Brevet FR2132598A1 — publié le 19721124

Il n'existe pas sur le marché de lunettes dont la trasparence (ou inversement l1epacité) peut être modifiée à volonté par un procédé quelconque, spécialement en lumière non polarisée. Ce genre de lunettes serait très utile pour protéger les yeux de pers nnes exposées à des éclairages très intenses, surtout s'il s'agit i'éclairages intermittents ou périediques, dont la fréquence élevée ne permet pas de se protéger convenablement par le seul clignement des paupières Un exemple d'un tel éclairage intense et périodique est donné flux applications. Le principal but du présent brevet est donc de décrire un type de lunettes dont le coëfficient de transmission de la lumière peut être modifié rapidenent et réversiblement. Un autre but du présent brevet est de décrire un exemple d'application d'éclaira ge périodique à fréquence relativement élevée. Nous n'entrons pu dans la généralité des applications possibles des cristaux liquides, que nous n'avons pas découverts; nous nous contentons d'utiliser cette découverte aix deux applications qui viennent d'être énoncées, stroboscopie comprise. On sait que les molécules de certaines si bstances, mises en solution dans certains solvants organiques corme le chloroforme donnent, dans certaines limites de température des arrangements réguliers comparables à ceux des cristaux, mais les cristaux ainsi formés présentent la particularité de rester liquides. Ces substances appartiennent à différentes chimiques: dérivés de l'aniline, dérivés de l'acide cinnamique, esters de diétbyle, palmystate et myristato de lithium, déri- vés du cholestérol.En fonction du mode d'arrangement des molécules les unes par rapport aux autres, on classe ces cristaux liquides en 3 catégories: corps néma- tiques, corps smectiques, corps cholestériques. Les cristaux liquides peuvent être utilisés pour diffuser la lumière, éventuellement pour absorber entièrement un faisceau lumineux. Le phénomène mis à profit a reçu le nom de "diffusion dynamique de la lumière. Nous reportant à la figure 1, on interpose sur le trajet d'un fasceau lumineux 1 une solution de cristaux liquides 2 contenue entre deux plaques de verre 3 dont les faces internes portent un revêtement conducteur 4 appelé ici électrode (par exemple filn fin d'oxyde d'étain). Nous appellerons sandwich un tel ensemble dans la suite de cet exposé. En l'absence de tension électricwue entre lesélectrodes, le faisceau lumineux n'est pas dévié par le cristal liquide contenu dans ce sandwich. Si une tension électrique continue est appliquée entre les électrodes (figure 1), la tension utile étant de l'ordre de 20 volts dans les conditions actuelles de la technique, on observe que le sandwich se trouble, et qu'il diffuse la lumière qui le traverse au lieu de la transmettre en ligne droite. On interprète ce phénomène en faisant appel aux ions présents dans la solution (ions positifs 5, ions négatifs 6). Sous l'influence de Za différence depotentiel entre les électrodes, les ions positifs sont attirés vers la cathode, les ions négatifs vers l'anode. Sur leur passage ils bousculent les molécules du corps qui constitue le cristal liquide et bouleversent la structure de ce cristal liquide, au peint de donner une émulsion de ces molécules dans le solvant.Cette émulsion retient une grande partie de la lumière, et fait diffuser la lumière qui parvient à la traverser. Sur la figure 1, on voit symboliquement représen tée la diffusion du faisceau de lunière incidente par le sandwich sous l'influence du phénomène de diffusion dynamique qui vient d'être décrit. Il est évident dans ces conditions que le flux de lumière qui parvient à l'oeil d'une personne placé derrière un tel sandwich, est très réduit par rapport au flux de la lumière incidente, et par conséquent qu'il y a là un moyen de protéger efficscemnnt l'oeil de l'éblouissement. Le phénomène de diffusion dynamique de la lumière n'a lieu qu'entre les plaques des électrodes, donc pour qu'il ait lieu sur toute la surface du sandwich, il faut que les électrodes recouvrent toute ou presque toute la face interne des parois de verre. /une fois créée Laissée à elle-m#me cette émulsion ne redonne un cristal liquide transparent à la lumière qu'au bout de plusieurs jours ou semaines.On accélère le réordonnancemont en cristal liquide et donc le retour de la transparence, en appliquant entre les électrodes une différence de potentiel non plus continue mais alternative (fréquen- de quelques milliers d'Rertz), qui immobilise pratiquenent les ions positifs et négatifs, mais réoriente parallèleraent les molécules allongées du corps utlisé. Cet ensemble peut être perfectionné dans le but d'absorber d avantage de lumière ou d'absorber plus particulièrement certaines radiations, ou d'absorber les radiations dans un certain intervalle du spectre, en ajoutant à la solution de cristal liquide certaines substances. En agissant sur les potentiels appliqués aux électrodes, sur la nature des ions dans la solution, ou en ajoutant à la solution certains colorants, comme colorants dichrolques, on peut faire en sorte que pour certaines valeurs de différence de potentiel la solution de cristal liquide soit incolore et transparente, et pour d'autres valeurs qu'elle soit colorée, c'est-à-dire absorbe de la lumière de manière inégale dans le spectre. Pn