Amplificateur de la lumière. La technique de l'optique moderne est très perfectionnée au point de vue de la re production de l'image. Deux inconvénients principaux existent encore: a) la luminosité d'une image ne peut être renforcée notable ment sans intervention d'un système optique coûteux, parfois de grandes dimensions; b) l'optique ordinaire est limitée par un spec tre visible, car l'oeil humain ne peut pas voir directement les rayons ultraviolets ou infra rouges notamment.
La présente invention concerne un am plificateur de la lumière, cet amplificateur étant caractérisé par des moyens pour réaliser une transformation de l'image optique pri maire en une image électronique qui, à son tour, est transformée en une deuxième image optique, à l'aide d'une projection optique de l'image primaire sur une couche sensible, don nant une charge électrique reproduite de ma- nière électro-optique sur une deuxième cou che fluorescente.
Cet amplificateur de la lumière est im portant pour la navigation maritime ou aé rienne et pour l'optique classique - par exemple pour les appareils photographiques, utilisant une faible lumière.
La télévision, elle aussi, profite de ce dis positif pour éviter une lumière artificielle puissante pour la prise directe de vues.
Le dessin annexé représente, schématique ment et à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention, en par tie en application à certains dispositifs.
La fig. 1 montre un amplificateur de lu mière à trois cellules photoélectriques; La fig. 2 représente un autre amplifica teur de lumière; La fig. 3 illustre l'application d'un ampli ficateur de lumière à un microscope de fa- çon à permettre l'utilisation simultanée de l'optique ordinaire et électronique pour l'a grandissement ou la réduction de l'image op tique; La fig. 4 illustre l'application d'un am plificateur de lumière à un appareil de télé vision;
La fig. 5 montre un amplificateur de lu mière pourvu de moyens pour la transforma tion de la lumière invisible, par exemple pour observer un vaisseau ou un aéroplane dans le brouillard; Les fig. 6, 7 et 8 montrent deux amplifi cateurs de lumière pourvus de moyens pour augmenter le nombre d'électrons secondaires émis; , Les fig. 9 et 10 concernent encore d'autres amplificateurs de lumière.
On voit, sur la fig. 1, que la lentille Ll projette l'image Il sur une couche photo électrique opaque ou transparente P de la première de trois cellules photoélectriques CI, Cz et C3 disposées l'une derrière l'autre dans le tube N. Au voisinage de cette couche est disposée une plaque ou une toile métallique F qui reçoit une haute tension de la batte rie électrique B ou d'une autre source élec trique.
Cette plaque F peut aussi être constituée par une matière semi-conductrice recouverte d'une couche fluorescente. La distance sépa rant ces deux couches P et F est choisie pe tite. Les électrons photoélectriques libérés par la lumière sont attirés aussitôt par la couche fluorescente F. I1 est évident que la distribution des électrons photoélectriques correspond aux contours de l'image optique surtout si l'on prévoit une petite distance en tre ces deux couches P et F. L'écran fluores cent émet la lumière conformément à cette distribution électronique.
Une image fluores cente apparaît alors, de la même forme que l'image optique. Si l'on augmente progressi vement la haute tension entre ces deux cou ches, l'énergie cinétique des électrons devient plus puissante. La lumière fluorescente aug mente aussi. Il est évident que, par un choix convenable de la haute tension, l'énergie des électrons bombardant l'écran fluorescent peut provoquer une lumière fluorescente plus forte que celle de l'image optique projetée sur l'écran photosensible. Un effet indésira ble peut se produire, c'est la réaction de la. lumière fluorescente sur la couche photo sensible qui peut modifier ou détruire com plètement la reproduction de l'image opti que primaire.
Cet effet sera appelé par la suite la superréaction de la lumière.
