Brevet FR2090318A1 — publié le 19720114

i 2090318 la présente invention concerne un dispositif pour la représentation optique de tensions électriques, variables en fonction du temps, sous, la forme de valeurs d'ordonnées, variant le long d'un axe des abscisses, au moyen d'un milieu de visuali-5 sation qui s'étend à plat entre au moins deux; électrodes, dont la caractéristique optique déterminant la visualisation présente une valeur de seuil, par rapport à la tension appliquée, et dans lequel en provoquant un gradient de potentiel le long de l'une au moins des électrodes, on peut réaliser une répartition 10 géométrique commandée de la tension. Dans une demande de brevet 1T° 71.10 329, déposée le 24- î,Iai 1971 la présente demanderesse, on décrit un dispositif, dans lequel un milieu de visualisation du type indiqué ci-dessus, avantageusement un cristal liquide "nématique", par 15 exemple ÏIEBA C4~L:ethoxy-4-' -n-Benzylidène-butyl aniline) ou la phenylheptanoate de p-(p-ethoxyphénylazo), ou le phénylether oenanthylique de p-(p') éthoxyphénylazo (Journal de physique 30 04—109j novembre-décembre 1969; voir également le brevet E.U. 3 322 4-85) > ou une couche de corps solide, doué de luminescence 20 par injection, par exemple du Cu^ Se-Zn Se (Journal Appl. Physi-que. (1964), pages 606 à 611), s'étend en couche plane entre deux électrodes, dont au moins une est transparente, et dont l'une est une surface électrique équipotentielle et l'autre présente une résistivité superficielle telle que, le long de cette 25 autre électrode, on peut engendrer un gradient de potentiel bien défini. Dans l'une des formes de réalisation du dispositif proposé, on applique à l'électrode qui est utilisée comme surface équipotentielle, une tension qui correspond à la somme de la va-30 leur de seuil et de la tension de mesure, tandis que le long de l'autre électrode, on engendre un gradient de tension en appliquant sur ces bords des tensions de valeur différente. Avec un choix convenable de la tension, on obtient alors dans le milieu de visualisation, entre les électrodes et pour la valeur zéro 35 de la tension de mesure, une répartition de tension linéairement décroissante à partir de la valeur de seuil, ec en fonction d'une coordonnée géométrique du plan qui, pour des valeurs de la tension de mesure comprises à l'intérieur d'un domaine de mesure prédéterminé se déplace parallèlement à elle-même, perpendicu 71 18580 2 2090318 lairement à la coordonnée géométrique procitée, d'où il résulte que la frontière déterminée par le lieu des points où est atteints la tension de seuil, entre deux états de caractéristiques optiques différents (variation du contraste, émission lumineuse), se 5 déplace le long de la coordonnée géométrique, proportionnellement aux valeurs de la tension de mesure. On peut réaliser ainsi une représentation analogique de la tension de mesure, par la longueur d'une "barre!", mise en évidence par une é.aUs.îion lumineuse ou par un contras te. 10 Dans une autre forme de réalisation du dispositif proposé, la tension de mesure est appliquée au bor->I le l'une des électrodes de telle manière que la clx.ity de tension totale le long de cette électrode est proportionnelle à la tension de mesure. Ainsi, pour des valeurs variables de la tension de mesure, 15 c'est la pente des droites de la répartition géométrique "e la tension que l'on change et la frontière entre les régions d'état optique différent se déplace en raison inverse de la tension de mesure. L'invention découle du dispositif proposé. Son objet est 20 dè visualiser sur un écran des tensions de mesure variables, ainsi qu'on le réalise actuellement avec des oscillographes cathodiques par exemple. Selon l'invention, le problème est résolu en ce que, dans un dispositif du type décrit dans le préambule, l'une au moins 25 des électrodes se compose de bandes séparées les unes des autres, qui s'étendent parallèlement entre elles, et perpendiculairement à l'axe des abscisses, auxquelles on peut raccorder sélectivement la tension de mesure, et/ou une polarisation pour l'obtention d'une répartition géométrique de tension, indépendante 30 de la tension de mesure. Ainsi, et selon le nombre des électrodes en forme de bande, on peut représenter successivement un certain nombre de valeurs de tension, qui se succèdent dans le temps, de telle sorte que sur l'écran, il apparaît une image en forme d'hystogramme. 