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" PERFECTIONNELENTS AUX CELLULES DE KERR "
La présente invention est relative à des perfection- nements aux soupapes photo-électro-optiques et plus spécialement aux soupapes photo-électriques du type dans lequel un milieu, qui devient biréfringent lorsqu'il est soumis'à une tension électrostatique, est interposé entre un dispositif de polari- sation et un dispositif analyseur en combinaison avec une source lumineuse et sert à moduler l'intensité d'un faisceau lumineux venant de la dite source en conformité avec les différences de potentiel appliquées aux électrodes associées avec le dit milieu.
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Dans le brevet français 750.338., la demanderesse a décrit un dispositif -électro-optique du type ci-dessus in- diqué et connu sous le nom de cellule', de Kerr dans lequel les électrodes associées avec le milieu comprennent chacune une pluralité de feuilles métalliques intercalées. Dans la des- cription de cette demande la. demanderesse a décrit, en outre, un procédé de fabrication d'une cellule de Kerr dans laquelle les électrodes intercalées ne sont pas disposées suivant des plans parallèles mais sont légèrement inclinées l'une par rapport à l'antre suivant desangles qui dépendent de la convergence du cône lumineux traversant la cellule.
Dans la demande française ? P.V. 354.719 du 12 Juillet 1933 au nom de la demanderesse, on a décrit un procédé de fabrication dans lequel une cellule de Kerr comprend une pluralité de feuilles de métal intercalées sur leurs bords avec des bandes de verre, les bords extérieurs des bandes ainsi que les plaques extrêmes en verre étant fondus pour former un tout et recuits par un procédé approprié.
Actuellement dans les systèmes optiques des types qui sont combinés fréquemment avec les cellules de Kerr, par exemple dans les appareils de télévision et de téléphotogra- phie, il est souhaitable autant que possible de rendre l'ap- pareil compact et de raccourcir le trajet optique efficace . entre les éléments du système. En outre, il est désirable de concentrer autant que possible la, lumière provenant d'une source associée avec la cellule de Kerr sur une surface res- treinte soit à l'intérieur, soit juste à l'extérieur de la, cellule elle-même; par exemple, dans des systèmes semblables, il est usuel de condenser la lumière provenant d'une source sur un diaphragme perforé qui est de préférence situé près de ou entre les électrodes de la cellule.
Suivant la présente invention, une enveloppe à l'intérieur de laquelle est disposé le milieu électro-optique
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d'une cellule de Kerr est pourvue d'une surface qui, au lieu d'être plane, est cintrée en un ou plusieurs endroits grâce à quoi la radiation qui doit être contrôlée par la cellule passe dans ou. à l'extérieur de cette cellule.
Suivant une caractéristique de la présente, invention, l'enveloppe à l'intérieur de laquelle est disposé le milieu électro-optique d'une cellule de Kerr est pourvue d'une surface disposée pour concentrer la lumière provenant d'une source ou d'un système auxiliaire condenseur par réfraction sur la face de séparation entre la matière de la paroi et le dit milieu sur une surface située à l'intérieur de la cellule, cette sur- face est de préférence à l'intérieur des bornes et limites de cette partie du rnilieu qui est soumise à la tension/électrosta- tique par des potentiels appliqués aux électrodes disposées à l'intérieur de la cellule.
Dans une forme de réalisation préférée suivant la présente invention, une cellule de Kerr comprend un ensemble d'électrodes consistant en feuilles métalliques minces dispo- sées en principe suivant des plans parallèles, les feuilles de métal alternées étant connectées ensemble et à une borne com- mune et les feuilles de chacune des deux séries ainsi consti- tuées étant intercalées avec celles de l'autre série. Cet en- semble est disposé à l'intérieur d'une enveloppe cylindrique en verre fermée à chaque extrémité et remplie d'un milieu qui devient biréfringent sous l'influence de la tension électrique tel que le nitro-benzène, le nitrotoluène, le bisulfite de carbone, l'huile de moutarde et similaire.
Suivant une caractéristique de la présente invention, pour obtenir une concentration de la lumière sur une surface à l'intérieur d'un'ensemble d'électrodes ayant desplaques pa- rallèles, l'ensemble d'électrodes est orienté, à l'intérieur de l'enveloppe cylindrique en verre, de telle façon que les plaques soient disposées suivant des plans perpendiculaires à l'axe du cylindre.
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Suivant une autre caractéristique de la présente in- vention, lorsqu'un ensemble d'électrodes, dans lequel les plaques ne sont pas disposées suivant des plans parallèles, mais suivant des plans convergents, est utilise, l'ensemble des' électrodes d'une cellule de Kerr est disposé dans une enveloppe cylindrique en verre de façon que les plaques soient situées suivant des plans qui sont parallèles à l'axe du cylindre.
