FR2765696A1 - Filtre optique de protection anti-laser - Google Patents

Abstract

L'invention concerne le domaine de la protection oculaire contre les agressions laser.L'invention est un filtre optique de protection anti-laser pour la vue qui est un filtre cornéen. Le filtre cornéen, en exploitant le fait que l'oeil est sujet à des comportements réflexes, permet de s'affranchir du compromis habituellement réalisé entre performances et couverture angulaire du filtre. Ce filtre cornéen peut être une lentille cornéenne (10) comportant un substrat (13) et deux couches filtrantes (11 et 12).Ce type de filtre s'applique en particulier aux filtres interférentiels diélectriques ou aux filtres holographiques.

Description

L'invention concerne le domaine de la protection oculaire contre les agressions laser. De toute évidence, la vue est un sens primordial chez la plupart des êtres vivants et en particulier chez l'être humain. Sa protection et sa sauvegarde sont donc essentiels. L'environnement lumineux dans lequel évolue un détecteur de lumière comme l'oeil n'est pas sans danger. En effet, certaines sources lumineuses peuvent constituer des agressions pour l'oeil, allant du simple éblouissement jusqu'à la destruction, entraînant des lésions plus ou moins graves selon le type de sources lumineuses et selon leur intensité. Dans toute la suite du texte, sauf mention contraire, ce qui est dit d'un oeil est valable pour l'autre, donc pour les deux yeux. Les sources laser ont des propriétés spécifiques par rapport aux sources lumineuses ordinaires, propriétés qui les rendent particulièrement dangereuses pour l'oeil. En effet, les sources laser sont des sources lumineuses très brillantes et très directives, elles sont donc susceptibles de provoquer des ablations, en particulier de la rétine de l'oeil, et ceci même à très grande distance du fait de leur directivité. Cette grande directivité est lié au caractère monochromatique des sources laser. Le domaine spectral de sensibilité de l'oeil est surtout le visible, également un peu l'infrarouge proche ou l'ultraviolet proche, c'est-å- dire le domaine spectral dans lequel la cornée de l'oeil et le cristallin étant transparents, la lumière est focalisée sur la rétine, ce qui peut facilement entraîner des densités d'énergie suffisamment importantes pour provoquer des ablations de la rétine.

A l'époque de l'apparition des sources laser, le danger était très ciblé car celles-ci n'émettaient qu'à certaines longueurs d'onde bien particulières. Aujourd'hui, cette constatation n'est plus valable. En effet, le domaine des sources laser s'est beaucoup développé : des sources laser accordables sur de larges bandes spectrales sont maintenant disponibles.

Pour réaliser de telles sources, on peut par exemple utiliser des techniques d'oscillation paramétrique optique ou de mélange de fréquences.

Le domaine d'application des systèmes de protection anti-laser pour la vue est aussi étendu que le domaine d'utilisation des sources laser.

Or les sources laser sont directement utilisées ou au moins présentes dans de nombreux domaines. Citons quelques exemples non limitatifs : le domaine industriel avec par exemple le marquage laser des objets ; le domaine scientifique avec par exemple les laboratoires d'optique ; le domaine médical avec par exemple la chirurgie laser le domaine militaire avec par exemple les télémètres et les systèmes de désignation de cibles.

L'art antérieur propose différents types de filtres optiques avec une couverture spectrale plus ou moins large selon les cas. Ces filtres sont disponibles sous la forme de lunettes. L'être humain qui se trouve dans un environnement pouvant comporter ou comportant des agressions laser revêt la paire de lunettes contenant le filtre ou l'ensemble de filtres le mieux adapté à l'agression laser. Ce genre de lunettes filtrantes possède un inconvénient majeur, celui de posséder en général une faible couverture angulaire. En effet, un grand nombre de filtres, par exemple ceux qui réalisent des interférences destructives du faisceau lumineux agresseur, ne sont vraiment efficaces que pour une certaine longueur de trajet optique du faisceau dans le filtre ou dans les différentes couches du filtre. Un faisceau lumineux d'une certaine bande spectrale étroite, typiquement un faisceau laser, ne sera arrêté par le filtre ou par une couche filtrante du filtre, que dans la mesure où la valeur du chemin optique qu'il parcourt dans cette couche reste compris dans un certain intervalle; ; ce qui se traduit par un certain angle d'acceptance pour l'arrivée du faisceau laser, angle d'acceptance en dehors duquel le faisceau laser ne sera pas arrêté par le filtre. Autrement dit, si le filtre a été optimisé dans le cas par exemple d'une incidence normale des faisceaux laser sur le filtre, il ne l'est plus pour une incidence oblique de ces mêmes faisceaux, car le trajet optique des faisceaux, c'est-à-dire le chemin optique que ceux-ci parcourent, aura varié, par exemple augmenté. II est possible d'améliorer la couverture angulaire d'un filtre, mais ce sera souvent aux dépens de ses performances. II existe donc pour un filtre un compromis à réaliser entre performances et couverture angulaire.

