Brevet FR2199596A1 — publié le 19740412

La préoante invention concerne les systèmes à modulation de lumière da.i; lesquels la modulatioa de la lumière est obtenue par transmission ou réflexion d'un faisceau lumineux à partir de la déformation locale d'un milieu déformable sous l'action électrostatique de charges localement variables. Dans les dispositifs connus de ce genre cette déformation consiste en un creux ou est mise éventuellement en forme de réseau à pas régulier et profondeur variable par balayage d'un faisceau électronique d'intensité constante à vitesse de balayage modulée par un signal à fréquence fixe et amplitude variable. De tels dispositifs présentent l'inconvénient d'exiger, pour que l'image soit fine et détaillée, un faisceau électronique extrèmement fin. te canon générateur de ce faisceau doit en conséquence présenter des caractéristiques très précises impliquant un fonctionnement dans un vide poussé. En outre des dispositifs auxiliaires de pompage entretenu, de renouvellement du milieu déformable, de nettoyage de la surface de celui-ci, de stabilisation de sa température, d'homogénéisation de ce milieu s'avèrent nécessaires et font en conséquence, de tels systèmes, des appareillages complexes qui ne peuvent autre conduits que par des professionnele : ce qui, Conjointement à leur prix de revient élevé, en exclut l'application dans le domaine grand public.Tous autres dispositifs prévus pour le mdme genre d'application présentent d'ailleurs des inconvénients comparables. te dispositif suivant l'invention permet de limiter ces incon vénients. Dans ce dispositif en effet il est possible en particulier d'associer au milieu déformable un canon électronique donnant un faisceau d'un diamètre relativement important. En outre le vide y est réalisé de façon définitive et la surface du milieu utilisé n'exige pas de manipulationsd'entretien. te milieu déformable mis en oeuvre, quiest en l'occurence constitué d'une mince couche d'un liquide relativement isolant, est déposé sur une plaque support relativement conductrice. I1 a été constate zuo, dns des conditions qui seront précisées par suite, la surface de ce liquide, sous un flux de charges élec- iules uniforme, se déforme en prenant un aspect cellulaire.On obtient ainsi use d for.1ation périodique, dans les deux dimensions, qui se traduit par l'apparition d'un maillage foré d'un très grand nombre de petites lentilles accolées bien que la zone qui acquiert ainsi cette structure cellulaire reçoive en fait, de façon uniforme, les charges électriques, le pas de ce maillage définissant la "période spatiale" à la déformation. ta période spatiale est donc en fait inférieure à la section de flux de charges : cette propriété caractérise l'effet observé. C'est sur cet effet qu'est basée l'invention. Le maillage devient de plus en plus serré lorsque la charge introduite augmente. On passe ainsi de déformations relativement faibles, à profil pseudo sinusoSdal, à des déformations à contour apparent polysphérique pour aboutir, dans le cas de flux de charges forts, à un grand nombre de calottes sphériques d'aspect lenticulaires qui vont jusqu'à se trouver séparées les unes des autres lorsque leur dia nètre s'amenuise. tes figures 3 à 5 du dessin annexé au présent texte illustrent particulièrement l'évolution de ces déformations en fonction de la densité du flux des charges apportées à la surface du milieu déformable. Sur une épaisseur moyenne donnée de la couche constituée par ce milieu, la déformation obtenuc dépend de la seule intensité du faisceau générateur des charges, ladite intensité contrôlant simultanément la force et la période de la déformation, cette déformation évoluant comme susdit lorsque l'intensité du flux augmente. On passe également de la forme donnée figure 3 à celles des figures 4 et 5 lorsque, à flux constant, l'épaisseur moyenne de la couche diminue. Â titre indicatif, le phénonène s'observe avec de nombreux liquides relativement isolants tels que des huiles de transformateur, beaucoup de monomères et polymères organiques divers, l'épaisseur moyenne pouvant être de quelques dizaines de micro- mètres. Du point de vue quantitatif, la tension superficielle et la résistivitc électrique du milieu ont une grande influence pour un ftx variable dans le temps la viscosité ainsi que l'inertie électrique des corps constituant la couche et aussi les conditions de transport des charges dans la couche jouent également un rtle important. Les conditions d'effaçage varient alors mais les techniques connues à ce sujet s'appliquent intégralement. L'application du