55 . Bien qu'en principe on puisse réaliser les deux électrodes sous forme de bandes., il est cependant plus indiqué, car c'est plus économique, de ne réaliser qu'une sexile électrode sous •forme de bandes, l'autre étant une surface continue. Avec un.système de sélection cyclique des électrodes en 4-0 forme de bandes, on peut obtenir convenablement synchronisé avec 71 18580 3 2090318 la tension de mesure, que des courbes de variation périodique de -la tension apparaissent sous la forme d'images stationnaires. Le principe de la synchronisation de l'échelle des temps correspond pour l'essentiel à la méthode connue par les oscillographes 5 cathodique s. Les couches de cristaux liquides seront avantageusement u-tilisées à des températures légèrement supérieures au point de fusion, car avec les matériaux convenant pour l'invention et qui 10 sont actuellement connus, c'est dans ces conditions que la valeur de seuil, pour l'apparition du changement optique, est particulièrement prononcée. Dans ces conditions, l'effet deturbu-lence qui détermine la variation du contraste, présente cependant une certaine inertie. Avec le dispositif selon l'invention, on 15 mesure donc de préférence des phénomènes alternatifs qui ne sont pas trop rapides, ou bien des phénomènes alternatifs périodiques rapides pour lesquels, au cours de chaque période, on ne palpe qu'une seule valeur instantanée. Les phénomènes n'ayant lieu qu'une seule fois, que le dispositif selon l'invention est 20 capable de suivre, sont encore visibles après la fin du phénomène, grâce au temps de décroissance relativement long de l'effet optique de diffusion. En utilisant, comme milieu de visualisation, un mélange convenable de cristaux liquides nématique et cholestérinique, on peut de plus obtenir des temps de persistance 25 dont l'ordre de grandeur se chiffre par heures (Proc. IEEE 57» 1, pp 34 - 38). D'autres particularités de l'invention ressortiront des exemples de réalisation, expliqués ci-dessous avec des figures à l'appui. Ces figures représentent : 30 la I"ig. 1, une forme de réalisation de l'invention, avec un dispositif électronique de commande séquentielle des électrodes en forme de bandes, afin d'obtenir une image stationnaire de phénomènes électriques alternatifs; la 3Pig. 2, un diagramme telle qu'elle peut apparaître sur 35 l'écran avec un dispositif selon l'invention, et la Fig. 4- \ine autre forme de réalisation de l'invention dans laquelle l'une des électrodes est utilisée pour chauffer électriquement le milieu de visualisation. Sur la figure 1, on a représenté une électrode pleine 1 et 40 une électrode divisée en bandes 2. Entre les électrodes 1 et 2, 71 18580 4 2090318 se trouve un milieu de visualisation 3 en forme de couche, par exemple une substance cristalline liquide nématique. L'électrode 1 est par exemple en verre et recouvert d'une couche (transparente) de bi-oxyde d'étain de faible résistance superficielle, de sorte qu'elle constitue une surface équipo-tentielle. On lui applique comme potentiel électrique V-^ (t), par l'intermédiaire de la borne 8 et de l'élément additionneur 9, la somme d'une tension V^, approximativement égale à la tension de seuil U^, du milieu de visualisation, de la tension variable en fonction du temps V(t), et une polarisation fournie par des diodes. L'électrode 2 se compose de bandes 2 ... 2 ... 2^n^, qui sont isolées les unes des autres et qui présentent une résistance superficielle constante, de sorte que, si l'on applique des tensions marginales différentes, sur la borne 6, d'une part, et sur les bornes 7^^ ... 7 , d'autre part, on obtient une chute de tension linéaire le long des bandes. Comme une variation du contraste, dans un cristal liquide, ou une émission lumineuse dans des corps luminescents, suppose le passage d'un courant dans le milieu de visualisation, il faut choisir la résistance superficielle des bandes suffisamment faible pour que le courant traversant le milieu de visualisation ne fausse pas la linéarité désirée de la chute de tension. Par la borne commune 6, on applique aux extrémités supé- o (!) o la tension , qui se rieur es des bandes 2 ... H\.) 2* com— A A pose de et V2 ®"fcan'k plus petite, ou tout au plus égale, au double de la tension de seuil U^,, ainsi qu'on l'expliquera encore plus loin. Par l'intermédiaire d'une borne 7'-^ ... 7^n^ » d'un transistor npn T-,... T et de deux diodes D.n et D,^ l'extrémité inférieure de chacune des oandes 2V ...2^ J est reliée à la masse. Les bases des transistors T-,... T sont réu- 1 n nies respectivement, à travers les diodes de découplage D^...Da, à la sortie d'une cellule du registre à décalage 15» qui peut fournir soit le signal logique "0", soit le signal logique "1", correspondant respectivement à une tension voisine de zéro ou à une tension supérieure à + 2,5 V. En outre, par l'intermédiaire de résistances R, ... R , les bases des transistors T-,... T 1 n' 1 n sont reliées à une tension positive, de + 5 V par exemple. 