Brevet FR2227547A1 — publié le 19741122

L'invention concerne un dispositif pour la conversion d'image utilisant l'association d'un élément photosensible et d'un cristal liquide. Certains cristaux liquides , en lames minces, possèdent la propriété d'exercer en chacun de leurs points, sur une lumière incidente, un effet, un effet diffusant en particulier, qui dépend de la différence de potentiel existant entre les deux faces de la lame en ce point. Cette propriété est mise à profit dans des dispositifs de formes diverses pour obtenir la conversion d'une image incidente en une image de caractéristiques différentes, ces caractéristiques dépendant de l'application à laquelle est destinée le dispositif amplification de luminance et de contraste, conversion de longueur d'onde, projection sur grand écran d'images de télévision. Ceci est obtenu au moyen d'une source extérieure. de lumière, dite lumière de projection, envoyant un faisceau de lumière sur le cristal liquide. Des moyens appropriés assurent l'apparition en chacun des points de la lame de cristal liquide des différences de potentiel en question, ces différences étant fonction de l'intensité de la lumière incidente, ou de modulation, en provenance de Itimage à convertir. Parmi ces moyens, l'un consiste en un élément photosensible, une couche d'un corps photoconducteur par exemple, accolé à la lame de cristal liquide et exposé à la lumière incidente, et en une source de tension dont les bornes sont reliées aux deux faces extérieures de 11 ensemble ainsi formé. La variation de résistivité de ce dernier sous l'effet de la lumière incidente entraîne l'apparition en chaque point, entre les faces opposées de la lame de cristal liquide, de différences de potentiel fonction de l'intensité de la lumière incidente frappant l'élément photosensible au point correspondant. Lorsque l'on fonctionne par réflexion, avec deux lumières, incidente l et de projection X, arrivant sur l'ensemble formé pour l'élément photosensible et le cristal liquide de chaque côté de celui-ci, il est nécessaire de séparer les deux lumières 1 et L de façon å soustraire l'élément photosensible à la lumière de projection, lorsqu'il est sensible à cette lumière, de manière que sa réponse soit bien celle résultant de la lumière incidente en provenance de l'image à convertir ; dn d'autres termes de prévoir une barrière optique placée sur le trajet de la lumière de projection en avant de l'élément photosensible ; on se rendra compte du caractère absolu de cette nécessité quand on saura que les ordres de grandeur des intensités lumireuses des faisceaux 1 et 1 sont souvent sans commune mesure l'un avec l'autre l'intensité de la lumière de projection L est facilement un nombre de fois celle de la lumière incidente 1 se chiffrant par une puissance de 10 dont l'exposant est de l'ordre de quelques unités ; dans ces conditions le signal induit par la lumière incidente dans l'élément photosensible se trouverait complètement noyé dans celui induit par la lumière de projection en l'absence de dispositions soustrayant l'élément photosensible à la lumière de projeetion. Dans les conditions où l'on se trouve généralement, on estime qu'il est nécessaire d'affaiblir le faisceau de projection dans un rapport dlen- viron 107 pour ne pas perturber le signal induit dans I'élément photosensible par la lumière incidente en provenance de l'image. C'est dire que les barrières optiques en question doivent présenter une opacité presque totale à la lumière de projection L. Cette barrière doit par ailleurs présenter une bonne conductibilité électrique transversale, c'est-à-dire dans la direction perpendiculaire à ses faces en contact avec l'élément photosensible d'une part et-la lame de cristal liquide d'autre part, en m & e temps qu'une faible conductibilité latérale, parallèlement à ces faces, de façon à permettre l'application dans des conditions satisfaisantes des signaux électriques au cristal liquide. Diverses dispositions ont été décrites dans l'art antérieur pour obtenir ce résultat. On se reportera utilement à ce sujet à l'article de D.L. WHITE "Liquid-arystal Light Valves" dans Electronics Letters du 31 Décembre 1970, Vol. 6 NO 26, pages 837, 839,précisant le r81e de ces barrières et donnant un exemple de réalisation de celles-ci. La présente invention concerne un dispositif de conversion d'image à élément photoconducteur et cristal liquide utilisant une barrière opaque d'un type nouveau. L'invention sera mieux comprise en se reportant à la description qui suit et aux figures jointes qui représentent figure 1 : un schéma explicatif