Toutefois dans certaines circonstances, la présente invention comprend également dans son cadre l'orientation de l'ensemble des électrodes à plaques parallèles de façon que les plaques soient situées dans des plans parallèles à l'axe de l'enveloppe cylindrique et l'orientation d'un ensemble d'électrodes à plaques inclinées de façon que les plaques soient situées dans des plans sensiblement perpendiculaires à l'axe de l'enveloppe cylindrique:
Dans une forme de construction préférée d'une cellule de Kerr suivant la présente invention, les électrodes de la cellule sont constituées en nickel et sont soigneusement net- toyées soit seulement par flambage, soit par flambage après immersion dans l'alcool et l'éther pour enlever toute trace de graisse et dans l'acide azotique pour enlever l'oxyde de la surface du métal.
La feuille dans laquelle les électrodes sont découpées doit être en nickel chimiquement pur préparé de pré- férence par un procédé électrolytique et recuit pour enlever autant que possible la structure cristalline du métal,
Les électrodes sont de forme rectangulaire et sont pourvues d'une oreille en saillie située dans l'axe de l'un des bords pour permettre aux électrodes constituant l'un des pôles de la cellule d'être réunies ensemble et pour permettre à ces électrodes d'être connectées électriquement.
La cellule est construite en posant une électrode sur une plaqpe extrême qui peut être une feuille rectangulaire en verre d'environ 4 m/m 76 plus large que l'électrode elle-même (en négligeant l'oreille) mais de longueur éale à celle-ci
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et en plaçant sur l'électrode du coté où l'oreille fait sail- lie et du côté opposé deux bandes de verre suffisamment larges pour recouvrir les champs de l'électrode mais laissant un passage au milieu de l'électrode d'une largeur de 6 m/m 35 environ.
Sur les pièces d'espacement ainsi constituées est posée une autre électrode dont l'oreille fait saillie du côté opposé, puis deux entretoises en verre plus minces sont posées immédiatement au-dessus des précédentes, ensuite une autre électrode dont l'oreille est située du même côté que celle de la première électrode, puis des entretoises et ainsi de suite jusqu'à ce qu'un nombre d'électrodes suffisent ait été utilisé dans la cellule terminée.
La demanderesse préfère pour la construction que les deux électrodes extrêmes c'est-à-dire les électrodes supé- rieure et inférieure du faisceau) aient leurs oreilles orientées dans des directions opposées et constituent ainsi les parties des pôles opposés de la. cellule terminée.
Au sommet de la pile des plaques est posée une plaque extrême en verre semblable à la première et l'ensemble est placé dans une pince métallique dont les mâchoires sont cons- tituées par des plaques en acier parfaitement planes et unies réunies solidement ensemble au moyen de vis.
L'ensemble une fois pincé est place dans un four et porté à une température d'environ 800 0. Il est maintenu à cette température durant 20 minutes environ et une flamme de chalumeau est dirigée pour agir sur les coins de l'ensemble de façon que les plaques extrêmes en verre et les bandes d'es- pacement fondent et se soudent en ces endroits. L'ensemble est replacé dans le four, la température est réglée à 450 C. et un recuit est réalisé à cette température durant une demi heure environ, après quoi' l'ensemble est refroidi lentement pour atteindre une température de 80 100 0, en 20 minutes. On peut alors retirer sans danger l'ensemble du four.
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L'ensemble est ensuite extrait,des mâchoires de la pince et les oreilles 'en saillie sont vissées ensemble ou soudées par points et sont fixées àdes fils supports en nickel qui sont suffisamment résistants pour supporter le poids de l'ensemble des électrodes sans se cin trer. Ces fils supports sont pourvus de prolongements en ferronickel d'environ 3 m/m 2 de longueur et sont prolongés par des fils conducteurs en cui- vre de longueur convenable.
Les fils de connexion en cuivre traversent le col d'un court tube en verre épanoui à une extrémité et un culot est formé à la manière bien connue dans la technique de la fabrication des tubes à vide et des valves thermooniques; Dans ce culot, et de façon à faciliter l'opération ultérieure de remplissage et de réduction de pression, est scellé un tube de verre et l'ensemble des électrodes est supporté par les fils de nickel qui sont fixés dans le culot juste à l'endroit où s'introduise.,:, le fil en ferro-nickel qui les rejoint. Les fils de cuivre traversent le culot pour être connectés aux bornes à la manière usuelle.
Une enceinte ou enveloppe de verre de forme cylin- drique ayant une extrémité fermée par une partie arrondie est placée autour de l'ensemble des électrodes et soudée à la partie épanouie du culot suivant la technique bien connue de la fabrication des tubes à vide.
On a remarqué qu'en pratique, avec du verre à la soude, et à moins que le culot soit suffisamment large et que la partie épanouie se tienne à une distance convenable du culot, des ruptures se produisent certainement lorsque l'enveloppe de verre se refroidit après avoir été soudée à la partie épanouie du culot. Avec d'autres genres de verre toutefois et particulièrement avec du cristal, aucune partie verticale n'est nécessaire et elle est raccourcie autant qu'il est pos- sible pour ne pas dépasser un faible pourcentage de ruptures.
