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Lampes éleotriques à conduction gazeuse.
La présente invention se rapporte à des lampes électri- ques à conduction gazeuse, et plus spécialement à celles à décharge, telle qu'une décharge négative luminescente,, oor- respondant sans retard appréciable à des variations rapides de voltage de l'ordre de la radio-fréquence, Ces lampes sont particulièrement utilisables comme source de lumière pour les appareils de reproduction fac-simile, au moyen desquels on peut obtenir télégraphiquement par fil ou par radio des fac-simile d'images, de documents etc, et comme source de
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lumière dans les appareils récepteurs ou reproducteurs de té- lévision; ces lampes sont encore utilisables pour la signa- lisation et pour beaucoup d'autres applications dans lesquel- les une source de lumière répondant exactement à des varia- tions de voltage à haute fréquence, est utile.
Un but de la présente invention est de procurer une lam- pe qui émette une quantité de lumière variant sensiblement d'après les variations du voltage qui lui est fourni, même si ces variations de voltage ont une fréquence aussi élevée que la radio-fréquence cette lampe étant de construction simple et robuste de manière qu'elle convienne bien pour un usage commercial. Un autre but de la présente invention est de construire une lampe de ce genre qui produise sur une surface relativement grande, une luminescence sensiblement uniforme qui varie d'intensité sensiblement d'après les va- riations du voltage fourni. Un autre but est de procurer une lampe qui produise une tache lumineuse très brillante dont l'éclat varie suivant les variations du voltage fourni.
Un autre but encore de cette invention est de perfectionner les lampes de ce genre de manière à ce qu'elles soient utilisa- bles commercialement et quelles puissent être fabriquées économiquement sur une grande échelle.
A cet effet, suivant la présente invention, les lampes comprennent une ampoule scellée contenant un gaz raréfié bon conducteur, tel que le néon, et elles sont pourvues d'une anode tubulaire ou annulaire et d'une cathode cylindrique concentrique à l'anode ou placée dans celle-ci, mais espacée et aussi isolée de cette anode par une cloison isolante très mince, constituée par une matière constituant un bon isolant, comme le mica, laquelle cloison permet de serrer la cathode dans l'anode assez fermement pour qu'elle soit maintenue en
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place.
Afin de maintenir les électrodes à une basse tempéra- ture pendant le fonctionnement de la lampe, l'anode a de préférence une masse relativement considérable avec assez de surface pour que la radiation soit suffisante pour main- tenir les électrodes à la température désirée. Une telle lampe, ayant une anode tubulaire relativement massive, dans laquelle la cathode est tenue fermement, peut être robuste au point de vue mécanique en montant l'anode dans l'ampoule avec un jeu tel que tout déplacement transversal indésirable des électrodes dans l'ampoule soit évité.
Le terme "tubulaire" appliqué dans la présente description , l'anode, désigne toute anode ayant des parois extérieures annulaires. quelques types d'appareils de télévision, produisant au récepteur une image animée d'un objet situé au transmetteur, utilisent une lampe à luminescence ayant une cathode plate, d'une surface considérable, sur laquelle se produit une lu- minescence cathodique uniformément diffusée. Dans une lampe à anode tubulaire, dans l'alésage de laquelle est montée une cathode dont la face sensiblement unie ou face active est au ras de l'extrémité de l'anode, on obtient, suivant la pré- sente invention, une luminescence très uniformément distribuée sur la surface active de la cathode.
Pour concentrer toute la décharge ou luminescence cathodique sur la surface active de la cathode, il est préférable de doubler l'Intérieur de l'anode tubulaire d'un revêtement isolant, tel que le mica, par lequel la cathode et l'anode sont espacées de manière à laisser un très petit Intervalle entre elles.
Dans quelques cas, la surface arrière ou Inactive et non lumineuse de la cathode peut avantageusement être recouverte d'une couche isolante, Quoiqu'habituellement toute la surface active plate
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de la cathode d'une telle lampe soit couverte très uniformé- ment par la luminescence cathodique, on a trouvé que dans quelques cas la répartition de la luminescence peut être avantageusement réglée en donnant une forme spéciale à la surface active de cette cathode.
Par exemple, on peut ménager sur la face nue de la ca- thode un évidement ou cavité, généralement de forme conique comme un entonnoir de manière que ses parois soient légère- ment inclinées vers l'axe longitudinal de la cathode.
La densité et l'éclat de la luminescence cathodique au fond de la cavité dépendent de la forme de ce fond et de l'angle formé par les parois de la cavité. si la cavité est peu profonde et si l'angle des parois au fond est obtus, la luminescence tendra à être seulement un peu plus dense au fond que sur les parois, et il s'ensuit qu'une tendance de la luminescence à être quelque peu plus dense près des bords qu'au centre d'une grande cathode, peut être corrigée en employant une cavité ayant une forme et une inclinaison de parois telles que la luminescence soit sensiblement unifor- me sur toute la surface de la cathode.
Dans les formes de réalisation de l'invention qui pro- curent une source de lumière concentrée convenant bien comme source de lumière variable pour certains type d'appareils de télévision et de reproduction face-simile, la cathode peut être avantageusement creuse, ou avec une cavité dans laquelle le gaz soit plus ou moins confiné et maintenu près de la surface active de cette cathode.
De préférence, la cavité de la cathode a une section transversale et une pro- fondeur telles que dans des conditions normales de fonction- nement, toute la décharge soit pratiquement concentrée dans la cavité qui forme un cratère pour cette décharge cathodique
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luminescente, cette cavité ou cratère pourra avoir la forme d'un entonnoir profond de relativement petite largeur, dont la profondeur soit plus grande que son diamètre maximum, de façon que ses parois forment un angle aigu, ou bien être cylindrique avec des parois parallèles. si on le désire, le trou peut être évasé sous son orifice de manière que le cratère ait la forme d'une bouteille ou d'un cône renversé dont l'un orifice, par lequel la lumière s'échappe, a une plus petite section que le restant de la cavité.
Une décharge luminescente très intense peut être produite dans une telle cavité conique inversée et comme la lumière s'échappe uni- quement par un orifice de petit diamètre, une source de lu- mière très concentrée est ainsi obtenue. Le cratère destiné à la décharge peut aussi être un trou conique ménagé dans la cathode, laquelle est montée de manière à ce que la lumière de la décharge luminescente produite dans le trou conique, soit émise uniquement par l'orifice étroit - du trou.
