Procédé pour la production d'une lumière artificielle semblable ü celle du jour et dispositif pour la mise eu aeuvre de ce procédé. I@@i présente invention comprend un pro cédé pour la production d'une lumière artifi cielle semblable à celle du jour et un .disposi- lif pour la- mise en oeuvre de ce procédé.
La lumière du jour choisie comme type par la Illuminating Engineering Society, \ew-York, est. une lumière venant du nord, produite par la. diffusion !de la lumière so laire. Par suite de la. diffusion relativement plu' grande des rayons de faible longueur d'onde, la lumière du jour venant du nord a une nuance plus bleue que la lumière solaire directe. L'aspect -des couleurs lorsqu'elles Sont examinées ii. ladite lumière est considéré comme standard.
Des teintureries, des magasins d'habille ment, des usines de tissage, des fabriques de peinture et de vernis, des ateliers de peinture tels que les ateliers de peinture d'automo biles et les ateliers de laquage, les galeries d'art, les laboratoires de chimie, ete., sont autant de cas où l'utilité de. l'emploi d'une lumière suffisamment semblable à celle du jour est évidente. Ceci est particulièrement le cas dans la. cinématographie en couleurs.
Dans ce cas, une grande intensité de lumière est nécessaire, qui, toutefois, doit avoir sen siblement les caractéristiques -de la lumière du jour, et lorsqu'on essaie de réaliser ce but par application d'un écran aux lampes à in candescence usuelles, une grande partie de Fénergie de la lumière est dissipée.
Le procédé suivant l'invention est carac térisé en ce qu'on fusionne de la lumière pro venant d'au moins, un gaz luminescent émet tant une lumière composée, en grande partie au moins, de radiations -de longueurs d'onde plus grandes que 55(1 my, avec de la lumière provenant d'au moins une substance gazeuse luminescente émettant une lumière composée, en grande partie au moins, de radiations de longueurs d'onde plus petites que 550 my, l'ensemble -de mesures prises étant tel que l'on obtienne une lumière contenant des ra- dictions réparties dans tout le spectre, en par tant du rouge jusqu'au bleu y compris,
et présentant une nuance semblable à celle de la lumière du jour venant du nord.
Le dispositif pour la mise en aeuvre de ce procédé est caractérisé en ce qu'il comporte au moins un tube à décharge, renfermant au moins une substance gazeuse luminescente, émettant une lumière composée en grande partie au moins -de radiations -de longueur d'onde plus grandes que 550 mu et au moins un tube à décharge, renfermant au moins une substance gazeuse luminescente.
émettant une lumière composée en grande partie au moins de radiations de longueurs d'onde plus petite que 550 mu, l'ensemble du -dispo sitif étant tel que l'on obtienne une lu mière contenant ,des radiations réparties dans tout le spectre, en partant du rouge ,jusqu'au bleu y compris, et présentant une nuance semblable à celle de la lumière du jour venant -du nord.
Le dessin annexé représente, à. titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution du dispositif.
Fig. 1 montre plusieurs courbes illustrant le procédé; Fig. 2 est une vue en perspective d'une première forme d'exécution du dispositif; Fig. 3 est une vue en coupe, selon 3-3 de fig. 2; Fig. 4 est le schéma des connexions élec triques de cette première forme d'exécution;
Fig. 5 est une vue en coupe transversale selon 5-5 -de fig. 6, d'une seconde forme d'exécution; ri ig. 6 est une vue schématique de face, partiellement en coupe, de la seconde forme d'exécution, qui en montre en même temps les connexions électriques; Fig. 7 est une vue en coupe transversale d'une troisième forme d'exécution; Fi-. 8 est une vue schématique en pers pective des tubes luminescents @de la forme d'exécution suivant fig. 7, avec leurs con nexions électriques;
Les fig. 9 et 10 sont des vues correspon- dant respectivement aux fig. 7 et 8, mais re latives à une quatrième forme d'exécution.
La. fig. 1 montre cinq courbes. 1, 2, 3, .l et 5, représentant chacune la. composition d'une lumière donnée, l'intensité -des diffé rentes radiations étant portée en ordonnée et la longueur d'onde étant portée en abscisse.
Sur ce diaphragme, les intensités sont, représentées à des échelles d'ordonnées telles que le maximum de chacune -des courbes coïncide avec la valeur d'ordonnée numérotée arbitrairement 10.
Les longueurs d'ondes. ont, par contre, été indiquées pour toutes ces courbes à la même échelle. ,Sur la figure, les valeurs en milli- microns de ces longueurs d'ondes ont été indi quées.
