevé et une large gamme de luminescence » Dans cette forme d'exécution de l'invention, la première couche photoconductrice 21 est principalement utilisée en ce qui-concerne la variation de sa résistance latérale 3^. A cet égard 5 l'électrode perforée 10 peut être prévue de telle manière qu'une portion de cette électrode soit exposée au-dessus de la surface de la première couche photoconductrice 21 et que le reste de l'électrode soit enrooé dans cette couche, ainsi qu'il est illustré sur la figure 2. Suivant des variantes de réalisation, l'électrode 10 10 peut être complètement noyée dans la couche 21 ou "bien elle peut être disposée entre les première et seconde couches photoccnduc-trices 21 et 22 ou bien encore elle peut être disposée sur la surface externe de la première couche photoconductrice 21» Dans le cas précité on peut utiliser additionnellemen-c la 15 variation de la résistance de la couche 21 dans le sens de son épaisseur» Au lieu d'employer principalement la variation de la résistance latérale de la couche 21, on peut utiliser la variation de la résistance dans le sens de l'épaisseur en accroissant d'une manière appropriée 1'épaisseur de la couche 21 et en prévoyant une 20 électrode continue perméable à l'énergie d'entrée, telle que, par exemple, une électrode -constituée par une mince couche métallique ou une couche mince conductrice transparente, déposée par évapora-tion star la surface de la couche Bien que l'on ait utilisé, dans la forme d'exécution de 25 l'invention décrite ci-dessus, des rayons Z en tant qu'énergie d'entrée , on peut également utiliser, en tant qu'énergie d'entrée des rayons infra-rouges» Dans ce cas on peut convertir une image ! de lumière infra-rouge en une image de lumière visible, en utilisant une matière photoconductrice sensible aux infra-rouges, laquell 30 présente une faible résistance d'obscurité et 'une basse tension de claquage et qu'il n'a pas été possible d'utiliser dans des-dispositifs convertisseurs d'image à l'état solide, par exemple une matière telle que PbS, FbSe, udHhï'e, etc •••, en tant que première couche 21 sensible à l'énergie, et en utilisant du CdSe, qui présen-35 "te un certain degré de sensibilité à l'égard de la lumière infrarouge, pour constituer la seconde couuhe 22 sensible à l'énergie. Dans la description qui précède on utilise des matières photoconductrices pour constituer les couches 21 e'j 22. Cependant, puisqu'il est suffisant que ces couches 21 et 22 présentent une ^ variation de résistance ou d'impédance en réponse à une énergie uV ù i 4iô 7 2000822 d'entrée, on peut également utiliser des matières piézo-électriquss, magnétorésistantes, etc pour constituer les couches 21 et 22„ Dans ce cas on peut alors utiliser, en tant qu'énergie d'entrée L^,une énergie élastique, une énergie électromagnétique, etc .... ^ De même, bien que l'on ait utilisé une matière électroluminescente pour constituer la couche luminescente 4 de la forme d'exécurion de l'invention précitée, on peut employer, en tant que matière de la couche luminescente 4, d'autres matières solides à effet laser ou d'autres matières luminescentes, parce que la couche 4 doit être commandée électriquement uniquement en ce qui concerne sa luminescence. Il est du reste "bien entendu que le mode de réalisation de l'invention qui a été décrit ci-dessus, en référence au dessin annexé, a été donné à titre purement indicatif et nullement limitais tif et que de nombreuses modifications peuvent être apportées sans que l'on s 'écarte pour cela du cadre de la présente invention. b 9 u1426 8 2000822 -EEViîlIDICÀTIOiiS- 1 « - Un convertisseur d'inage à l'état solide caractérisé en ce qu'il comprend un élément composite sensible à une énergie lequel est constitué par un premier élément sensible à une énergie, lequel présente une sensibilité élevée à l'égard d'une énergie 5 d'entrée, et par un second élément sensible à une énergie, lequel présente une impédance d'obscurité élevée et une tension de claquage élevée, un élément électroluminescent destiné à émettre de la lumière en réponse à la variation de l'impédance de l'élément composite sensible à l'énergie, en fonction de l'intensité de l'éner-10 gie d'entrée, et deux électrodes pour appliquer un champ électrique à l'élément composite sensible à une énergie et à l'élément électroluminescente 2„ - Un convertisseur d'image suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'une des électrodes qui est prévue du 15 côté de l'entrée, est une électrode perforée„ 5o - Un convertisseur d'image suivant la revendication "1 caractérisé en ce que le premier élément sensible à une énergie est un élément photoconducteur comportant l'un au moins des corps constitués par CdSe et CdHgi'e et le second élément sensible à l'éner-20 gie est un élément photoconducteur comportant CdS ou CdS - CdSe» 8AD ORIGINAL IL