Cette cathode tubulaire à trou conique peut être employée, soit avec une anode annulaire, soit avec une anode en forme de godet dans laquelle la cathode est montée avec le large ori- fice de son trou vers le fond du godet et isolée de l'anode par une mince feuille de mica qui est perforée en regard de ce large orifice afin de laisser à nu l'anode vers l'inté- rieur de la cathode tubulaire. Pour la facilité, la cathode à cratère en forme de bouteille peut être faite en deux par- ties, en montant sur l'extrémité d'une tige pleine un bloc présentant un trou conique, le plus large des deux orifices de ce trou s'appliquant sur l'extrémité de la tige qui forme le fond du cratère.
L'anode et la cathode d'une lampe suivant la présente invention peuvent avantageusement être reliées à l'arrière à
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un pied de lampe tel que ceux des lampes à incandescence ou électroniques, ou bien elles peuvent être entièrement sup- portées par ce pied si on le désire. une des extrémités de la lampe est munie d'un culot qui sert à mettre la lampe en circuit et dégage complètement l'autre extrémité de l'ampoule au-dessus de la surface active de la cathode. Une lampe munie d'un culot de ce genre constitue un appareil très simple et robuste convenant bien pour l'usage commercial. La présente invention comprend aussi des caractéristiques et des détails de construction nouveaux qui sont plus amplement décrits ci- après et dans les revendications annexées.
L'invention sera mieux comprise en se référant aux des- sins annexés, qui montrent, simplement à titre d'exemples, en coupe longitudinale, quelques unes des diverses formes de lampes qui peuvent être réalisées d'après cette invention, afin d'expliquer la position relative desélectrodes et leur construction.
Fig. 1 montre une lampe à luminescence pourvue d'une cathode plate dans laquelle la luminescence cathodique est répartie uniformément sur sa surface active; Fig. 2 montre une variante dans laquelle la cathode présente un évidement ou cavité peu profonde afin de modifier la répartition de la luminescence cathodique; Fig. 3 montre une lampe ayant une cathode creuse afin de produire une tache de lumière concentrée brillante ; Fig. 4 montre une forme modifiée, ayant une cathode creu- se en deux parties, dans laquelle la luminescence se produit dans une cavité plus large que l'orifice de sortie de la lumière ;
Fig. 5 montre une lampe ayant une anode en forme de go- det dans laquelle est montée une cathode perforée;
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la Fig 6 montre une lampe ayant une anode annulaire et une cathode tubulaire percée d'un trou ou cratère conique.
Fig. 7 montre une lampe dont la cathode est pourvue d'un cratère en forme d'entonnoir profonde, et qui est cou- verte par une anode présentant une fenêtre qui permet à la lumière du cratère de s'échapper, et
Fig. 8 montre une lampe munie d'un culot à une extrémité et dont les électrodes sont entièrement supportées par le pied de lampe.
Les lampes réalisant la présente invention peuvent être fabriquées d'une manière très semblable aux lampes à incan- descence ou électroniques. La forme particulière de lampe montrée sur la Fig. 1 comprend une ampoule 10, préférablement de la forme cylindrique couramment appelée ampoule tubulaire, dans laquelle est scellée une extrémité d'un pied de lampe 11 de construction usuelle ayant deux fils conducteurs %2;qui fournissent le courant aux électrodes et qui, dans certains cas, servent aussi à les supporter. L'ampoule contient un gaz raréfié bon conducteur tel que le néon, à une pression d'envi- ron 30 mm. de mercure, qui donne une bonne luminescence ca- thodique au potentiel de fonctionnement normal de quelques centaines de volts.
Le néon peut être épuré, avant son in- troduction dans l'ampoule, quoique, pour beaucoup d'usages, on puisse employer le néon commercial, qui contient environ 20% d'hélium, et il a été trouvé avantageux d'ajouter une petite quantité d'argon, par exemple un demi %, au néon.
Pour certains usages, une atmosphère contenant un bien plus grand pourcentage d'argon, ou qui soit pratiquement formée d'argon pur, pourra être employée, mais dans la plupart des cas, il sera préférable d'employer une atmosphère où le néon prédomine. L'anode cylindrique 13 est annulaire ou tubulaire
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et peut être montée avec un très petit jeu par exemple 0,8 mm. dans l'ampoule cylindrique 10, de façon à, limiter le dépla- cement transversal des électrodes dans l'ampoule, quoiqu'un espace relativement considérable puisse être laissé entre ces électrodes et les parois de l'ampoule si les électrodes sont supportées sur le pied de lampe par des conducteurs 12 suffisamment forts pour porter ces électrodes, ou par des fils noyés dans le culot, comme on le fait habituellement pour les tubes de radio.
L'anode 13 est suffisamment massive pour rester froide pendant le fonctionnement et elle a une lon- gueur considérablement plus grande que l'épaisseur de ses parois, Elle est de préférence en aluminium ou en magnésium, quoiqu'elle puisse être en fer, cuivre ou nickel si on la traite en vue de la nettoyer et de la libérer des gaz occlus.
La cathode 14 est un disque épais, concentrique à l'anode, et sa surface antérieure ou active, sur laquelle la luminescence apparaît, est préférablement une surface unie, polie, venant sensiblement au ras de l'extrémité extérieure de l'anode. La cathode est avantageusement étroitement serrée dans l'alésage de l'anode, mais elle est isolée électriquement de l'anode 13, et aussi maintenue en place dans celle-ci, par une cloison isolante très mince 15, qui est de préférence en mica. Il a été trouvé avantageux de donner à cette cloison isolante une épalsseur d'environ 0,254mm. lorsque la lampe fonctionne avec un courant continu d'environ 300 volts.
Il est préférable, comme c'est montré sur la Fig. 1, de prolonger la cloison isolante 15 au delà de la cathode le long de la surface in- térieure de l'anode tubulaire, assez loin pour que l'alésage de l'anode soit couvert par l'isolant. Dans quelques cas, il est aussi avantageux de couvrir la surface postérieure de la cathode d'une couche isolante 16, telle qu'une feuille de
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mica, une couche de vernis ou de matière isolante analogue.
L'isolation de l'anode oblige la luminescence cathodique d'apparaître sur la surface active de la cathode, et prati- quement aucune perte ne se produit entre la cathode et l'ano- de en d'autres points.
