FR2912230A1 - Dispositif d'obturation electro-optique pour systeme anti-eblouissement a base d'au moins une couche photosensible. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif d'obturation électro-optique (1000) comprenant au moins deux premières électrodes (1001, 1200) et au moins une première cellule comprenant une couche d'un matériau électro-optique, la ou lesdite(s) première(s) cellule(s) étant disposée(s) entre lesdites premières électrodes, chacune de la ou desdites première(s) cellule(s) étant commutable entre au moins un état passant, dans lequel elle transmet un faisceau lumineux, et au moins un état bloquant, dans lequel elle ne transmet pas le faisceau lumineux, en fonction notamment du champ électrique qui est appliqué à ladite première cellule via les premières électrodes.Selon l'invention, un tel dispositif d'obturation comprend également au moins une couche massive d'un premier matériau photosensible et à grande résistivité transverse prévue entre lesdites premières électrodes.
Description
Dispositif d'obturation électro-optique pour système anti-éblouissement à
base d'au moins une couche photosensible. 1. Domaine de l'invention Le domaine de l'invention est celui des dispositifs anti-éblouissement pour capteurs optiques ou optoélectroniques. L'invention trouve tout particulièrement, mais non exclusivement, son application dans la protection de tels capteurs optiques ou optoélectroniques dans le cadre de la surveillance d'opérations de soudure à l'arc ou de présence de sources éblouissantes dans une scène. 2. Solutions de l'art antérieur L'utilisation d'un arc à soudure à rayonnement intense nécessite de prendre des précautions. En effet, dans le cas d'un robot soudeur équipé d'un capteur optique (ou optoélectronique) afin de visualiser la scène, le rayonnement émis par l'arc peut endommager le capteur disposé à proximité de la scène et en tout état de cause, rend l'observation de la scène difficile. Un exemple tel capteur est une caméra CCD sur laquelle est projetée la scène observée au moyen d'un objectif optique. Une technique anti-éblouissement classique pour protéger le capteur du robot soudeur est la mise en oeuvre d'un dispositif d'obturation optique à base d'un diaphragme (commandé de manière automatique ou manuel) qui bloque (dans un état bloquant) sur toute sa surface la lumière provenant de la scène lors de l'émission lumineuse intense par l'arc et qui est transparent (ou dans un état passant) dans les autres cas. Un tel dispositif d'obturation optique permet : - lorsque l'arc est activé, de bloquer (état bloquant du dispositif d'obturation) de manière globale le flux lumineux provenant de la scène comprenant une composante émise par l'arc intense au centre de la scène afin de protéger le capteur du robot soudeur et - lorsque l'arc n'est pas activé, de laisser passer (état passant du dispositif d'obturation) la lumière provenant de la scène afin que le capteur du robot soudeur puisse visionner la scène. Cependant, ce dispositif d'obturation classique ne permet pas au capteur du robot de visionner la scène lorsque l'arc est activé et que donc, le dispositif d'obturation est dans l'état bloquant. Il existe des techniques de filtrage spatial d'un faisceau lumineux à base d'une pluralité d'obturateurs disposés sous la forme d'une matrice (par exemple tel que décrit dans la demande de brevet européen n EP1698166A1). Cependant, afin d'obtenir le motif de filtrage visé, ces techniques nécessitent que chaque obturateur de la matrice soit commandé individuellement au moyen d'un dispositif de commande. Ceci impose donc une multiplication des dispositifs de commande et rend donc complexes, coûteuses et encombrantes de telles techniques. En outre la présence d'inter-pixels dans le cadre d'une telle matrice modifient et compliquent la transmittance de la matrice et ne permet pas de garantir une totale sécurité. 3. Objectifs de l'invention L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur.
Plus précisément, un objectif de l'invention, dans au moins un de ses modes de réalisation, est de fournir une technique qui permette de bloquer (respectivement de laisser passer) la partie d'un flux lumineux, dont l'intensité dans un plan transverse au flux est la plus importante, tout en laissant passer (respectivement bloquant) la partie la moins intense du flux lumineux et qui ne nécessite pas la mise en oeuvre de plusieurs dispositifs de commande. Un autre objectif de l'invention, dans au moins un de ses modes de réalisation, est de fournir une technique anti-éblouissement qui permette de bloquer sélectivement la lumière émise par une source lumineuse intense dans un flux lumineux provenant d'une scène observée comprenant la source lumineuse et de laisser passer le reste du flux lumineux.
Un autre objectif de l'invention, dans au moins un de ses modes de réalisation, est de mettre en oeuvre une telle technique qui soit compatible avec les dispositifs d'obturation optiques classiques. L'invention, dans au moins un de ses modes de réalisation, a encore pour objectif de fournir une telle technique qui soit simple à mettre en oeuvre et pour un faible coût. 4. Exposé de l'invention Conformément à un mode de réalisation particulier, l'invention concerne un dispositif d'obturation électro-optique comprenant au moins deux premières électrodes et au moins une première cellule comprenant une couche d'un matériau électro-optique, la ou lesdite(s) première(s) cellule(s) étant disposée(s) entre lesdites premières électrodes, chacune de la ou desdites première(s) cellule(s) étant commutable entre au moins un état passant, dans lequel elle transmet un faisceau lumineux, et au moins un état bloquant, dans lequel elle ne transmet pas le faisceau lumineux, en fonction notamment du champ électrique qui est appliqué à ladite première cellule via les premières électrodes. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le dispositif d'obturation comprend également au moins une couche massive d'un premier matériau photosensible et à grande résistivité transverse prévue entre lesdites premières électrodes. Un matériau photosensible selon l'invention est par exemple le silicium amorphe (par exemple le carbure de silicium), un semiconducteur (éventuellement doppé), le polyvinylcarbazole, ... Bien entenu, dans le cadre du dispositif d'obturation selon le mode de réalisation particulier, le dispositif d'obturation peut comprendre une ou plusieurs couche(s) massive(s) du premier matériau photosensible, mais il peut également comprendre plusieurs couches de différents matériaux photosensibles, chacune de cette ou ces couches pouvant éventuellement être doppée. Par exemple le dispositif d'obturation selon le présent mode de réalisation de l'invention peut comprendre une photorésistance et/ou une photodiode et/ou une jonction semiconducteur réalisée(s) à base de plusieurs couches de différents matériaux photosensibles éventuellement, chacune associée à un doppage déterminé. On entend par couche massive, une couche qui s'étend au moins sur toute la surface utile du dispositif d'obturation.
