FR2929420A1 - Dispositif d'obturation electro-optique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif d'obturation électro-optique (1) permettant d'atténuer un signal lumineux (2) et comprenant au moins une première cellule (10) comprenant un premier matériau (11) cristal liquide.Selon l'invention, le dispositif d'obturation électro-optique (1) comprend au moins une seconde cellule (20) comprenant un second matériau (21) cristal liquide formant un obturateur stroboscopique tant que l'intensité du signal lumineux (2) est inférieure ou égale à un premier seuil, et une première cellule (10) étant dans un état bloquant tant que l'intensité du signal lumineux (2) est supérieure au premier seuil.

Description

Dispositif d'obturation électro-optique. 1. Domaine de l'invention L'invention concerne le domaine de la conception et de la réalisation des obturateurs optiques mettant en oeuvre des matériaux à base de cristaux liquides.

L'invention trouve tout particulièrement, mais non exclusivement, son application pour la réalisation de casques utilisés permettant de pratiquer les opérations de soudure à l'arc. 2. Arrière plan technologique De manière connue, les techniques de soudure à l'arc actuelles se répartissent suivant les trois catégories suivantes : le procédé MIG (pour Metal Inert Gaz ) et MAG (pour Metal Active Gaz ) qui représente 60% du marché, le procédé TIG (pour Tungstène Inert Gaz ) qui représente 15% du marché et les autres procédés qui représentent 25% du marché. Les régimes de fonctionnement conformes par exemple, à la technique 15 MIG/MAG peuvent se décomposer en deux signaux : - un signal (ou niveau) continu correspondant à l'intensité de courant d'arc la plus basse, permettant de maintenir l'arc en fonctionnement et générant une intensité lumineuse émise (qui est sensiblement proportionnelle à l'intensité de courant d'arc) auquel est superposé : 20 - un signal impulsionnel, superposé au signal continu, et alternant (dynamiquement) entre le niveau continu d'intensité de courant d'arc minimum et un niveau d'intensité de courant d'arc maximum correspondant à l'intensité de courant d'arc la plus élevée, qui, elle même, fixe le niveau de protection maximum à apporter aux yeux du soudeur. 25 Généralement, en suivant la norme en vigueur dans la profession (qui est l'échelle DIN décrite dans les normes EN379 et EN169), le niveau continu correspond à un niveau de protection (ou teinte) continu de 9 (qui correspond à une atténuation lumineuse de 32dB) et le niveau maximum du signal dynamique à un niveau de protection de 13 (qui correspond à une atténuation lumineuse de 49dB). A chacun des niveaux continu et maximum correspond donc un niveau de luminosité pouvant être nocive pour les yeux du soudeur.

Ainsi, dans le cadre de la mise en oeuvre de la technique de soudure MIG/MAG, afin de protéger les yeux du soudeur (ou opérateur), il est nécessaire de mettre en oeuvre des obturateurs dynamiques adaptés à laisser passer plus ou moins la lumière en provenance de la scène de travail suivant l'intensité de l'arc de soudure. La plupart des obturateurs dynamiques utilisés de nos jours pour protéger les yeux de l'opérateur sont à base de cristaux liquides. De tels matériaux à base de cristaux liquides constituent des matériaux dont on peut modifier les propriétés optiques et notamment la biréfringence en leur appliquant un champ électrique. En insérant de tels matériaux à base de cristaux liquides dans une ou plusieurs cellules, placées entre des polariseurs et/ou des analyseurs croisés, on obtient des obturateurs pouvant être commandés par une tension. Les obturateurs utilisés de nos jours comprennent généralement un empilement de cellules de cristaux liquides disposées entre des polariseurs et des filtres UV (pour Ultra-Violet) ou IR (pour Infra-Rouge). Ainsi on connaît des obturateurs optiques mettant en oeuvre des matériaux à base de cristaux liquides nématiques (tel que décrit dans le document de brevet WO0122906) et d'autres obturateurs mettant en oeuvre des matériaux à base de cristaux liquides smectiques. La technologie dominante pour réaliser les obturateurs dynamiques (par exemple, pour les postes de soudure à l'arc) est le cristal liquide nématique. La 25 technologie nématique permet d'obtenir : - un fort contraste d'atténuation (avec notamment un niveau de protection pouvant atteindre 13) ; - une variation quasi continue et progressive de l'atténuation en fonction du champ électrique ; - un temps de réponse court pour le passage de l'état transparent à l'état bloquant, autrement appelé temps d'obturation, inférieur à la milliseconde.