Comme exemple concrets de cette réalisation particulière de la présente invention, une lampe peut être construite comme c'est montré sur la Fig. 1 avec une ampoule d'environ 5 centimètres de diamètre et d'une longueur d'environ 7,5 à 10 centimètres, une anode tubulaire en aluminium d'un peu moins de 5 centimètres de diamètre extérieur et d'environ 4,5 centimètres de diamètre intérieur, et ayant une longueur d'environ 5 centimètres, une cathode circulaire en forme de disque en nickel poli, en aluminium ou en métal analogue ayant une épaisseur d'environ 1,25 centimètre, qui s'ajuste dans l'alésage de l'anode, une cloison isolante en mica de 0,254 de millimètre d'épaisseur, placée entre la cathode et l'anode,
et une atmosphère raréfiée de néon ou d'un gaz bon conducteur analogue à la pression d'environ 30 mm. de mercure.
La cathode et l'anode doivent être nettoyées avant leur mon- tage dans la lampe. Lorsqu'une telle lampe fonctionne en courant continu, à environ 300 à 400 volts, elle absorbe en- viron douze centièmes d'ampère, elle a une vie raisonnable- ment longue et elle produit une lumière cathodique qui est sensiblement uniforme sur toute la surface active plate de la cathode. Pour la commodité, la lampe est montrée sur la Fig. 1 d'un culot fileté grand module mais elle peut comporter un culot plus petit du type standard employé habituellement pour les lampes à incandescence d'usage courant; ou bien elle peut être pourvue d'un culot du type à baionette.
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Pour certains usages, la. cathode est avantageusement fai- te en magnésium, mais parfois la luminescence cathodique a une tendance à être plus dense sur le bord qu'au centre d'une cathode de magnésium. Afin de régler la répartition de la luminescence sur la surface de la cathode, on donne à cette surface une forme un peu différente d'un plan, et pour le type particulier de lampe dans lequel une anode annulaire entoure une cathode circulaire, le centre de la surface acti- ve de la cathode peut être déprimé, comme c'est montré à la Fig. 2. Par exemple on peut ménager dans la surface active de la cathode 17 une dépression peu profonde 18 qui est en général conique ou en forme d'entonnoir et dont le sommet ou fond est pointu ou légèrement arrondi.
Si les cotés de la cavité 18 sont droits, l'angle compris entre ces côtés peut être un angle obtus, comme c'est montré sur la Fig. 2, pour obtenir une émission de lumière sensiblement uniforme sur toute la surface active de la cathode. En variant la profon- deur de la cavité, l'angle compris entre ses côtés, et la forme de ceux-ci, on peut varier la répartition de la lumines- cence sur la surface de la cathode et l'intensité de la lu- minescence au fond de la cavité.
Des lampes construites comme c'est décrit ci-dessus ont été employées avec succès dans les récepteurs de télévision du type dans lequel l'observateur voit la surface active ou éclairée de la cathode au travers d'un disque rotatif pourvu de perforations disposées suivant une spirale, sur un disque qui est en rotation synchrone avec un disque Identique du transmetteur, l'éclat de la surface éclairée variant en fonction des impulsions électriques, transmises par fil ou sans fil par le transmetteur.
Pour beaucoup d'applications et particulièrement pour certains types de récepteurs de télévision, et pour les ré-
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capteurs d'appareils de transmission de fac-simile photogra- phiques influences par des impulsions électriques envoyées par fil ou sans fil, il est désirable d'employer une source de lumière très concentrée et brillante, qui varie d'éclat suivant les variations du voltage. Une lampe construite sui- vant la présente invention afin d'obtenir une pareille source de lumière est représentée sur la Fig. 3, où l'ampoule et le pied de lampe sont pratiquement semblables à ceux représentés sur la Fig. 1, et où les électrodes sont concentriques.
L'ano- de 19 est tubulaire et comme l'anode 13, elle a de préférence une masse suffisante pour conserver une température raisonna- ble pendant le fonctionnement. La cathode 20 est cylindrique, est ajustée serrée dans l'alésage de l'anode et est isolée de celle-ci par une cloison isolante 21 de préférence en mica, ayant préférablement une épaisseur d'environ 0,254 mm. La cloison isolante entoure de préférence la cathode, et son extrémité antérieure est au ras des surfaces actives de la cathode et de l'anode, tandisqu'à l'arrière ce manchon ou cylindre isolant de mica se prolonge assez loin, par exemple sur environ 6 millimètres, pour former une cloison ou manchon isolant évitant que la décharge se produise à des endroits non désirés, et aidant à éviter des décharges entre les con- ducteurs 12.
Dans quelques cas, il peut être désirable de couvrir l'extrémité inférieure de la cathode d'une rondelle ou feuille 9?,de mica ou d'une matière isolante similaire.
Afin de concentrer la luminescence cathodique en une tache brillante ou source de lumière concentrée,on prépare une cathode creuse en ménageant par exemple dans l'extrémité de la cathode 20 une cavité ou cratère 23 ayant une sortie ou orifice de la grandeur et de la forme désirée de la tache lumineuse constituant la source de lumière.
Dans les conditions
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de fonctionnement normales de la lampe, toute la décharge luminescente a lieu pratiquement dans le cratère, puisqu'en réglant la pression du gaz et le voltage appliqué à la lampe, toute la luminescence cathodique peut être confinée dans ce cratère, Comme le rayon du cratère n'excède pas la profondeur de la luminescence cathodique qui se produit sur la surface active de la cathode sous la pression et le voltage mention- nés, la luminescence cathodique ou couronne produite sur les cotés du cratère semble remplir entièrement ce dernier et un observateur regardant l'intérieur du cratère voit une tache lumineuse profonde et très brillante.
Une lampe construite comme c'est montré sur la Fig. 3 et avec laquelle de bons résultats ont été obtenus, comporte une ampoule d'environ 3,2 centimètres de diamètre et d'environ 7,5 centimètres de longueur, une anode annulaire, 19, longue d'environ 2,5 centimètres, ayant un diamètre extérieur d'environ 2,5 centi- mètres et un alésage d'environ 6 millimètres, une cloison ou revêtement isolante 21 de mica ayant 0,254 mm. d'épaisseur, une cathode massive 20 remplissant l'allésage de l'anode et ayant à son extrémité antérieure un cratère ou puits cylin- drique 23, d'une profondeur d'environ 6 millimètres et ayant un diamètre de 1,25 mm. environ, l'atmosphère raréfiée de néon ou autre gaz conducteur analogue tel que l'argon ayant une pression d'environ 30 mm.