On entend par surface utile, la surface du dispositif qui est prévu pour recevoir de la lumière provenant d'une scène. Par exemple, les bords du dispositif d'obturation sur lesquels peuvent être prévus des éléments de fixation du dispositif d'obturation à une caméra de visualisation d'un robot soudeur ne font pas parti de la surface utile.
Le principe général de l'invention consiste en ce que, la distribution en intensité lumineuse dans le plan du dispositif d'obturation d'un flux lumineux incident sur le dispositif (alimenté au moyen d'une seule tension de commande) génère une distribution sensiblement identique de charges électriques aux bornes de la couche photosensible (du fait de la création d'électrons au niveau de la couche photosensible) ce qui génère donc une distribution sensiblement identique en intensité de champ électrique résultant (champ électrique appliqué auquel est soustrait le champ électrique généré par le électrons) au niveau de la(les) cellule(s). Le matériau photosensible doit être choisi de telle sorte qu'il dispose d'une grande résistivité transverse pour éviter la diffusion de charges latéralement. Dans le cadre de la présente invention, on entend par matériau à grande résistivité transverse un matériau dont la résistivité transverse est supérieure ou égale à 109 Q. cm (ce qui correspond à une conductivité de 10-9 (S2.cm)-i). Cette couche photosensible doit disposer également d'un seuil de génération des charges en fonction de la tension appliquée et ou de l'intensité lumineuse. On peut choisir par exemple du silicium amorphe hydrogéné comme le matériau photosensible. Ainsi, on obtient une distribution en amplitude d'obturation dans le plan du dispositif d'obturation sensiblement identique aux distributions d'intensité de 30 champ électrique, de conductivité et d'intensité lumineuse dans le plan du dispositif d'obturation. En conséquence, dans le cas où la(les) première(s) cellule(s) est(sont) dans un état passant lorsqu'un champ électrique lui(leurs) est appliqué (et dans un état bloquant lorsqu'aucun champ n'est appliqué), un tel dispositif d'obturation (qui ne nécessite pas la mise en oeuvre de plusieurs dispositifs de commande, c'est-à-dire plusieurs tensions de commande, du fait qu'il peut fonctionner avec l'application d'une seule tension) permet de bloquer la partie d'un flux lumineux, dont l'intensité dans un plan transverse au flux est la plus importante, tout en laissant passer la partie la moins intense du flux lumineux.
Un tel dispositif d'obturation permet d'atténuer la partie d'un flux lumineux, dont l'intensité dans un plan transverse au flux est la plus importante, tout en laissant passer néanmoins la moins intense partie de ce flux lumineux. Ainsi, dans ce cas, ce dispositif d'obturation constitue une technique antiéblouissement qui permet de bloquer sélectivement la lumière émise par une source lumineuse intense dans un flux lumineux provenant d'une scène observée comprenant la source lumineuse et de laisser passer le reste du flux lumineux. En outre, dans le cas où la(les) première(s) cellule(s) est(sont) dans un état bloquant lorsqu'un champ électrique lui(leurs) est appliqué (et dans un état passant lorsqu'aucun champ n'est appliqué), un tel dispositif d'obturation permet de laisser passer la partie d'un flux lumineux, dont l'intensité dans un plan transverse au flux est la plus importante, tout en bloquant la partie la moins intense du flux lumineux. La technique de l'invention est compatible avec les dispositifs d'obturation optiques classiques du fait qu'elle propose d'ajouter dans un tel dispositif d'obturation classique une couche d'un matériau photosensible. Ainsi, la(les) première(s) cellule(s) est(sont) commandée(s) électriquement par la couche de premier matériau photosensible. Ainsi, dans le cadre de la soudure à l'arc, un tel matériau photosensible permet l'observation (par exemple par une caméra de visualisation d'un robot soudeur) des alentours de la source éblouissante (l'arc de soudure) et permet ainsi de la localiser. Avantageusement, le dispositif d'obturation électro-optique comprend au moins deux secondes électrodes et au moins une seconde cellule comprenant une couche d'un matériau électro-optique, la ou lesdite(s) seconde(s) cellule(s) étant disposée(s) entre lesdites secondes électrodes, chacune de la ou desdites seconde(s) cellule(s) étant commutable entre au moins un état passant, dans lequel elle transmet le faisceau lumineux, et au moins un état bloquant, dans lequel elle ne transmet pas le faisceau lumineux, en fonction notamment du champ électrique qui est appliqué à ladite seconde cellule via les secondes électrodes, et le dispositif d'obturation comprend également au moins une couche massive d'un second matériau photosensible à grande résistivité transverse prévue entre lesdites secondes électrodes. Ainsi, les première et seconde cellules sont commandées électriquement respectivement par la couche d'un premier matériau photosensible et par la 15 couche d'un second matériau photosensible. Préférentiellement, le dispositif d'obturation comprend des moyens d'atténuation à variations quasi-continues d'un signal optique, lesdits moyens d'atténuation comprenant au moins une troisième cellule d'un premier type comprenant au moins une couche d'un premier matériau à base d'un cristal 20 liquide nématique. Chacune des cellules du premier type est commutable entre au moins un état passant et au moins un état bloquant en fonction du champ électrique qui est appliqué à ladite cellule. Préférentiellement, la ou les troisième(s) cellule(s) desdits moyens 25 d'atténuation sont disposées entre les premières électrodes. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le dispositif d'obturation comprend des moyens d'obturation optique comprenant au moins une quatrième cellule d'un second type comprenant au moins une couche d'un second matériau à base d'un cristal liquide smectique. 30 Avantageusement, ledit second matériau comprend au moins un cristal liquide smectique de type ferroélectrique et/ou au moins un cristal liquide smectique de type anti-ferroélectrique. Préférentiellement, le second matériau comprend une association d'au moins un cristal liquide ferroélectrique et/ou d'au moins un cristal liquide anti- ferroélectrique et d'un polymère, ladite association appartenant respectivement aux familles des PSFLC et/ou des PSAFLC. Ces PSFLC et/ou PSAFLC sont des matériaux de type gel. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la ou les quatrième(s) cellule(s) desdits moyens d'obturation sont disposées entre les secondes électrodes. Avantageusement, qu'au moins desdits premier et second matériaux photosensibles appartient au groupe comprenant : le polyvinylcarbazole ; le carbure de silicium.