Cependant, la technologie nématique ne permet pas d'obtenir un temps de réponse court pour le passage de l'état bloquant à l'état transparent (autrement appelé temps d'ouverture). En effet, elle est limitée à des temps d'ouverture de l'ordre de quelques dizaines de millisecondes. Ces temps d'ouverture sont trop longs pour certains régimes de fonctionnement conformes à la technique MIG/MAG. La technologie nématique ne permet donc pas de suivre les impulsions MIG/MAG. Une autre technologie pour réaliser les obturateurs dynamiques est le cristal liquide smectique. La technologie smectique permet d'obtenir : - un temps de réponse court pour le passage de l'état transparent à l'état bloquant de l'ordre de 400 dus ; - un temps d'ouverture court de l'ordre de 400 dus. Cependant, la technologie smectique n'est pas adaptée pour assurer un fort contraste d'atténuation. Ainsi, ces obturateurs à base de cristaux liquides nématiques ou smectiques présentent un certain nombre d'inconvénients diminuant leur intérêt, pris individuellement, pour la réalisation de casques de soudure à l'arc. Dans le cadre de la protection des yeux d'un utilisateur placé en regard d'un poste de soudure à l'arc (ou, plus généralement, dans le cadre de la protection de tout système optique), une contrainte, souvent liée aux normes de sécurité, impose qu'il n'y ait pas de risque de passage d'une lumière d'intensité trop forte à travers le dispositif d'obturation. On connaît un document de brevet français déposé sous le numéro FR0604153 et décrivant un obturateur dynamique à base de cellules de cristaux liquide, notamment pour casque de soudure, permettant de répondre aux exigences de sécurité avec et sans alimentation de l'obturateur dynamique du casque. Plus particulièrement, ce document propose un dispositif d'obturation électrooptique à double régime d'obturation présentant des temps d'obturation (ou temps de réponse) et des temps d'ouverture courts, un fort contraste d'atténuation et une variation quasi continue et progressive de l'atténuation en fonction du champ électrique appliqué lors de la mise sous tension de l'obturateur dynamique. Ce dispositif comprend : - au moins une cellule d'un premier type comprenant deux lames de matériau optiquement transparent et au moins une couche d'un premier matériau à base d'un cristal liquide nématique prévue entre les lames ; - au moins une cellule d'un second type comprenant deux lames de matériau optiquement transparent et au moins une couche d'un second matériau à base de cristal liquide smectique prévue entre les lames.

Cependant, ce type de casques ne permet pas de s'adapter dynamiquement à plusieurs profils de variation d'intensité lumineuse en fonction du poste de soudure et du régime d'arc sélectionné. La vision de la scène n'est alors pas optimisée d'un poste de soudure à un autre. 3. Objectifs de la présente invention L'invention, dans au moins un mode de réalisation, a notamment pour objectif de pallier ces différents inconvénients de l'état de la technique. Plus précisément, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, un objectif de l'invention est de proposer un obturateur dynamique à base de cristaux liquides, notamment pour casque de soudure, permettant de s'adapter en toute sécurité au développement de postes de soudure à l'arc pulsés, actuels et futurs, présentant divers régimes de soudure imposant des régimes de protection de plus en plus sophistiqués et variés.

Un objectif complémentaire d'au moins un mode de réalisation de l'invention est de fournir un obturateur dynamique possédant des temps d'obturation et d'ouverture courts ainsi qu'un un fort contraste d'atténuation afin d'assurer la vision la plus claire possible de la scène de travail dans l'environnement immédiat d'un arc de soudure. 4. Exposé de l'invention Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, il est proposé un dispositif d'obturation électro-optique permettant d'atténuer un signal lumineux, ledit dispositif d'obturation électro-optique comprenant au moins une première cellule comprenant un premier matériau cristal liquide. Le dispositif d'obturation électro-optique de l'invention est remarquable en ce qu'il comprend en outre : - au moins une seconde cellule comprenant un second matériau cristal liquide ; - un moyen de comparaison de l'intensité du signal lumineux à un premier seuil 15 prédéterminé; - un premier moyen permettant de générer et appliquer à chaque première cellule une première tension de commande adaptée à faire passer ladite première cellule dans un état bloquant, tant que ledit moyen de comparaison détecte que l'intensité du signal lumineux est supérieure audit premier seuil ; 20 - un second moyen permettant de générer et appliquer à chaque seconde cellule une deuxième tension de commande adaptée à faire commuter ladite seconde cellule entre un état passant et un état bloquant pour former un obturateur stroboscopique, tant que ledit moyen de comparaison détecte que l'intensité du signal lumineux est inférieure ou égale audit premier seuil. 25 Ainsi, le premier matériau cristal liquide de la ou les première(s) cellule(s) de ce premier obturateur permettent de répondre au problème de la protection des yeux d'un utilisateur lors de la génération d'un signal lumineux. Ce premier matériau cristal liquide est notamment adapté à suivre la dynamique du signal lumineux.

