Brevet FR2244187A1 — publié le 19750411

On connaet de nombreuses formes de réalisation de ta bleaux d'affichage lumineux permettant la commande et le contrtle d'appareillages variés. Certains tableaux d'affichage de ce genre comportent un panneau où sont inscrits les signes et symboles voulus qui apparaissent sous l'éclairage d'un certain nombre de lampes électriques convenablement disposées et alimentées. De tels dispositifs offrent une fiabilité médiocre du fait de la présence de lampes électriques dont la durée de vie n' est pas très grande et qui causent un échauffement préjudiciable d'autant plus que le tableau d'affichage désiré est complexe, les difficultés de réalisation et d'entretien augmentant dtune manière parallèle. On connatt également des tableaux d'affichage où les lampes d'éclairage sont placées à distance du panneau d'observation proprement dit et sont reliées à celui-ci par des conduits optiques. Cette forme d'exécution est favorable à la réalisation de tableaux d'affiehage cowF9Eset à la réduction de l'échauffe- ment du panneau, mais le nombre de lampes d'éclairage affecte encore fâcheusement le niveau de fiabilité de l'ensemble. D'autres dispositifs d'affichage comportent une source lumineuse unique de surface assez grande, par exemple une plaque de verre dépoli éclairée par une lampe électrique unique, des conduits optiques acheminant la lumière vers les parties du panneau à éclairer pour faire apparattre les signes et symboles désirés, avec interposition d'interrupteurs optiques permettant de commander l'allumage, l'extinction ou encore la couleur de tel ou tel signe du panneau d'affichage. Ces interrupteurs optiques peuvent ttre des dispositifs mécaniques ou électromécaniques (par exemple des volets obturateurs pivotants) ou des dispositifs optiques faisant appel à des phénomènes de polarisation rotatoire (par exemple à l'aide de cristaux liquides excités électriquement). La qualité de fonctionnement et la durée de vie de dispositifs interrupteurs mécaniques sont médiocres et souvent insuffisantes, surtout quand de tels dispositifs sont soumis à des chocs et à-des vibrations (utilisation sur véhicules). I1 n'en est pas de mEme pour les dispositifs interrupteurs optiques,mais, en revanche, ceux-ci souffrent d'un mauvais rendement, leur facteur de transmission ne dépassant généralement pas 20k, ce qui oblige à augmenter la puissance de la source lumineuse, dtoù un échauffement accentué et une consommation accrue. I1 y a là un inconvénient d'autant plus marqué que l'on désire un dispositif d1affichagç plus compact et que la puissance d'alimentation est plus limitée (cas de l'utilisation des batteries de bord d'un véhicule autonome). En conséquence, la présente invention a pour but de permettre la réalisation de dispositifs d'affichage lumineux compacts, de faible consommation et susceptible de fournir des signe symboles et diagrammes lumineux complexes, par la création d'in terrupteurs ou de modulateurs de lumière fiables et de rendement optique élevé. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de modulation de lumière en intensité fondé sur l'utilisation d'un fluide à propriétés ferromagnétiques au moins partiellement opaque à la lumière. Ce fluide est de préférence un liquide dont on fait se déplacer un certain volume, au moyen d'un champ magnétique variable, par rapport au trajet d'un flux lumineux à moduler qui se trouve ainsi plus ou moins intercepté. Si le fluide magnétique est opaque et s'il vient intercepter totalement le flux lumineux à moduler, on obtient une modulation par tout.ou rien conduisant à la réalisation d'un interrupteur optique. On eonnatt des fluides magnétiques de ce genre qui se composent d'un liquide porteur au sein duquel ont été dispersées de très fines particules magnétiques. Il s'agit de solutions colloidales présentant, outre les propriétés physiques des liquides et des solides ferromagnétiques, un certain nombre de carac téristiques spécifiques. Du fait de la finesse des particules en suspension (quelques dizaines d'angströms), de l'agitation moléculaire (mouvement brownien) et d'un traitement des particules par un agent dispersant, on évite les phénomènes de coalescence. Bien qu'hétérogène, le mélange conserve ses propriétés de liquide stable. On peut ainsi doter de propriétés magnétiques divers supports liquides tels que l'eau, les hydrocarbures,-les fluorocarbures, etc. Les caractéristiques des diverses solutions colloIdales ainsi réalisées varieront suivant - les caractéristiques spécifiques initiales du liquide