Ainsi, de tels matériaux photosensible sont à grande résistivité transverse. Ainsi, dans le cadre de la mise en oeuvre du dispositif d'obturation dans une application de soudure à l'arc, un tel matériau photosensible est à la fois sensible au rayonnement de la source éblouissante (l'arc de soudure) et suffisamment transparent pour permettre l'observation locale de la scène par exemple par le capteur optique. Avantageusement, le dispositif d'obturation comprend au moins une photorésistance comprenant au moins une de la ou desdites couche(s) de premier matériau photosensible ou de second matériau photosensible. Avantageusement, le dispositif d'obturation comprend au moins une 25 photodiode comprenant au moins une de la ou desdites couche(s) de premier matériau photosensible ou de second matériau photosensible. chacune de ces photorésistance ou photodiode peut être réalisée à base d'au moins une jonction à base d'au moins deux couches de matériaux photosensibles en semiconducteur (l'une au moins étant éventuellement doppée) 30 permettant par exemple d'augmenter la rapidité ou la sensibilité de la commande du dispositif d'obturation. Préférentiellement, la ou lesdites électrodes sont réalisées en ITO. Ainsi, ces électrodes sont optiquement transparentes dans le spectre du faisceau lumineux. 5. Liste des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 présente un schéma de principe d'un premier dispositif d'obturation conforme à un premier mode de mise en oeuvre de l'invention ; la figure 2 présente le schéma de principe d'un second dispositif d'obturation conforme à un second mode de mise en oeuvre de l'invention ; - la figure 3 présente un schéma illustrant une mise en oeuvre du premier dispositif d'obturation de la figure 1 ; la figure 4 présente le schéma de principe d'un troisième dispositif d'obturation conforme à urt troisième mode de mise en oeuvre de l'invention ; - la figure 5 illustre le niveau continu et le niveau maximum du régime de fonctionnement standard conforme à la technique MIG/MAG ; la figure 6 illustre présente un schéma d'un dispositif d'obturation selon un premier mode de réalisation de l'invention ; la figure 7 illustre présente un schéma d'un dispositif d'obturation selon un second mode de réalisation de l'invention ; la figure 8 illustre présente un schéma d'un dispositif d'obturation selon un troisième mode de réalisation de l'invention. 6. Description d'un mode de réalisation de l'invention On se place dans la suite dans le cadre d'un robot soudeur équipé d'un 30 poste de soudure à l'arc mettant en oeuvre un régime de fonctionnement standard par exemple conforme au procédé MIG (pour Metal Inert Gaz ) et MAG (pour Metal Active Gaz ). Tel qu'illustré par la figure 3 ci-après décrite, le robot dispose d'une caméra de visualisation comprenant un capteur optique, par exemple un capteur CCD, la caméra étant équipée avec un dispositif d'obturation conforme à un mode de réalisation préférentiel de l'invention. Le dispositif d'obturation est disposé devant le capteur optique (par exemple un capteur CCD). Par exemple le capteur optique comprend des moyens d'amplification (par exemple avec un gain variable) de l'intensité lumineuse reçue en provenance de la scène de soudure permettant de compenser les pertes subies par l'intensité lumineuse lors de la traversée du dispositif d'obturation (et notamment de la ou des couches photosensibles ci-après décrites du dispositif d'obturation). Bien entendu encore, un dispositif d'obturation selon l'invention peut également être mis en oeuvre dans toute autre application. Bien entendu, un dispositif d'obturation selon l'invention peut être mis en oeuvre pour toute autre application et notamment pour effectuer du filtrage spatial sur un flux (ou faisceau) lumineux. On présente, en relation avec la figure 1, le schéma de principe d'un 20 premier dispositif d'obturation 1000 conforme à un premier mode de mise en oeuvre de l'invention. Un flux lumineux 1800, provenant de la scène lors de l'émission lumineuse intense par l'arc à soucier, est incident sur le premier dispositif d'obturation 1000. Par exemple le flux lumineux possède un spectre compris dans 25 le visible. Le premier dispositif d'obturation 1000 comprend au moins deux premières électrodes 1001, 1002 entre lesquelles sont disposés un premier module d'obturation 1100 et une première couche massive d'un premier matériau photosensible 1200. On entend par couche massive, une couche qui s'étend sur 30 toute la surface du dispositif d'obturation.