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Le tube scellé dans le culot est alors relié par soudure avec une conduite qui aboutit à une pompe à vide et l'enveloppe est vidée jusqu'à environ une pression de 1 à 1, 25 millimètres de mercure. Au moyen d'une conduite com- muniquant avec un réservoir du diélectrique dont la cellule doit être remplie et contenue dans une enceinte fermée de façon étanche et pourvue d'un robinet entièrement en verre, le liquide diélectrique est admis dans l'enveloppe vidée.
Celle-ci est remplie jusqu'à environ 95 à 98 % de sa capa- cité du liquide diélectrique et si nécessaire, au moyen d'éva- ouations partielles répétées Lorsque le nitro-benzène est utilisé comme liquide diélectrique, le vide est entretenu jusqu'à ébullition du liquide ce qui, pour le nitro-benzène et à la température normale, a lieupour une pression comprise entre 3 et 4 millimètres de mercure. Le tube qui'aboutit dans l'enveloppe est alors fermé et détaché à proximité du culot et . un socle de matière isolante pourvu de tiges ou oreilles de connexion est fixé à l'enveloppe au moyen de plâtre de Paris ou autre compesition plastique de propriétés équiva- lentes.
L'ensemble des électrodes peut 'être disposé soit avec le plan des plaques d'électrode perpendiculaire à l'axe de la partie cylindrique de l'enveloppe, soit avec les plans des plaques d'électrode parallèles au dit axe, mais la deman- deresse a remarqué, qu'il est préférable au point de vue de la rigidité de l'ensemble sur les fils supports, de monter cet ensemble de façon que le plan des plaques soit perpendicu- laire à cet axe, au point de vue de l'efficacité optique de la cellule complète, dans certaines circonstances, il est plus avantageux de monter l'ensemble de façon que les plans des plaques soient parallèles à l'axe de l'enveloppe.
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Bien entendu, l'invention s'étend à d'autres carae- tères et réalisations. Ainsi, onpeut avoir avantage à dé- former l'enveloppe ou la partie de l'enveloppe d'une cellule de Kerr, à travers laquelle passent'les radiations efficaces, de façon que la courbure de la surface de contact des deux milieux ait une courbure qui peut être différente de celle correspondant au rayon normal du cylindre ou de la sphère qui constitue l'enveloppe des différentes parties. On peut aussi employer une cellule parallélépipédique et courber une face seulement, ou deux faces opposées de cette cellule,
On remarquera que, lorsqu'un système condenseur à convergence à angle aigu est employé avec'une cellule de Kerr,
il peut être expédient de déterminer la courbure des parois de la cellule pour que la convergence des rayons soit corri- gée en totalité ou en partie, ou pour que les rayons soient morne rendus divergents, en choisissant un rayon de courbure des parois de l'enveloppe, en certains endroits, négatif par rapport au centre de la cellule.
En pratique, la Demanderesse a reconnu qu'il est bon de prendre certaines précautions dans la fabrication, le rem- plissage et l'essai des cellules de Kerr selon l'invention.
Les principales de ces précautions peuvent se résumer comme suit :
1 - Pour assurer un bon contrôle de lumière par une cellule de Kerr sans courir 'un', risque exagéré de perforer le diélec- trique par des étincelles, il est avantageux que l'ensemble des électrodes comporte des feuilles de nickel ayant une épaisseur de cinq centièmes de millimètre,des entretoises de verre constituées par des fragments de bandes del2,'7 millièmes de millimètre d'épaisseur, et un ensemble de 18 à 28 plaques.
La différence de potentiel correspondant au premier maximum de la courbe du flux photo-électrique lorsqu'on emploie du nitro-benzène dans la cellule, est au voisinage de 400 à 450 volts, et la résistance interne de la celluleµ après que la
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polarisation est complète, est d'environ 3 mégohms.
2 - Le liquide diélectrique est purifié, et les gaz oc- clus sont, jusque un certain degré, libérés avant que la cellule soit scellée, en produisant un champ électrique dans le liquide par application d'une différence de potentiel en- tre les électrodes, pendant un temps qui peut varier de quel- ques minutes à 24 heures.
3 - La résistance des entretoises de verre peut "être véri- fiée pendant l'opération de recuit de l'ensemble des électrodes, pour déceler les fissures et les impuretés dans le verre, en appliquant une différence de potentiel aux électrodes. On a remarqué que la résistance des entretoises de verre, à une température de 450 degrés C, est d'environ 200,000 ohms, qu'elle s'élève rapidement lorsque le verre se refroidit jusqu'à en- viron 250 degrés C. et qu'un point critique est atteint lors- que la résistance s'est élevée à environ 500 mégohms, aucun autre changement n'étant constaté lorsque le refroidissement se poursuit.
4 - Après que la cellule a été remplie , il est avantageux de ramener.la pression au-dessus du liquide au voisinage de la pression atmosphérique normale.La quantité requise d'air ou autre gaz est si réduite qu'aucun effet préjudiciable n'est apparemment produit sur le diélectrique par une absorption ultérieure.
Il convient aussi de mentionner que les cellules rem- plies de benzo-nitrile, nitro-toluène ou autre ont été réa- lisées avec succès de cette manière, les résistances des cel- Iules remplies par ce procédé sont approximativement de 1 et 3 mégohms respectivement.