Pour éviter cet inconvénient, on peut pré voir un écran spécial de lumière non repré senté entre ces deux couches P et F, afin d'é viter ou de diminuer le retour de la lumière de la couche fluorescente F à la couche pho tosensible P, cet écran laissant passer les fi lets électroniques et pouvant être constitué par une substance opaque semi-conductrice, très mince, telle que, par exemple, de l'agate. On peut encore éviter cette superréaction en éloignant convenablement les couches les unes des autres ou en les orientant de telle sorte que le rayon de retour ne puisse atteindre la couche primaire.
L'image primaire Il excite donc la pre mière cellule Cl, donnant la lumière fluores cente pour la deuxième cellule fluorescente par l'intermédiaire d'une lentille L2. La deuxième cellule, C2, excite à son tour la troi sième C3 par l'intermédiaire d'une lentille L3. La quatrième lentille L4 permet de reproduire l'image Iz dont la luminosité est amplifiée.
Un système d'alimentation de haute tension B est relié à ces trois cellules Cl, CZ et C@. Il est évident que le nombre de ces cellules photoélectriques d'amplification n'est limité que par la reproduction nette de l'image am plifiée, ce qui dépend, d'une part, de la qua lité du système optique ordinaire et, d'autre part, de la reproduction électronique de l'i mage entre les deux couches: photosensible 1' et fluorescente F.
Une variante du dispositif de la fig. 1 est donnée par la fig. 2, dans laquelle la repro duction de l'image électronique est améliorée à. l'aide d'un champ magnétique et électro- optique H. On voit sur cette figure que les plaques fluorescentes et photosensibles F'Pz, F'P3, sont respectivement voisines et même jointes l'une à l'autre.
Ceci permet d'éviter un système optique ordinaire entre ces deux couches, tandis que l'image électronique est formée par un puissant champ électro-optique. Les électrons issus de F3 sont accélérés vers l'électrode positive A qui a la forme d'une grille, de façon à ne pas gêner la formation de l'image optique. Les distances entre cha que système photosensible et fluorescent peu vent être diminuées, autant qu'il est possible. La limite supérieure consisterait à couvrir la couche fluorescente par la couche photosen sible, possédant une conductibilité meilleure nue celle de la couche fluorescente.
Le trans port des charges électriques à travers la cou che fluorescente est alors provoqué par un champ électrique auxiliaire, créé par une dif férence de potentiel convenable, comme ceci est indiqué par les piles B', B2, B' montées en série ou en parallèle.
La fig. 3 montre une construction spé ciale d'un microscope combiné à un système optique électronique. Une image primaire produite par une lumière d'une nature quel conque (par exemple celle de rayons ultra violets) est projetée par la première lentille L' sur une couche photosensible P. On sait que l'agrandissement optique d'une image donne des pertes de lumière, limitées par la longueur minimum des ondes lumineuses. On est alors obligé d'utiliser une source puis sante de lumière qui peut influencer parfois les objets sensibles, par exemple les microbes vivants, qui perdent leurs facultés normales.
La présente invention permet d'éviter cet in convénient en renforçant électriquement la faible lumière primaire.
On utilise une haute tension entre la cou che photosensible P et la toile métallique A'. Les électrons photoélectriques accélérés par cette tension bombardent violemment l'écran fluorescent Fl. La bobine H (ou un champ électrostatique) reproduit sur l'écran fluores cent l'image primaire électronique avec des dimensions agrandies. Il est aussi possible d'agrandir cette image fluorescente par un simple système optique L2.
La fig. 4 indique une combinaison de l'amplificateur de la lumière avec un disposi tif de télévision, indifféremment comme émetteur ou récepteur. L'image primaire I' est transmise à un oscillographe cathodique servant d'émetteur Em à l'aide d'une lentille Li et d'un amplificateur de lumière C'.
La sensibilité de l'oscillographe ou d'un dispositif analogue n'étant pas suffisante, par exemple pour la prise directe de vue, est augmentée par l'amplificateur de lumière Cl.