Lorsque cette lampe fonctionne avec du courant continu à 300 volts environ, elle consomme près de quatre centièmes d'ampère, et elle a une luminescen- ce cathodique très brillante entièrement confinée dans le cratère 23 et remplissant celui-ci, produisant ainsi une tache brillante de lumière intense d'environ 1,25 millimètre de diamètre. Le diamètre du cratère 23 peut être varié entre
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certaines limites, mais son rayon ne doit pas excéder la profondeur de la luminescence cathodique ou couronne qui se produit sur la cathode pour un voltage normal.
La profon- deur de la luminescence ou couronne dépend beaucoup de la nature du gaz et de sa pression, et dans une lampe construi- te comme dans l'exemple donné plus haut, le diamètre du cra- tère ne doit pas dépasser 3 mm. environ, ni être moindre que
0,5 mm. pour obtenir une tache lumineuse qui soit profonde, uniforme et d'un éclat commercialement utilisable. Une com- paraison entre l'éclat de la tache lumineuse du cratère 23 et celui de la luminescence négative ou cathodique d'une cathode plate montre que pour une même pression de gaz et un même voltage, la tache lumineuse du cratère est de 150 à 200 fois plus brillante qu'une tache équivalente de lumi- nescence négative sur la cathode plate.
On peut faire cette comparaison en interchangeant temporairement les connexions, de manière à faire agir la cathode 20 comme anode, et l'anode annulaire 19 comme cathode, l'extrémité antérieure de l'a- node annulaire se couvrant alors de luminescence négative.
La cathode creuse peut aussi être formée de manière à obtenir un cratère disposé de façon que la décharge lumi- nescente aie lieu dans une cavité hors de laquelle la lumière s'échappe par un orifice rétréci, moindre que la section transversale de la partie principale du cratère. Un exemple de cratère de ce genre est montré sur la Fig. 4, qui repré- sente une lampe construite comme celle représentée sur la Fig. 3, saut en ce qui concerne la cathode.
La cathode creuse, montrée sur la Fig. 4, a un cratère présentant un orifice rétréci 24, ayant environ le même diamètre que le cratère de la Fig. 3, mais ayant une partie moyenne plus large 25 dans laquelle se produit la luminescence cathodique, et dans la-
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quelle le gaz est maintenu ou confiné sensiblement en con- tact avec la surface active de la cathode.
Dans l'exemple particulier représenté le cratère, qui a la forme générale d'une bouteille, ou d'un cône à parois évasées ou divergen- tes, est formé avantageusement dans une cathode en deux parties, en ménageant dans un bloc ou chapeau 26 un trou conique continué par une douille cylindrique 27 qui s'adapte sur l'extrémité amincie et porte contre l'épaulement 28 de la tige 29, le chapeau et la tige assemblés formant une cathode qui présente à son extrémité exposée le cratère 25 de la forme générale d'un cône ou d'un entonnoir renversé ayant un orifice rétréci 24 et dont le fond est formé par la tige 29.
La lampe de la Fig. 4 dont le cratère 25, est en forme de cône renversé, peut fonctionner en absorbant plus de courant et en produisant une tache lumineuse plus intense, avec une plus longue vie qu'une lampe similaire ayant un cratère cylindrique 23. Avec le cratère 25, l'ampoule se noircit moins qu'avec un cratère cylindrique dans -
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les mêmes conditions, apparemment parceque la matière crachée par la surface active de la cathode, qui est constituée dans ce cas par les parois intérieures du cratère 25, est retenue dans le cratère avant de passer par l'orifice 24.
On peut faire passer plus de courant dans la cathode à cratère en cône renversé 25 avant que la luminescence s'étende au dehors du cratère et sur la face antérieure de la cathode, que dans une cathode similaire à, cratère cylindrique, et par consé- quent on peut obtenir un plus grand éclat'de la décharge dans le cratère. Par exemple, si une lampe construite comme dé- crite ci-dessus et représentée sur la Fig. 3, qui consomme quatre centièmes d'ampère avec un cratère cylindrique 23, est pourvue de la cathode représentée sur la Fig. 4, ayant un cratère . cône renversé 25 et un orifice 24 de même diamètre que le cratère 23, la consommation de courant peut être aug- mentée jusqu'à cinq centièmes d'ampère, avec une augmentation considérable d'éclat.
Quelques uns désavantages du cratère à cône renversé peuvent aussi être obtenus au moyen d'une cathode percée d'un trou à parois convergentes. Une réalisation de cette forme modifiée de cratère est représentée sur la Fig. 5 qui montre une lampe comportant une ampoule 30, dans laquelle les con- ducteurs 31 entrent par des bras latéraux. Dans cette lampe, l'anode annulaire 32, préférablement en aluminium ou en ma- gnésium a la forme d'un godet. Une cathode en forme de disque 33 est enfoncée dans 1anode et est percée au centre d'un trou à parois convergentes 34 qui forme un cratère du type en cône renversé, la petite extrémité du trou constituant l'orifice de sortie du cratère.
Les électrodes sont isolées l'une de l'autre par une cloison 35 en mica ou matière analo- gue de l'épaisseur de 0,254 mm. dans laquelle est percée au
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centre et en regard du plus large orifice du trou 34, une ouverture ayant environ le même diamètre que cet orifice, de sorte que les parois convergentes du cratère sont exposées à l'anode. Comme c' e st montré, l'anode est reliée à un con- ducteur 31 et la cathode à l'autre conducteur, de sorte que le courant s'écoule entre le centre de l'anode et les parois du cratère en produisant la luminescence cathodique dans l'atmosphère de celui-ci. L'orifice de sortie du trou 34 a environ le même diamètre que le cratère cylindrique 23 de la Fig. 3, mais l'autre orifice, peut être aussi grand qu'on le désire.
La luminescence cathodique dans le cratère est in- tense, et de la lumière d'un grand éclat est émise par la petite ouverture du trou 34.
La fig. 6 montre une modification du cratère à bords convergents d'une cathode traversée par un trou à parois convergentes. Dans la lampe montrée sur cette Fig.6, la construction générale est semblable à celle montrée sur la Fig. 3, mais la cathode 36 montée dans l'alésage de l'anode est tubulare et a environ la même longueur que cette anode, et elle est traversée par un trou à parois convergentes 36a ouvert aux deux bouts. La décharge luminescente est confi- née dans ce trou.