71 13530 5 2090318 ,.n peut voir, que selon l'état des cellules du registre à décalage 15» les transistors sont conducteurs ou bien bloqués. Lorsqu'une cellule m du registre à décalage 15 fournit un signal 1 logique, la sortie de cette cellule est isolée 5 du circuit de déblocage R - T par la diode D , le courant de m m x m' la résistance R_ traverse le transistor T comme courant de m m base et celui-ci travaille à la saturation» Lorsque la cellule (la cellule 1 par exemple) fournit un signal 0 logique, la tension base-émetteur du transistor correspondant est au 10 contraire négative, et le transistor !E^ est par conséquent bloqué. Pour être certain que la totalité du courant "Vg/R^ passe alors par la diode correspondante D-^ et non par le transistor T-p on a prévu la polarisation d'émetteur commune par R^, DA^ et D^2' sor^e que» pour un 0 logique sur une sortie du 15 registre à décalage, le potentiel de la base du transistor correspondant est toujours plus négatif que celui de l'émetteur. Comme la tension aux bornes des diodes D^ et varie avec la température, pour compenser cette influence, on a prévu avant la borne 6 les diodes Dg-^ et D^ reliées à une 20 tension = 211^ + 21/"^, ainsi qu'une résistance Rg connectée entre la borne 5 et la masse. Rg est choisie de manière que le courant Ig qui la traverse soit égal au courant dans la résistance R^. Lorsqu'un transistor est conducteur, la cellule m cor-25 respondante du registre à décalage fournissant un signal 1 logique, il apparaît sur l'électrode en forme de bande 2^m^ une chute de tension linéaire (x), entre les valeurs A. - CL Y ^ + Vt, et V-n » Dans le milieu de visualisation 5» dans 2 d D D le domaine de la bande électrode 2__ , il apparaît un gradient 30 de potentiel linéaire (x) = V, (t) - V? (x), comme on l'a ^ CnO représenté sur la figure 2 avec l'indice "m". La droite Uv (m) (x) traverse le plan + pour la valeur x^v de l'ordonnée, qui indique la limite du domaine caractérisé optiquement (valeurs de x x,/331^ proportionnelle à la tension de mesure 35 VT, ° 3i, cependant un transistor par exemple, est bloqué du fait que le signal fourni par la cellule correspondante du registre à décalage 15 est un 0 logique, la totalité de l'électrode en forire de bande 2^"^ se trouve essentiellement au même potentiel (borne 5), engendrant ainsi, dans le milieu de vi- ~ ( 1 ^ 40 sualisation 3» une répartition de la tension Tp (x), telle 71 18580 6 2090318 qu'elle a été représentée sur la figure 2 avec l'indice "1". (x) est maintenant une droite parallèle à la coordonnée de lieu x, dont la position varie bien selon la direction U (x) avec la valeur instantanée Vjj(t) î mais en évoluant dans ^ le domaine -U^, et - Vrp, de sorte qu'elle n'engendre aucun effet optique dans le milieu de visualisation 3. A On peut voir aussi, sur la figure 2, que l'on doit avoir Vg 2 Ufj,, faute de quoi, dans le cas "m" et = 0 de la figu-10 re 2, il apparaît un point d'intersection avec le plan -U^, pour la valeur de l'ordonnée XMAY , et l'indication ne serait plus exempte d'ambiguïté. On tire une conclusion identique de la représentation affectée de l'indice 1 sur la figure 2, selon laquelle (x) ne doit pas tomber en dessous de -U^,. Ces 15 exigences disparaissent, si le milieu de visualisation ne réagit pas pour des tensions plus négatives que U^, comme cela peut être le cas avec des corps solides doués d"électroluminescence par injection. Four obtenir maintenant une image stationnaire d'une ten- 20 sion de mesure périodiquement répétitive V^Ct), on commande Cl") selon une séquence répétitive les bandes électrodes 2V ' ... 