Dans la. suite, on appellera caractéristi que "longueur !d'onde-intensité" d'une de ces lumières celle -des courbes 1 à 5 qui s'y rap porte. Il est à noter que les spectres -des gaz luminescents ne sont pas continus et que la lumière émise par un gaz donné ne contient pas toutes. les longueurs d'onde comprises dans l'aire au-dessous des diverses courbes, comme représenté sur la fig. 1. Ces courbes sont des lignes formées chacune en joignant les points obtenus en portant, pour chaque raie des lumières envisagées, en ordonnée (à.
l'échelle convenable, comme indiqué plus haut), l'intensité correspondant à cette raie, la position de chaque raie étant fixée, en abscisse par sa longueur d'onde particulière. La courbe 4 représente graphiquement la constitution de la lumière naturelle du jour, telle que définie ci-dessus, et la courbe 5 représente la constitution d'une lumière du jour artificielle qui peut être obtenue sui vant la présente invention.
Il est à. noter qu'il existe une certaine différence entre ces courbes, mais la lumière représentée par la courbe 5 présente la même nuance et a sensi blement la même valeur pratique pour l'as sortiment et la comparaison des couleurs; que la lumière du jour naturelle.
Dans une forme d'exécution préférée de l'invention, on combine une lumière prove nant. -d'un tube au néon luminescent, avec une quantité de lumière telle qu'elle peut être produite par un tube à mercure, c'est-à-dire par un tube contenant du mercure, soit à l'état. liquide, soit seulement à l'état gazeux, parcouru par le même courant, de même dia mètre et de longueur quatre fois plus grande, ce :dernier étant muni d'un écran jaune, fluorescent qui intercepte des. radiations de petite longueur d'onde et en transforme en partie l'énergie en d'autres radiations appar tenant à. la partie visible du spectre.
La courbe no 1 représente la constitution de la lumière provenant d'un tube à néon de 36 mm de diamètre, contenant le néon à une pression de 1 mm -de mercure., parcouru par un courant de 6 ampères qui donne lieu à une chute de tension de 0,86 volts par cen timètre. La, courbe no 2. représente la consti tution, de la lumière provenant d'un tube en verre ordinaire de 36 mm -de diamètre, par couru par un courant de 6 ampères, avec une chute de tension de 0,5 volt par centimètre, contenant du mercure liquide, -de l'argon, du néon et de l'hélium sous des pressions par tielles de respectivement 1, 2 et 1 mm de mercure.
La courbe no 3 représente la. cons titution d'une lumière produite comme sus dit au sujet de la courbe no 2 après. son pas sage à travers un écran pouvant être consti tué par la paroi même -du tube, en verre jaune à base d'uranium, fabriqué par la Corning Glass Works, et connu sous le nom de "Soft Canary". Il est à. noter que cet écran jaune émet par fluorescence des.
radia tions dans le jaune et l'orangé, on la lumière émise par le tube n'en contient pas et qu'il déplace, également par suite de la fluorescence qui s'y produit, l'intensité maximum -d'ap proximativement 51.0 millimicrons à approxi mativement 540 millimicrons. Cette fluores cence est une propriété connue des verres à l'urane. Il est entendu que, sur la fig. 1, l'é chelle d'ordonnée de la courbe 3 est plus grande que celle de la. courbe 5.
En fusion nant de la. lumière ayant une constitution semblable à. celle représentée par la- courbe no 3 avec de la lumière ayant une constitu tion semblable à .:elle représentée sur la courbe no 1, le tube produisant cette dernière lumière ayant un quart de la longueur du tube à mercure ou bien étant alimenté avec une densité de courant plus faible, on ob tient une lumière résultante ayant une cons titution (caractéristique longueur .d'onde intensité) analogue à celle représentée par la courbe no 5, et on a trouvé que ladite lu mière artificielle est, -en pratique, équiva lente à la, lumière du jour, pour de nom breuses applications tout au moins.
On peut se rendre compte -du résultat obtenu en com parant les caractéristiques longueur d'onde- intensité de la lumière artificielle et,de la lu mière -du jour, représentée en traits pleins par la courbe no 4.
Dans la forme d'exécution du disposi tif qui est représentée aux fig. 2, 3 et 4, on a choisi deux tubes de même diamètre et de même longueur, ayant par suite la même surface d'émission -de lumière, un -de ces tubes contenant du néon et l'autre du mercure et un ou plusieurs gaz rares, comme, par exem ple, de l'argon ou un mélange d'argon, de néon et d'hélium comme indiqué ci-dessus en se référant à la fig. 1. Le tube au néon peut être en verre clair et le tube à mercure peut être en verre jaune tel que le verre à base d'uranium susmentionné.