Le second matériau de la ou les secondes cellule(s) de cet obturateur stroboscopique permettent la protection des yeux de l'utilisateur dès lors que l'intensité du signal lumineux est moindre mais encore néfaste pour les yeux de l'utilisateur. L'atténuation de ce second obturateur (variant par exemple entre les teintes 9 à 11) permet ainsi d'éviter un éblouissement accidentel de l'opérateur. La vision de la scène de travail s'en trouve améliorée. Cette combinaison de chaque première cellule et de chaque seconde cellule permet d'obtenir deux obturateurs complémentaires l'un de l'autre, chaque seconde cellule étant active (état bloquant) quand chaque première cellule est inactive (état passant), et inversement, grâce à l'utilisation du premier seuil commun de déclenchement de chaque première et seconde cellules. De façon avantageuse, la deuxième tension de commande est un signal modulé selon une modulation de largeur d'impulsion. Ainsi, le choix du nombre d'impulsions et le choix de la largeur des impulsions permettent de définir la durée de l'état passant et la durée de l'état bloquant de chaque seconde cellule. Le contraste de chaque seconde cellule est ainsi défini. Pour rappel, le contraste est défini comme étant la différence entre l'intensité maximale (état passant de la cellule) et l'intensité minimale (état bloquant de la cellule) divisé par la somme de l'intensité maximale et de l'intensité minimale. Avantageusement, le dispositif d'obturation électro-comprend un moyen de réglage d'un paramètre de la largeur d'impulsion de la modulation de largeur d'impulsion. Ainsi, ce moyen de réglage constitue une commande de contraste de chaque seconde cellule. Avantageusement, le dispositif d'obturation électro-optique comprend en outre : - au moins une troisième cellule comprenant un troisième matériau cristal liquide ; - un troisième moyen permettant de générer et appliquer à chaque troisième cellule une troisième tension de commande adaptée à faire passer ladite troisième cellule dans un état bloquant, tant que ledit moyen de comparaison détecte que l'intensité du signal lumineux est supérieure à un second seuil prédéterminé, ledit second seuil étant inférieur audit premier seuil. Le troisième cristal liquide de la ou les troisièmes cellule(s) de ce troisième obturateur fonctionnent en variateur de teinte suivant la valeur de la troisième tension de commande appliquée à chaque troisième cellule. Elles permettent de garantir le niveau de protection minimal tout en proposant un confort visuel d'observation. Ce troisième cristal liquide doit permettre de réaliser un fort contraste d'atténuation et posséder une variation quasi continue du niveau de protection (ou teinte) (par exemple de 1 à 9 en échelle DIN, la teinte 9 correspondant à 32dB d'atténuation) sans contrainte en terme de durée des temps d'obturation et d'ouverture. Avantageusement, le premier matériau est un cristal liquide nématique mince.

L'utilisation d'un cristal nématique permet avantageusement d'ajuster la dynamique en teinte de l'obturateur. Ce cristal nématique permet d'obtenir un fort contraste d'atténuation suivant les niveaux de protection (ou teintes) allant par exemple de 10 à 13. Il permet également d'obtenir un temps de réponse court pour le passage de l'état transparent à l'état bloquant, autrement appelé temps d'obturation pour permettre de suivre parfaitement la dynamique du signal lumineux. Ce cristal liquide nématique assure ainsi un fonctionnement quasi binaire mettant en oeuvre une alternance rapide entre un niveau de protection bas (9 par exemple) et un niveau de protection haut (13 par exemple) en échelle DIN (13 correspondant à 49dB d'atténuation) avec de courts temps d'obturation (ou temps de montée) et une dynamique en teinte ajustable.

