EP1754099A1 - Verre ophtalmique a fonction electro-optique - Google Patents

Verre ophtalmique a fonction electro-optique

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Publication number
EP1754099A1
EP1754099A1 EP05775765A EP05775765A EP1754099A1 EP 1754099 A1 EP1754099 A1 EP 1754099A1 EP 05775765 A EP05775765 A EP 05775765A EP 05775765 A EP05775765 A EP 05775765A EP 1754099 A1 EP1754099 A1 EP 1754099A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
photovoltaic cell
glass
substrate
glass according
electro
Prior art date
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Ceased
Application number
EP05775765A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Paul Essilor International CANO
Frédéric Essilor International CHAPUT
Andreas F. Meyer
Toby B. Meyer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
EssilorLuxottica SA
Original Assignee
Essilor International Compagnie Generale dOptique SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Essilor International Compagnie Generale dOptique SA filed Critical Essilor International Compagnie Generale dOptique SA
Publication of EP1754099A1 publication Critical patent/EP1754099A1/fr
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02C—SPECTACLES; SUNGLASSES OR GOGGLES INSOFAR AS THEY HAVE THE SAME FEATURES AS SPECTACLES; CONTACT LENSES
    • G02C7/00—Optical parts
    • G02C7/10—Filters, e.g. for facilitating adaptation of the eyes to the dark; Sunglasses
    • G02C7/101—Filters, e.g. for facilitating adaptation of the eyes to the dark; Sunglasses having an electro-optical light valve
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02C—SPECTACLES; SUNGLASSES OR GOGGLES INSOFAR AS THEY HAVE THE SAME FEATURES AS SPECTACLES; CONTACT LENSES
    • G02C7/00—Optical parts
    • G02C7/10—Filters, e.g. for facilitating adaptation of the eyes to the dark; Sunglasses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/0074—Production of other optical elements not provided for in B29D11/00009- B29D11/0073
    • B29D11/00807—Producing lenses combined with electronics, e.g. chips
    • B29D11/00817—Producing electro-active lenses or lenses with energy receptors, e.g. batteries or antennas
    • B29D11/00826—Producing electro-active lenses or lenses with energy receptors, e.g. batteries or antennas with energy receptors for wireless energy transmission
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02C—SPECTACLES; SUNGLASSES OR GOGGLES INSOFAR AS THEY HAVE THE SAME FEATURES AS SPECTACLES; CONTACT LENSES
    • G02C7/00—Optical parts
    • G02C7/02—Lenses; Lens systems ; Methods of designing lenses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/13306—Circuit arrangements or driving methods for the control of single liquid crystal cells
    • G02F1/13324—Circuits comprising solar cells

Definitions

  • the present invention relates to an ophthalmic lens comprising electro-optical means.
  • photochromic lenses fulfill this function, but the variations in the light transmission of such glasses are determined by the intensity of ultraviolet radiation which illuminates these glasses.
  • the level of light transmission adopted by photochromic glasses is therefore inappropriate in certain circumstances.
  • photochromic glasses are in a state of high transparency inside a car, whatever the level of sunshine. An automobile driver is therefore not protected against glare by glasses equipped with photochromic lenses.
  • Electro-optical systems allow the control of an optical characteristic by means of the electrical stimulus.
  • the light transmission of an electrochromic glass varies in response to an electric current.
  • Electro-optical systems therefore require a power source, to provide the electrical stimulus.
  • Small stacks have been incorporated into pairs of eyeglass frames to power electro-optical devices embedded in the lenses. These piles were placed on the branches of the pair of glasses, or were concealed in the bridge of the frame between the two glasses. Electrical connections then connect the battery (s) to the electro-optical system.
  • An object of the present invention is therefore to provide an ophthalmic lens equipped with an electro-optical system that does not have the disadvantages mentioned above.
  • the invention thus provides an ophthalmic lens comprising a transparent substrate and electro-optical means integrated into the substrate to provide an optical function in response to an electrical stimulus.
  • the glass according to the invention furthermore comprises at least one photovoltaic cell integrated in the substrate for supplying the electro-optical means in response to an incident light, as well as, optionally, a circuit for controlling the electrical voltage produced by the photovoltaic cell. said control circuit being integrated in the substrate.
  • both the electro-optical system and the power supply source are integrated in the glass substrate.
  • the electrical connections between the electro-optical system and the power source can thus also be integrated into the glass substrate, so that these connections are disjoint from the frame. They can be made in the glass before assembling it in the frame. The assembly performed subsequently is not modified by the presence of the electro-optical system. In particular, it can be done at low cost.
  • the integration of electrical connections in the glass substrate makes it possible to use connections of small dimensions, or even miniature connections. Such connections can be discrete and even invisible. They are therefore compatible with the aesthetic requirements specific to the field of pairs of glasses.
  • a spectacle lens according to the invention comes from the nature of the power source used. Indeed, unlike a stack, a photovoltaic cell does not require periodic renewal, since the energy provided by such a cell is generated from the incident light.
  • the photovoltaic cell is sensitive to visible light.