Le tube à néon est placé, par rapport au tube à mercure, d'une manière telle que la lumière au néon est obli gée de passer ù travers le tube à mercure et par suite de se fusionner avec la lumière pro venant de ce dernier. La densité de courant de décharge dans le tube à néon est réglée de façon à produire le quart de la lumière obte nue dans le tube â mercure; dans l'espèce, par exemple, le diamètre intérieur des tubes étant de 30 mm, on peut employer à peu près 8 ampères pour le tube à mercure et 2 am pères pour le tube 'à néon.
La fig. 2 est une vue en perspective d'une combinaison d'un tube au néon et d'un tube à mercure, dans des moyens de réflexion et de fusion des lumières.
Le tube à décharge 1 est un tube en verre jaune à base d'uranium et contient du mer cure. Il peut contenir du mercure et de Par- bon, ou du mercure et tout autre gaz rare approprié tel que l'hélium, le néon, le krypton ou le xénon, ou comme indiqué ci-dessus, du mercure avec un mélange de gaz, tels que le néon, l'argon, et l'hélium. Le tube<B>à</B> décharge 2 contient une charge de néon. Les deux tubes sont munis d'électrodes intérieures 3. Chaque tube à décharge peut, comme représenté sur la. fig. 4, être muni d'une source de courant de décharge indépendante.
Les électrodes 3 du tube à. néon 9- sont connectées à l'enrou lement secondaire 5 d'un transformateur dont l'enroulement primaire 7 est connecté aux bornes d'alimentation 8 et 9 d'un circuit d'a limentation ayant un potentiel donné, par exëmple 110 volts; et les électrodes 3 du tube à mercure 1 sont reliées à l'enroulement secon daire 10 d'un transformateur dont le primaire 12 est connecté aux bornes d'alimentation 14 et 15 d'un circuit d'alimentation ayant le même potentiel que celui fourni aux bornes 8 et 9.
Le circuit .de décharge du tube au néon peut avoir un dispositif 16 de commande du courant, de préférence dans le circuit pri maire du transformateur correspondant, pour permettre le réglage de l'intensité du courant fourni au tube à néon et par là le réglage de l'intensité de la lumière émise. Les tubes à décharge sont montés dans -des moyens de réflexion et de fusion indiqués d'une façon générale en 18. Ces moyens comprennent un réflecteur parabolique 19 monté dans un sup port ou enveloppe 20, comme représenté sur les fig. 2 et 3. Entre l'enveloppe 20 et le ré flecteur 19 est placé un organe creux cylin drique ?1, destiné à maintenir en place le tube à néon 2.
Le réflecteur parabolique 19 peut être muni d'une portion 23, munie d'une série de fentes 24. La partie convexe du tube à mercure 1 est destinée à s'adapter dans la partie concave 23, de sorte que l'axe du tube à mercure 1 est sensiblement au foyer du ré flecteur parabolique 19. En outre, la largeur des fentes 24 est telle que la lumière prove nant du tube à néon 2 est obligée de passer à travers le tube à. mercure 1.
De cette façon, la lumière provenant du tube à néon est fu- âionnéeentièrement avec la lumière provenant du tube à mercure, de sorte qu'aucune lumière au néon non fusionnée ne peut s'échapper. Un évite par suite toute bordure indésirable de couleur rouge. Des fils 26 servent à amener le courant aux électrodes respectives.
D'autres moyens pour régler le rapport des quantités des lumières employées peuvent être utilisés. Par exemple, la surface émet trice de lumière des tubes au néon et au mer cure peut, comme dans l'exemple décrit ci dessus, être maintenue la même, la densité @le courant dans les tubes à décharge respectifs peut également être sensiblement la même et l'intensité de la lumière au néon peut être ré- gIée -de façon à être celle qui correspondrait à une surface d'émission égale au quart de celle du tube à mercure, en faisant passer la lumière au néon à travers un milieu absor bant, avant de fusionner la lumière au néon avec la lumière au mercure.
Un tel milieu ab sorbant peut comprendre du verre givré ou translucide ayant une épaisseur telle que l'ef fet cherché soit atteint.