combinant deux ou plusieurs sandwiches qui prennent des couleurs complémentaires on peut réaliser des filtres qui non seulement sont capables d'absorber la plus grande partie de la lumière comme dans le cas des sandwiches lesplus simples envisagés au début, mais encore de l'arrêter complètement dans de larges bandes du spectre, en particulier dans tout le visible quand on applique une tenson appropriée aux électrodes de chaque sandwich. Dans les applications des cristaux liquides aux lunettes de protection, on peut réaliser des lunettes simples mais très efficaces contre l'éblouissement en utilisant un seul sandwich pour chaque oeil. Chacun de ces sandwiches est enchassé dans un cercle de monture (figure 2). Des fils 7 et 8 amènent le courant aux électrodes; ils peuvent, comme sur la figure 2 se diriger vers le haut et titre ïaintenus en place au moyen d'une casquette ou d'un béret spécialement conçu pour cet usage. Des lunettes destinées à interrompre plus complètement le passage de la lumière peuvent comporter plusieurs sandwiches en série pour un meme oeil. Des lunettes destinées à interrompre complètement le passage de la lumière, et pas seulement à en arrêter la plus grande partie, comportent deux ou plusieurs sandwiches, chacun d'eux capable d'absorber la lumière dans une bande différente du spectre, ainsi qu'il a été exposé plus haut, lorsqu'une différence de potentiel adaptée est appliquée entre ses électrodes. Lorsqu#apparait une lumière intense dans le champ visuel de la personne qi porte ces lunettes de protection, cette lumière pouvant outre décelée au moyen d'une cel- lule photoélectrique, ou lorsqu'un événement qui précède cette apparition lumineuse a été repéré, une différence de potentiel de valeur convenable est appliquée automatiquement entre les électrodes de chaçue sandwich; 3e s phénomènes *'absorption et de diffusion dynamique entrent alors rapidement en jeu et interrompent tout ou partie du passage de la lumière au travers de la lunette de protection. Comme exemple d'application d'éclairage périodique à fréquence relativement élevée susceptible d'être utilisé conjointement avec les lunettes de protection à cristaux liquides qui viennent d'êtres décrites, on peut citer un perfectionnement du système d'éclairage des autoroutes par brouillard que nous avons inventé (enregistrement national n0 69,04589 du 20 Février 1969, et enregistrement national numéro 70.01309 du 13 Janvier 1970). Ce segment met en oeuvre des lampes commas dées par le passage des voitures et éclairant un segment de route à distance constante utile en avant du véhicule considéré (par exemple entre 60 et 120 mètres en avant).L'intensité de l'éclairage doit être importante en raison de l'absorption par le brouillart. Pour diminuer le risque d'éblouissement par cet éclairage, on peut utiliser un éclairage aussi intense oum ême plus intense mais périodique intermittent, par exemple un éclairage par éclairs durant chacun quelques millisecondes, par exemple 2 millisecondes, avec une périodicité de 20 milliseconde par exemple. La quantité de lumière qui parvient à la rétine n'est danscet exemple que le 1/10 de la quantité qui y parviendrait théoriquement si l'éclaira- ge était continu. En raison de la persistance des impressions-lumineuses sur la rétine et dans les circuits neuronaux, la perception subJective est possible avec sensiblement la même intensité que si l'éclairage était continu, ou meme une plus grande intensité de perception du fait de la moins grande fatigue de la rétine, qui reçoit ainsi moins de lumière. Le fait que la lumière est émise par intermittences pé- rioqiques permet en outre deproposer une méthode utilisable pour éviter lééblouissement au moment des croisements.Si les moments d'éclairage (qui dans l'axem- ple choisi durent chacun 2 X 10 3 seconde) des voies en sens opposés de l'auto- route sont réglés de telle sorte que la période d'éclairage d'une voie tombe sensiblement au milieu de la période d'obscurité sur l'autre voie, il est possible de provoquer l'apparition d'une différence de potentiel donc la diffusion ou l'Snter- ruption de la lumière dans les lunettes de protection d'un conducteur roulant sur une vie pendant la période d'éclairage des lampes de l'autre voie, ou même de manière à encadrer complètement dans le temps les périodes d'éclairage des lampes de l'autre voie.Ainsi le conducteur qui perte ces lunettes à diffusion intermittente commandée se trouve complètement protégé de l'éblouissement qui résulterait de l'éclairage périodique de l'autre voie. La figure 3 fournit un diagramme de répartition dam le temps de l'éclairage sur les voies t et 2 de l'autoroute (lignes 1 et 3 de la figure) et de l'opacification des lunettes de protection d'un conducteur roulant sur la voie 1 lors d'un croisement de la plage pilote de la voie 2 (ligne 2 de la gare). Les moments d'allumage des lampes pilote sur les 2 voies sont décalés de 10 milliseeondes l'un par rapport à l'autre , chacun tombant au milieu de la période obscure de l'autre voie. L'opacification des lunettes de protection d'un autmebi- liste roulant sur la voie 1 dure 4 millisecondes et englobe complètement le moment d'allumage des lampes de l'autre voie, alors qu'elle laisse totalement libre le moment d'allumage des lampes pilote de la voie sur laquelle il roule. Un autre exemple