Au moyen de la cathode percée d'un trou à parois con- vergentes .on peut obtenir une tache lumineuse d'un diamètre très petit, car le petit orifice de ce trou, peut être rendu très petit sans influer sur le courant passant dans la cathode par le grand orifice du trou.
La Fig. 7 montre une forme modifiée de lampe dans la- quelle la cathode 37 est un bloc cylindrique de métal pré- sentant à son bout antérieur un cratère 38, ayant la forme
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d'un entonnoir profond à diamètre relativement petit, Cet entonnoir Deut avoir, par exemple, un diamètre de 2,5 mm. à son orifice le plus large et se terminer en pointe au fond, avec une profondeur considérablement plus grande que le plus grand diamètre. Il peut aussi avoir la forme d'un trou pro- fond ayant environ 0,5 mm. de diamètre, s'évasant à son ex- trémité supérieure en un entonnoir ayant un diamètre de 2,5 mm. à son plus large orifice, de sorte qu'il présente sensi- blement la forme de la cavité en entonnoir de la Fig. 7, pro- longée au fond par un trou cylindrique pareil au trou 23.
Avec une cavité de ce genre, un courant faible produit une luminescence dans le fond cylindrique de l'entonnoir, et lorsque le courant augmente, cette luminescence monte plus haut dans celui-ci. Cette cathodepeut être employée avec tou- te forme d'anode, et peut être remplacée par la cathode 20 de la lampe représentée sur la Fig. 3, mais habituellement il est préférable de la placer concentriquement et à l'inté- rieur d'une anode en forme de godet 39 qui coiffe cette ca- thode et présente au fond une ouverture ou fenêtre 40 en re- gard du cratère 38. L'anode et la cathode sont isolées ltune de l'autre par une cloison 41 en mica mince qui couvre les côtés et l'extrémité antérieure de la cathode, et qui est perforée en regard du cratère 38 et de la fenêtre 40, pour permettre le libre passage du courant en ce point.
La Fig. 8 montre une lampe construite suivant la présen- te invention, dont l'anode 19 et la cathode 20 sont montées sur le pied 42 au moyen des conducteurs 12 et un support 43, de manière à former un équipage complet qui peut être scel- lée à la machine dans l'ampoule comme c'est habituel dans la manufacture des lampes incandescentes et électroniques, ce qui facilite et rend moins coûteuse la construction de la
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lampe. Dans cette forme de l'invention, on peut employer les ampoules utilisées d'une manière générale pour les lampes in- candescentes et électroniques, puisque l'équipage ne doit pas être supporté par l'ampoule.
REVENDICATIONS
1.- Lampe électrique à conduction gazeuse comprenant une ampoule scellée dans laquelle sont montées des électrodes et qui contient un remplissage gazeux d'une pression telle que la décharge lumineuse, au potentiel normal de la lampe, consiste uniquement dans la luminescence cathodique, caracté- risée en ce que les électrodes comprennent une anode creuse à parois épaisses, une cathode montée dans cette anode de façon à laisser à nu sa surface active, et une mince couche iso- lante entre la cathode et l'anode, afin de confiner la lumi- nescence cathodique sur la surface active de la cathode.
2. - Lampe électrique à 'conduction gazeuse, dans laquelle les électrodes comprennent une anode tubulaire allongée à pa- rois épaisses dont l'alésage est doublé d'un mince revête- ment isolant, et une cathode fermement serrée dans cette anode doublée, une extrémité de la cathode étant placée sensible- ment au ras d'une extrémité de l'anode et étant formée de façon à intensifier, en un point déterminé, l'éclat de la luminescence de l'extrémité de la cathode.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Gas conduction electric lamps.
The present invention relates to electric gaseous conduction lamps, and more especially to those with discharge, such as a negative glow discharge, corresponding without appreciable delay to rapid voltage variations of the order of radio-frequency, These lamps are particularly useful as a source of light for facsimile reproduction devices, by means of which it is possible to obtain telegraphically by wire or by radio facsimiles of images, documents, etc., and as a source of
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light in television receiving or reproducing apparatus; these lamps are still useful for signaling and for many other applications in which a light source responding exactly to voltage variations at high frequency is useful.
An object of the present invention is to provide a lamp which emits an amount of light which varies substantially according to the variations in the voltage supplied to it, even though these voltage variations have a frequency as high as the radio frequency this. lamp being of simple and robust construction such that it is well suited for commercial use. Another object of the present invention is to construct such a lamp which produces over a relatively large area a substantially uniform luminescence which varies in intensity substantially with variations in the voltage supplied. Another object is to provide a lamp which produces a very bright spot of light the brightness of which varies with variations in the voltage supplied.
Yet another object of this invention is to improve lamps of this kind so that they are commercially useful and can be produced economically on a large scale.
To this end, according to the present invention, the lamps comprise a sealed bulb containing a rarefied gas which is a good conductor, such as neon, and they are provided with a tubular or annular anode and a cylindrical cathode concentric with the anode or placed therein, but spaced and also isolated from this anode by a very thin insulating partition, made of a material constituting a good insulator, such as mica, which partition allows the cathode to be clamped in the anode firmly enough so that it is maintained in
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square.
In order to keep the electrodes at a low temperature during lamp operation, the anode preferably has a relatively large mass with enough area so that the radiation is sufficient to keep the electrodes at the desired temperature. Such a lamp, having a relatively massive tubular anode, in which the cathode is held firmly, can be mechanically robust by mounting the anode in the bulb with clearance such that any unwanted transverse displacement of the electrodes in the bulb. blister be avoided.
The term "tubular" applied in the present description, the anode, designates any anode having annular outer walls. some types of television apparatus, producing at the receiver a moving image of an object located at the transmitter, use a luminescence lamp having a flat cathode, of considerable surface area, on which there is a uniformly diffused cathode light. In a tubular anode lamp, in the bore of which is mounted a cathode, the substantially united face or active face of which is flush with the end of the anode, according to the present invention, a very luminescence is obtained. uniformly distributed over the active surface of the cathode.
To concentrate all of the cathodic discharge or luminescence on the active surface of the cathode, it is best to line the interior of the tubular anode with an insulating coating, such as mica, whereby the cathode and anode are spaced apart. so as to leave a very small gap between them.