Ou bien le premier matériau est un cristal liquide smectique ferroélectrique FLC. Ce cristal liquide smectique FLC (FLC pour Ferroelectric Liquid Crystal en anglais) permet notamment d'obtenir de courts temps d'obturation (ou temps de montée) et de courts temps d'ouverture (ou temps de descente). Cependant, la technologie smectique n'est pas adaptée pour assurer un fort contraste d'atténuation comme le cristal liquide nématique. Ou encore le premier matériau comprend une association d'au moins un 5 cristal liquide smectique ferroélectrique FLC et d'un polymère, plus connu sous le nom de PSFLC. L'utilisation d'un cristal liquide stabilisé par un polymère permet ainsi de prévenir la formation des défauts spécifiques au cristal liquide smectique. Un tel cristal liquide stabilisé par un polymère est également robuste aux 10 chocs. Cette caractéristique permet ainsi de réaliser un dispositif d'obturation résistant à un nombre de manipulations élevés. Selon une caractéristique avantageuse, le second matériau est un cristal liquide smectique ferroélectrique FLC. Un tel second matériau cristal liquide permet d'obtenir un temps de réponse 15 court pour le passage de l'état transparent à l'état bloquant, de l'ordre de 400 s ainsi qu'un temps d'ouverture court, de l'ordre de 400 s. Ou bien le second matériau comprend une association d'au moins un cristal liquide smectique ferroélectrique FLC et d'un polymère, plus connu sous le nom de PSFLC. 20 L'utilisation d'un cristal liquide stabilisé par un polymère permet ainsi de prévenir la formation des défauts spécifiques au cristal liquide smectique. Selon une autre caractéristique avantageuse, le troisième matériau est un cristal liquide nématique torsadé L'utilisation d'un cristal liquide nématique torsadé permet d'ajuster la teinte 25 de l'obturateur afin d'assurer le niveau minimum de protection en continu tant que le signal lumineux persiste. La dynamique des teintes varie par exemple entre 1 et 9. Ou bien le troisième matériau est un cristal liquide smectique antiferroélectrique AFLC Tel que décrit dans le brevet n° FR0604153, un cristal liquide smectique antiferroélectrique possède deux états adressés symétriques et un état sécurisé en l'absence de champ appliqué sur le cristal liquide. Cet état sécurisé permet ainsi de remplir la fonction d' atténuateur en cas de défaillance de l'application de la tension d'alimentation sur le cristal liquide. Ou encore le troisième matériau comprend une association d'un cristal liquide smectique anti-ferroélectrique AFLC et d'un polymère, plus connu sous le nom PSAFLC. En comparaison avec un cristal liquide smectique ferroélectrique (FLC), un cristal liquide smectique anti-ferroélectrique (AFLC) possède moins de défauts. L'utilisation du polymère se justifie ici afin d'améliorer les temps de relaxation (encore appelé temps de retour). Selon un mode de réalisation de l'invention, le premier matériau est un cristal liquide nématique mince et le second matériau comprend une association d'au moins un cristal liquide smectique ferroélectrique FLC et d'un polymère, plus connu sous le nom de PSFLC. Cette combinaison est particulièrement intéressante en terme de synergie entre chaque première cellule et chaque seconde cellule. En effet, ce premier et second matériau cristal liquide permettent d'obtenir deux obturateurs complémentaires l'un de l'autre, chaque seconde cellule étant active (état bloquant) tant que chaque première cellule est inactive (état passant), et inversement. Le premier cristal liquide nématique possède une dynamique en teinte ajustable ainsi que de courts temps d'obturation (ou temps de montée) pour le passage à l'état bloquant de chaque première cellule. La combinaison avec un second cristal liquide smectique PSFLC possédant un temps de réponse court pour le passage de l'état transparent à l'état bloquant permet avantageusement de s'affranchir des temps de réponse longs du premier cristal liquide pour le passage de l'état bloquant à l'état transparent (autrement appelé temps d'ouverture). Ainsi, le risque d'exposer les yeux de l'utilisateur à un signal lumineux toujours intense aux alentours, par exemple, des teintes 9 et 10 est réduit grâce à chaque seconde cellule de l'obturateur stroboscopique couvrant ces teintes non couvertes par chaque première cellule. Le second cristal liquide PSFLC possède en outre un temps d'ouverture court 5 de l'ordre de 400 dus nécessaire pour assurer le mode stroboscopique. Ainsi, cette combinaison d'un premier cristal liquide nématique et d'un second cristal liquide PSFLC offre la possibilité de visualiser la scène en toute sécurité grâce à l'effet stroboscopique de l'obturateur stroboscopique sur l'ensemble des teintes 8 à 13 par exemple. 10 Avantageusement, le premier matériau est un cristal liquide nématique mince, le second matériau comprend une association d'au moins un cristal liquide smectique ferroélectrique FLC et d'un polymère, plus connu sous le nom de PSFLC, et le troisième matériau est un cristal liquide nématique torsadé. Ainsi, la combinaison de ces trois matériaux cristaux liquides permet une 15 vision optimisée de la scène en toute sécurité, le troisième cristal liquide assurant une atténuation constante quel que soit l'intensité du signal lumineux. L'invention concerne également un casque pour la soudure à l'arc caractérisé mettant en oeuvre le dispositif d'obturation électro-optique de l'invention. Les avantages du casque pour la soudure à l'arc sont bien évidemment les 20 mêmes que ceux du dispositif d'obturation. Ainsi, le dispositif d'obturation électro-optique de la présente invention permet d'assurer, dans le cadre d'un casque pour la soudure à l'arc, la protection des yeux de l'opérateur contre une intensité trop importante des impulsions lumineuses du signal lumineux en provenance de l'arc de soudure. Particulièrement, il permet de 25 répondre aux contraintes à la fois de la luminosité du signal lumineux (composé d'un fond continu et d'impulsions lumineuses) des divers régimes de soudure à l'arc par : - un ajustement dynamique de la teinte des première et troisième cellules et ; - par l'utilisation d'une première cellule rapide permettant de suivre les impulsions lumineuses du signal lumineux en provenance de l'arc de soudure et ; - par l'utilisation d'une seconde cellule fonctionnant en mode stroboscopique uniquement dans les intervalles de temps où l'intensité du signal lumineux est moins intense (cycle froid de l'arc). L'utilisation de la seconde cellule en mode stroboscopique permet notamment de rendre la vision la plus claire possible de la scène tout en assurant une protection de l'oeil de l'utilisateur durant le cycle froid de l'arc de soudure.

En association avec des premières et troisièmes cellules ajustables en teinte, l'utilisation de la seconde cellule permet ainsi de s'adapter à l'ensemble des postes de soudure actuels et futurs. L'utilisation combinée de ces trois cellules permet ainsi d'atténuer en toute sécurité le signal lumineux en provenance de l'arc de soudure sur l'ensemble des 15 teintes de la gamme 1 à 13. 5. Liste des figures D'autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple indicatif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels : 20 - la figure 1 illustre schématiquement un casque classiquement utilisé pour la soudure à l'arc ; - la figure 2 illustre le niveau continu et le niveau maximum du signal lumineux en provenance de l'arc de soudure selon un régime de fonctionnement standard de l'arc conforme à la technique MIG/MAG ; 25 - la figure 3 illustre schématiquement une vue en coupe selon l'axe Z du dispositif d'obturation électro-optique constituant l'écran du casque pour la soudure à l'arc ; - la figure 4 illustre schématiquement le dispositif de commande des cellules de l'écran du casque pour la soudure à l'arc ; - les figures 5a, 5b et 5c présentent le chronogramme des tensions appliquées à chaque cellule de cristaux liquides et la dynamique en teinte des cellules associées. 6. Description détaillée On se place dans la suite de la description dans le cadre d'un opérateur utilisant un poste de soudure à l'arc mettant en oeuvre un régime de fonctionnement standard conforme à la technique MIG/MAG. Bien évidemment, les avantages de la solution technique de la présente invention ne se limitent pas à cet exemple particulier non limitatif. Afin de protéger les yeux de l'opérateur, il est d'usage d'équiper ce dernier avec un casque 40 pour la soudure à l'arc tel qu'illustré sur la figure 1. Ce casque 40 comporte classiquement un écran 41 de visualisation de la scène de travail. Cet écran 41 comprend notamment un dispositif d'obturation électro-optique plus amplement détaillé par la suite en relation avec la figure 3, selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention. On illustre, en relation avec la figure 2, les régimes de fonctionnement conformes à la technique MIG/MAG telle que décrite précédemment.