d'application de ces lunettes est la protection des yeux contre les éclairs des lampes stroboscopiques. Dans ce cas le sytème électronique des lampes peut être directement utilisé pour commander l'opacification des sandwiches de ces lunettes. Sur la figure 1, les différents éléments représentés ne sont évidemment pas à la meme échelle. Un autre type d'application des lunettes à coëfficient de transmission variable pour la lumière est l'utilisation symétrique de la protection contre les éclairs stroboscopiques, c'est-à-dire leur utilisation directe en lunettes stroboscopiques. Pour permettre à un observateur de suivre directement par la vue un phénomène pér#odi:ue rapine, si pour une raison quelconque on ne peut pas utiliser d'éclairs stroboscopiques, il suffit de bien éclairer le phénomène, et de régler la durée et la fréquence des périodes de transparence de ces lunettes à coefficient de transmission variable pour la lumière sur la fréquence du phénomène que l'on dés4- re observer. Par exemple pour étudier le fonctionnement d'un moteur qui tourne à 100 tours/seconde, on peut l'observer à l'arrêt stroboscopique en réglant la fre- quence des périodes de transparence des lunettes à 100/seconde, ces périodes étant suffisamment brèves pour que l'image ne soit pas floue; pour observer le même moteur tournant à la vitesse stroboscopique d'un tour/seconde, il suffit de régler la fréquence des périodes de transparence des lunettes à 99/seconde. RSVSNDICA TIONS 1) Lunettes à coefficient de transmission variable pour la lumière et applications, telles que soit mis en oeuvre dans ces lunettes le phénomène d'absorption et de dif fusion de la lumière par les cristaux liquides soumis à l'action d'un champ élec trique. 2) Lunettes à coëfficient de transmission variable pour la lumière selon la reven dication 1, telles que dans chaque cercle de ces lunettes soit situé un sandwich comportant: deux parois de verre à l'extérieur, l'une antérieure l'autre post6- rieure par rapport à la direction du regard de l'utilisateur, une électrode trans parente à la face interne de chaque paroi et couvrant toute cette pari, chacnne desdites électrodes étant reliée à un commutateur à commande électronique, et une solution de cristaux liquides ou de cristal liquide entre ces deux électrodes. 3) Lunettes à coëfficieat de transmission variable pour la lumière selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, telles que l'opacification des cristaux liquides, la diffusion et l'absorption de lumière dans ces cristaux liquides, soient obtenues par action d'un champ électrique continu établi entre les élec trodes de chaque sandwich. 4) Lunettes à coëfficient de transmission variable pour la lumière selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, telles que le retour du cristal. liquide à la transparence soit obtenu par l'action d'un champ élëctrique alternatif éta bli entre les électrodes de chaque sandwich. 5) Lunettes à coëfficient de transmission variable pour la lumière selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, telles qu'elles comportent plusieurs desdits sandwiches pour chaque oeil. 6) Lunettes à coefficient de transmission variable pour la lumière selon la revendication 5 telles que pour unnssme oeil, chaque sandwich dont la solution de cristal liquide a été convenablement additionnée de colorants, soit capable, lorsqu'-#ne différence de potentiel est établie entre ses électrodes, d'absorber la lumière dans une bande définie du spectre lumineux, l'ensemble des sandwiches pour un mêms oeil pouvant alors absorber la lumière dans la totalité du spectre du visible par recouvrement na rginal et complémentation des spectres d'absorption des différents sandwiches. 7) Lunettes à coëfficient de transmission variable pour la lumière sion l'une quelconque des revendications 1, 2 3, 4, 5, 6, telles que la commande d'établis sement des différences de potentiel soit sous la dépendance d'un phénomène lumi neux lui-même repéré grâce à une ou plusieurs cellules photo-électriques. & application des lunettes à coëfficient de transssission variable pour la lumière selon l'une quelconque des revrndications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, consistant en l'u tilisation d'un système d'éclairage pilote intermittent pour les autoroutes, sys tème dérivé lui-eême du système décrit dans notre brevet d'invention numéro d'en registrement national 69.04589 du 20 Pévrior 1969, et numéro d'enregistrement national 70.01309 du 13 Janvier 1970, dan ledit système d'éclairage pilote intermittent la fréquence des moments d'éclairage est telle que cet éclairage n'est pas perçu comme intermittent du fait de la persistance des impressions lumineuses, et lesdites lunettes sont utilisées par les automobilistes pour masquer l'éclai- rage intermittent de l'autre voie de l'autoroute. 9) 4application des lunettes à coëfficient de transmission variable pour la lumière selon l'une quelconque des revendications précédentes, consistant en l'utilisation de ces lunettes pour la protection des yeux contre les éclairs stroboscopiques. 10) Application des lunettes à coëfficient de transmission variable pour la lumière selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, consistant en leur utilisation en lunettes streboscopiques indépendantes d'un éclairage intermittent do l'objet à étudier.