L'invention permet d'éviter d'avoir à faire ce compromis. En effet,
I'invention se propose pour cela de réaliser un filtre optique de protection antilaser pour la vue caractérisé en ce que le filtre est un filtre cornéen.Ce filtre cornéen n'aura besoin que d'une faible couverture angulaire au centre du champ, de manière à arrêter tous les faisceaux arrivant sous incidence normale ou sensiblement normale. Ce relâchement au niveau des contraintes angulaires du filtre pourra se traduire par une amélioration des performances ou même par la possibilité d'utiliser certains types de filtres uniquement efficaces pour une direction d'incidence déterminée du faisceau, d'où la possibilité d'utiliser des filtres uniquement efficaces pour une direction d'incidence sensiblement normale par exemple.

Le filtre coméen selon l'invention n'a besoin d'être optimisé que pour une direction d'incidence sensiblement normale, car le faisceau laser agressif sera presque tout le temps en incidence normale ou à peu normale sur le filtre coméen, ceci étant dû au particularisme de l'oeil. En effet, I'oeil est un récepteur de lumière très particulier, en ce sens que d'une part il a une structure spécifique et que d'autre part il est sujet à certains comportements réflexes. La portion la plus intéressante d'une scène observée est ajustée au centre du champ de vision de l'oeil, la lumière issue de cette scène est alors focalisée sur la partie fovéale de la rétine de l'oeil, partie centrale de la rétine contenant les capteurs ayant la meilleure résolution permettant ainsi d'obtenir la vision la plus nette. Cette résolution angulaire au centre du champ est encore améliorée par des micromouvements de l'oeil. L'oeil a surtout le comportement réflexe qui consiste à se tourner spontanément vers une source lumineuse détectée en dehors du centre du champ, afin de ramener cette source au centre du champ. C'est surtout cette particularité de l'oeil qui rend le filtre coméen particulièrement efficace.

En effet, supposons un observateur portant des lunettes filtrantes selon l'art antérieur, efficaces sous incidence sensiblement normale du faisceau laser, mais possédant une faible couverture angulaire. Si le faisceau laser agressif, c'est-à-dire suffisamment intense pour être dangereux vis-à-vis de l'oeil, arrive sous incidence normale, il est arrêté par les lunettes filtrantes.

Si ce faisceau arrive sous incidence oblique, il traverse les lunettes filtrantes
I'oeil détecte ce faisceau comme source lumineuse située hors du centre de son champ de vision ; I'oeil se tourne par comportement réflexe vers la source lumineuse détectée pour l'amener au centre de son champ de vision pendant ce temps, les lunettes filtrantes restent immobiles ; le faisceau laser, toujours sous incidence oblique au niveau des lunettes filtrantes, traverse les lunettes filtrantes ; ce faisceau est alors focalisé sur la partie fovéale de la rétine, partie très sensible qui sera éblouie, lésée ou détruite selon l'intensité du faisceau.