In some cases, the back or inactive and non-luminous surface of the cathode can advantageously be covered with an insulating layer, although usually the entire flat active surface
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Since the cathode of such a lamp is covered very evenly by cathodic luminescence, it has been found that in some cases the distribution of luminescence can be advantageously controlled by giving a special shape to the active surface of this cathode.
For example, a recess or cavity can be provided on the bare face of the cathode, generally of conical shape like a funnel so that its walls are slightly inclined towards the longitudinal axis of the cathode.
The density and brightness of the cathodic luminescence at the bottom of the cavity depend on the shape of this bottom and on the angle formed by the walls of the cavity. if the cavity is shallow and the angle of the walls at the bottom is obtuse, the luminescence will tend to be only a little more dense at the bottom than on the walls, and it follows that a tendency for the luminescence to be some somewhat denser near the edges than at the center of a large cathode, can be corrected by employing a cavity having a shape and wall inclination such that luminescence is substantially uniform over the entire surface of the cathode.
In embodiments of the invention which provide a concentrated light source well suited as a variable light source for certain types of television and face-simile reproduction apparatus, the cathode may advantageously be hollow, or with a dimple. cavity in which the gas is more or less confined and maintained near the active surface of this cathode.
Preferably, the cathode cavity has a cross section and depth such that under normal operating conditions all of the discharge is substantially concentrated in the cavity which forms a crater for that cathodic discharge.
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Luminescent, this cavity or crater may have the shape of a deep funnel of relatively small width, the depth of which is greater than its maximum diameter, so that its walls form an acute angle, or else be cylindrical with parallel walls. if desired, the hole can be flared under its orifice so that the crater has the shape of a bottle or an inverted cone of which the one orifice, through which the light escapes, has a smaller section than the rest of the cavity.
A very intense glow discharge can be produced in such an inverted conical cavity and since the light escapes only through an orifice of small diameter, a very concentrated light source is thus obtained. The crater for the discharge can also be a conical hole in the cathode, which is mounted so that the light from the glow discharge produced in the conical hole is emitted only through the narrow orifice of the hole.
This conical hole tubular cathode can be used either with an annular anode or with a cup-shaped anode in which the cathode is mounted with the wide orifice of its hole towards the bottom of the cup and isolated from the anode. by a thin sheet of mica which is perforated opposite this large orifice in order to leave bare the anode towards the interior of the tubular cathode. For convenience, the bottle-shaped crater cathode can be made in two parts, by mounting on the end of a solid rod a block having a conical hole, the larger of the two orifices of this hole being. applying to the end of the rod that forms the bottom of the crater.
The anode and the cathode of a lamp according to the present invention can advantageously be connected at the rear to
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a lamp base such as those for incandescent or electronic lamps, or they can be fully supported by this base if desired. one end of the lamp is provided with a base which serves to switch on the lamp and completely disengages the other end of the bulb above the active surface of the cathode. A lamp with such a base constitutes a very simple and robust apparatus well suited for commercial use. The present invention also includes novel features and construction details which are further described hereinafter and in the appended claims.
The invention will be better understood by reference to the accompanying drawings, which show, merely by way of example, in longitudinal section, some of the various shapes of lamps which may be made according to this invention, in order to explain the relative position of the electrodes and their construction.
Fig. 1 shows a luminescence lamp provided with a flat cathode in which the cathodic luminescence is uniformly distributed over its active surface; Fig. 2 shows a variant in which the cathode has a recess or shallow cavity in order to modify the distribution of the cathodic luminescence; Fig. 3 shows a lamp having a hollow cathode to produce a bright spot of concentrated light; Fig. 4 shows a modified form, having a two-part hollow cathode, in which luminescence occurs in a cavity larger than the light exit port;
Fig. 5 shows a lamp having a cup-shaped anode in which is mounted a perforated cathode;
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Fig 6 shows a lamp having an annular anode and a tubular cathode pierced with a conical hole or crater.
Fig. 7 shows a lamp whose cathode is provided with a deep funnel-shaped crater, and which is covered by an anode having a window which allows light from the crater to escape, and
Fig. 8 shows a lamp provided with a base at one end and the electrodes of which are fully supported by the lamp base.
Lamps embodying the present invention can be manufactured in a manner very similar to incandescent or electronic lamps. The particular form of lamp shown in FIG. 1 comprises a bulb 10, preferably of the cylindrical shape commonly called a tubular bulb, in which is sealed one end of a lamp base 11 of customary construction having two conductor wires% 2; which provide current to the electrodes and which in some cases cases, also serve to support them. The bulb contains a rarefied gas which is a good conductor, such as neon, at a pressure of about 30 mm. of mercury, which gives good cathodic luminescence at the normal operating potential of a few hundred volts.
Neon can be purified before it is introduced into the bulb, although for many uses commercial neon, which contains about 20% helium, can be used, and it has been found advantageous to add a small amount of argon, for example half a%, to neon.
For some purposes an atmosphere containing a much greater percentage of argon, or which is substantially pure argon, may be employed, but in most cases it will be preferable to employ an atmosphere where neon predominates. The cylindrical anode 13 is annular or tubular
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and can be mounted with a very small clearance eg 0.8mm. in the cylindrical bulb 10, so as to limit the transverse displacement of the electrodes in the bulb, although a relatively considerable space may be left between these electrodes and the walls of the bulb if the electrodes are supported on the bulb. lamp base by conductors 12 strong enough to carry these electrodes, or by wires embedded in the base, as is usually done for radio tubes.
The anode 13 is massive enough to remain cool during operation and has a length considerably greater than the thickness of its walls. It is preferably aluminum or magnesium, although it can be iron, copper. or nickel if it is treated to clean it and free it from occluded gases.
Cathode 14 is a thick disc, concentric with the anode, and its anterior or active surface, on which luminescence appears, is preferably a smooth, polished surface coming substantially flush with the outer end of the anode. The cathode is advantageously tightly clamped in the bore of the anode, but it is electrically isolated from the anode 13, and also held in place therein, by a very thin insulating partition 15, which is preferably of mica. . It has been found advantageous to give this insulating partition a thickness of approximately 0.254mm. when the lamp operates with a direct current of approximately 300 volts.