Le dispositif d'amplification du circuit électrique Am influence directement ou indi rectement un récepteur de télévision, par exemple un tube cathodique B, donnant une image d'une faible luminosité, qui ne permet pas la projection directe. Pour augmenter cette luminosité, on intercale simplement une deuxième cellule photoélectrique d'amplifica tion CZ qui donne une grande luminosité à la projection et l'on obtient la troisième image 13 à l'aide de la lentille L3.
Une source de lumière invisible (fig. 5), par exemple le soleil S recouvert de nuages <B>N</B> non transparents, sauf pour les rayons infrarouges, c'est-à-dire pour des rayons ca lorifiques, éclaire une image Ii recouverte aussi par ces nuages. L'oeil humain ne peut alors rien voir, ou il voit imparfaitement.
La cellule photoélectrique Ci, transforme simplement ces rayons invisibles en lumière visible en utilisant une couche photoélectrique P sensible à cette lumière invisible. Les électrons secondaires de cette couche produi sent la luminescence visible sur l'écran fluo- rescent F sous l'influence d'une tension conve- n able.
Les symboles L2 et 0 désignent une len tille de l'oculaire de ce dispositif.
Ce système permet de voir, par exemple, un navire ou, un aéroplane dans le brouillard. Il est évident qu'on peut utiliser ce disposi tif pour les autres rayons invisibles, à sa voir: les rayons g, ultraviolets, radioactifs, etc., ceux de la cinématographie médicale ou biologique, etc.
Dans le dispositif qu'on vient de décrire, une couche photosensible, sous l'influence d'une image optique, émet des électrons qui Tiennent frapper une deuxième couche fluo rescente. LTne deuxième image est ainsi for mée par voie électro-optique, le rayonnement primitif pouvant être considérablement ren forcé par l'application d'une haute tension convenable entre les électrodes.
On a proposé, pour augmenter cet effet, d'utiliser la réac tion entre la couche fluorescente et la cou che photosensible, ou bien d'augmenter, grâce à une émission secondaire, le nombre d'élec trons frappant la couche fluorescente.
Dans ce qui suit, on décrira un autre moyen, appliqué audit dispositif, pour aug menter le nombre d'électrons secondaires émis.
Le principe de ce perfectionnement est illustré par la fig. 6, tandis que la fig. 7 re présente une disposition avantageuse permet tant de renforcer la luminosité d'une image sans nuire à la netteté de ses contours, la fig. 8 montre une coupe de la disposition de la fig. 7.
Sur la fig. 6, B est un récipient à vide poussé contenant la surface photosensible P sur laquelle on forme une image au moyen de la lentille L. Cette surface est reliée au pôle négatif d'une source électrique B et émet des électrons vers l'anode A', dont le po tentiel positif est pris sur le potentiomètre D branché aux bornes de B. Un système accélé rateur S positif par rapport à Al dirige en suite le faisceau sur l'écran F, tout en lui fai sant traverser plusieurs grille G à forte émis sion secondaire.
Chaque impact sur une grille G d'un électron venant de P libère des électrons secondaires qui sont accélérés par le système S et augmentent le faisceau d'élec trons tombant sur la grille suivante; il est clair qu'on peut obtenir, de cette façon, un courant électronique final considérablement amplifié.
L'inconvénient de l'amplificateur décrit ci-dessus consiste dans la grande dispersion des électrons secondaires, qui sont, on le sait, émis dans toutes les direction, la qualité de la reproduction électro-optique baissant par suite, à mesure que l'amplification augmente. 'lais on peut prévoir un moyen de surmon ter cette difficulté grâce à une construction du système S telle que celle des fig. 7 et 8 (où les lettres déjà utilisées gardent la même signification que sur la fig. 6).