Dans une autre forme d'exécution du dis positif, le rapport de@fusion désiré des quan tités de lumière peut être obtenu en mainte nant la valeur de la densité du courant dans les tubes au néon et au mercure respectifs ayant le même diamètre, à la même valeur et en commandant la proportion dans la combi naison de lumière au néon et au mercure, en faisant varier les longueurs respectives des tubes au néon et au mercure. De telles for mes d'exécution sont représentées par les fig. 5, 6, 7, 8, 9 et 10. Dans ces formes d'exé cution, le rapport des longueurs des tubes est de un pour le tube à néon à quatre pour le tube ou les tubes -à mercure.
La fig. 5 montre des moyens de réflexion et de fusion dans lesquels un tube au néon et quatre tubes au mercure sont disposés de telle façon que les axes des tubes soient. dans le même plan. Les tubes au mercure 28 et le tube au néon 23 sont munis d'électrodes 30. et sont reliés ensemble de façon à former un circuit de décharge en série, unique, qui com prend les fils 31 et l'enroulement secondaire 32 d'un transformateur indiqué d'une façon gé- nérale en 34, dont le primaire 35 est alimenté en courant alternatif par les bornes 36 d'un circuit d'alimentation ayant entre elles une différence de potentiel de, par exemple, <B>110</B> volts. Les tubes à décharge ont sensible ment le même diamètre et sont alimentés avec.
le même courant de décharge, dont la densité dans tous les tubes est, par suite, approxima tivement la même. Les rendements étant sup posés à peu près égaux, on obtient un rap port de la quantité de lumière au néon à la quantité de lumière au mercure égal .à ap proximativement un quart en prenant pour la surface émettrice de lumière au néon le quart de celle de la lumière au mercure, la longueur du tube au néon étant le quart de la somme des longueurs des tubes à mercure comme re présenté sur les fi--. 5 et 6.
Il est à noter que les tubes à mercure ont une forme en<B>U,</B> tan dis que le tube @à néon est un simple tube, placé entre les deux tubes à mercure en forme a'U. Les enveloppes des tubes contenant le mercure sont en verre jaune. En -nie d'assu rer une fusion convenable des lumières rouge et bleue, les divers tubes sont montés dans des moyens réflecteurs indiqués d'une façon gé nérale en 38, qui comprennent les éléments ré flecteurs 39 et 40 et le prisme diffuseur 42.
Les fi-. 7 et 8 et 9 et 10, respectivement, représentent deux dispositions permettant de fusionner des lumières au néon et au mercure en maintenant sensiblement la même densité de courant dans les tubes au néon et au mer cure et en faisant varier la proportion de la lumière fusionnée en faisant varier les Ion- gUeUrs respectives des tubes au néon et au mercure, ces tubes ayant sensiblement le même diamètre.
Il est à noter que le fait d'a voir la même valeur de courant. de décharge dans des tubes de même diamètre comme dans les formes d'exécution représentées par les fi-. 5 à 10, constitue un avantage qui ré side dans la possibilité d'utiliser un seul transformateur pour exciter les tubes. Les fig. 7 et 8 montrent une disposition dans la quelle le tube au néon 45 -est placé de telle façon, par rapport aux tubes au mercure 46, que la lumière provenant des tubes au néon et au mercure, respectivement, est fusionnée par réflexion â, partir d'un réflecteur 48 et passe à travers l'écran 50 lequel, si on le dé sire, peut être en matière diffusante telle que du verre givré.
Le réflecteur 48 et l'écran 50 sont montés dans une enveloppe 51.
Dans la fig. 9, le tube au néon 52 est placé approximativement au centre d'uii groupe de quatre éléments de tubes au mer cure 54. En- réalité, il y a. deux tubes en forme d'U. Tous les tubes ont sensiblement le même diamètre et la longueur combinée des tubes au mercure -est quatre fois celle du tube au néon.
La fusion de la lumière provenant des tubes au néon et au mercure a lieu en grande partie par réflexion, à partir de la. sur face du réflecteur 56, et la lumière fusionné:. peut passer .à travers un écran 58 qui peut être en matière susceptible de compléter la fusion, telle que, par exemple, du verre givré ou matière analogue. La fig. 10 représente un mode de liaison en série de cinq éléments de tubes, réalisé de telle façon que le courant, à travers les tubes, soit sensiblement le même. Dans le cas particulier, les tubes au mercure sont repliés et munis d'électrodes 60. Le tube au néon 52 est également muni d'élec trodes 60.