du fonctionnement des dispositifs de conversion d'image à cristal liquide et élément photosensible figure 2 : une vue schématique, en coupe, d'un dispositif de l'invention. Dans ce qui'précède on a parlé de "lame minces de cristal liquide, par analogie avec les lames minces de l'optique. Ce terme est en réalité impropre pour un matériau se présentant dans la phase liquide et donc impossible à isoler sous forme de lames minces indépendantes, mais qui doit au contraire cotre contenu dans un volume ménagé dans les dispositifs dont il fait partie. On continuera néanmoins, pour la commodité à employer ce terme dans ce qui suit ; on utilisera aussi celui de couche. On rappelle brièvement, à propos de la figure 1, comment fonctionne l'ensemble constitué par un élément photosensible et une lame mince de cristal liquide accolées1 Une source de tension continue ou alternative, est-reliée par les connexions 10 et 11 aux deux faces libres de l'ensemble. La lumière incidente en provenance de l'image à convertir est dirigée sur l'élément photosensible dont la résistance en chaque point est fonction de l'intensité de cette lumière en-ce point ; chaque point de cet élément est représenté sur la figure par la résistance, variable, de gauche. En chaque point de la lame de cristal liquide, représenté par la résistance de droite, apparat donc, entre les deux faces de celle-ci, points Â et B sur la figure, une différence de potentiel V - V3 égale à la différence entre la tension de la source 1 et la chute de potentiel au sein de l'élément photosensible au point correspondant, et donc fonction du signal de l'image en ce point. Selon'l'invention, la barrière est constituée d'une monarque de plots conducteurs noyée dans un matériau isolant opaque à la lumière. La constitution de cette barrière et son insertion dans le dispositif de conversion sont précisées en détail ci-dessous à l'aide de la figure 2. La figure 2 est une coupe schématique d'un dispositif de conversion d'image à cristal liquide et élément photosensible de l'invention. Sur cette figure, on distingue : une plaque de verre 20 une couche conductrice semi-transparente 21, sans hachures pour la clarté, recouvrant la plaque 20, par laquelle est assurée le branchement de l'une des bornes de la source t au dispositif, (connexion io), une couche d'un matériau photoconducteur 22, une deuxième plaque de verre 23, une couche conductrice 24, reliée à la connexion 11, recouvrant la plaque 23 comme le montre le dessin, une couche de cristal liquide 25 , couverte dé croix sur le dessin, et enfin la barrière 26. Le cristal liquide 25 occupe un espace étanche entre la couche conductrice 24 et la barrière 26 . Cette étanchéité est par exemple assurée par un cordon de colle plastique schématiquement représenté en 27. Le repère 28 désigne une cale d'épaisseur en un matériau isolant comme ceux connus sous les dénominations commerciales de Mylar ou Téflon. Ces deux derniers éléments ont été représentés sans hachures pour la clarté. En 29 sont représentés sur cette figure des petits miroirs plans. C'est par réflexion sur ces petits miroirs, et diffusion a.travers la lame de cristal liquide 25, de la lumière de projection 1, qu'est obtenue l'image donnée par le dispositif de l'image incidente. Cette image est en général projetée, par les moyens optiques appropriés, sur un écran situe du côté du dispositif par où arrive la lumière de projection. les miroirs 29 sont disposés suivant une mosaïque régulière. La finesse de cette mosaïque, c'est-à-dire le nombre de miroirs tels que 29 par unité de surface,est déterminé pour la définition de l'image obtenue avec le dispositif. La barrière 26 de l'invention est composée de plots métallique 261 disposés suivant une mosaïque régulière comme les miroirs 29. Ces plots ont la forme de cylindres ou de troncs ae pyramide dont la petite base est située à droite sur la figure ; chacun de ces plots est en contact par sa petite base avec l'un des miroirs 29 précédents. l'espace libre entre les plots est occupé sur toute la hauteur de ces plots par un corps isolant opaque à la lumière, repère 262 sur le dessin. On donne ci-dessous, à titre indicatif, un exemple de réalisation du dispositif de la figure 2. Sur une plaque de verre 20 de 3 mm d'épaisseur et de 80 mm de diamètre est déposée une couche conductrice semi-transparente 21 d'oxyde d'étain, d'oxydeiindium, d'or ou de tout matériau approprié, puis ,sur celle-ci,une couche 22 d'un corps photoconducteur, le trisulfure d'antimoine par exemple, suivant la technique connue de l'évaporation sous vide et avec les épaisseurs