phénomène, particulièrement à la projection sur écran d'images de télévision qui est la préoccupation majeure de la Demanderesse, peut prendre des formes variées qui dérivent d'ailleurs des types de déformations décrites. Ia déformation lenticulaire montrée figure 5 parait en l'espèce particulièrement intéressante. Dans tous les cas, pour former une image, on associe à chaque point-image un élément discret de la surface du liquide : en réglant le flux des charges électriques associé à cet élément, on forme ainsi une structure périodique .sontil présentant une périodeXet une amplitude données qui caractérisent ledit point-image. Pour un autre élément les caractéris- tiques seront différentes. Chaque élément, tout en étant de petites dimensions, présente une superficie assez grande pour que l'on y obtienne au moins une période. Pour que l'on puisse alors obtenir une image en noir et blanc ou en couleur, il suffit que les conditions de transmission de la lumière a' travers la couche et son support, ou de réflexion sur cette couche, à partir d'une source auxiliaire, soient différentes d'un point à un autre. Or ceci est effectivement le cas-quand le profil de la déformation varie et on peut tirer parti de cet effet de plusieurs façons, principalement en utilisant une optique strioscopique du type généralement connu sous le nom d'optique de Schlieren comportant notamment deux masques associés. On tient compte pour cela des propriétés de réfraction et de diffraction de la couche du fait que chaque élément discret de la couche, dans le cas d'une période très faible, diffracte la lumière et nême peut former un réseau de diffraction. Dans ces conditions un certain nombre de types d'optiques strioscopiques peuvent Autre mis en oeuvre. Ces optiques peuvent comporter des masques complémentaires du fait que, il n'y a pas de défor:nation de la couche, la lumière n'arrive pas au point correspondant de l'image. S'il y a une déformation, la lumière arrive en ce point du fait de la déviation des rayons à travers la couche. ta solution compcrtant des masques à trous circulaires est la mieux adaptée à la syné- trie de. la déformation autour d'un point mais d'autres structures peuvent convenir. Le nombre d'éléments juxtaposés dans le masque est quelconque à partir de un. Quand l'obtention de l'image procède de la réfraction de la lumière le résultat est pratiquement indépendant de la longueur d'onde et correspond à une période assez grande de la déformation ce procédé convient donc bien pour la réception d'images de télévision en noir et blanc. Les optiques précités peuvent comporter également des masques non complémentaires. Ceci correspond notamment au cas où la diffraction est prépondérante ce qui se produit pour une faible ~ .sp? - - periode/de la déformation. Dans ce cas la repartition angulaire de la lumière diffractée dépend beaucoup de la longueur d'onde. Dans ces conditions, le premier masque étant de même structure aue le rremier masque du cas précédemment. on peut faire en aorte. évitent que seules les radiations d'une gamme étroite de longueud'onde/ la partie optique du second masque en constituant celui-ci de façon qu'il présente des parties transparentes annulaires dont les dimensions sont calculable na conformité avec les lois de la diffraction. lorsque la déformation de la couche est modifiée, la longueur d'onde de la lumière transmise par le second masque change : c'est pourquoi un tel couple de masques permet l'obten tion dtimages en couleur.Pour d'autres conditions touchant le nombre et les dimensions des anneaux, de tels masquoelaissent passer une gamme étendue de longueurs d'onde : dans ces conditions une image de télévision en noir et blanc peut être également obtenue, ce qui peut permettre éventuellement de rendre le sytème compatible. comparatible. Des traques non complémentaires formes uniquement d'éléments circulaires conviennent d'ailleurs égaleent à certaines situa- tiens soit co .e masques amplifiés pour la couleur, soit en vue d'améliorer la qualité des images noir et blanc en supprimant ainsi des influences parasites. Différentes autres objets et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre donnée à titre d'exenple non limitatif associée au dessin annexé dans lequel - la figure I représente un système de projection équipé de la couche déformable et des optiques conformes à l'invention - la figure 2 est une vue à grande échelle d'une coupe de la couchc déformable et de son support transparent - les figures 3, 4 et 5 sont des coupes transversales à plus grande échelle d'un élément de la couche pour des déformations de plus