Brevet FR2613135A1 — publié le 19880930

:Elément récepteur de lumière pour circuit de commutation" La présente invention porte sur un élément récepteur de lumière, lequel comporte une multiplicité de cellules réceptrices de lumière connectées en série les unes avec les autres et disposées de manière à Qtre couplées optiquement avec une source lumineuse. L'élément récepteur de lumière se rapportant à la présente invention peut Qtre utilisé comme un ensemble de photodiodes couplé optiquement à une source lumineuse telle qu'une diode électroluminescente, et est particulièrement utile lorsqu'il est applique à un circuit de commutation à semi-conducteurs pour la commande d'un transistor à effet de champs (FET) telle que, de préférence, un transistor à effet de champ à semiconducteurs en métal-oxyde connu sous le nom de MOSFET, au moyen d'un signal électrique dans lequel un signal de lumière incidente est converti. L'un des éléments récepteurs de lumière du type concerné a été proposé dans le brevet U.S. NO 4.227.098. dans lequel un groupe de diodes photovoltaïques, connecté à un MQSFET afin d'appliquer une force électromotrice entre les électrodes de grille et de source de ce MOSFET, est couplé optiquement à une diode électroluminescente. Lorsque, dans cette disposition, le MOSFET est dans son mode enrichissement, le passage d'un état bloqué à un état conducteur est obtenu entre les deux bornes de sortie du MOSFET lors d'une génération d'une tension photovoltaïque. De plus, comme on le voit clairement dans les figures 8 et 9 du brevet précité n 4 227 098, il a été exposé que l'on forme le groupe de diodes photovoltaïques en tant qu'élément récepteur de lumière est constitué dans une seule microplaquette en disposant sous forme d'un réseau une multiplicité de cellules réceptrices de lumière de superficie égale, telle qu'on la voit du coté de la diode électroluminescente, et connectées en série les unes avec les autres. Lors de la présence sur l'élément récepteur de lumière du groupe de diodes photovoltaïques d'une lumière en provenance d'une source lumineuse telle que la diode électroluminescente, dans la disposition ci-dessus, il se produit un courant photoélectrique généré dans les cellules réceptrices de lumière respectives en proportion de la quantité de lumière reçue de la source lumineuse. Puisque les cellules réceptrices de lumière 2ç0 respectives ont une superficie égale, le courant photoélectrique généré dans l'une de ces cellules à un emplacement plus éloigné que les autres de la source lumineuse sera plus faible, et on a constaté que le courant photoélectrique pouvant Htre obtenu pour l'élément récepteur de lumière tout entier devait &tre le courant minimal parmi ceux générés à l'intérieur des cellules réceptrices de lumière respectives, ou, en d'autres termes, le courant électrique généré dans la cellule réceptrice de lumière située à l'emplacement le plus éloigné de la source lumineuse. En conséquence, il existe un problème en ce sens que les courants photovoltaïques générés dans les cellules réceptrices de lumière plus proches de la source lumineuse sont une soumises à /perte considérable au point de diminuer en fin de compte le rendement de réception de lumière pour l'élément récepteur de lumière tout entier L'objet principal de la présente invention, et donc, de fournir un élément récepteur de lumière capable d'améliorer dans une large mesure le rendement en réception de lumière tout en permettant la taille de microplaquette qui est requise pour la formation de l'élément en une seule microplaquette devant être effectivement minimisée. Selon la présente invention, cet objectif peut -tre réalisé en formant l'élément récepteur de lumière avec une multiplicité de cellules réceptrices de lumière connectées en série les unes avec les autres et disposées en sorte d'être couplées avec une source lumineuse, les cellules ayant respectivement une superficie modifiée en fonction de l'intensité de lumière incidente provenant de la source lumineuse. Dans l'élément récepteur de lumière selon la présente invention, les courants photoélectriques générés à l'intérieur des cellules réceptrices de lumière 4- respectives sensibles à la lumière provenant de la source lumineuse sont sensiblement égales les unes aux autres, de telle façon qu'aucune perte de courant photoélectrique ne puisse se produire dans aucune des cellules du fait de la différence de distance de la source lumineuse de façon à maintenir un excellent rendement de réception de lumière pouvant tre obtenu globalement de l'élément récepteur de lumière, et la dimension entière de l'élément peut Etre rendue plus petite de manière à permettre de minimiser la taille de la microplaquette requise pour la formation de l'élément en une