pratiquées habituellement dans la réalisation de ce genre de dispositifs, soit o 5000 A environ, pour l'une et l'autre de ces couches. Sur la couche de trisulfure d'antimoine Sh2S3 est réalisée la barrière des dispositifs de l'invention, dans les conditions indiquées ci-dessous. A travers une grille de nickel tendue, en contact avec la couche de trisulfure d'antimoine, on dépose sur celle-ci une épaisseur de 15 /um d'aluminium; après retrait de la grille il apparait une mosaïque de plots 261 isolés les uns des autres, adhérents à la couche de trisulfure d'antimoine 22 . Le procédé utilisé pour déposer cette épaisseur d'aluminium est celui de l'évaporation par bombardement électronique. On colmate ensuite les espaces libres entre les plots 261 par un corps isolant opaque à la lumière L. Ce colmatage est fait en étendant par sérigraphie une couche, 262, d'une résine époxS,ou époxyde, contenant une forte charge opacifiante, du de noir/carbone par exemple, comme il en existe actuellement dans le commerce0 Sur la face du sous-ensemble ainsi préparé,port3nt les plots 261, on dépose la résine. Cette résine contiens 23 gr. de noir de carbone d'une granulométrie d'environ 1 /un pour 100 gr. de liant organique et une quantité comparable de solvant qui permet d'en ajuster la viscosité0la couche de résine est réalisée initialement, à dessein, dlune épaisseur slopérieure à celle des plots qui se trouvent noyés dans celle-ci; elle est ensuite rodée à l'épaisseur voulue pour faire apparaitre des plots d'une périodicité spatiale en rapport avec la définition qufiltsn veut donner à l'image.On procède ensuite à un polissage/afin que la surface sur les iWpaaisse brillante. les plots affleurentla barrière sous la forme de carrés de 10/um de côté, dans ltexemple de rdalisation décrit où les miroirs 29 consistaient en de petits carrés d'aluminium de 45 /um de c8té et de 1000 d'épaisseur, espacés tous les Sur la barrière optique 26 ainsi réalisée on procède au dépôt par évaporation sous vide d'une mosaïque de miroirs d'aluminium, 29 sur le dessin, chacun de ces miroirs étant en contact avec un des plots précédents, comme il a été dit plus haut et comme le montre le dessin de la figure 2 . On utilise au cours de cette opération la même technique que celle utilisée pour la réalisation des plots métalliques 26t. On prépare séparément un deuxième sous-ensemble consistant en une deuxième plaque de verre 23 sur laquelle on dépose une couche d'oxyde d'étain 24 , ce sous-ensemble est semblablé en tous points à celui formé par les éléments 20 et 21 de l'opération précédente. Une couche 25 d'un cristal liquide nématique d'épaisseur tO/um connu pour ses propriétés électro-optiques, par exemple celui connu sous la dénomination NEBKA, ett emprisonnée entre la barrière 26 et le sous-ensemble 23,24. Cette couche, extrêmement mince, se main tient sans fuite entre les deux sous-ensembles pendant que l'on étanche le compartiment limité latéralement par la cale d'épaisseur 28 dans lequel elle est contenue, au moyen du cordon de colle 27 traversé par le passage 12. le matériau MEBA en question est le p-Methoxy-Beuzylidène -p-n- Butylaniline. La barrière optique réalisée comme il a été décrit ci-dessus assure à la fois une bonne séparation des faisceaux de lumière de modulation i et de projection X , et une bonne conductibilité électrique entre l'élément photosensible 22 et le cristal liquide 25 dans la direction perpendiculaire aux faces du dispositif. Du point de vue optique, une telle barrière est caractérisée par sa densité optique, c'est-à-dire le logarithme de base 10 du rapport d'une lumière incidente tombant d'won coté sur la barrière, ici la lumière X, à celle de la lumière recueillie de l'autre côté de la barrière. Cette deilsité était de l'ordre de 6 pour la barrière de l'invention dont la réalisation a été décrite ci-dessus. Du point de vue électrique elle est conductrice transversalement à l'endroit des plots 261 aboutissant aux miroirs 29, et présente une conductibilité latérale pratiquement nulle avec les matériaux isolants utilisables pour le colmatage de la mosaïque des plots 261 telle que l'époxyde. La constitution de la barrière de l'invention assure par ailleurs, par un choix convenable des dimensions des plots une définition de l'image comparable à celle que permet le cristal liquide. On décrit ci-dessus un exemple de réalisation de la barrière optique des dispositifs de ltinvention. Il est-entendu cependant que l'invention n'est pas limitée à cet exemple, mais comprend également toutes les réalisations équivalentes et, en particulier, celles