  • the optical function is activated according to the light conditions to which the eyes of the wearer of the glasses are sensitive. The activation of the optical means then agrees with an optical function perceived visually.
  • the photovoltaic cell can be integrated into the glass substrate in various ways.
  • the photovoltaic cell is incorporated in an opaque component integrated in the substrate and occupies less than 10% of the area of the glass surface. Minimal visual discomfort results or even no inconvenience results, because of the very small size of the opaque component that allows to maintain transparency of the intact glass in the glass surface useful for vision.
  • the photovoltaic cell is partially transparent and has a light collecting surface which covers at least part of the surface of the glass. In this case, the light collecting surface can be large, and an electrical stimulus of higher energy can be thus obtained.
  • embodiments of this type do not necessarily use an opaque component, which allows particularly aesthetic lens configurations.
  • control circuit is advantageously also integrated with the substrate of the glass. It can make it possible to adapt the electrical stimulus delivered to the electro-optical means with respect to a desired amplitude of the optical function. It also allows an adaptation of the electrical stimulus with respect to operating characteristics intrinsic to the electro-optical means.
  • control circuit may comprise an elevator circuit of the electrical voltage produced by the photovoltaic cell, in particular to reach an activation threshold of the optical function.
  • control circuit may be partially transparent. In this case, it can be located at least partly in a portion of the glass useful for vision. Portion of the glass useful for the vision is a portion of the glass located between the eye and a viewed object located in the field of vision. No aesthetic inconvenience then results from the presence of the control circuit within the glass.
  • control circuit can optionally be avoided by putting in series several photovoltaic elements so as to obtain the adequate supply voltage.
  • FIG. 1a shows a pair of spectacles in a first embodiment of the invention.
  • - Figure 1b is a section of a spectacle lens in the embodiment of Figure 1a
  • Figure 2a shows a spectacle lens in a second embodiment of the invention
  • Figure 2b is a section of a spectacle lens in the embodiment of Figure 2a.
  • the optical function of the glass can be of several types. This can be a contrast enhancement function by adjusting the color of the glass, for example as described in US 6,250,759. It can also be a contrast enhancement function by filtering the light in a determined polarization direction.
  • the optical function of the glass is a function of sun protection, or protection against glare. This function is electrically activated.
  • each lens of a pair of spectacles has a high light transmission for the visible spectrum.
  • the glass darkens: it acquires a reduced light transmission in the visible spectrum.
  • the electro-optical means comprise a variable light transmission system.
  • a system may be of the electrochromic type, for example.
  • it is a low-power consumption system "power, such as a liquid crystal-based system or a system of electrophoretic types.
  • the electrical stimulus that causes Variation in light transmission is an electric field, which corresponds to an electrical voltage applied between two input terminals of the system. The electric current consumed is small, and is compatible with a small power source.
  • the photovoltaic cell is based on a semiconductor.
  • a photovoltaic cell can be made according to a known technology, which uses for example one of the following alloys: cadmium telluride (CdTe), gallium arsenide (GaAs) or a chalcopyrite containing copper such as copper diselenide and indium (CIS).
  • the photovoltaic cell is based on crystalline silicon, microcrystalline or amorphous.
  • a pair of spectacles consists of a frame 1 having two branches 2, and two ophthalmic lenses 3 assembled in the frame 1.
  • ophthalmic lenses is meant all lenses comprising a transparent substrate of mineral material and / or organic, of variable composition and shape that can adapt to an eyeglass frame to protect and / or correct the view. This may include afocal, unifocal, bifocal, trifocal or progressive lenses.
  • an ophthalmic lens may have a multilayer and / or laminated structure. Its implementation can then include deposition operations of layers on the substrate, for example by evaporation of specific materials. It may also comprise assembly operations of a plurality of substrates, referred to as elementary substrates, to form the final substrate of each glass 3. The elementary substrates are assembled together by laminating or gluing, for example.
  • Each glass 3 incorporates a variable transmission system 5, for example a liquid crystal system.
  • a liquid crystal system may be of the holding voltage type or the bistable type.
  • a holding voltage system is controlled by an electrical voltage of the order of 3 volts, while a bistable system requires a voltage pulse of the order of 15 volts to cause optical switching.
  • the system 5 may be disposed on a portion of the surface of the lens 3 that is used for vision. It can also be placed on the entire surface of the glass.
  • Each glass 3 also incorporates a photovoltaic cell 6, for example of the crystalline, microcrystalline or amorphous silicon type.
  • the photovoltaic cell 6 may be incorporated in an opaque component 7 integrated in the glass substrate and occupying a surface substantially smaller than the surface of the glass.
  • the opaque component 7 occupies an area less than 10% of the glass surface.
  • Dimensions of the opaque component 7 are for example 2 millimeters by 3 millimeters.
  • Such an opaque component 7 is located in a part of each lens 3 which is not used for vision, for example in a lower lateral part of the lens.
  • Each control circuit 8 can also be incorporated into each component opaque 7.
  • Each control circuit 8 may comprise an adapter for the electrical voltage delivered by the photovoltaic cell 6 to which it is associated in a same component 7.