Le premier matériau photosensible (ainsi que le second matériau photosensible ci-après mentionné) sont choisis pour être sensibles dans la gamme d'éblouissement considérée (c'est-à-dire, dans le présent cas, le spectre de l'arc à souder, qui est compris dans le visible) tout en laissant passer une quantité suffisante de lumière afin que la caméra de visualisation puisse visionner la scène. Le spectre d'émission de l'arc à souder étant suffisamment large, il est facile de satisfaire cette double contrainte de sensibilité et de transparence. Par exemple le premier matériau photosensible est un matériau à grande résistivité transverse de type carbure de silicium (SiC) et la première couche possède une épaisseur de l'ordre de 2 à 3 m. Selon une variante de ce mode de réalisation préférentiel, le premier matériau photosensible est du polyvinylcarbazole (ou PVK) et la première couche possède une épaisseur de 100 m. En effet, par exemple, les SiC et PVK permettent de satisfaire la double contrainte précitée du fait qu'ils sont à la fois sensibles au rayonnement de la source éblouissante (l'arc à souder) et suffisamment transparents pour permettre l'observation locale de la scène (par la caméra de visualisation). D'autre part, ces matériaux sont à grande résistivité transverse. Ainsi, un tel matériau est quasiment transparent pour le spectre (dans le 20 visible) du flux lumineux 1800. Une première source de tension 1700 délivre une première tension constante (éventuellement variable), par exemple 10V, entre les premières électrodes 1001, 1002. Les premières électrodes sont par exemple réalisées en ITO et présentent 25 par exemple une épaisseur de quelques dizaines de nm. Ainsi, ces électrodes sont optiquement transparentes dans le spectre du flux lumineux 1800. Un flux lumineux 1800, provenant de la scène lors de l'émission lumineuse intense par l'arc à souder, est incident sur le premier dispositif d'obturation 1000. Par exemple le flux lumineux possède un spectre compris dans 30 le visible.
On présente, en relation avec la figure 2, le schéma de principe d'un second dispositif d'obturation 2000 conforme à un second mode de mise en oeuvre de l'invention. Le second dispositif d'obturation 2000 est identique au premier dispositif d'obturation 1000 si ce n'est qu'il comprend en outre au moins deux secondes électrodes 2001, 2002 entre lesquelles sont disposés un second module d'obturation 2100 et une seconde couche massive d'un second matériau photosensible 2200. Une seconde source de tension 2700 délivre une seconde tension constante (éventuellement variable), par exemple 10V, entre les secondes électrodes 2001, 2002. Par exemple, la seconde couche de second matériau photosensible 2200 est identique à la première couche de premier matériau photosensible 1200. Par exemple, les premières et secondes électrodes sont identiques. Selon une variante de ce second mode de réalisation, la première électrode 1002 et la seconde électrode 2001 sont confondues et sont reliées à la masse commune aux première 1700 et seconde 2700 sources de tension. Les premier et second modules d'obturation comprennent respectivement au moins une première cellule et au moins une seconde cellule, chacune desdites cellules comprenant une couche d'un matériau électro-optique (par exemple un cristal liquide nématique, un cristal liquide smectique,...) et étant commutable entre au moins un état passant, dans lequel elle transmet le flux lumineux 1800, et au moins un état bloquant, dans lequel elle ne transmet pas le flux lumineux 1800, en fonction du champ électrique qui est appliqué à la cellule.
Les dimensions spatiales dans le plan transverse (plan perpendiculaire à l'axe de propagation du faisceau lumineux qui est également le plan du dispositif du dispositif d'obturation) des dispositifs d'obturation 1000, 2000 selon l'invention sont adaptées au capteur optique sur laquelle est imagée la scène observée. Par exemple, un tel obturateur peut présenter des dimensions transverses de l'ordre de quelques cmz à quelques dizaines de cmz.
Dans le cadre des dispositifs d'obturation 1000, 2000 précités, les premier et second matériaux photosensibles des première 1200 et seconde 2200 couches convertissent les photons reçus en électrons. Sous l'action du champ électrique (résultant des première et seconde tensions appliquées respectivement entre les premières 1001, 1002 et secondes 2001, 2002 électrodes) appliqué au niveau de ces première 1200 et seconde 2200 couches, ces électrons ne se déplacent pas dans le plan transverse précité du fait que les premier et second matériaux photosensibles sont choisis à grande résistivité transverses et s'acumulent aux frontières entre les première 1200 et seconde 2200 couche photosensibles et les premier 1100 et second 2100 modules d'obturation à base de matériaux électro-optiques, donnant ainsi une image électronique de la distribution d'intensité optique. Or la distribution spatiale, dans le plan du dispositif d'obturation 1000, 2000, de l'intensité du flux lumineux 1800 incident (provenant de la scène lors de l'émission lumineuse intense par l'arc à souder) étant non uniforme (le maximum d'intensité se situant au point source de l'arc), la distribution en conductivité électrique (dépendant de l'intensité lumineuse reçu) résultante (ou générée) au niveau de la couche photosensible (du fait de la génération d'électrons au niveau de la couche photosensible) est également non uniforme (du fait que le matériau photosensible est à grande résistivité transverse). Ceci génère donc une distribution identique en intensité de champ électrique résultant (champ électrique appliqué auquel est soustrait le champ électrique généré par le électrons) au niveau des cellules des premier 1100 et second 2100 module d'obturation. Ainsi, on obtient une distribution en amplitude d'obturation dans le plan du dispositif d'obturation sensiblement identique aux distributions d'intensité de champ électrique, de conductivité et d'intensité lumineuse dans le plan du dispositif d'obturation. Ainsi, les cellules des premier 1100 et second 2100 modules d'obturation sont commandées électriquement, respectivement par les première 1200 et seconde 2200 couches de matériau photosensible.