L'intensité du signal lumineux en provenance de l'arc de soudure comprend deux niveaux distincts : - un niveau 51 de signal continu correspondant à l'intensité du signal lumineux la plus basse ; - un niveau 52 de signal maximum correspondant à des impulsions lumineuses du signa lumineux 2 de l'arc de soudure. A ces impulsions lumineuses correspond une intensité du signal lumineux la plus forte, qui, elle même, fixe le niveau de protection maximum à apporter aux yeux du soudeur.

Ainsi, le régime d'arc de soudure alterne (dynamiquement) entre le niveau de signal continu 51 et le niveau de signal maximum 52. La figure 3 est une vue schématique du dispositif d'obturation électro-optique 1 selon un mode de réalisation de l'invention.

Ce dispositif comprend trois cellules (10, 20, 30) distinctes : - une première cellule 10 constituée de deux substrats (101, 102), généralement en verre, et placés en regard l'un de l'autre. Une fois assemblés, ces deux substrats forment une cavité adaptée à recevoir un premier cristal liquide 11 de type smectique FLC (pour Ferroeletric Liquid Crystal en anglais) ou PSFLC (pour "Polymer Stabilized Ferroeletric Liquid Crystal" en anglais) ou de type nématique mince. Par définition, un cristal liquide nématique mince est un cristal liquide d'épaisseur comprise entre 1 et 1,5 hum dans le domaine du visible. La structure d'un cristal liquide nématique mince est uniforme. - une seconde cellule 20 constituée de deux substrats (201, 202), généralement en verre, et placés en regard l'un de l'autre. Une fois assemblés, ces deux substrats forment une cavité adaptée à recevoir un troisième cristal liquide 21 de type smectique FLC (pour Ferroeletric Liquid Crystal en anglais) ou PSFLC (pour "Polymer Stabilized Ferroeletric Liquid Crystal" en anglais). - une troisième cellule 30 constituée de deux substrats (301, 302), généralement en verre, et placés en regard l'un de l'autre. Une fois assemblés, ces deux substrats forment une cavité adaptée à recevoir un troisième cristal liquide 31 de type nématique torsadé ou bien de type smectique anti-ferroélectrique AFLC (pour "Anti-Ferroelectric Liquid Crystal" en anglais) ou bien de type PSAFLC (pour "Polymer Stabilized Anti-Ferroeletric Liquid Crystal" en anglais). En comparaison aux cristaux liquides AFLC ou PSAFLC, le cristal liquide nématique torsadé est mieux adapté pour la réalisation de cette troisième cellule du fait notamment d'une meilleure dynamique d'atténuation et d'une sensibilité moindre aux variations de longueur d'onde. On entend par lame polarisée : - soit une lame sur laquelle est apposé un polariseur ; - soit une lame formant elle-même un polariseur. La figure 4 illustre schématiquement un dispositif 60 de commande permettant le passage d'un état passant à un état bloquant de chaque cellule 10, 20 et 30. Ce dispositif 60 de commande comprend : - un moyen 61 de détection du signal lumineux 2; - un moyen 62 de comparaison de l'intensité du signal lumineux 2 à un premier seuil en intensité S1 prédéterminé et à un second seuil en intensité S2 prédéterminé (le rôle des seuils S1 et S2 sera détaillé dans la suite de la description) ; - un moyen 63 de génération de tensions de commande comprenant : - un premier moyen 63a permettant de générer et appliquer à chaque première cellule 10 une première tension de commande V1 adaptée à faire passer ladite première cellule 10 dans un état bloquant, tant que ledit moyen 62 de comparaison détecte que l'intensité du signal lumineux 2 est supérieure audit premier seuil S 1 ; - un second moyen 63b permettant de générer et appliquer à chaque seconde cellule 20 une deuxième tension de commande V2 adaptée à faire commuter ladite seconde cellule 20 entre un état passant et un état bloquant pour former un obturateur stroboscopique, tant que ledit moyen 62 de comparaison détecte que l'intensité du signal lumineux 2 est inférieure ou égal audit premier seuil S l. - un troisième moyen 63c permettant de générer et appliquer à chaque troisième cellule 30 une troisième tension de commande V3 adaptée à faire passer ladite troisième cellule 30 dans un état bloquant, tant que ledit moyen 62 de comparaison détecte que l'intensité du signal lumineux 2 est supérieure à un second seuil S2 prédéterminé. Dès qu'un signal lumineux 2 est détecté par le moyen 61 de détection (un capteur optique par exemple), l'intensité du signal lumineux 2 détectée est ensuite transmise au moyen 62 de comparaison. Ce moyen 62 de comparaison réalise deux comparaisons : - une première comparaison compare l'intensité du signal lumineux 2 à un premier seuil en intensité S1 prédéterminé. Il génère ainsi un premier signal de commande Cl lorsque l'intensité du signal lumineux 2 devient supérieure au premier seuil S1 prédéterminé. Il génère en outre un second signal de commande C2 lorsque l'intensité du signal lumineux 2 devient inférieure au premier seuil S1 prédéterminé. - une deuxième comparaison compare l'intensité du signal lumineux 2 à un second seuil en intensité S2 prédéterminé. Il génère ainsi un troisième signal de commande C3.