  • the connection between the control circuit 8 and the photovoltaic cell 6 is also incorporated in the component 7. It can be realized using one of the known techniques of assembling the integrated electronic circuits.
  • each of the glasses 3 may consist of two transparent elementary substrates 3a and 3b, bonded together near their periphery.
  • the substrate 3a is the posterior substrate and the substrate 3b is the anterior substrate.
  • the substrates 3a and 3b each have a high light transmission in the visible spectrum, for example 97%.
  • the liquid crystal system 5 is interposed between the two substrates 3a and 3b in the form of a film.
  • the internal glass surface of one of the substrates 3a or 3b has a housing of complementary shape to that of the liquid crystal system 5. Thanks to the arrangement of such a housing, the operation of the liquid crystal system 5 is not disturbed by any constraint that would result from the assembly of the substrates 3a and 3b.
  • the elementary substrate 3b has a housing 10 on its internal face to the glass 3.
  • the housing 10 can be made during the molding of the substrate 3b, or can be produced by machining after the molding of the substrate 3b.
  • the component 7 which incorporates the photovoltaic cell 6 and the control circuit 8 can be glued in the housing 10.
  • Figures 1a and 1b show only one photovoltaic cell arranged within each glass, several photovoltaic cells can be distributed over the surface of each glass.
  • appropriate connections connect the photovoltaic cells of one and the same glass to obtain, in known manner, an electric supply current which has an intensity and a voltage adapted to the operating characteristics of the liquid crystal system.
  • a large number of photovoltaic cells of very small dimensions can also be integrated into each glass, each cell occupying a surface of the glass less than 100 micrometers-square, for example.
  • Each photovoltaic cell then constitutes an invisible point individually, and the glass remains globally transparent due to the free intervals that separate neighboring photovoltaic cells on the surface of the glass.
  • the photovoltaic cell 6 is partially transparent. It has a light collecting surface that covers at least part of the surface of each glass.
  • the surface portion of the glass 3 occupied by the photovoltaic cell 6 may be of the same order as the surface portion of the glass 3 occupied by the liquid crystal system 5.
  • the fraction of light absorbed by the photovoltaic cell 6 at a point thereof is less than 30% of the light incident on the glass 3 at the same point.
  • the presence of the photovoltaic cell 6 in a portion of the surface of the lens 3 useful for vision is compatible with a high light transmission of the lens 3 when the sun protection function is not activated.
  • the photovoltaic cell 6 may be of the photoelectrochemical type. It then comprises two planar transparent electrodes 6a and 6b (FIG. 2b), disposed opposite each other parallel to the surface of the glass 3.
  • the final substrate of the glass 3 is then composed of three elementary substrates 3a, 3b and 3c assembled from each other. so that the substrate 3c is located between the substrates 3a and 3b.
  • the electrodes 6a and 6b are disposed on the inner faces of the substrates 3c and 3b facing one another.
  • the electrodes 6a and 6b are spaced from each other by about 0.05 millimeters and have no direct electrical contact with each other.
  • At least one of the electrodes 6a or 6b may be oxide-based indium and tin (ITO) or fluorine-doped tin oxide (SnO 2 , F). They are separated by a cavity 6c filled with an electrolyte.
  • the electrolyte may be liquid, but is preferably solid. This electrolyte can also be replaced by an organic or inorganic material having the property of a p-type semiconductor, that is to say a hole conductor.
  • the photoelectrochemical cell incorporates elements capable of absorbing part of the light that passes through the glass 3. These elements may be, for example, nanocrystals or fullerenes.
  • the photoelectrochemical cell contains nanocrystals of metal oxides, it can be of the type described in the article "A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO 2 films" by Brian O'Regan and Michael Graetzel, Nature 353 (1991) 737-740.
  • the nanocrystals are based on titanium oxide (TiO 2 ) and comprise molecules of a dye grafted onto their surface. Reference is made to the article mentioned above for more details on such a photovoltaic cell and its embodiments.
  • the liquid crystal system 5 is disposed between the substrates 3a and 3c.
  • Two connections 9a and 9b connect the photovoltaic cell 6 to the liquid crystal system 5.
  • the connection 9a connects the electrode 6a to one of the supply terminals of the liquid crystal system 5, and the connection 9b connects the electrode 6b at the other power terminal of the system 5.
  • the connections 9a and 9b can each have a configuration and an assembly mode as described in relation to Figure 1b.
  • FIGS. 2a and 2b do not show a circuit for controlling the voltage delivered by the photovoltaic cell 6 to the liquid crystal system 5.
  • a control circuit can be incorporated in the glass 3 of FIGS. 2a and 2b in a component opaque similar to that described with reference to Figures 1a and 1b.
  • the control circuit is made in a form directly integrated with one of the elementary substrates of the glass 3. In a manner known per se, the control circuit can then also be transparent. It may be located in any part of the surface of the glass 3, without resulting in reduction of the field of vision or inconvenience to the wearer.
  • each glass may further comprise means for controlling an interruption of the supply of the electro-optical means by the photovoltaic cell.
  • Such control means may comprise an appropriately connected switch.
  • a switch may be disposed on one of the connections which connects the photovoltaic cell to the electro-optical means. It then makes it possible to open the electrical supply circuit of the electro ⁇ optical means so as to interrupt their power supply.