Ainsi, dans le cas où, grâce à un arrangement de polariseurs adéquat (tel qu'illustré ci-après en relation avec la figure 7), la(les) cellule(s) d'un dispositif d'obturation 1000, 2000 selon l'invention est(sont) dans un état passant lorsqu'un champ électrique lui(leurs) est appliqué (et donc dans un état bloquant sans champ électrique), un tel dispositif d'obturation (qui ne nécessite pas la mise en oeuvre de plusieurs dispositifs de commande du fait qu'il peut fonctionner avec l'application d'une seule tension) permet de bloquer la partie d'un flux lumineux, dont l'intensité dans un plan transverse au flux est la plus importante, tout en laissant passer la partie la moins intense du flux lumineux.
Ainsi, dans ce cas, ce dispositif d'obturation constitue une technique antiéblouissement qui permet de bloquer sélectivement la lumière émise par une source lumineuse intense dans un flux lumineux provenant d'une scène observée comprenant la source lumineuse et de laisser passer le reste du flux lumineux. En outre, dans le cas où, grâce à un arrangement de polariseurs adéquat (tel qu'illustré ci-après en relation avec la figure 6), la(les) cellule(s) est(sont) dans un état bloquant lorsqu'un charnp électrique lui(leurs) est appliqué (et donc dans un état passant sans champ électrique), un tel dispositif d'obturation permet de laisser passer la partie d'un flux lumineux, dont l'intensité dans un plan transverse au flux est la plus importante, tout en bloquant la partie la moins intense du flux lumineux. En conséquence, grâce à la mise en oeuvre de la couche de matériau photosensible à grande résistivité transverse dans le dispositif d'obturation 1000, 2000 selon l'invention, l'obturation se fait sélectivement dans l'espace et localement, contrairement au cas d'un dispositif d'obturation classique pour lequel l'obturation est réalisée au moyen de l'utilisation d'une électrode conductrice à laquelle est appliquée une tension uniforme. Ainsi, dans le cadre de la visualisation d'une scène de soudure à l'arc par une caméra de visualisation d'un robot soudeur, le matériau photosensible permet l'observation (par la caméra de visualisation du robot soudeur) des alentours de la source éblouissante (l'arc de soudure) et permet ainsi de la localiser.
Par ailleurs, le réglage de la première tension 1700 (respectivement première et/ou seconde tension(s)) au niveau du premier dispositif d'obturation 1000 (respectivement second dispositif d'obturation 2000) permet de déplacer la valeur seuil du matériau électro-optique des cellules du dispositif d'obturation permettant ainsi de commuter le dispositif d'obturation spatialement dans la zone fortement illuminé en laissant les autres partie du dispositif d'obturation, transparentes tel qu'illustré par la figure 3. Dans cette figure 3, la lumière émise par l'arc 31 est imagée au moyen de l'objectif 32 de la caméra CCD sur le capteur CCD 33 de la caméra CCD via le dispositif d'obturation 1000. Seule la zone où est imagée l'arc est commutée au niveau du dispositif d'obturation 1000, ce qui permet de protéger le capteur CCD 33. On présente, en relation avec la figure 4, le schéma de principe d'un troisième dispositif d'obturation 3000 conforme à un troisième mode de mise en oeuvre de l'invention. Le troisième dispositif d'obturation 3000 est identique au premier dispositif d'obturation 1000 si ce n'est qu'il comprend en outre au moins deux troisièmes électrodes 3001, 3002 entre lesquelles sont disposés un troisième module d'obturation 3100.
Une troisième source de tension 3700 délivre une troisième tension constante (éventuellement variable), par exemple 10V, entre les troisièmes électrodes 3001, 3002. Bien entendu, selon une variante de ce troisième mode de mise en oeuvre, les premier et troisième modules d'obturation peuvent chacun comprendre une couche photosensible. Dans le cadre de cetroisième mode de mise en oeuvre, on suppose que chacun des premier et troisième module comprend une cellule à cristaux liquides. Les cellules des premier 1100 et troisième 3100 modules peuvent être réalisée à base de cristaux liquides nématiques ou de cristaux liquides smectique.
Le troisième module 3100 est capable d'ajuster homogènement sa transparence grâce au le pilotage réalisé, par exemple, par une photodiode 3900 détectant l'intensité lumineuse totale. Cette photodiode 3900 contrôle la tension appliquée à ce troisième module. Le premier module qui se trouve derrière le troisième module présente une transparance qui est contrôlée localement grâce à la couche 1200 de matériau photosensible. La lumière 1800 projetée sur le troisième module produit dans la couche photosensible une image de photons qui est la copie de l'intensité lumineuse reçue. Cette image de photons est transformée en image d'électrons par la tension 3700 appliquée au troisième module (à partir d'une valeur de tension seuil). Cette image d'électrons est traduite en image de tension appliquée aux cristaux liquides de la cellule (chute de tension). Il en résulte une modulation anisotrope du cristal liquide par effet électro-optique. On se place dans la suite dans le cadre du premier mode de mise en oeuvre précité. Le premier module d'obturation 1100 comprend, par exemple, une superposition d'un atténuateur optique à variations quasi continues et d'un obturateur optique dont les temps d'obturation et d'ouverture sont courts (de l'ordre de quelques centaines de s).