2 , en synchronisant convenablement la commande avec . Pour cela on permute dans le registre à décalage 15, le nombre binaire 1000...., de sorte qu'à un instant déterminé, il n'y a 25 jamais qu'une seule borne 7 qui soit portée approximativement au potentiel V^, et oui détermine une indication momenta- / \ née de (t) dans le domaine de la bande électrode 2^ . Le registre à décalage 15 est commandé par l'ordre de progression Sh. Chaque ordre Sh provoque un décalage du contenu 30 du registre d'une cellule vers la droite. La fin et le début du registre sont réunis par la connexion de rappel F. La chaîne se compose de n + 1 cellules, n étant le nombre des bandes indicatrices qui sont à commander. La fréquence de succession des ordres de progression Sh 35 est déterminée par le générateur d'impulsions 13. Le choix de la fréquence de succession correspond au choix de la base de temps dans un oscillographe cathodique. L'élément ET 12 est commandé par la bascule bista-ble 14-o Tant que la bascule 14- est armée (Q = 1), les ordres Sh 71 18580 7 2090318 sont transmis au registre 15» La bascule 14 est commandée au moyen de l'élément ET 11, si la première cellule du registre à décalage 15 fournit un 1 logique, et si le montage déclencheur 10 est commandé par le signal VM (t) qu'il s'agit de représen-5 ter. Le montage déclencheur 10 peut être, par exemple, un déclencheur de Schmitt, suivi d'un élément différentiateur et d'un univibrateur, de sorte que l'élément ET 11 ne reçoit le signal logique 1 que si la tension alternative Vjj(t) à repré-10 senter franchit, avec un sens de variation prédéterminé, un certain niveau, qui peut être ajusté sur le déclencheur de Schmitt. On détermine ainsi, comme pour un oscillographe cathodique, le point initial de l'image représentée de la tension alternative. 15 La remise à zéro de la bascule 14 se fait lorsque la der nière cellule du registre à décalage 15 renvoie par la connexion F le signal 1 logique à la première cellule, ou que l'on commande un recalage général. Le calage général impose aussi dans le registre le contenu 1000 ...... . 20 Au lieu du montage de commande à l'aide d'un registre à décalage, on pourrait aussi utiliser un dispositif d'un autre genre, par exemple une chaîne de multivibrateurs monostables, déclenchés par des flancs de retombée. Un tel registre à décalage dynamique pourrait, il est vrai, être réalisé économique-25 ment, sous la forme d'un circuit intégré, mais d'un autre côté 11 présenterait l'inconvénient de ne permettre le choix de la base de temps que dans des limites étroites. Sur la figure 4, l'électrode pleine 1' est pourvue d'une résistance superficielle, aussi régulière que possible, sur son 30 bord supérieur on applique la tension Tg + j e"^ sur son ^or Pour maintenir la température optimale de fonctionnement, à l'intérieur du milieu de visualisation, il peut être nécessai- 71 18580 8 2090318 re de prévoir un circuit de régulation de la température. Ce chauffage peut se faire, comme on l'a représenté sur la figure 4, par le passage d'un courant électrique dans une couche résistive; il peut se faire aussi par une irradiation lumineuse, 5 régulée en intensité. Une couche résistive, pour un chauffage électrique régulé, peut par exemple être en contact conducteur thermique avec l'une des électrodes, mais isolée cependant de cette dernière du point de vue électrique. Pour saisir la température, on peut remplir une partie de l'espace qui reçoit la 10 couche de visualisation avec un cristal liquide cholestérinique, dont les caractéristiques spectrales de réflexion dépendent fortement de la température, ce qui permet de réaliser une régulation sensible du chauffage, au moyen d'un photodétecteur spec-tralement sélectif et d'un discriminateur de niveau. 15 Comparativement aux oscillographes cathodiques tradition nels, on a là, avec le dispositif décrit selon l'invention, un appareil plat, avec un très faible encombrement. On n'a pas besoin de tensions élevées pour la commande. Le générateur en dents de scie, pour l'échelle des temps, est remplacé par lacombinaison 20 d'un générateur d'impulsions avec un registre à décalage. De tels éléments numériques peuvent aussi se grouper dans des dispositifs dits "circuits intégrés". Des présentations de matrices exigent des moyens approximativement doublés pour la commande, en comparaison avec le dispo-25 sitif indicateur qui a été décrit, car, pour une matrice, ce n'est pas selon une seule direction que l'indication est divisée en n éléments, elle est divisée aussi, de la même manière, selon la direction perpendiculaire, de sorte que pour obtenir le même pouvoir de résolution, et ceci selon les deux directions, il 30 faudra au total 2 n éléments de commande. 71 18580 2090318 REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour la représentation optique de tensions électriques variables en fonction du temps, sous la forme de valeurs d'ordonnées variables le long d'un axe des abscisses, à l'aide d'un milieu de visualisation s'étendant à plat, entre 5 au moins deux électrodes, dont la propriété optique déterminante pour la visualisation présente une valeur de seuil, par rapport à la tens - o.