en plus accentuées de ladite couche ;; - la figure 6 est une vue en plan de cet élément dans le cas correspondant à la déformation représentée figure 5 - les figures 7a et 7b sont respectivenent une vue frontale de deux elénents de masques complémentaires - les figures 8a et 8b sont respectivenent une vue frontale de deux éléments de masques non complémentaires. Sur la figure 1 a été représenté, à titre d'exemple, un dispositif de projection d'images de télévision connu en soi mais dans lequel sont mises en oeuvre les particularités propres à l'invention : ce dispositif se présente comme un tube à rayons cathodiques d'un type particulier comprenant une enveloppe de verre 1 dans laquelle est fait le vide, un canon électronique 2 produisant un faisceau d'électrons 3 dirigé vers la surface d'une couche 4 d'un milieu transparent et déformable recouvrant la partie 5 de l'enveloppe 5 qui se présente horizontalement, ladite partie 5 étant transparente. le faisceau 3 est modulé par un signal dc télévision appliqué à ide d'un systène classique non représenté pour ne pas surchar- ln go le dcq'r eb parce que non/dispenso-blc pour la co-prehension de l'invention. te milieu déformable 4 a une partie centrale qui coïncide avec la surface balayable par le faisceau électronique 3, les électrons de ce faisceau étant attirés par le revttement conducteur 5, sous-jacent à la couche 4, dont a été préalablement recouverte la surface interne de l'enveloppe 5.Sous l'effet de l'impact du faisceau électronique 3 il se produit à la surface du milieu déformable 4, dans les conditions qui ont été précisées, des déformations conformes à celles qui ont été précédemment décrites c'est-à-dire dont le profil est fonction des charges électroniques apportées par le faisceau 3 aux divers points de la surface du milieu 4. En conséquence les profils de ces déforma- tions sont fonction du signal de télévision modulant le faisceau électronique 3. Ces déformations ont pour effet de réfracter ou diffracter un faisceau lumineux provenant d'une source de lumière 7 à travers le système optique représenté lequel comporte une lentille 8 qui donne une image de la source de lumière 7 dans le plan d'un premier masque 9.En l'absence de déformations de la surface de la couche 4, une autre lentille 10 donne une image de ce masque sur un second masque Il. Dans ces conditions toute déformation de la surface de la couche 4 réfracte ou diffracte la lumière qui traverse cette couche de sorte que la lumière transmise traverse le masque Il avec une intensité, et eventuellement une couleur, qui correspond aux profils des déformations qui affectent la surface de la couche 4 et donc aux amplitudes du signal de télévision apporté par le faisceau électronique 3. l'image de la déformation de la surface de la couche 4 est ainsi transmise au-delà du masque 11 et projetée sur un écran 14 par un objectif 12 après réflexion sur un miroir 13. La coupe transversale donnée figure 2 d'une fraction de I'enveloppe Sa qui porte la couche 4 montre plus précisément le rev & ement conducteur 6 transparent sous-jacent à la couche 4, dont est recouverte intérieurement cette partie Sa de l'enveloppe 5. Ce rev8temeo+ 6 est chargé positivement ~ 09 ces conditions les charges négatives apportées par le faisceau électronique, situées à la surface de la couche 4, sont attirées par les charges positives du revêtement conducteur 6 ce qui provoque les déformations de la couche 4 suivant les différents profils indiqués précégemment et dont les figures 3, 4 et 5 donnent les différentes représentations en coupes transversales pour des densités croissantes de charges. Sur la figure 3 la surface de la couche 4 est représentée seulement légèrement ondulée avec des bosses 15 et des creux 16, cette ondulation s'effectuant identiquement suivant au moins deux directions dont l'une correspond au plan de la figure. Pour des valeurs plus élevées de l'intensité du faisceau électroniquc on voit figure 4 qu'il se produit une accentuation des parties convexes 17,les creux 18 étant également accentués mais resserrés comme le montre le dessin. Pour des valeurs encore plus élevées de l'intensité du faisceau électronique, cette accentuation faitque les creux atteignent la surface mdme du revietement conducteur 6, donnant ainsi naissance à des lenticules 19, séparés par des intervalles 20,régulièrement espacées ainsi que le montre plus précisément en plan la figure 6, les lenticules 19 se raccordant de façon abrupte en 21 aux intervalles 20. Sur les figures 7a et 7b, ainsi que sur les figures 8n et 8b, sont représentées des portions des