Bien entendu, selon des variantes de ce premier mode de mise en oeuvre, le premier module d'obturation comprend un atténuatteur optique à variations quasi continues mais pas d'obturateur optique ou encore le premier module d'obturation comprend un obturateur optique mais pas d'atténuatteur optique à variations quasi continues.
L'atténuateur optique comprend au moins une cellule nématique, dont l'atténuation est réglable de manière quasi continue. L'obturateur optique comprend au moins une cellule smectique, dont les temps de transition entre l'état passant et l'état bloqué et inversement sont très courts.
Chaque cellule nématique (respectivement smectique) comprend par exemple deux lames de matériau optiquement transparent (tel que du verre par exemple) entre lesquelles est disposé une couche d'un matériau à base de cristaux liquides nématiques (respectivement smectiques) correctement alignés.
Les cellules nématiques comprennent au moins un cristal liquide nématique, par exemple le cristal liquide commercialisé par la société MERCK sous la référence MLC 14000-000. Selon une première caractéristique de l'invention, les cellules smectiques comprennent au moins un cristal liquide ferroélectrique et/ou au moins un cristal liquide anti-ferroélectrique. Un exemple de cristal liquide smectique ferroélectrique chiral utilisable dans le cadre de l'invention est commercialement disponible auprès de la société Avantis-Sanofi France, précédemment Hoechst, sous la dénomination commerciale Felix 015/100.
Un exemple de cristal liquide smectique antiferroélectrique utilisable dans le cadre de l'invention est par exemple un cristal liquide à base de (S)1-methylheptyloxybiphenylyl-4-yl 4-(perfluoro-alkanoyloxyalkoxy) benzoates (on pourrait également mettre en ceuvre du (S)1-methylheptyloxyphenyl 4-(perfluoroalkanoyloxyalkoxy)biphenylates ou même un mélange de (S)1- methylheptyloxybiphenylyl-4-yl 4-(perfluoro-alkanoyloxyalkoxy) benzoates et de (S)1-methylheptyloxyphenyl 4-(perfluoroalkanoyloxyalkoxy)biphenylates). Selon une seconde caractéristique de l'invention, les cellules smectiques comprennent une association d'au moins un cristal liquide ferroélectrique et/ou d'au moins un cristal liquide anti-ferroélectrique et d'un polymère.
Un exemple de polymère utilisable dans le cadre de l'invention est un polymère obtenu par la polymérisation d'un monomère commercialement disponible auprès de la société Merck, France sous la dénomination commerciale RM257. Sa polymérisation est effectuée par insolation sous UV, en présence d'un photoamorceur (Irgacure 651 de la société Ciba).
Préférentiellement, on choisi une telle association dans des proportions polymère / cristal liquide telles que le matériau résultant appartient aux familles des PSFLC ( polymer stabilized ferroelectric liquid crystal ) et/ou des PSAFLC ( polymer stabilized anti-ferroelectric liquid cristal ).
Ces PSFLC et/ou PSAFLC sont des matériaux de type gel. Les cellules sont commutables entre au moins un état passant et au moins un état bloquant. Chacune des cellules nématiques de l'atténuateur optique est par exemple alimentée au moyen d'un signal électrique alternatif permettant de régler le niveau d'atténuation de l'atténuateur. Les atténuateur et obturateur du dispositif d'obturation sont assemblés tel qu'illustré ci-après, en relation avec les figures 6 à 8. On illustre, en relation avec la figure 5, le niveau continu 41 et le niveau maximum 42 du régime de fonctionnement standard conforme à la technique 15 MIG/MAG mis en oeuvre dans le cadre du poste à soudure. Ainsi, l'intensité du courant d'arc I peut être dans le niveau continu 42 ou dans le niveau maximum 42. Ce principe de fonctionnement conforme à l'invention permet d'envisager, afin de fabriquer le dispositif d'obturation, plusieurs mises en oeuvre possibles des 20 atténuateur et obturateur optiques à partir de cellules nématiques et smectiques et de polariseurs. On décrit ci-après des exemples de réalisation selon l'invention des atténuateur et obturateur optiques du dispositif d'obturation. Selon un premier mode de réalisation d'un dispositif d'obturation 700 (illustré par la figure 6) conforme au premier mode de mise en oeuvre de 25 l'invention précité, afin de réaliser l'atténuateur optique, on met en oeuvre une cellule nématique 720 placée entre polariseur et analyseur croisés (c'est-à-dire entre deux polariseurs 710 et 730 dont les axes 711 et 731 sont perpendiculaires). Ainsi cette cellule nématique est dans un état passant lorsqu'aucun champ électrique ne lui est appliqué, ce qui permet à l'opérateur de voir la scène lorsque 30 l'atténuateur n'est pas alimenté.