seule microplaquette. Les autres objectifs et avantages de la présente invention seront clarifiés dans la description de l'invention donnée ci-après de façon détaillée en référence aux réalisations représentés dans les dessins annexes sur lesquels: La figure 1 est une vue en plan montrant un état dans lequel les cellules réceptrices de lumière sont disposées dans un mode de réalisation de l'élément récepteur de lumière selon la présente invention; la figure 2 est une vue en perspective montrant schématiquement un dispositif de commutation à semi- conducteurs en tant que dispositif typique des exemples dans lesquels l'élément récepteur de lumière de la figure 1 est employé; la figure 3 est une vue explicative montrant la - 5- relation de position entre la source lumineuse et l'élément récepteur de lumière dans le dispositif de commutation de la figure 2; la figure 4 est un graphique montrant la relation entre la distance horizontale entre la source lumineuse et les cellules réceptrices de lumière respectives et l'éclairement relatif, à la fois pour des valeur calculées et des valeurs effectivement mesurées; la figure 5 est une vue de dessus représentant un état dans lequel les cellules réceptrices de lumière sont disposées dans un mode de réalisation optimal de l'élément récepteur de lumière selon la présente invention; la figure 6 est une vue en plan montrant un état dans lequel les cellules réceptrices de lumière sont disposées circulairement dans un autre mode de réalisation de la présente invention; et la figure 7 est une vue en plan montrant un état dans lequel les cellules réceptrices de lumière sont couplées optiquement à une source lumineuse disposée sur le côté latéral des cellules. Tandis que l'on se reportera maintenant à la présente invention en se référant aux modes de réalisation respectifs illustrés par les dessins annexés, on comprendra que cette invention n'est pas limitée aux seuls modes de réalisation illustrés. En se référant à la fig. i représentant un élément -6- récepteur de lumière, en tant que mode de réalisation de la présente invention, cet élément 10 récepteur de lumière comprend trois groupes de cellules réceptrices de lumière 11A..., 11B... et llC... lesquelles reçoivent une lumière provenant d'une source lumineuse 1 telle qu'une diode électroluminescente. Dans le cas présent, seize cellules réceptrices de lumière 11A... 11B... et 11C... sont connectées en série, les unes avec les autres par des lignes de connexion 12, en étant disposées sous la forme d-un réseau pour Etre couplées optiquement à une source lumineuse 1 placée en face, verticalement, de la surface réceptrice de lumière des cellules, comme cela apparaîtra clairement lorsque l'on se référera conjointement aux figures 2 et 3. De plus, une paire d'électrodes 13A et 13B sont connectées respectivement aux premier et dernier étages des cellules réceptrices de lumière dans l'arrangement connecté en série des cellules 11A à 11C. Ici, les cellules réceptrices de lumière respectives, 11A à 11C de l'arrangement en série sont prévues pour que leur superficie réceptrice de lumière varie en fonction de l'intensité de la lumière incidente en provenance de la source lumineuse 1. C'est-à-dire que dans le mode de réalisation illustré, on fait en sorte que la zone réceptrice de lumière des quatre cellule de lumière 11A disposées les plus près de la source lumineuse aient une petite superficie réceptrice de lumière, et que la -7zone réceptrice de lumière des quatre autres cellules réceptrices de lumière 11C disposées aux emplacements des coins les plus éloignés de la forme en réseau aient une grande superficie réceptrice de lumière, tandis que les huit cellules réceptrices de lumière restantes 11B à une distance intermédiaire entre les cellules 11A les plus proches et les cellules 11C les plus éloignées ont une superficie intermédiaire de réception de lumière. Compte tenu du fait que, en règle générale, l'intensité de la lumière diminue comme le carré de la distance, le groupe le plus éloigné des cellules réceptrices de lumière 11C, doivent avoir une superficie de réception de lumière quatre fois plus grande que celle du groupe le plus proche des cellules 11A, dont la superficie est considérée comme étant une grandeur de référence 1 aussi longtemps que les cellules 11C sont à une distance deux fois plus grande que les cellules 11A par rapport à la source lumineuse. En d'autres termes, on fait en sorte que la superficie de réception de lumière des : cellules 11A les plus proches soit le quart de celle des cellules 11C les plus éloignées. On fait en sorte que la superficie de réception de lumière des cellules 11B réceptrices de lumière placées intermédiairement soient deux fois plus grandes, que celle des