masques 9 et Il qui sont intégré à l'optique du système ainsi que défini et décrit précédemment, ces masques étant respectivement complémentaires ou non complémentaires dans le premier cas et non complémentaires dans le second ca En ce qui concerne les masques complémentaires tels que montrés figure 7a et 7b, les parties qui réalisent leur complémon tarité sont, ainsi qu'on le voit, simplement des lunules respectivement transparentes 22 sur un fond opaque 23 et opaques 24 sur un fond transparent 25, reportécs sur des lames d'un matériau trans par ont par exemple tel que le verre. En OL qui concerne les masques non complémentaires tels que montrés figures 8a et 8b, les parties non complémentaires associées sont, par exemple pour le masque 9, des lunules transparentes 26 sur un fond opaque 27 comme dans le cas précédent, cependant que, pour le masque 11, ce sont des anneaux transparents 28 sur un fond opaque 29, lequel fond subsiste donc à l'intérieur même des anneaux 28. Ainsi la lumière qui a traversé les lunules 26 du masque 9 subit, de par l'existence des anneaux 28, à la traversée du masque 11, la ou les déviation(s) recherchée(s) particulièrement dans ce cas ainsi qucil a été indiqué précédemment. Les figures 3, 4 et 5, par lesquelles eot mise en évidence l'évolution des déformations de la couche correspondant à l'effet physique dont l'application est l'objet de la présente invention, ont été décrites dans le cas où les charges développées à la surface de la couche 4 sont des charges apportées par un faisceau électronique. L'invention ne se limite pas à une telle application : les particules qui produisent les charges peuvent autre on effet aussi bien initialement chargées comme c'est le cas pour les électrons ou seulement ionisantes c'est-à-dire engendrant par ionisation des charges convenables pour assurer la charge de la couche déformable et donc les déformations en résultant pour celle-ci en fonction de l'intensité du flux incident. D'invention 'applique également au cas le plus général où les charges précitées résultent d'un rayonnement quelconque : rayon 1r rayons Y , etc. Dans tous les cas on peut ainsi analyser la répartition spatiale et l'intensité d'un flux de particules chargées ou ionisantes. REVENDICATIONS 1. système de modulation de lumière destiné à ana -ser la répartition spatiale et l'intensité d'un flux de particules chargées ou ionisantes, ladite modulation de lumière étant obtenue par transmission ou réflexion d'un faisceau lumineux à partir de la déformation de la surface d'un milieu liquide de résisti vité élevée, déposé en couche mince sur une surface d'un maté rocou de faible résistivité, sur laquelle viennent se déposer des charges électriques résultant dudit flux de particules, caractérisé en ce que chaque élément de ladite surface du milieu liquide correspond à une déformation iodique, dans ses deux dimensions, de cette surface, obtenue sous l'effet de la seule intensité du faisceau aénérateur desdites charges. spatiale ladite intensité contrlant sinultanément la forme et la période / la de/déformation, cette déformation pouvant aller dc la forme ondulée à la forme lenticulaire. 2. Système de modulation de lumière selon la revendication 1, intégré à un tube à rayons cathodiques de réception de télévision en noir et blanc ou couleur comportant un canon à électrons, une cible constituée par ladite couche liquide, un dispositif optique de projection, caractérisé en ce que le faisceau électronique, issu dudit canon générateur desdites images, engendre des déformations dont la période spatiale est inférieure au diamètre dudit faisceau. 3. Système de modulation le lumière selon la revendication 2 caractérisé en ce que ledit dispositif optique comporte une optique strioscopique à deux masques. 4. Systènc de modulation de lumière selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits marques sont complémentaires. 5. Système de modulation de lumière selon la revendication 4.. caractérisé en ce que lesdits masques comportent respectivesent au moins un élément constitué d'une partie circulaire transpa rcnte sur un fond opaque et d'une partie circulaire opaque sur un fond transparent. 6. Système de modulation de lumière selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits masques sont formés de parties circulaires non complémentaires. 7. Système de modulation de lumière selon la revendication 3 utilisant des masques non complémentaires dont le premier, dans le sens dc la marche des rayons lumineux, comporte des parties transparentes circulaires et le second des parties transparentes annulaires.