  • the switch can also be connected between the power inputs of the electro-optical means. A short-circuit of the power supply terminals of the electro-optical means then causes a suppression of the optical function.
  • a switch is manually operated. It can be a miniaturized switch flush with the front surface of the glass. In particular, it may be a switch incorporated in an opaque component as introduced above.
  • Each glass may further comprise a photodiode, or a phototransistor, suitably arranged to set thresholds of intensity of the incident light and particular modes of activation or deactivation of the optical function.
  • a photosensitive electronic component can still be incorporated in the opaque component. Alternatively, it may be partially transparent and integrated directly into one of the elementary substrates of the glass.
  • vision devices may be, in particular, a helmet driver or motorcyclist, or a mountain or ski mask.
  • the photovoltaic cell and the electro-optical system are then integrated into the visor of the helmet or the mask glass.

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Abstract

Un verre ophtalmique comprend un substrat transparent (3) et des moyens électro-optiques (5) intégrés au substrat pour procurer une fonction optique en réponse à un stimulus électrique. Le verre ophtalmique comprend en outre au moins une cellule photovoltaïque (6) intégrée au substrat pour alimenter les moyens électro-optiques en réponse à une lumière incidente et, optionnellement, un circuit de contrôle de la tension électrique. La cellule photovoltaïque (6) peut être incorporée à un élément opaque occupant une petite partie de la surface du verre. Alternativement, la cellule photovoltaïque (6) peut être transparente et peut recouvrir au moins en partie la surface du verre.

Description

VERRE OPHTALMIQUE A FONCTION ELECTRO-OPTIQUE
La présente invention concerne un verre ophtalmique comprenant des moyens électro-optiques.
De nombreuses tentatives ont été effectuées pour adapter dynamiquement certaines caractéristiques optiques de verres ophtalmiques, ou verres de lunettes, afin de procurer un confort amélioré ou de nouvelles fonctions au porteur des verres. A titre d'exemple, la transmission lumineuse des verres peut être réduite en condition de luminosité élevée, et peut être augmentée de nouveau lorsque la lumière ambiante redevient d'intensité normale ou faible. Des verres photochromes remplissent cette fonction, mais les variations de la transmission lumineuse de tels verres sont déterminées par l'intensité d'un rayonnement ultraviolet qui éclaire ces verres. Le niveau de transmission lumineuse adopté par des verres photochromes est alors inapproprié dans certaines circonstances. En particulier, des verres photochromes sont dans un état de transparence élevé à l'intérieur d'une voiture, quelque soit le niveau d'ensoleillement. Un conducteur automobile n'est donc pas protégé contre l'éblouissement par des lunettes équipées de verres photochromes.
Les systèmes électro-optiques permettent le contrôle d'une caractéristique optique au moyen du stimulus électrique. A titre d'exemple, la transmission lumineuse d'un verre électrochromique varie en réponse à un courant électrique.
Les systèmes électro-optiques nécessitent donc une source d'alimentation électrique, pour fournir le stimulus électrique. Des piles de petites tailles ont été intégrées à des montures de paires de lunettes, de façon à alimenter des dispositifs électro-optiques intégrés dans les verres. Ces piles ont été placées sur les branches de la paire de lunettes, ou ont été dissimulées dans le pont de la monture entre les deux verres. Des connexions électriques relient alors la ou les piles au système électro-optique.
Ces alimentations à piles ont pour inconvénient d'être d'un poids et d'un encombrement significatif. En outre, elles sont réservées aux verres spécialement produits pour une monture de forme donnée. Or, dans la plupart des cas, les verres sont produits indépendamment des montures. Ils sont ensuite taillés, détourés et/ou percés pour être amenés aux dimensions d'une monture ou d'un calibre, puis ils sont assemblés avec cette monture ou ce calibre. A cause de la diversité des formes des montures et des calibres, il est difficile de concevoir des connexions électriques dont une partie est réalisée sur le verre avant que celui-ci soit taillé. En outre, de telles connexions doivent être raccordées à la monture après l'assemblage des verres dans la monture. Une telle réalisation des connexions est particulièrement onéreuse, car elle nécessite des étapes de reprise.
Un but de la présente invention consiste donc à proposer un verre ophtalmique équipé d'un système électro-optique qui ne présente pas les inconvénients cités ci-dessus.
L'invention propose ainsi un verre ophtalmique comprenant un substrat transparent et des moyens électro-optiques intégrés au substrat pour procurer une fonction optique en réponse à un stimulus électrique. Le verre selon l'invention comprend en outre au moins une cellule photovoltaïque intégrée au substrat pour alimenter les moyens électro-optiques en réponse à une lumière incidente, ainsi que, optionnellement, un circuit de contrôle de la tension électrique produite par la cellule photovoltaïque, ledit circuit de contrôle étant intégré au substrat.