Par ailleurs, la cellule nématique 720 peut être soit une cellule nématique de type TN ou STN (représentée, sous la référence 722, dans un état passant sans champ électrique appliqué ou, sous la référence 723, dans un état bloquant avec un champ électrique appliqué) soit une cellule nématique de type N (représentée, sous la référence 724, dans un état passant sans champ électrique appliqué ou, sous la référence 725, dans un état bloquant avec un champ électrique appliqué). Bien entendu, selon des variantes de ce premier mode de réalisation, l'atténuateur est réalisé avec plusieurs cellules nématiques superposées, chacune des cellules étant dans un état passant lorsqu'aucun champ électrique ne lui est appliqué (par exemple placée entre aralyseur et polariseur croisés). Afin de réaliser l'obturateur optique, on peut disposer une cellule smectique 740 (qui peut être une cellule smectique ferroélectrique ou une cellule smectique antiferroélectrique) entre polariseur et analyseur croisés (c'est-à-dire entre un premier 730 et un second 750 polariseur dont les axes 731 et 751 sont perpendiculaires). Ainsi cette cellule smectique 740 est dans un état bloquant lorsqu'aucun champ électrique ne lui est appliqué, ce qui permet d'assurer la protection du capteur optique de la caméra de visualisation en cas de coupure de l'alimentation du dispositif d'obturation 700.
Selon un second mode de réalisation d'un dispositif d'obturation 800 (illustré par la figure 7) conforme au premier mode de mise en oeuvre de l'invention précité, afin de réaliser ]l'atténuateur optique, on met en oeuvre une cellule nématique 820 placée entre polariseurs parallèles (c'est-à-dire entre deux polariseurs 810 et 830 dont les axes 811 et 831 sont parallèles).
Ainsi cette cellule nématique est dans un état bloquant lorsqu'aucun champ électrique ne lui est appliqué, ce qui permet d'assurer la protection des yeux de l'opérateur en cas de panne de l'alimentation de l'atténuateur. Par ailleurs, la cellule nématique 820 peut être soit une cellule nématique de type TN (représentée, sous la référence 822, dans un état passant sans champ électrique appliqué ou, sous la référence 823, dans un état bloquant avec un champ électrique appliqué) soit une cellule nématique de type N (représentée, sous la référence 824, dans un état passant sans champ électrique appliqué ou, sous la référence 825, dans un état bloquant avec un champ électrique appliqué). Bien entendu, selon des variantes de ce second mode de réalisation, l'atténuateur est réalisé avec plusieurs cellules nématiques superposées, chacune des cellules étant dans un état passant lorsqu'aucun champ électrique ne lui est appliqué (par exemple placée entre polariseurs parallèles). Dans le cas où n cellules nématiques sont superposées afin de réaliser l'atténuateur variable, on peut par exemple utiliser n+l polariseurs parallèles, chacun des polariseurs étant disposé entre deux cellules nématiques. Afin de réaliser l'obturateur optique, on peut disposer une cellule smectique 840 (qui peut être une cellule smectique ferroélectrique ou une cellule smectique antiferroélectrique) entre polariseur et analyseur croisés (c'est-à-dire entre un premier 830 et un second 850 polariseur dont les axes 831 et 851 sont perpendiculaires). Ainsi cette cellule smectique 840 est dans un état bloquant (en alignant l'état stable sans champ électrique appliqué à l'axe d'un polariseur) lorsqu'aucun champ électrique ne lui est appliqué, ce qui permet d'assurer la protection du capteur optique de la caméra de visualisation en cas de coupure de l'alimentation du dispositif d'obturation 800. Dans le cadre de chacun des premier (figure 6) et second (figure 7) modes de réalisation précités, la cellule synectique 740, 840 peut être soit une cellule smectique de type ferroélectrique (dont les états stables 7421 et 7422, pour un premier cas, ou 74210 et 74220, pour un second cas, avec champ électrique appliqué sont respectivement illustrés par les graphiques 742 et 7420) ou une cellule smectique de type antiferroélectrique (dont les états stables 7431 et 7432 avec champ électrique appliqué et l'état stable sans champ appliqué 7433 sont illustrés par le graphique 743). Ainsi, dans le cas d'une cellule smectique 740, 840 de type antiferroélectrique, cette cellule smectique est orientée de telle sorte, par rapport à la cellule nématique 720, 820 de l'atténuateur, que son état stable en absence de champ électrique appliqué 7433 est aligné sur le polariseur de la cellule nématique 720, 820. Selon un troisième mode de réalisation d'un dispositif d'obturation 900 (illustré par la figure 8) conforme au premier mode de mise en oeuvre de l'invention précité, l'atténuateur optique comprend des première 920 et seconde 9200 cellules nématiques, la première cellule 920 étant dans un état bloquant lorsqu'aucun champ électrique ne lui est appliqué et la seconde cellule 9200 étant dans un état passant lorsqu'aucun champ électrique ne lui est appliqué.
Par exemple, la première cellule 920 est placée entre deux polariseurs 910 et 930, les axes 911 et 931 des polariseurs étant parallèles et la seconde cellule 9200 est placée entre deux polariseurs 930 et 9300, les axes 931 et 9310 des polariseurs étant perpendiculaires. Par ailleurs, les première 920 et seconde 9200 cellules nématiques peuvent être soit des cellules nématiques de type TN (représentées, sous les références 922 et 9220, dans un état passant sans champ électrique appliqué ou, sous les références 923 et 9230, dans un état bloquant avec un champ électrique appliqué) soit des cellules nématiques de type N (représentées, sous les références 924 et 9240, dans un état passant sans champ électrique appliqué ou, sous les références 925 et 9250, dans un état bloquant avec un champ électrique appliqué). Bien entendu, l'une peut être d'un type TN (ou STN) et l'autre d'un type N. Afin de réaliser l'obturateur optique, on peut disposer une cellule smectique 940 (qui peut être une cellule smectique ferroélectrique ou une cellule smectique antiferroélectrique) entre polariseur et analyseur croisés (c'est-à-dire entre un premier 9300 et un second 950 polariseur dont les axes 9310 et 951 sont perpendiculaires). Ainsi cette cellule smectique 940 est dans un état bloquant lorsqu'aucun champ électrique ne lui est appliqué, ce qui permet d'assurer la protection du capteur optique de la caméra de visualisation en cas de coupure de l'alimentation du dispositif d'obturation 900.