Le système d'électrodes S est constitué selon cette dispo sition en un paquet de tubes métalliques ou verts aux deux extrémités et dont le diamètre est faible par rapport à leur longueur:
on voit que ces tubes servent à canaliser en quelque sorte les électrons émis par un point donné du plan optique S' (sur lequel on aura formé une première image électronique préamplifiée ou non), de façon à ce qu'ils viennent frap per le deuxième plan optique SZ en un point homologue, bien déterminé. A1 est une élec trode en forme de grille à forte émission se condaire.
L'écran fluorescent F peut être placé près de S2, ce qui permet éventuellement d'éviter l'emploi d'un deuxième objectif électrooptique.
On peut encore intercaler une tension al ternative T entre l'électrode A1 et l'écran fluorescent F, de façon à réaecélérer les électrons tout comme dans le cas d'une ten sion continue. Autrement dit: La tension al ternative produit une multiplication des élec trons entre A' et F du fait que les électrons primaires parcourent le segment A' F pen dant l'alternance positive alors que les élec trons secondaires reviennent par le même tra jet de F vers A' pendant l'alternance néga tive.
La deuxième émission secondaire réu nie à l'émission primaire retourne de nouveau vers F et ainsi de suite. Pour augmenter le rendement de l'émission secondaire, on peut recouvrir l'intérieur du tube S d'une couche de matière soit fluorescente, sait fortement émettrice, telle que le calcium, le sodium, etc. On peut également laisser dans le récipient B un gaz soit libre, soit absorbé par ses pa rois.
La préparation de la couche photosensible peut être facilitée, en imprégnant les 6lectro- des de sels tels que des azotures ou amidures de sodium, de potassium, ou d'un autre mé- tal électronégatif et en chauffant dans un four ou à l'aide d'un courant de haute fré quence pour provoquer la décomposition de ces sels.
L'uniformité de la couche photosensible peut être améliorée en polarisant et transpor tant le métal au moyen d'une décharge élec trique.
La fig. 9 montre une autre forme d'exé- eution alors que la fig. 10 en représente une variante.
Le récipient 1 (fig. 9) contient deux élec trodes tubulaires 2 et 5 et un anneau ou une grille métallique 4 dont l'ensemble crée une distribution de lignes de forces électriques tendant à concentrer les électrons émis. La couche photosensible 3 alimentée par une prise de bobinage secondaire 9 émet les élec trons photoélectriques qui sont concentrés par le système électro-optique 2, 4, 5 sur l'é cran fluorescent 6. Les bobinages secondaires 7, 8 et 9 sont dimensionnés ou couplés de manière à assurer un rapport fixe entre les potentiels de 2, 4 et 5.
Dans les dispositifs suivant les fig. 9 et 10, les champs appliqués produisent la mul tiplication des électrons de la manière sui vante: Les électrons primaires de la photo- cathode sont accélérés par une alternance positive, tandis que les électrons secondaires se dirigent vers la première cathode pendant l'alternance négative.
La deuxième émission secondaire réunie à l'émission primaire de la. première cathode retourne de nouveau vers la cathode secon- rlaire et ainsi de suite.
La fréquence du courant électrique, dans la bobine primaire 10, peut évidemment être choisie de façon à ce que la sensibilité et la précision de reproduction des images soient maxima.
On peut encore combiner plusieurs champs de fréquences différentes, à condition de les séparer nettement, de manière à éviter les influences mutuelles. On peut utiliser dans<B>ce</B> but un système d'électrodes quelcon ques constituant un blindage efficace entre les deux systèmes électro-optiques; un exem- ple de réalisation est donné sur la fig. 10.
Les chiffres y désignent les mêmes parties que sur la fi-. 9, mais il est encore ajouté une source continue 11 alimentant un sys tème 12 de tubes métalliques ouverts, sembla bles à celui prévu dans une forme d'exécution précédente, assurant la correspondance des points homologues de l'image et de l'objet électro-optique.
On voit ici distinctement deux systèmes électro-optiques 2, 4 et 5 d'une part, et 12 et 6 d'autre part, ayant des champs respecti vement variables et constants, tandis que les images électro-optiques ne conservent que leur forme.