It is preferable, as shown in Fig. 1, to extend the insulating wall 15 past the cathode along the inner surface of the tubular anode, far enough that the anode bore is covered by the insulation. In some cases, it is also advantageous to cover the posterior surface of the cathode with an insulating layer 16, such as a foil.
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mica, a layer of varnish or similar insulating material.
Insulation of the anode causes cathodic luminescence to appear on the active surface of the cathode, and virtually no loss occurs between the cathode and the anode at other points.
As a concrete example of this particular embodiment of the present invention, a lamp can be constructed as shown in FIG. 1 with a bulb about 5 centimeters in diameter and about 7.5 to 10 centimeters long, a tubular aluminum anode of just under 5 centimeters in outer diameter and about 4.5 centimeters internal diameter, and having a length of about 5 centimeters, a circular disc-shaped cathode of polished nickel, aluminum or the like having a thickness of about 1.25 centimeters, which fits into the bore of the anode, an insulating mica partition 0.254 of a millimeter thick, placed between the cathode and the anode,
and a rarefied atmosphere of neon or a good pressure-like conductor gas of about 30 mm. of mercury.
The cathode and the anode must be cleaned before they are installed in the lamp. When such a lamp operates on direct current, at about 300 to 400 volts, it absorbs about twelve hundredths of an ampere, it has a reasonably long life, and it produces cathode light which is substantially uniform over the entire surface. active cathode plate. For convenience, the lamp is shown in Fig. 1 with a large modulus threaded base, but it may include a smaller base of the standard type usually used for incandescent lamps in common use; or it can be provided with a base of the bayonet type.
, 1
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For some uses, the. The cathode is preferably made of magnesium, but sometimes the cathodic luminescence tends to be more dense at the edge than at the center of a magnesium cathode. In order to adjust the distribution of luminescence on the surface of the cathode, this surface is given a shape somewhat different from a plane, and for the particular type of lamp in which a ring anode surrounds a circular cathode, the center of the active surface of the cathode can be depressed, as shown in FIG. 2. For example, a shallow depression 18 which is generally conical or funnel-shaped and the top or bottom of which is pointed or slightly rounded can be formed in the active surface of the cathode 17.
If the sides of the cavity 18 are straight, the angle between these sides may be an obtuse angle, as shown in FIG. 2, to obtain a substantially uniform light emission over the entire active surface of the cathode. By varying the depth of the cavity, the angle between its sides, and the shape thereof, we can vary the distribution of lumines- cence over the surface of the cathode and the intensity of the luminescence. minescence at the bottom of the cavity.
Lamps constructed as described above have been successfully employed in television receivers of the type in which the observer sees the active or illuminated surface of the cathode through a rotating disc provided with perforations arranged in a pattern. spiral, on a disk which is in synchronous rotation with a disk Identical to the transmitter, the brightness of the illuminated surface varying according to the electrical impulses, transmitted by wire or wirelessly by the transmitter.
For many applications and particularly for certain types of television receivers, and for re-
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sensors of photographic facsimile transmitting devices influenced by electrical impulses sent by wire or wirelessly, it is desirable to employ a very concentrated and bright source of light, which varies in brightness with variations in voltage . A lamp constructed according to the present invention in order to obtain such a light source is shown in FIG. 3, where the bulb and the lamp base are substantially similar to those shown in FIG. 1, and where the electrodes are concentric.
Anode 19 is tubular and like anode 13 preferably has sufficient mass to maintain a reasonable temperature during operation. The cathode 20 is cylindrical, is tightly fitted into the bore of the anode, and is isolated therefrom by an insulating partition 21, preferably of mica, preferably having a thickness of about 0.254 mm. The insulating partition preferably surrounds the cathode, and its anterior end is flush with the active surfaces of the cathode and the anode, while at the rear this insulating sleeve or cylinder of mica extends quite far, for example for about 6 millimeters, to form an insulating partition or sleeve preventing the discharge from occurring in unwanted places, and helping to avoid discharges between the conductors 12.
In some cases it may be desirable to cover the lower end of the cathode with a washer or foil 9, mica or similar insulating material.
In order to concentrate the cathodic luminescence into a bright spot or concentrated light source, a hollow cathode is prepared by, for example, providing in the end of the cathode 20 a cavity or crater 23 having an outlet or orifice of the size and shape desired light spot constituting the light source.
Under the conditions
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of normal operation of the lamp, all of the glow discharge takes place practically in the crater, since by adjusting the gas pressure and the voltage applied to the lamp, all of the cathodic luminescence can be confined in this crater, like the radius of the crater does not exceed the depth of the cathodic luminescence which occurs on the active surface of the cathode under the pressure and voltage mentioned, the cathodic luminescence or corona produced on the sides of the crater seems to fill it entirely and an observer watching inside the crater sees a deep, very bright spot of light.
A lamp constructed as shown in Fig. 3 and with which good results have been obtained, comprises an ampoule of about 3.2 centimeters in diameter and about 7.5 centimeters in length, an annular anode, 19, about 2.5 centimeters long, having an outside diameter of about 2.5 centimeters and a bore of about 6 millimeters, a partition or insulating covering 21 of mica having 0.254 mm. thick, a massive cathode 20 filling the bore of the anode and having at its anterior end a cylindrical crater or well 23, of a depth of about 6 millimeters and having a diameter of 1.25 mm. about, the rarefied atmosphere of neon or other similar conductive gas such as argon having a pressure of about 30 mm.
When this lamp is operated with direct current at around 300 volts, it draws almost four hundredths of an ampere, and it has a very bright cathodic luminescence entirely confined in and filling crater 23, thus producing a bright spot. of intense light about 1.25 millimeters in diameter. The diameter of crater 23 can be varied between
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certain limits, but its radius should not exceed the depth of the cathodic or corona luminescence that occurs on the cathode at normal voltage.
The depth of the luminescence or corona depends very much on the nature of the gas and its pressure, and in a lamp constructed as in the example given above, the diameter of the cracker should not exceed 3 mm. approximately, nor be less than
0.5 mm. to obtain a luminous spot which is deep, uniform and of a commercially usable luster. A comparison between the brightness of the light spot of crater 23 and that of the negative or cathodic luminescence of a flat cathode shows that for the same gas pressure and the same voltage, the light spot of the crater is 150 to 200 times brighter than an equivalent spot of negative luminescence on the flat cathode.
This comparison can be made by temporarily interchanging the connections, so as to make the cathode 20 act as an anode, and the annular anode 19 as the cathode, the anterior end of the annular anode then being covered with negative luminescence.