cellules 11A les plus proches lorsque les cellules 11B intermédiaires sont disposées une fois et demi plus loin de la source lumineuse 1 que les cellules 11A les plus proches. En Z613135 d'autres termes, la superficie de réception de lumière des cellules 11B intermédiaires est la moitié de celle des cellules 11C les plus éloignées. Il est nécessaire, pour augmenter le courant photoélectrique généré, d'agrandir la superficie de réception de lumière des cellules réceptrices de lumière et, lorsque les cellules sont disposées selon la forme en réseau, la superficie de la cellule à l'emplacement le plus éloigné de la source lumineuse 1 sera prise comme la référence de l'intensité du courant obtenu, comme il est clair d'après ce qui précède. Dans tout élément récepteur de lumière connu, toutes les cellules réceptrices de lumière ont la meme superficie de sorte que la superficie totale de l'ensemble des cellules réceptrices de lumière sera extrêmement grande au point de rendre désavantageusement grande la taille de la microplaquette nécessaire pour former l'élément récepteur de lumière en une seule microplaquette. Selon le présent mode de réalisation par contre, on peut faire en sorte que la superficie réceptrice de lumière des cellules 11A réceptrices de lumière les plus proches de la source lumineuse 1 soit égale au quart, de celle des cellules 11C les plus éloignées, tandis que les cellules 11B intermédiaires peuvent Etre égales à la moitié, mime lorsque la superficie des cellules 11C les plus éloignées, laquelle est la référence pour le courant photoélectrique pouvant Etre _9 - obtenu, est plus large. Dans le cas d'un élément récepteur de lumière connu de, par exemple, seize cellules réceptrices de lumière qui sont disposées sous forme d'un résead réalisé en une seule microplaquette. la taille requise de la microplaquette sera environ quatre fois aussi grande que la superficie totale de quatre cellules réceptrices de lumière aux quatre coins de la forme en réseau. Dans le présent mode de réalisation de l'invention, par contre, la taille de la microplaquette de l'élément avec, identiquement, seize cellules réceptrices de lumière, sera limitée à environ 2,25 fois la superficie totale des quatre cellules 11C aux quatre coins. On comprendra, donc que, en obtenant le même niveau de courant photoélectrique. l'élément récepteur de lumière 10 selon la présente invention peut avoir seulement une superficie réceptrice de lumière qui est presque égale A la moitié de celle de l'élément connu, et peut apporter une contribution remarquable à la réduction à un minimum ) de la taille requise de la microplaquette. Il sera bien sGr possible d'utiliser pour lélément récepteur de lumière 10 de la présente invention, la mime taille des microplaquettes que celle de l'élément connu, auquel cas les quatre cellules réceptrices de lumière aux quatre coins peuvent Etre fabriquées avec une superficie et donc avec un courant photoélectrique pouvant être obtenu plus grands que ceux de l'élément connu. Dans - 10 - la réalisation précédente, l'élément récepteur de lumière a été représenté comme comprenant seize cellules réceptrices de lumière de 11A & 11C a titre d'exemple, mais le nombre de cellules peut varier comme il convient dans la présente invention. De plus, l'élément récepteur de lumière 10 précédent peut Etre effectivement utilisé comme un arrangement de diode dans un circuit de commutation à semi-conducteurs comme décrit dans, par exemple, une demande antérieure de brevet français N 87 11362 auquel cas, comme représenté aux figures 2 et 3, l'élément récepteur de lumière 10 peut Vtre effectivement utilisé dans un circuit de commutation- SC (à semi-conducteurs) en étant disposé en face et à une faible distance d'une source lumineuse 1, telle que la diode électroluminescente, avec les extrémités de sortie de cet élément 10 connectées aux extrémités d'entrée de MOFSETS 2A et 2B. Comme représenté à la figure 4, la relation entre la distance d (mm) séparant les cellules réceptrices de lumière de la source lumineuse et l'éclairement LX de l'élément récepteur de lumière dont la superficie de réception de lumière de la cellule réceptrice de lumière est modifiée en fonction de l'intensité de la lumière d'entrée provenant de la source lumineuse, a été obtenue à la fois à l'aide des valeurs calculées OB et des valeurs effectivement mesurées AB, résultat en vue - il - duquel il a été observé que, en ce qui concerne les valeurs effectivement mesurées AB, l'éclairement montre par rapport à la distance, une chute légèrement plus petite, que dans le cas des valeurs calculées OB. A la fig. 5, il est représenté, comme autre mode de réalisation, un des meilleurs modèles conçus sur la base de ces données, mode de réalisation