Ainsi, selon l'invention, à la fois le système électro-optique et la source d'alimentation électrique sont intégrés au substrat du verre. Les connexions électriques entre le système électro-optique et la source d'alimentation peuvent donc aussi être intégrées au substrat du verre, si bien que ces connexions sont disjointes de la monture. Elles peuvent être réalisées au sein du verre avant l'assemblage de celui-ci dans la monture. L'assemblage effectué ensuite n'est pas modifié par la présence du système électro-optique. En particulier, il peut être effectué à faible coût. Par ailleurs, l'intégration des connexions électriques dans le substrat du verre permet d'utiliser des connexions de dimensions réduites, voire des connexions miniatures. De telles connexions peuvent être discrètes et même invisibles. Elles sont donc compatibles avec les exigences esthétiques propres au domaine des paires de lunettes.
Un autre avantage d'un verre de lunettes selon l'invention provient de la nature de la source d'alimentation électrique utilisée. En effet, à la différence d'une pile, une cellule photovoltaïque ne nécessite pas de renouvellement périodique, puisque l'énergie fournie par une telle cellule est générée à partir de la lumière incidente.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la cellule photovoltaïque est sensible à la lumière visible. Ainsi, la fonction optique est activée en fonction des conditions de luminosité auxquelles sont sensibles les yeux du porteur des verres. L'activation des moyens optiques concorde alors avec une fonction optique perçue visuellement.
La cellule photovoltaïque peut être intégrée au substrat du verre de diverses façons. Selon un premier type de réalisations, la cellule photovoltaïque est incorporée à un composant opaque intégré au substrat et qui occupe une surface inférieure à 10% de la surface du verre. Une gêne visuelle minimale en résulte, voire aucune gêne n'en résulte, du fait de la très faible taille du composant opaque qui permet de conserver une transparence du verre intacte dans la surface du verre utile pour la vision. Selon un second type de réalisations, la cellule photovoltaïque est partiellement transparente et possède une surface de collecte de lumière qui recouvre au moins en partie la surface du verre. Dans ce cas, la surface de collecte de lumière peut être grande, et un stimulus électrique d'énergie supérieure peut être ainsi obtenu. En outre, des réalisations de ce type n'utilisent pas nécessairement de composant opaque, ce qui permet des configurations de verres particulièrement esthétiques.
Le circuit de contrôle est avantageusement aussi intégré au substrat du verre. Il peut permettre d'adapter le stimulus électrique délivré aux moyens électro-optiques par rapport à une amplitude désirée de la fonction optique. Il permet aussi une adaptation du stimulus électrique par rapport à des caractéristiques de fonctionnement intrinsèques aux moyens électro-optiques. En particulier, le circuit de contrôle peut comprendre un circuit élévateur de la tension électrique produite par la cellule photovoltaïque, notamment pour atteindre un seuil d'activation de la fonction optique.
Eventuellement, le circuit de contrôle peut être partiellement transparent. Dans ce cas, il peut être situé au moins en partie dans une portion du verre utile pour la vision. On entend par portion du verre utile pour la vision une portion du verre située entre l'œil et un objet regardé situé dans le champ de vision. Aucun inconvénient esthétique ne résulte alors de la présence du circuit de contrôle au sein du verre.
Le recours à un circuit de contrôle peut optionnellement être évité par la mise en série de plusieurs éléments photovoltaïques de façon à obtenir la tension d'alimentation adéquate.
L'invention concerne aussi un dispositif de vision, notamment une paire de lunettes, qui comprend au moins un verre ophtalmique tel que décrit précédemment. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après de deux exemples de réalisation non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1a représente une paire de lunettes dans un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 1 b est une coupe d'un verre de lunettes dans le mode de réalisation de la figure 1a ; la figure 2a représente un verre de lunettes dans un second mode de réalisation de l'invention ; et la figure 2b est une coupe d'un verre de lunettes dans le mode de réalisation de la figure 2a.
Dans les figures, pour raison de clarté, les dimensions des différents éléments représentés ne sont pas en proportion avec des dimensions réelles. Par ailleurs, sur toutes les figures, des références identiques correspondent à des éléments identiques ou ayant des fonctions identiques. La fonction optique du verre peut être de plusieurs types. Ce peut être une fonction de renforcement de contraste par adaptation de la teinte du verre, par exemple telle que décrite dans le document US 6,250,759. Ce peut aussi être une fonction de renforcement de contraste par filtrage de la lumière selon une direction de polarisation déterminée.
Dans les modes de réalisation décrits ci-dessous à titre d'exemples, la fonction optique du verre est une fonction de protection solaire, ou de protection contre l'éblouissement. Cette fonction est activée électriquement. A l'état initial, chaque verre d'une paire de lunettes présente une transmission lumineuse élevée pour le spectre visible. En réponse à un stimulus électrique, le verre s'assombrit : il acquiert une transmission lumineuse réduite dans le spectre visible.
Pour cela, les moyens électro-optiques comprennent un système à transmission lumineuse variable. Un tel système peut être de type électrochromique, par exemple. De façon préférée, il s'agit d'un système à faible consommation de courant" électrique, tel qu'un système à base de cristaux liquides ou un système du type électrophorétique. En effet, pour ces systèmes, le stimulus électrique qui provoque la variation de la transmission lumineuse est un champ électrique, qui correspond à une tension électrique appliquée entre deux bornes d'entrée du système. Le courant électrique consommé est faible, et est compatible avec une source d'alimentation électrique de petites dimensions.