The hollow cathode can also be formed so as to obtain a crater arranged so that the glow discharge takes place in a cavity out of which the light escapes through a narrowed orifice, smaller than the cross section of the main part of the tube. crater. An example of such a crater is shown in Fig. 4, which shows a lamp constructed like that shown in FIG. 3, jump with regard to the cathode.
The hollow cathode, shown in FIG. 4, has a crater having a narrowed orifice 24, having about the same diameter as the crater of FIG. 3, but having a larger middle portion 25 in which cathodic luminescence occurs, and in the
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which gas is maintained or confined substantially in contact with the active surface of the cathode.
In the particular example shown, the crater, which has the general shape of a bottle, or of a cone with flared or divergent walls, is advantageously formed in a cathode in two parts, by leaving in a block or cap 26 a conical hole continued by a cylindrical sleeve 27 which fits over the thinned end and bears against the shoulder 28 of the rod 29, the cap and the rod assembled together forming a cathode which has at its exposed end the crater 25 of the general shape of a cone or an inverted funnel having a narrowed orifice 24 and the bottom of which is formed by the rod 29.
The lamp of FIG. 4 whose crater 25, is in the shape of an inverted cone, can function by absorbing more current and producing a more intense light spot, with a longer life than a similar lamp having a cylindrical crater 23. With crater 25, the bulb darkens less than with a cylindrical crater in -
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the same conditions, apparently because the material spat out by the active surface of the cathode, which in this case consists of the interior walls of the crater 25, is retained in the crater before passing through the orifice 24.
More current can be passed through the inverted-cone crater cathode before the luminescence spreads out of the crater and onto the anterior face of the cathode, than in a cathode similar to a cylindrical crater, and therefore. then a larger burst of the discharge in the crater can be obtained. For example, if a lamp constructed as described above and shown in FIG. 3, which consumes four hundredths of an ampere with a cylindrical crater 23, is provided with the cathode shown in FIG. 4, having a crater. inverted cone 25 and an orifice 24 of the same diameter as crater 23, the current consumption can be increased to five hundredths of an ampere, with a considerable increase in brightness.
Some disadvantages of the inverted cone crater can also be obtained by means of a cathode pierced with a hole with converging walls. An embodiment of this modified form of crater is shown in FIG. 5 which shows a lamp comprising a bulb 30, into which the conductors 31 enter through side arms. In this lamp, the annular anode 32, preferably aluminum or magnesium, has the shape of a cup. A disc-shaped cathode 33 is embedded in the anode and is pierced in the center of a converging wall hole 34 which forms an inverted cone type crater, the small end of the hole constituting the outlet of the crater.
The electrodes are isolated from each other by a partition 35 of mica or the like, 0.254 mm thick. in which is pierced at
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center and facing the larger orifice of hole 34, an opening having approximately the same diameter as this orifice, so that the converging walls of the crater are exposed to the anode. As shown, the anode is connected to one conductor 31 and the cathode to the other conductor, so that current flows between the center of the anode and the walls of the crater producing the cathodic luminescence in the atmosphere thereof. The outlet of the hole 34 has about the same diameter as the cylindrical crater 23 of FIG. 3, but the other port can be as large as desired.
The cathodic luminescence in the crater is intense, and bright light is emitted from the small opening of hole 34.
Fig. 6 shows a modification of the crater with converging edges of a cathode crossed by a hole with converging walls. In the lamp shown in this Fig. 6, the general construction is similar to that shown in Fig. 3, but the cathode 36 mounted in the bore of the anode is tubular and has about the same length as this anode, and it is traversed by a converging wall hole 36a open at both ends. The glow discharge is confined in this hole.
By means of the cathode pierced with a hole with converging walls, one can obtain a luminous spot of a very small diameter, because the small orifice of this hole can be made very small without influencing the current passing through the cathode through the large orifice of the hole.
Fig. 7 shows a modified form of lamp in which cathode 37 is a cylindrical block of metal having at its front end a crater 38, having the form
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of a relatively small diameter deep funnel. This funnel may have, for example, a diameter of 2.5 mm. at its widest orifice and terminate in a point at the bottom, with a depth considerably greater than the largest diameter. It can also be in the form of a deep hole of about 0.5 mm. in diameter, widening at its upper end into a funnel having a diameter of 2.5 mm. at its widest orifice, so that it has substantially the shape of the funnel-shaped cavity of FIG. 7, extended at the bottom by a cylindrical hole similar to hole 23.
With such a cavity, a weak current produces luminescence in the cylindrical bottom of the funnel, and as the current increases, this luminescence rises higher in the funnel. This cathode can be used with any form of anode, and can be replaced by cathode 20 of the lamp shown in FIG. 3, but usually it is preferable to place it concentrically and inside a cup-shaped anode 39 which covers this cathode and has at the bottom an opening or window 40 facing the crater 38. The anode and the cathode are isolated from each other by a thin mica partition 41 which covers the sides and anterior end of the cathode, and which is perforated facing the crater 38 and the window 40, to allow the free flow of current at this point.
Fig. 8 shows a lamp constructed according to the present invention, the anode 19 and cathode 20 of which are mounted on the foot 42 by means of the conductors 12 and a support 43, so as to form a complete set which can be sealed. machine in the bulb as is usual in the manufacture of incandescent and electronic lamps, which facilitates and makes less expensive the construction of the
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lamp. In this form of the invention, the bulbs generally used for incandescent and electronic lamps can be employed, since the crew does not have to be supported by the bulb.
CLAIMS
1.- Electric gas conduction lamp comprising a sealed bulb in which electrodes are mounted and which contains a gas filling of a pressure such that the luminous discharge, at the normal potential of the lamp, consists only of cathodic luminescence, character- ization in that the electrodes comprise a hollow anode with thick walls, a cathode mounted in this anode so as to leave its active surface exposed, and a thin insulating layer between the cathode and the anode, in order to confine the light. - cathodic nescence on the active surface of the cathode.
2. - A gas-conduction electric lamp, in which the electrodes comprise an elongated, thick-walled tubular anode the bore of which is lined with a thin insulating coating, and a cathode firmly clamped in this lined anode, a end of the cathode being placed substantially flush with one end of the anode and being formed so as to intensify, at a determined point, the brightness of the luminescence of the end of the cathode.
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