Comme représenté sur la fig. 10, les bornes du circuit comprenant les tubes à décharge en série sont connectées ait secon daire 61 d'un transformateur dont le primaire 62 est alimenté en courant par les bornes 64 et 65, la différence de potentiel entre ces bornes étant, par exemple, de<B>110</B> volts.
Bien que l'invention ne soit pas limitée à une constitution particulière des électrodes, il est désirable, tout au moins dans certains cas, -l'avoir des électrodes suffisamment petites pour être placées dans des tubes ayant un dia mètre extérieur pouvant être, par exemple, de 11 mm, sans qu'il soit nécessaire de prévoir des agrandissements aux extrémités des tubes, pour recevoir les électrodes.
En utilisant des électrodes suffisamment petites pour être in sérées dans les tubes @à gaz usuels, ces der niers peuvent être groupés ensemble comme représenté sur la, fig. 5, par exemple, ce qui <B>,</B> -tu <B>.</B> gmente les possibilités d'emploi et les avan- tapes. Les électrodes qui servent de cathodes peuvent être traitées avec une matière à. fort pouvoir d'émission d'électrons, telle que des éléments fortement électropositifs ou des composés de ces éléments, par exemple, un ou plusieurs éléments du groupe des métaux al calins ou alcalino-terreux, ou des composés,de ces métaux.
Les corps suivants peuvent être employés, par exemple: le césium, le potas sium, le sodium, le lithium, le calcium, le baryum, le strontium ou des composés de tels éléments comme, par exemple, les oxydes de baryum, de calcium, de strontium et ana logues. Comme exemple particulier, on peut mentionner le produit obtenu par la décompo sition par la chaleur d'une couche de peroxyde de baryum déposée sur un corps de cathode en nickel ou en cuivre.
Pour préparer une cathode, respectivement une électrode pour le dispositif, on peut recouvrir la surface d'une cartouche métallique, de préférence en nickel ou en cuivre, avec du peroxyde de baryum et chauffer ensuite cette cartouche dans une flamme pour décomposer le peroxyde à une température élevée, telle que 900 à, 1500 C. Ce traitement donne lieu à une réaction dans laquelle le peroxyde de baryum est décom posé et donne un dépôt adhérant solidement sur l'électrode métallique et qui est probablement un sous-oxyde .de baryum ou un mélange .de baryum métallique et de sous-oxyde de ba ryum.
Bien que le dessin indique des circuits électriques d'alimentation destinés @à alimen ter les tubes à décharge avec un courant à. voltage élevé et des faibles ampérages, l'in vention n'est pas limitée à cet égard et les tubes à décharge peuvent être alimentés avec du courant ayant un voltage relativement fai ble et un ampérae relativement élevé. Les fig. 4 à 9 représentent des circuits électriques dans lesquels les tubes à décharge sont des tinés à être alimentés avec -du courant qui peut avoir une valeur de 25 milliampères et un potentiel de 8000 volts.
D'autre part, les tubes peuvent être établis de façon être ali mentés et mis en fonctionnement au moyen d'un courant ayant un faible voltage, tel que 110 volts et, dans ce cas, la. valeur du cou rant de décharge peut être de 1 à 3 ampères.
En vue d'équiper les tubes -de telle sorte qu'ils soient aptes à fonctionner de façon sa tisfaisante sous de faibles voltages, comme, par exemple, un courant continu à faible voi- tage, les cathodes peuvent être thermo- érnettrices et établies de façon à fonctionner à une température élevée ou elles peuvent comporter une masse de métal alcalin.
L'étude des courbes 4 et 5 indique qu'une lumière artificielle ayant une constitution (longueur d'onde-intensité) telle que celle re présentée par la courbe 5 possède les caracté ristiques particulières suivantes par rapport à la constitution (longueur d'onde-intensité) de la, lumière naturelle du jour, représentée par la courbe 4 <B>1.</B> Un maximum d'intensité très voisin de celui de la lumière du jour naturelle, dans la portion verte du spectre, vers 550 milli- microns de longueur d'onde. 2.
Des rapports d'intensité,, dans le vert moyen et dans l'orangé moyen, à la valeur du maximum, très voisins de ceux de la lumière du jour. 3. Des valeurs d'intensité dans la partie la plus lumineuse de la portion rouge du spectre voisins de ceux de la lumière du jour.
Ainsi, grâce au procédé décrit, on peut. obtenir par synthèse une lumière artificielle suffisamment semblable à celle du jour. La plus grande partie de la lumière obtenue peut être utilisée soit directement, soit à l'aide de la fluorescence de l'écran jaune susmentionné.