% , et dans lequel en provoquant une chute de tension le long de l'une au moins des électrodes on peut obtenir une répartition géométrique commandée de la tension, ca-10 ractérisé en ce que l'une au moins (2,2*) des électrodes (1, 1'; 2, 2') se compose de bandes 2 ... 2^n^ , 2' 2', sé parées les unes des autres, qui s'étendent perpendiculairement à l'axe des abscisses (t), auxquelles on peut appliquer sélectivement la tension de mesure (V^) et/ou une tension de polarisation 15 CVg, V^) pour engendrer une répartition géométrique de la tension (VT - Vg (x)), indépendante de la tension de mesure. 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'autre électrode (1, 1') est réalisée sous la forme d'une électrode plane continue, s'étendant sur le domaine (3, 3') du 20 milieu de visualisation. 3 - Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce X C ^ que la bande électrode (2 ( ) ... 2 K J ) présente une résisti-vité superficielle telle que, le long des bandes, on peut engendrer un gradient de potentiel bien défini (VgCx) , et que la 25 résistivité superficielle électrique de l'électrode pleine (1) est suffisamment faible pour que, lorsqu'on applique à cette électrode pleine un potentiel (1/^), celle-ci agisse comme une surface équipotentielle. 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce 30 que la tension de mesure (V^), de préférence avec l'addition d'une partie de la tension (V^) voisine de la valeur de seuil (Urr), est appliquée s l'électrode bonne conductrice (1/8), et que, pour permettre l'obtention d'un gradient de potentiel (V„(x)) sur les bandes électrodes (2^J ... 2 ^n^), une autre d. *> 35 partie (V^+lO de la tension de polarisation est appliauée à d. D une première extrémité (5) de ces bandes électrodes. 5 - Disoooitif selon la revendication 4 caractérisé en ce (m) aue, nar leur autre extrémité (7 ) normalement isolée d'une 71 18580 10 2090313 autre borne, les bandes électrodes (2^m^) sont raccordées cycli-quement, les unes après les autres, à une tension (V^) différente de la tension (Vg+V^) qui est appliquée à la première extrémité (5). 5 6 - Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le raccordement cyclique est réalisé au moyen d'un registre à décalage (15), commandé par un générateur d'impulsions (13) dont la fréquence de succession des impulsions est ajustable. 7 - Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce 10 que, lorsqu'un cycle est terminé, le registre à décalage (15) ne peut redémarrer qu'au moment où la valeur instantanée de la tension de mesure (V (t)) passe par un niveau réglable, la variation de la tension se faisant dans un sens prédéterminé. 8 - Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce 15 que les bandes électrodes' (2'^"^... 2'^n^) présentent une résistance électrique tellement faible que, lorsqu'on applique un potentiel sur les bornes d'électrodes (7'^"^ ••• 7'^n^) , il se produit le long des bandes électrodes, une chute de tension négligeable; en ce que l'électrode pleine (l1) présente 20 une résistance superficielle telle que, le long de cette électrode , on peut engendrer un gradient de potentiel bien déterminé; et en ce que, pour engendrer ce gradient de potentiel (V'j (x)) le long de l'électrode pleine (1') dans la direction perpendiculaire à l'abscisse (t) et en vue de réaliser un chauffa-25 ge de la couche de visualisation (3*), on applique en permanence, à l'une des extrémités de cette électrode, une tension différente de celle qui est appliquée à l'autre extrémité, et que l'on applique "séquentiellement" la tension de mesure (Vjj(t)) sur les bandes électrodes, au moyen d'un commutateur (4). 30 9 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que, pour saisir des tensions périodiques très rapidement variables, on ne palpe chaque fois qu'une seule valeur instantanée par période. 10 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en 35 ce que, poxir la prise en mémoire de la tension de mesure (V^ (t)) représentée optiquement, on utilise comme milieu de visualisation (3) un mélange de cristaux liquides nématiques et cholesteriniques. 11 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce ^ que, pour chauffer le milieu de visualisation (3)» ou l'iradie 71 18580 u 2090318 avec une lumière dont on règle l'intensité. 12 - Dispositif selon la revendication 11 caractérisé en ce que, pour régler le chauffage, une partie de l'espace prévu pour le milieu de visualisation (3) est remplie avec un cristal liquide choiestérinique, associé à un photodéteeteur relié au régulateur.