Bien entendu, selon des variantes de ces modes de réalisation, l'obturateur peut être réalisé avec plusieurs cellules smectiques superposées, chacune des cellules étant dans un état passant lorsqu'aucun champ électrique ne lui est appliqué (par exemple placée entre polariseurs parallèle).
Dans le cadre du second mode de mise en oeuvre précité, le premier module d'obturation 1100 comprend, par exemple, un atténuateur optique à variations quasi continues (par exemple tel que précédemment décrit) et le second module d'obturation 2100 comprend un obturateur optique (par exemple tel que précédemment décrit).
Bien entendu, toute combinaison des mode de mise en oeuvre précités sont envisageable dans le cadre de la présente invention. Par exemple, le premier module d'obturation 1100 comprend une superposition d'un atténuateur optique à variations quasi continues (par exemple tel que précédemment décrit) et d'un obturateur optique (par exemple tel que précédemment décrit) et le second module d'obturation 2100 comprend un obturateur optique (par exemple tel que précédemment décrit). Bien entendu, dans les figures 6 à 8, les composants individuels du dispositif d'obturation sont illustrés cle manière espacée et présentant une surface parallèles, cependant, en fonction de l'application visée du dispositif d'obturation, ces composants peuvent être plaqués ,et peuvent par exemple présenter une surface courbe. Le circuit d'alimentation des électrodes des dispositifs d'obturation des figures 6 à 8 n'ont pas été représentés du fait qu'il fait parti des connaissances générales de l'homme du métier.
Bien entendu, certaines électrodes transparentes ainsi que certains polariseurs peuvent être communs à au moins deux cellules dans le cadre de la réalisation d'un dispositif d'obturation selon la présente invention.
Claims (12)
1. Dispositif d'obturation électro-optique (1000 ; 2000) comprenant au moins deux premières électrodes (1001, 1002 ; 2001, 2002) et au moins une première cellule (720 ; 820 ; 920, 9200) comprenant une couche d'un matériau électro- optique, la ou lesdite(s) première(s) cellule(s) étant disposée(s) entre lesdites premières électrodes, chacune de la ou desdites première(s) cellule(s) étant commutable entre au moins un état passant, dans lequel elle transmet un faisceau lumineux, et au moins un état bloquant, dans lequel elle ne transmet pas le faisceau lumineux, en fonction notamment du champ électrique qui est appliqué à ladite première cellule via les premières électrodes, caractérisé en ce qu'il comprend également au moins une couche massive d'un premier matériau photosensible (1200, 2200) et à grande résistivité transverse prévue entre lesdites premières électrodes.
2. Dispositif d'obturation électro-optique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux secondes électrodes (2001, 2002) et au moins une seconde cellule comprenant une couche d'un matériau électro-optique, la ou lesdite(s) seconde(s) cellule(s) étant disposée(s) entre lesdites secondes électrodes, chacune de la ou desdites seconde(s) cellule(s) étant commutable entre au moins un état passant, dans lequel elle transmet le faisceau lumineux, et au moins un état bloquant, dans lequel elle ne transmet pas le faisceau lumineux, en fonction notamment du champ électrique qui est appliqué à ladite seconde cellule via les secondes électrodes, et en ce qu'il comprend également au moins une couche massive (2200) d'un second matériau photosensible à grande résistivité transverse prévue entre lesdites secondes électrodes.
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'atténuation à variations quasi-continues d'un signal optique, lesdits moyens d'atténuation comprenant au moins une troisième cellule (720 ; 820 ; 920, 9200) d'un premier type comprenant au moins une couche d'un premier matériau à base d'un cristal liquide nématique.
4. Dispositif d'obturation électro-optique selon la revendication 3, caractérisé en ce que la ou les troisième(s) cellule(s) desdits moyens d'atténuation sont disposées entre les premières électrodes.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'obturation optique comprenant au moins une (740 ; 840 ; 940) quatrième cellule d'un second type comprenant au moins une couche d'un second matériau à base d'un cristal liquide smectique.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit second matériau comprend au moins un cristal liquide smectique de type ferroélectrique et/ou au moins un cristal liquide smectique de type anti-ferroélectrique.
7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le second matériau comprend une association d'au moins un cristal liquide ferroélectrique et/ou d'au moins un cristal liquide anti-ferroélectrique et d'un polymère, ladite association appartenant respectivement aux familles des PSFLC et/ou des PSAFLC.
8. Dispositif d'obturation électro-optique selon la revendication 2 et l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la ou les quatrième(s) cellule(s) desdits moyens d'obturation sont disposées entre les secondes électrodes.
9. Dispositif d'obturation électro-optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'au moins un desdits premier et second matériaux photosensibles appartient au groupe comprenant : le polyvinylcarbazole ; le carbure de silicium.
10. Dispositif d'obturation électro-optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une photorésistance comprenant au moins une de la ou desdites couche(s) de premier matériau photosensible ou de second matériau photosensible.
11. Dispositif d'obturation électro-optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une photodiodecomprenant au moins une de la ou desdites couche(s) de premier matériau photosensible ou de second matériau photosensible.
12. Dispositif d'obturation électro-optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la ou lesdites électrodes sont réalisées 5 en ITO.
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| US8736778B2 (en) | 2009-07-15 | 2014-05-27 | The Secretary Of State For Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Nothern Ireland | Optically addressed light valve comprising two photoconducting layers placed on each side of an electro-optical modulator |
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|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20141031 |