Dans un premier mode de réalisation, en relation avec les figures 1a et 1b, la cellule photovoltaïque est à base de semi-conducteur. Une telle cellule photovoltaïque peut être réalisée selon une technologie connue, qui utilise par exemple l'un des alliages suivants : tellure de cadmium (CdTe), arséniure de gallium (GaAs) ou une chalcopyrite contenant du cuivre telle que le diséléniure de cuivre et d'indium (CIS). Avantageusement, la cellule photovoltaïque est à base de silicium cristallin, microcristallin ou amorphe.
Son coût est alors faible, et elle ne contient aucun matériau qui présente un risque de toxicité en cas de bris ou de dégradation du verre de lunettes. Les cellules photovoltaïques des technologies énumérées ci-dessus ont toutes un spectre de réponse qui comprend au moins une partie du spectre visible de l'œil humain. Conformément à la figure 1a, une paire de lunettes est constituée d'une monture 1 ayant deux branches 2, et de deux verres ophtalmiques 3 assemblés dans la monture 1. Par verres ophtalmiques on entend toutes lentilles comprenant un substrat transparent de matière minérale et/ou organique, de composition et de forme variable pouvant s'adapter à une monture de lunettes pour protéger et/ou corriger la vue. Il peut s'agir notamment de verres afocaux, unifocaux, bifocaux, trifocaux ou progressifs. En particulier, un verre ophtalmique peut présenter une structure multicouche et/ou feuilletée. Sa réalisation peut alors comprendre des opérations de dépôt de couches sur le substrat, par exemple par évaporation de matériaux déterminés. Elle peut aussi comprendre des opérations d'assemblage de plusieurs substrats, dits alors substrats élémentaires, pour former le substrat final de chaque verre 3. Les substrats élémentaires sont assemblés les uns avec les autres par feuilletage ou par collage, par exemple. Chaque verre 3 incorpore un système à transmission variable 5, par exemple un système à cristaux liquides. Un tel système à cristaux liquides peut être du type à tension de maintien ou du type bistable. Un système à tension de maintien est commandé par une tension électrique de l'ordre de 3 volts, alors qu'un système bistable nécessite une impulsion de tension électrique de l'ordre de 15 volts pour provoquer une commutation optique. Le système 5 peut être disposé sur une partie de la surface du verre 3 qui est utilisée pour la vision. Il peut aussi être disposé sur la totalité de la surface du verre.
Chaque verre 3 incorpore en outre une cellule photovoltaïque 6, par exemple du type à silicium cristallin, microcristallin ou amorphe. La cellule photovoltaïque 6 peut être incorporée à un composant opaque 7 intégré au substrat du verre et occupant une surface sensiblement inférieure à la surface du verre. De préférence, le composant opaque 7 occupe une surface inférieure à 10 % de la surface du verre. Des dimensions du composant opaque 7 sont par exemple de 2 millimètres par 3 millimètres. Un tel composant opaque 7 est situé dans une partie de chaque verre 3 qui n'est pas utilisée pour la vision, par exemple dans une partie latérale inférieure du verre.
Un circuit de contrôle électronique 8 (figure 1b) peut aussi être incorporé dans chaque composant opaque 7. Chaque circuit de contrôle 8 peut, comprendre un adaptateur de la tension électrique délivrée par la cellule photovoltaïque 6 à laquelle il est associé dans un même composant 7. La connexion entre le circuit de contrôle 8 et la cellule photovoltaïque 6 est aussi incorporée au composant 7. Elle peut être réalisée en utilisant l'une des techniques connues d'assemblage des circuits électroniques intégrés.
Conformément à la figure 1 b, chacun des verres 3 peut être constitué de deux substrats élémentaires transparents 3a et 3b, assemblés par collage à proximité de leur périphérie. Le substrat 3a est le substrat postérieur et le substrat 3b est le substrat antérieur. Les substrats 3a et 3b présentent chacun une transmission lumineuse élevée dans le spectre visible, par exemple de 97%.
Le système à cristaux liquides 5 est intercalé entre les deux substrats 3a et 3b sous forme d'une pellicule. De préférence, la surface interne au verre de l'un des substrats 3a ou 3b présente un logement de forme complémentaire à celle du système à cristaux liquides 5. Grâce à l'aménagement d'un tel logement, le fonctionnement du système à cristaux liquides 5 n'est perturbé par aucune contrainte qui résulterait de l'assemblage des substrats 3a et 3b.