dans lequel l'élément récepteur de lumière 20 est réalisé en vue d'une la taille de microplaquette de 1,2 x 1,2 mm, et les cellules réceptrices de lumière 21A.... 21B... et 21C... sont couplées optiquement à la source lumineuse 1 (diode électroluminescente) d'une largeur de 0,4 mm et placées au-dessus du centre des cellules qui sont arrangées sous la forme d'un réseau légèrement modifiées. Lorsque la superficie réceptrice de lumière des cellules 21C les plus éloignées de la source lumineuse 1 est représentée par 1.0, les cellules 21A les plus proches représentent 0.8 de la superficie réceptrice de lumière et les cellules intermédiaires 21B représentent 0.9 de cette superficie. Les autres arrangements et fonctionnements de ce mode de réalisation sont dans une large mesure identiques à ceux de la réalisation de la fig. 1, et, essentiellement, les mVmes éléments de construction que dans le mode de réalisation de la fig. 1 sont indiqués ici par les mimes références numériques que dans cette fig.1 mais auxquelles ont a ajouté 10. En se référant maintenant à la fig. 6, on voir que 26 13135 - 12 - l'on y a représenté un mode de réalisation supplémentaire de l'élément récepteur de lumière, conforme à la présente invention, dans lequel on utilise un élément récepteur de lumière 30 de configuration circulaire. Dans cet élément 30. les cellules 31A réceptrices de lumière en forme de secteurs les plus proches de la source lumineuse 1 et placées à l'intérieur sont réalisées de manière à présenter une superficie réceptrice de lumière plus petite, tandis que, les cellules 31C réceptrices de lumière en forme de secteurs et placées à l'intérieur présente une superficie réceptrice de lumière plus grande. Dans le présent mode de réalisation. les autres arrangements et fonctionnements sont dans une large mesure les m&mes que ceux du mode de réalisation de la fig.1 et, essentiellement, les mimes éléments de construction du mode de réalisation de la fig.6 sont indiqués par les mêmes références numériques que dans la fig. 1 mais auxquelles on a ajouté 20. Dans un autre mode de réalisation supplémentaire représenté à la fig. 7, un élément 40 récepteur de lumière est réalisé pour la réception de lumière provenant de la source lumineuse i disposée sur le coté latéral. Dans ce mode de réalisation, huit groupes de cellules réceptrices de lumière de 41A à 41H ayant des surface réceptrices de lumière variable, contrairement aux variations de superficie de réception de lumière de deux groupes ou de trois groupes comme c'était le cas - 13 - dans le mode de réalisation précédent, sont agencés en fonction de la distance par rapport à la source lumineuse 1. Dans le présent mode de réalisation, d'autres arrangements et fonctionnements sont essentiellement les mimes que ceux de la fig. 1 et dans une large mesure les mêmes éléments que dans la fig. 1 sont indiqués par les mîmes références numériques que dans la fig. i mais auxquelles on a ajouté 30. Dans la présente invention, différentes modifications de conception sont possibles. Par exemple, dans les modes de réalisation respectifs des figures 1, 5 et 6, la superficie réceptrice de lumière des cellules est modifiée dans deux ou trois groupes ou étages fonction de la distance par rapport à la source lumineuse 1. mais la superficie peut être modifiée dans un plus grand nombre d'étages si nécessaire, de manière identique au mode de réalisation de la fig. 7. REVEND ICAT IONS -4 - 14 - 1. Elément récepteur de lumière, comportant une multiplicité de cellules réceptrices de lumière connectées en série les unes avec les autres et disposées en sorte d'tre couplées optiquement avec une source lumineuse, caractérisé en ce que lesdites cellules réceptrices de lumière (11A-11C; 21A-21C; 31A. 31C; 41A-41H) ont respectivement une superficie variable en fonction de l'intensité d'une lumière incidente provenant de ladite source de lumière (1). 2. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite superficie desdites cellules réceptrices de lumière est réduite pour les cellules placées relativement plus près de ladite source lumineuse de sorte que ladite intensité de la lumière incidente sera plus importante, mais est augmentée pour les cellules placées relativement plus loin de la source lumineuse afin que l'intensité de la lumière incidente soit plus faible. 3. Elément selon la revendication 1. caractérisé en ce que la surface totale réceptrice de lumière de la totalité des cellules réceptrices de lumière se trouve verticalement en face de ladite source de lumière. 4. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface totale réceptrice de lumière de la totalité des cellules réceptrices de lumière est disposée de façon latérale par rapport & ladite source de lumière.