Supposons maintenant un observateur portant un filtre cornéen selon l'invention. Ce filtre est efficace sous incidence sensiblement normale du faisceau laser. Si le faisceau laser agressif arrive sous incidence normale, il est arrêté par le filtre cornéen. Si ce faisceau arrive sous incidence oblique, pendant un laps de temps At très court il traverse le filtre cornéen ; I'oeil détecte ce faisceau comme source lumineuse située hors du centre de son champ de vision ; I'oeil se tourne par comportement réflexe vers la source lumineuse détectée pour l'amener au centre de son champ de vision ; le filtre cornéen suit le mouvement de l'oeil ; le faisceau laser se trouve alors sous incidence normale au niveau du filtre coméen ; même si certains filtres cornéens peuvent ne pas suivre complètement le mouvement de l'oeil, leur forme épousant à peu près celle de la comée, leur surface au niveau du centre du champ, c'est-à-dire au niveau de la pupille de l'oeil, sera normale à la direction d'arrivée du faisceau laser ce faisceau sera donc arrêté par le filtre coméen. Dans le cas du filtre cornéen selon l'invention, hormis pendant le temps M très court qui correspond au temps de réflexe de l'oeil, I'oeil est protégé même en cas d'arrivée initialement oblique d'un faisceau laser agressif.

Le problème de la couverture angulaire des filtres selon l'art antérieur a été ainsi résolu. Le filtre coméen selon l'invention a également d'autres avantages qui seront explicités dans la suite du texte. En particulier, un filtre cornéen, en fait deux pour protéger les deux yeux, est beaucoup plus pratique et plus ergonomique qu'une paire de lunettes filtrantes selon l'art antérieur.

L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints, donnés à titre d'exemples non limitatifs, où
- la figure 1 représente schématiquement un exemple de filtre cornéen selon l'invention.

La figure i représente un exemple non limitatif de filtre cornéen selon l'invention. Le filtre cornéen 10 est une lentille cornéenne comportant un substrat filtrant 13. Une couche mince filtrante 11 a été déposée sur l'une des faces du substrat 13, tandis qu'une couche mince filtrante 12 a été déposée sur l'autre face du substrat 13. Le filtre 10 est ici un filtre réjecteur multi-longueurs d'onde, c'est-à-dire qui rejette trois bandes spectrales étroites centrées sur trois longueurs d'onde x 2, R3, qui sont respectivement arrêtées par la couche 11, la couche 12 et le substrat 13. Lorsqu'on dit qu'une longueur d'onde, une bande spectrale ou un faisceau laser sont arrêtés par une couche filtrante, cela signifie qu'ils sont par exemple réfléchis par cette couche ou bien absorbés dans cette couche.

Le filtre cornéen peut être une lentille cornéenne dans le sens général du terme , c'est-à-dire un élément optique comportant plusieurs interfaces entre lesquelles se trouvent des milieux d'indice différents et/ou variables. Cette lentille peut avoir un pouvoir correcteur optique ou non. Cette lentille peut être souple ou bien rigide. Le filtre coméen peut par exemple être également le liquide interstitiel compris entre une lentille cornéenne, ellemême non filtrante, et la cornée de l'oeil. Le filtre cornéen peut par exemple également être un ensemble comportant une lentille cornéenne, elle-même filtrante, et un liquide interstitiel situé entre la lentille et la cornée de l'oeil.

Lorsque le filtre coméen est une lentille cornéenne, celle-ci peut par exemple comporter un substrat, lui-même filtrant ou pas, sur l'une au moins des faces duquel a été déposée au moins une couche filtrante ; cette couche filtrante est alors de préférence une couche mince, c'est-à-dire quelques fois la longueur d'onde considérée. Le filtre cornéen peut également être par exemple un filtre photochromique, c'est-à-dire capable d'absorber d'autant plus l'énergie lumineuse des faisceaux incidents que cette même énergie est élevée. L'absorption est alors par exemple sélective pour une ou plusieurs longueurs d'onde. Le filtre cornéen peut aussi être par exemple une lentille cornéenne polarisante. L'efficacité optimale est alors obtenue par rotation de la lentille jusqu'à ce que l'énergie lumineuse reçue par l'oeil soit minimale. Ce genre de filtres coméens polarisants peut par exemple être utilisé dans le domaine des machines-outils à laser.