Le substrat élémentaire 3b présente un logement 10 sur sa face interne au verre 3. Le logement 10 peut être réalisé lors du moulage du substrat 3b, ou être réalisé par usinage après le moulage du substrat 3b. Le composant 7 qui incorpore la cellule photovoltaïque 6 et le circuit de contrôle 8 peut être collé dans le logement 10. Deux connexions électriques 9a et 9b, solidaires du composant 7 et issues du circuit de contrôle 8, ont chacune une forme de pointe de contact. Lors de l'assemblage des deux substrats 3a et 3b selon leurs surfaces respectives internes au verre, les deux connexions 9a et 9b entrent en contact avec des bornes d'alimentation électrique respectives du système à cristaux liquides 5, qui sont prévues pour venir en vis-à-vis des connexions 9a et 9b lors de l'opération d'assemblage. Bien que les figures 1 a et 1 b ne représentent qu'une seule cellule photovoltaïque agencée au sein de chaque verre, plusieurs cellules photovoltaïques peuvent être réparties sur la surface de chaque verre. Dans ce cas, des connexions appropriées relient entre elles les cellules photovoltaïques d'un même verre pour obtenir, de façon connue, un courant électrique d'alimentation qui présente une intensité et une tension adaptées aux caractéristiques de fonctionnement du système à cristaux liquides 5. Un plus grand nombre de cellules photovoltaïques de dimensions très réduites peuvent aussi être intégrées dans chaque verre, chaque cellule occupant une surface du verre inférieure à 100 micromètres-carrés, par exemple. Chaque cellule photovoltaïque constitue alors un point invisible individuellement, et le verre demeure globalement transparent du fait des intervalles libres qui séparent des cellules photovoltaïques voisines à la surface du verre.
Dans le second mode de réalisation décrit maintenant, la cellule photovoltaïque 6 est partiellement transparente. Elle possède une surface de collecte de la lumière qui recouvre au moins en partie la surface de chaque verre. Ainsi, conformément aux figures 2a et 2b, la portion de surface du verre 3 occupée par la cellule photovoltaïque 6 peut être du même ordre que la portion de surface du verre 3 occupée par le système à cristaux liquides 5.
De préférence, la fraction de lumière absorbée par la cellule photovoltaïque 6 en un point de celle-ci est inférieure à 30% de la lumière incidente sur le verre 3 au même point. Ainsi, la présence de la cellule photovoltaïque 6 dans une portion de la surface du verre 3 utile pour la vision est compatible avec une transmission lumineuse élevée du verre 3 lorsque la fonction de protection solaire n'est pas activée.
La cellule photovoltaïque 6 peut être de type photo-électrochimique. Elle comprend alors deux électrodes transparentes planes 6a et 6b (figure 2b), disposées en vis-à-vis parallèlement à la surface du verre 3. Le substrat final du verre 3 est alors composé de trois substrats élémentaires 3a, 3b et 3c assemblés de sorte que le substrat 3c est situé entre les substrats 3a et 3b. Les électrodes 6a et 6b sont disposées sur les faces internes des substrats 3c et 3b en regard l'une de l'autre. Les électrodes 6a et 6b sont distantes l'une de l'autre d'environ 0,05 millimètre et n'ont pas de contact électrique direct l'une avec l'autre. Au moins l'une des électrodes 6a ou 6b peut être à base d'oxyde d'indium et d'étain (ITO) ou d'oxyde d'étain dopé au fluor (Snθ2,F). Elles sont séparées par une cavité 6c remplie d'un électrolyte. L'électrolyte peut être liquide, mais il est de préférence solide. Cet électrolyte peut aussi être remplacé par un matériau organique ou minéral ayant la propriété d'un semi- conducteur du type p, c'est-à-dire un conducteur de trous.
La cellule photo-électrochimique incorpore des éléments capables d'absorber une partie de la lumière qui traverse le verre 3. Ces éléments peuvent être, par exemple, des nanocristaux ou des fullerènes. Lorsque la cellule photo-électrochimique contient des nanocristaux d'oxydes métalliques, elle peut être du type décrit dans l'article "A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloïdal TiO2 films" de Brian O'Regan et Michael Graetzel, Nature 353 (1991) 737-740. Dans ce cas, les nanocristaux sont à base d'oxyde de titane (Tiθ2) et comprennent des molécules d'un colorant greffées sur leur surface. On se reportera à l'article mentionné ci-dessus pour plus de détails sur une telle cellule photovoltaïque et ses modes de réalisation.
Le système à cristaux liquides 5 est disposé entre les substrats 3a et 3c. Deux connexions 9a et 9b relient la cellule photovoltaïque 6 au système à cristaux liquides 5. La connexion 9a relie l'électrode 6a à l'une des bornes d'alimentation du système à cristaux liquides 5, et la connexion 9b relie l'électrode 6b à l'autre borne d'alimentation du système 5. Les connexions 9a et 9b peuvent chacune avoir une configuration et un mode d'assemblage tels que décrits en relation avec la figure 1b.