Chaque signal de commande Cl, C2 et C3 est ensuite envoyé à un moyen de génération 63 de tensions de commande. Selon un mode de réalisation préférentiel, lorsque l'intensité du signal lumineux 2 devient supérieure au premier seuil en intensité S1 (c'est-à-dire lorsqu'une impulsion lumineuse de l'arc est détectée), la commande Cl est envoyée au moyen de génération 63 de tensions de commande. Le premier moyen 63a génère et applique ensuite la première tension de commande V1 à la ou les première(s) cellule(s) 10. La ou les première(s) cellule(s) commute alors de l'état passant à l'état bloquant. Lorsque l'intensité du signal lumineux 2 devient inférieure au premier seuil S1 (c'est-à-dire lorsque l'impulsion lumineuse de l'arc relaxe), la commande C2 est envoyée au moyen de génération 63 de tensions de commande. Le second moyen 63b génère et applique alors la deuxième tension de commande V2 sur la ou les seconde(s) cellule(s) 20 pour la faire commuter de l'état passant à l'état bloquant . Un obturateur stroboscopique est ainsi formé tant que l'intensité du signal lumineux 2 est inférieure au premier seuil Si. La ou les première(s) cellule(s) 10 passe alors de l'état bloquant à l'état passant, chaque première cellule n'étant plus commandée en tension par la première tension de commande V1. Selon le mode de réalisation préférentiel, le signal de commande C3 est généré lorsque l'intensité du signal lumineux 2 devient supérieure au second seuil S2 prédéterminé. Ce signal de commande C3 est ensuite envoyé au moyen de génération 63 de tensions de commande. Le troisième moyen 63c génère et applique alors une troisième tension de commande V3 afin de faire passer à l'état bloquant la ou les troisième(s) cellule(s) 30. L'état bloquant de chaque troisième cellule 30 est maintenu tant que l'intensité du signal lumineux 2 est supérieure au second seuil en intensité S2. Les figures 5a, 5b et Sc représentent plus précisément l'effet électro-optique de chaque cellule 10, 20 et 30 respectivement en réponse à des impulsions lumineuses du signal lumineux 2 provenant de l'arc de soudure. Ces impulsions sont notamment détectées et analysées par le dispositif de commande 60 de la figure 4. Les impulsions lumineuses du signal lumineux 2 sont modélisées par un signal créneau. Le niveau de signal maximum 52 du créneau correspond au niveau 13 de protection (ou teinte 13). Le niveau de signal minimum 51 (ou encore niveau continu) correspond quant à lui au niveau 9 de protection (ou teinte 9).

La figure 5a illustre l'action de la ou les première(s) cellule(s) 10 en fonction de l'intensité des impulsions lumineuses du signal lumineux 2. Ce ou ces première(s) cellule(s) 10 constituent un premier obturateur rapide adapté à protéger les yeux de l'opérateur des impulsions lumineuses générées par l'arc de soudure. Ce premier filtre obturateur rapide est notamment asservi sur chaque impulsion lumineuse détectée en se déclenchant (passage à l'état obturé de la cellule 10 de cristal liquide) à chaque détection d'impulsions lumineuses. Tel que décrit précédemment en relation avec la figure 4, l'état passant ou l'état obturé de chaque première cellule 10 est fonction de la comparaison de l'intensité de l'impulsion lumineuse 2 avec le premier seuil en intensité S1. Selon l'invention, le premier matériau cristal liquide 11 de type smectique (FLC ou PSFLC) utilisé pour la réalisation de la ou les première(s) cellule(s) 10 permettent de suivre instantanément les impulsions de l'arc notamment lors des temps de descente rapide de l'impulsion de l'arc. En effet, ces cristaux liquides (FLC et PSFLC) assurent un fonctionnement quasi binaire mettant en oeuvre une alternance rapide entre le niveau de protection 9 (correspondant au niveau continu) et le niveau de protection 13 (correspondant au niveau maximum du signal impulsionnel) en échelle DIN (13 correspondant à 49dB d'atténuation). Le premier matériau cristal liquide de la ou les première(s) cellule(s) 10 peuvent également être du type nématique mince. Un tel matériau cristal liquide 11 présente l'avantage d'être ajustable dynamiquement en teinte en régime continu par application de la première tension de commande V1 sur la ou les première(s) cellule(s) 10. Pour accélérer sa transition, le premier matériau 11 cristal liquide nématique mince est commuté à l'état sombre par un signal de haute tension HV1 et de période El. La teinte est ensuite réglée par un signal de tension crête V1 et de période P1. Le retour à l'état clair (état passant du premier matériau cristal liquide 11) est réalisé en déchargeant la ou les première(s) cellule(s) 10 dans une résistance faible. Ainsi, l'obturateur rapide protège l'utilisateur des impulsions lumineuses intenses de l'arc en les filtrant pendant toute leur durée. La dynamique de l'obturateur rapide ainsi que le niveau de teinte associé sont représentés sur le chronogramme 100 de la figure 5.