qui ne diffèrent de l'exemple décrit que sous le rapport des matériaux utilisés ou de leur mise en oeuvre. C'est ainsi que les plaques 20 et 23 en verre dans l'exemple, pourraient être en tout matériau transparent aux radiations auxquelles elles sont exposées; ces radiations peuvent d'ailleurs etre de spectres différents, visibles ou non, Si l'on désire opérer une conversion de longueur d'onde et, dans ce cas, à la protection résultant de l'opacité de la barrière s'ajoute celle résultant d'une différence des spectres des deux lumières incidentes l et 1. De même, tout en restant dans le cadre de l'invention, il est possible de choisir d'autres matériaux que ceux de 11 exemple précèdent : pour constituer les plots, du titane ou du magnésium au lieu d'aluminium, et,pour les miroirs,tout métal à pouvoir réflecteur élevé tel que l'argent ou le rhodium. Ces miroirs peuvent aussi être formés par la photogravure d' une couche uniforme d'un des métaux à pouvoir réflecteur élevé. Des miroirs diélectriques consistant en une succession de couches diélectriques d'indices optiques alternés, peuvent aussi être utilisés. Le matériau de colmatage peut lui aussi être choisi parmi toutes les résines polymérisables supportant une charge par un matériau opacifiant, sans que cette résine soit necessairement une résine époxy. Il peut aussi consister en une poudre noire en suspension dans un liant. L'enduction du matériau de colmatage peut être réalisé par sédimentation, centrifugation, etc... le matériau photosensible peut lui-mtme titre choisi parmi une grande varié de matériaux tels que l'oxyde de zinc, ZnO, le sulfure de cadmium CdS, le tellurure de cadmium CdTe, le silicium l'arséniure de galliux AssGa, le slénium, l'oxyde de plomb PbO et le séléniure de cadmium CdSe, etc.. Dans une variante, l'élément photoconducteur 22 peut consister en une lame cristalline de silicium portant sur sa face en contact avec la barrière une matrice de photodiodes comme c'est le cas de certaines cibles de vidicon (toir The Bell System Technical Journal Volume 47 n09 - Novembre 1968). Enfin, il a été question dans ce qui précède de cristal liquide nématique pour constituer la couche 25. Un cristal liquide cholss- térique ou un mélange de cristaux liquides nématique et cholesrique conviendraient également. le choix dépend de ltexploitation du dispositif et de sa mise en oeuvre. REVEEDICATIONS 1. Dispositif de conversion d'image composé ("un cristal liquide et d'un élément photosensible en couches se faisant face et séparés par une barrière optique avec laquelle ils sont en contact, le dispositif étant exposé du côté de l'élément photosensible au rayonnement en provenance de l'image à convertir et de l'autre à un faisceau de lumière de projection et comprenant des moyenstablissant en fonctionnement une aiffé- rence de potentiel donnée entre les faces non en regard de l'élément photosensible et du cristal liquide et une mosalque de petits miroirs disposés sur la face de la barrière en contact avec le cristal liquide réfléchissant ladite lumière de projection, caractérisé en ce que ladite barrière est constituée par des plots conducteurs isolés les uns des autres et en contact chacun à l'une de leurs extrémités avec l'un desdits petits miroirs et solidaire à l'autre extrémité de l'élément photosensible et en un corps isolant opaque à la lumière occupant tout 11 espace compris entre les plots. 2. Dispositif de conversion dimage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps isolant est un époxyde chargé de noir de carbone. 3. Dispositif de conversion d'image suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps isolant consiste en du noir de carbone en suspension dans un liant. 4. Dispositif de conversion d'image suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément photosensible est fait de trisulfure d'antimoine Su2$3 . 5. Dispositif de conversion d'image suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément photosensible est en l'un des matériaux du groupe constitué par l'oxyde de zinc(Zn0), le aulfure de cadmium (CdS), le tellurure de cadmium (CdTe), I'arséniure de gallium (sa), le silicium (Si), le sélénium (Se), l'oxyde de plomb (PbO) et le séléniure de cadmium (CdSe). 6. Dispositif de conversion d'image suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément photosensible consiste en un cristal de silicium comportant sur sa face en contact avec la barrière un réseau de photodiodes. 7. Dispositif-de conversion d'image suivant la revendication i, caractérisé en ce que ledit cristal liquide est un cristal liquide nématique.