Les figures 2a et 2b ne représentent pas de circuit de contrôle de la tension délivrée par la cellule photovoltaïque 6 au système à cristaux liquides 5. Un tel circuit de contrôle peut être incorporé au verre 3 des figures 2a et 2b au sein d'un composant opaque analogue à celui décrit en référence aux figures 1a et 1b. De préférence, pour le second mode de réalisation décrit, le circuit de contrôle est réalisé sous une forme directement intégrée à l'un des substrats élémentaires du verre 3. De façon connue en soi, le circuit de contrôle peut alors aussi être transparent. Il peut être situé dans une partie quelconque de la surface du verre 3, sans qu'il en résulte de réduction du champ de vision ni de gêne pour le porteur. Pour tous les modes de réalisation de l'invention, chaque verre peut comprendre en outre des moyens de commande d'une interruption de l'alimentation des moyens électro-optiques par la cellule photovoltaïque. De tels moyens de commande peuvent comprendre un interrupteur connecté de façon appropriée. En particulier, un tel interrupteur peut être disposé sur l'une des connexions qui relie la cellule photovoltaïque aux moyens électro-optiques. Il permet alors d'ouvrir le circuit électrique d'alimentation des moyens électro¬ optiques de façon à interrompre leur alimentation en énergie. L'interrupteur peut aussi être connecté entre les entrées d'alimentation des moyens électro- optiques. Une mise en court-circuit des bornes d'alimentation des moyens électro-optiques provoque alors une suppression de la fonction optique. Un tel interrupteur est à commande manuelle. Ce peut être un interrupteur miniaturisé disposé de façon affleurante à la surface antérieure du verre. En particulier, ce peut être un interrupteur incorporé dans un composant opaque tel qu'introduit plus haut.
Chaque verre peut en outre comprendre une photodiode, ou un phototransistor, agencé de façon adéquate pour fixer des seuils d'intensité de la lumière incidente et des modes particuliers d'activation ou de désactivation de la fonction optique. Un tel composant électronique photosensible peut encore être incorporé dans le composant opaque. En variante, il peut être partiellement transparent et intégré directement dans l'un des substrats élémentaires du verre.
Enfin, il est entendu que l'invention présentée ci-dessus dans le cadre d'une application à des verres de lunettes peut aussi être appliquée à tout autre dispositif de vision. De tels dispositifs de vision peuvent être, notamment, un casque de pilote ou de motocycliste, ou encore un masque de montagne ou de ski. La cellule photovoltaïque et le système électro-optique sont alors intégrés à la visière du casque ou au verre de masque.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1. Verre ophtalmique, comprenant un substrat transparent (3) et des moyens électro-optiques (5) intégrés au substrat pour procurer une fonction optique en réponse à un stimulus électrique, caractérisé en ce qu'il comprend en outre : (a) au moins une cellule photovoltaïque (6) intégrée au substrat pour alimenter les moyens électro-optiques en réponse à une lumière incidente; (b) optionnellement un circuit (8) de contrôle de la tension électrique produite par ladite cellule photovoltaïque (6), ledit circuit de contrôle étant intégré au substrat (3).
2. Verre selon la revendication 1 , dans lequel la cellule photovoltaïque
(6) est sensible à la lumière visible.
3. Verre selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la cellule photovoltaïque (6) est à base de semi-conducteur.
4. Verre selon la revendication 3, dans lequel la cellule photovoltaïque (6) est à base de silicium cristallin, microcristallin ou amorphe.
5. Verre selon la revendication 3, dans lequel la cellule photovoltaïque (6) est à base de tellure de cadmium, ou à base d'une chalcopyrite contenant du cuivre.
6. Verre selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel la cellule photovoltaïque (6) est incorporée à un composant opaque (7) intégré au substrat (3) et occupant une surface inférieure à 10% de la surface du verre.
7. Verre selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, dans lequel plusieurs cellules photovoltaïques sont réparties en série sur la surface du verre.
8. Verre selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel plusieurs cellules photovoltaïques sont réparties sur la surface du verre et au moins un circuit de contrôle de la tension électrique est intégré au substrat.
9. Verre selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la cellule photovoltaïque (6) est partiellement transparente et possède une surface de collecte de lumière recouvrant au moins en partie la surface du verre.
10. Verre selon la revendication 9, dans lequel la cellule photovoltaïque (6) est de type photo-électrochimique.
11. Verre selon la revendication 10, dans lequel la cellule photovoltaïque (6) comprend au moins une électrode (6a, 6b) à base d'oxyde d'indium et d'étain ou d'oxyde d'étain dopé au fluor.
12. Verre selon la revendication 10 ou 11 , dans lequel la cellule photovoltaïque (6) incorpore des nanocristaux ou des fullerènes.
13. Verre selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens électro-optiques (5) comprennent un système à transmission lumineuse variable.
14. Verre selon la revendication 13, dans lequel le système à transmission lumineuse variable est à base de cristaux liquides.
15. Verre selon la revendication 13, dans lequel le système à transmission lumineuse variable est du type électrophorétique.
16. Verre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit (8) de contrôle de la tension électrique produite par la cellule photovoltaïque (6), ledit circuit de contrôle étant intégré au substrat (3).
17. Verre selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le circuit de contrôle (8) est partiellement transparent.
18. Verre selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le circuit de contrôle (8) comprend un circuit élévateur de la tension électrique produite par la cellule photovoltaïque (6).
19. Verre selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre des moyens de commande d'une interruption de l'alimentation des moyens électro-optiques (5) par la cellule photovoltaïque (6).
20. Dispositif de vision comprenant au moins un verre selon l'une quelconque des revendications précédentes.
21. Dispositif de vision selon la revendication 20, comprenant une paire de lunettes.
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