La figure 5b illustre l'action de la ou les seconde(s) cellule(s) 20 en fonction de l'intensité du signal lumineux 2. Le second matériau cristal liquide de type smectique (FLC ou PSFLC) de la ou les seconde(s) cellule(s) 20 constituent un obturateur stroboscopique. Cet obturateur stroboscopique permet notamment une vision de la scène par un échantillonnage rapide (effet stroboscopique). Selon le mode de réalisation de l'invention, cet obturateur stroboscopique est déclenché dès lors que l'intensité du signal lumineux 2 devient inférieure au premier seuil d'intensité Si. Le chronogramme 200 de la figure 5 illustre la dynamique en teinte de cet obturateur stroboscopique.

Ainsi, cet obturateur stroboscopique est actif uniquement dans les intervalles de temps où l'intensité lumineuse de l'arc est moins intense (cycle froid). Notamment, le second matériau 21 cristal liquide de l'obturateur stroboscopique est commuté à l'état sombre (état bloquant) par la deuxième tension de commande V2. Pour former l'obturateur stroboscopique, la deuxième tension de commande V2 est par exemple un signal modulé selon une modulation de largeur d'impulsion (ou MLI), ladite MLI étant réglée par la commande de contraste pendant le temps froid de l'arc (période E2). Le second matériau 21 cristal liquide est commuté à l'état clair par une brève impulsion de haute tension inverse HV2 de période E2. Ainsi, cet obturateur stroboscopique permet de protéger les yeux lors des temps de descente de l'impulsion de l'arc (cycle froid de l'arc) entre le niveau de protection (ou teinte ) 8 et le niveau de protection 11. La vision de la scène est améliorée tout en conservant une sécurité maximale pour les yeux de l'opérateur même lorsque l'impulsion lumineuse du signal lumineux 2 se relaxe. La dynamique de l'obturateur stroboscopique ainsi que le niveau de teinte 20 associé sont représentés sur le chronogramme 200 de la figure 5b. La figure 5c illustre l'action de la ou les troisième(s) cellule(s) 30 en fonction de l'intensité du signal lumineux 2. Le troisième matériau cristal liquide 31 de type nématique torsadé de la ou les troisième(s) cellule(s) 30 est un cristal liquide à forte dynamique d'atténuation. Il constitue un obturateur fonctionnant en variateur de 25 teinte. Le troisième matériau 31 cristal liquide commute (voir chronogramme 300 de la figure 5) à la mise sous fonction de l'arc et dès lors que l'intensité du signal lumineux 2 devient supérieure au second seuil en intensité S2. Chacune des troisièmes cellules 30 de cristal liquide nématique de l'atténuateur optique est ensuite commandée par la troisième tension de commande V3 de période P3 permettant de régler le niveau d' atténuation de l'atténuateur. La teinte de l'obturateur d' atténuation est alors ajustable dans la gamme de 1 à 9. Egalement, pour accélérer sa transition, le troisième matériau 31 cristal liquide est commuté à l'état bloquant par application d'un signal de haute tension HV3 de période E3. La durée de fonctionnement de cet obturateur variateur de teinte correspond à la durée à laquelle l'intensité du signal lumineux reste supérieure au second seuil en intensité S2. Notamment, sa durée est supérieure à la durée de l'arc électrique pour compenser la rémanence de la luminosité de l'arc à l'extinction du poste de soudure (voir chronogramme 300 de la figure 5c). Les troisièmes matériaux 31 cristaux liquides peuvent également être du type smectique AFLC ou PSAFLC du fait de l'existence d'un état sécurisé hors tension. Ainsi, le troisième matériau 31 cristal liquide (nématique torsadé, AFLC ou PSAFLC) de la ou les troisièmes cellule(s) 30 fonctionnant en variateur de teinte permet de garantir le niveau de protection minimal et un confort visuel d'observation pour le signal continu de l'arc. Ce ou ces troisième(s) cellule(s) 30 permettent d'obtenir un fort contraste d'atténuation et une variation quasi continue du niveau de protection (ou de l'atténuation) de 1 à 9 en échelle DIN (9 correspondant à 32dB d'atténuation) sans contrainte en terme de durée des temps d'obturation et d'ouverture. La dynamique de l'obturateur variateur de teinte ainsi que le niveau de teinte associé sont représentés sur le chronogramme 300 de la figure 5c. Ainsi, le dispositif électro-optique 1 de la présente invention présente l'intérêt de disposer d'un obturateur dynamique comprenant trois cellules, la combinaison des trois cellules permettant d'obtenir plusieurs degrés de liberté (temps, durée des impulsions, dynamique). La combinaison de trois différents types de cristaux liquides permet notamment d'optimiser la dynamique d'atténuation en régime continu grâce à au moins deux cellules de cristaux liquides et d'optimiser la vision de la scène par l'utilisation d'un cristal liquide rapide pendant la durée de l'impulsion de l'arc et le temps froid de l'arc. Ce dispositif électro-optique 1 permet alors de prendre en compte et d'exploiter différents paramètres physiques et physiologiques liés à la vision humaine par la combinaison de régimes d'obturations impulsionnel, temporel et continu. Le temps de vision de la scène est optimisé Avantageusement, le dispositif électro-optique 1 de l'invention est tout à fait adapté pour opérer sur un casque à la soudure à l'arc, dit casque intelligent , piloté par un ou plusieurs microprocesseurs préalablement programmés en fonction de différents régimes d'arc connus. En effet, il existe plusieurs régimes d'arc pour un même poste de soudure. La présente invention permet alors d'optimiser les différents régimes d'obturation de l'écran du casque à la soudure en fonction des différents régimes de soudure à l'arc. Ainsi, le dispositif électro-optique 1 de la présente invention permet de s'adapter à tous les régimes d'arc des différents postes de soudure en offrant la possibilité de modifier plusieurs paramètres de pilotage du poste à soudure. Il est ainsi possible de programmer le dispositif électro-optique 1 en fonction du poste de soudure et du régime d'arc sélectionné, et d'optimiser les différents régimes d'obturation de l'écran du casque à la soudure en fonction des différents régimes de soudure à l'arc. Ce dispositif électro-optique 1 permet en outre de garantir une sécurité maximale : - lorsque l'intensité du courant d'arc est dans le niveau continu 51, la protection des yeux et le confort visuel de l'opérateur sont garantis par l'atténuation 25 optique de la ou les troisièmes cellules 30. - lorsque l'intensité du courant d'arc est dans le niveau maximum 52, les yeux de l'opérateur sont protégés par l'obturateur l'obturation rapide de la ou les première(s) cellule(s) 10. La ou le(s) seconde(s) cellule(s) 20 de l'obturateur stroboscopique permettent de protéger l'aeil d'une sur-intensité lumineuse lorsque l'impulsion lumineuse de l'arc relaxe (cycle froid de l'arc) aux alentours des teintes 9 à 11 non couvertes par l'obturateur variateur de teinte. 22