Le filtre cornéen peut comporter différentes couches filtrantes. Ce filtre cornéen peut même par exemple être hybride, c'est-à-dire comporter des couches filtrantes de différents types. Les différents types de couches filtrantes sont par exemple : les couches filtrantes à colorants qui fonctionnent par absorption d'une ou de plusieurs longueurs d'onde ; les couches filtrantes interférentielles diélectriques qui fonctionnent par réflexion d'une ou de plusieurs longueurs d'onde ; les couches filtrantes holographiques qui fonctionnent par réflexion d'une ou de plusieurs longueurs d'onde. Les deux derniers types de couches filtrantes, interférentielles diélectriques et holographiques, sont particulièrement intéressants, car leur couverture angulaire généralement faible ne peut pas être améliorée indéfiniment, et cette amélioration se fait au détriment de leurs performances. D'une manière générale, I'invention sera particulièrement intéressante pour les couches filtrantes fonctionnant par réflexion ; les couches filtrantes par absorption n'ayant pas ce problème de couverture angulaire.

Les couches filtrantes peuvent être obtenus par différents procédés de fabrication, par exemple par procédés de trempage. Le procédé de trempage consiste à tremper un substrat dans une solution, puis à la retirer, lentement de préférence, pour permettre le dépôt sous forme de film par exemple d'une couche filtrante. Citons par exemple les procédés type sol gel ou Langmuir-Blodgett . Les couches filtrantes déposées par procédé de trempage sont souvent des couches fragiles parce qu'en matière molle, donc facilement rayables et dégradables lorsque déposées sur des lunettes. Au contraire, ces couches filtrantes déposées sur une lentille cornéenne sont moins sollicitées et donc moins facilement détériorées au cours de leur utilisation.

Un cas particulier intéressant est le cas du filtre réjecteur multilongueurs d'onde, c'est-à-dire du filtre qui rejette au moins deux bandes spectrales étroites. En effet, ce type de filtres n'est généralement réalisable que par des techniques, par exemple interférentielles diélectriques ou bien holographiques, qui ne permettent pas ou difficilement d'obtenir des filtres ayant une bonne couverture angulaire. Or un filtre cornéen selon l'invention permet de relâcher fortement les contraintes en termes de couverture angulaire, c'est-à-dire facilite l'utilisation de ces techniques.

Dans certains cas, les filtres situés en amont de l'oeil, avec une couche d'air entre l'oeil et le filtre peuvent être à l'origine d'un effet narcisse qui selon le type de filtres utilisé peut être coloré, ce qui est particulièrement gênant. Avec un filtre cornéen selon l'invention, cet éventuel effet narcisse sera supprimé.

De plus, I'oeil de l'observateur peut être amené dans certaines situations à évoluer derrière des dispositifs optiques comme des jumelles par exemple. Dans ce cas, l'observateur pourrait être tenté d'enlever ses lunettes filtrantes qui le gêneraient. Or l'intensité lumineuse reçue par l'oeil variant en fonction du carré du grossissement éventuel du dispositif optique,
I'observateur ne serait plus protégé alors même que le danger s'est accru. Ce problème est évité avec l'utilisation d'un filtre cornéen.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Filtre optique de protection anti-laser pour la vue caractérisé en ce que le filtre est un filtre cornéen.

2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre est un liquide interstitiel entre une lentille cornéenne et la cornée de l'oeil.

3. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre est une lentille cornéenne (10).

4. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre est constitué par un ensemble comportant une lentille cornéenne et un liquide interstitiel entre la lentille et la cornée de l'oeil.

5. Filtre selon les revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la lentille cornéenne (10) est polarisante.

6. Filtre selon les revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la lentille cornéenne (10) est un substrat cornéen (13) et en ce que sur au moins une des faces de ce substrat cornéen (13) a été déposée au moins une couche filtrante (11,12).

7. Filtre selon la revendication 6, caractérisé en ce que la couche filtrante (11,12) est obtenue par un procédé de trempage.

8. Filtre selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'une au moins des couches filtrantes (11,12) est une couche filtrante interférentielle diélectrique.

9. Filtre selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'une au moins des couches filtrantes (11,12) est une couche filtrante holographique.

10. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le filtre est un filtre rejetant au moins deux bandes spectrales étroites.