Claims (15)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif d'obturation électro-optique (1) permettant d'atténuer un signal lumineux (2), ledit dispositif d'obturation électro-optique (1) comprenant au moins une première cellule (10) comprenant un premier matériau (11) cristal liquide, ledit dispositif d'obturation électro-optique (1) étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre : - au moins une seconde cellule (20) comprenant un second matériau (21) cristal liquide ; - un moyen (62) de comparaison de l'intensité du signal lumineux (2) à un premier seuil (Si) prédéterminé; - un premier moyen (63a) permettant de générer et appliquer à chaque première cellule une première tension de commande (V 1) adaptée à faire passer ladite première cellule (10) dans un état bloquant, tant que ledit moyen (62) de comparaison détecte que l'intensité du signal lumineux (2) est supérieure audit premier seuil (Si) ; - un second moyen (63b) permettant de générer et appliquer à chaque seconde cellule une deuxième tension de commande (V2) adaptée à faire commuter ladite seconde cellule (20) entre un état passant et un état bloquant pour former un obturateur stroboscopique, tant que ledit moyen (62) de comparaison détecte que l'intensité du signal lumineux (2) est inférieure ou égale audit premier seuil (Si).
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la deuxième tension de commande (V2) est un signal modulé selon une modulation de largeur d'impulsion.
3. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de réglage d'un paramètre de la largeur d'impulsion de la modulation de largeur d'impulsion.
4. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre : - au moins une troisième cellule (30) comprenant un troisième matériau (31)cristal liquide ; - un troisième moyen (63c) permettant de générer et appliquer à chaque troisième cellule une troisième tension de commande (V3) adaptée à faire passer ladite troisième cellule (30) dans un état bloquant, tant que ledit moyen (62) de comparaison détecte que l'intensité du signal lumineux (2) est supérieure à un second seuil (S2) prédéterminé, ledit second seuil (S2) étant inférieur audit premier seuil (S 1).
5. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le premier matériau (11) est un cristal liquide nématique mince.
6. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le premier matériau (11) est un cristal liquide smectique ferroélectrique FLC.
7. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le premier matériau (11) comprend une association d'au moins un cristal liquide smectique ferroélectrique FLC et d'un polymère, plus connu sous le nom de PSFLC.
8. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le second matériau (21) est un cristal liquide smectique ferroélectrique FLC.
9. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le second matériau (21) comprend une association d'au moins un cristal liquide smectique ferroélectrique FLC et d'un polymère, plus connu sous le nom de PSFLC.
10. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que le troisième matériau (31) est un cristal liquide nématique torsadé
11. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que le troisième matériau (31) est un cristal liquide smectique anti-ferroélectrique AFLC
12. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que le troisième matériau (31) comprend une association d'un cristal liquide smectique anti-ferroélectrique AFLC et d'un polymère, plus connu sous le nom PSAFLC. 23
13. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le premier matériau (11) est un cristal liquide nématique mince et le second matériau (21) comprend une association d'au moins un cristal liquide smectique ferroélectrique FLC et d'un polymère, plus connu sous le nom de PSFLC.
14. 14. Dispositif selon la revendication 13 quand elle dépend de la revendication 4, caractérisé en ce que le troisième matériau (31) est un cristal liquide nématique torsadé.
15. 15. Casque pour la soudure à l'arc caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'obturation électro-optique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14.10