porteur, - la composition et la granulométrie des particules en sus pension (micelles), - le traitement de surface appliqué aux particules avant mise en dispersion, - la concentration solide/liquide. Les liquides magnétiques susceptibles d'titre utilisés selon l'invention possèdent les propriétés particulières suivantes : a) Ces fluides ont au repos un moment magnétique global nul. b) Ces fluides possèdent une perméabilité magnétique positive (champ de saturation d'environ 300 gauss). De ce fait, leurs particules élélentaires ferromagnétiques tendent è s'orien- ter suivant les lignes de force magnétiques en embrassant le ma- ximum de flux lorsqu'ils sont soumis è un champ magnétique et le liquide magnétique peut ttre déplacé, orienté, déformé en fonction de la valeur et de la forte du champ magnétique excitateur, et cela dans les trois diiensions. c) Ces fluides peuvent titre des liquides à faible vis comité selon le choix du milieu support des micelles. Ils peuvent donc titre déplacés avec de très faibles frottements mécaniques, ne nécesiitant donc que des énergies magné- tiques de commande de bas niveau. A ce caractère de haute mobilité (pas de pièces méca- niques mobiles) s' attache un haut niveau de fiabilité probable. d) L'opacité optique propre des fluides magnétiques permet d'envisager d'utiliser leur déplacement (commandé par un champ magnétique) pur obturer-- ---'un faisceau de lumière. e) La tension superficielle rend certains colloïdes magnétiques non miscibles avec d'autres liquides. I1 est donc possible de faire flotter des gouttes homogènes de liquide ma- gnétique au sein d'autres liquides transparents. Ces derniers peuvent hêtre incolores ou colorés, Ceci permet d'améliorer encore, en cas de besoin, les caractéristiques de mobilité citées au paragraphe (c) et de réaliser éventuellement un obturateur qui, en position ouverte, peut colorer une lumière incidente blanche. L'invention a également pour objet un dispositif modulateur de lumière mettant en oeuvre le procédé décrit ci-dessus. Un telsmodulateur, qui est un obturateur si le fluide magnétique est opaque, comprend une capsule partiellement remplie de fluide mimétique. le reste du volume de la capsule étant transparent et transparent occupé éventuellement par un fluide (gaz ou liquide)/incolore ou coloré. L'enveloppe de la capsule comporte au moins une partie transparente incolore ou colorée par laquelle le flux lumineux traverse la capsule, à moins d'ttre intercepté par le fluide magnétique déplacé dans la région correspondante par un champ magnétique convenable.Le fluide magnétique peut prendre une ou plusieurs positions de repos dans la capsule sous l'action de champs magnétiques de rappel, engendrds de préférence par des aimants permanents. Le fluide magnétique peut aussi revenir au repos sous l'action de la gravité. Chaque champ magnétique d'excitation est variable sous l'action d'une commande. Il est engendré de préférence par un solénoïde électromagnétique, mais peut aussi autre obtenu à l'aide d'un aimant permanent soit mobile, soit fixe et associé à un écran magnétique mobile. Une cellule modulatrice de lumière selon l'invention réunit les avantages des dispositifs électromécaniques et des dispositifs électro-optiques sans en avoir les inconvénients et se distingue par une structure très simple, un encombrement réduit, un excellent rendement optique (son facteur de transmission peut aisément avoisiner l'unité), une faible consommation en énergie de commande et une grande rapidité de réponse. Elle est très peu sensible aux vibrations, à la chaleur et à l'humidité, offre une grande fiabilité due à l'absence d'usure et une excellente sou- plesse d'utilisation. L'invention a encore pour objet un agencement d'affichage comportant de préférence plusieurs voies optiques placées entre une source lumineuse et un écran d'observation et constituées par des conduits Qu des fibres optiques où sont interposées une ou plusieurs cellules modulatrices de lumière selon l'invention. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de bien comprendre comment l'invention peut entre mise en pratique. La figure 1 représente une cellule modulatrice de lumière selon l'invention. Les figures 2A et 2B représentent schématiquement une cellule modulatrice respectivement en position de repos et de travail, le flux lumineux étant intercepté dans cette dernière. Les figures A et 3B sont semblables aux figures 2A et 23, Mis ici le flux lumineux est intereeptd par la cellule en position de repos. La figure 4 représente une cellule à une position de repos et deux positions de travail. La figure 5 représente une cellule à une position de repos trois positions de travail. La figure 6 représente un agencement d'affichage lumineux à trois voies combinées et trois cellules. La figure 1 illustre la constitution de base d'une cellule selon 11 invention, qui comprend une capsule 1 étanche en forme de parallélépipède allonge munie de deux fenêtres transparentes 2 en regard. La capsule 1 pourrait également ttre entibre- ment faite d'une matière transparente. Une source lumineuse 3 émet un flux lumineux 4 qui traverse la partie droite du volume intérieur de la capsule 1 par l'intermédiaire des fenêtres 2. Le flux lumineux émergeant de la capsule peut ttre examiné par un observateur 5, éventuellement auprès propagation dans un conduit optique 6. La capsule 1 continent une goutte de liquide magnétique optique 7 maintenue au repos dans la partie gauche de capsule par le champ magnétique d'un aimant permanent 8. A l'autre extrémité de la capsule se trouve un solénoTde 9 iuni éventuellement d'un noyau magnétique 10 et alimenté en courant életrique A travers un interrupteur 11. Lorsque l'interrupteur 11 est ouvert, le solénoïde 9 n'est pas alimenté et la goutte de liquide magnétique 7, sollicitée par le seul champ magnétique de l'aimant permanent 8 de rappel, prend sa position de repos dans la partie gauehe de la capsule 1 comie le montre la figure 1. La cellule laisse passer la lumière qui frappe l'oeil 5 de l'observateur. Lorsque l'on ferre l'interrupteur 11, le solénoTde 9 est excité et son champ magnétique est suffisamment fort pour attirer, en surmontant l'action de celui de l'aidant 8, la goutte 7 dans la partie droite de la capsule 1 où se trouvent les fenstres 2.La goutte 7 intercepte alors le flux lumineux 4 et aucune lumière ne parvient plus à l'observateur 5. Les figures 2A et 2B représentent sous une ferme sim- plifiée une cellule identique à celle de la figure 1, respectivement dans sa position de repos où elle laisse passer la lumière et dans sa position de travail où la lumière est arrêtée. Les figures 3A et 3B représentent une cellule inversée par rapport à celle des figures 2A et 2B, les fenEtrc8 2 de la capsule 1 étant maintenant situées du côté de l'aimant de rappel 8. Dans ce cas, les résultats sont également inversés et la lu mitre est arrathe par la cellule en position de repos (contact 11 ouvert, solénoïde 9 non excité, fig. 3A), tandis qu'elle passe lorsque la cellule est en position de travail (contact 11 fermé, soldnotde 9 excité, fig. 3B). La figure 4 représente un autre type de cellule selon l'invention, colportant une capsule 1 munie de deux pairs de fenatres 2d et 2g placées à droite et à gauche du milieu de la capsule où la goutte magnétique 7 est rappelée en position de repos par un aimant permanent 8. Une telle cellule possède deux positions de travail respectivement obtenues par excitation de l'un des deux solénoTdes 9g, 9d, l'un ou l'autre des flux lumineux 4s, 4d des sources lumineuses , 3d (qui peuvent titre confondues en une source unique) étant intercepté, tandis que ces deux flux lumineux émergent de la cellule lorsque la goutte magnétique 7 est dans sa position de repos. La figure 5 représente une cellule semblable à celle de la figure 4, mals dont la capsule est munie d'une troisième entre 2h que peut venir obturer la goutte magnétique 7, comme les fenStres 2 et 2d, sous l'action d'un champ magnétique engen- dré par un troisième solénoïde 9h alimenté à travers un contact 11h. Dans cette troisièie position de travail, c'est le flux lumineux 4h d'une source lumineuse 3h (pouvant également tire confondue avec les sources 3g et 3d) qui est intercepté. De la mtîe manière, on peut réaliser toutes sortes de cellules à positions de travail multiples obtenues au moyen de solénoïdes res pectifs, la goutte magnétique étant rappelée, lorsque aucun solé- noïde n'est excité, en une position de repos commune par un aimant permanent judicieusement placé. Dans tous les cas d'utilisation, le flux lumineux issu de la source de lumière sera avantageusement guidé vers la fenê- tre correspondante de la cellule par un conduit optique ou un faisceau de fibres optiques, ainsi que le flux émergeant éventuellement de la cellule vers le dispositif d'exploitation, par exemple un écran d'observation.C'est ainsi que, dans l'agencement représenté à titre d'exemple sur la figure 6, qui comporte trois cellules la, lb, le à une position de repos et une position de travail semblables à celles des figures 3A, 3B, le flux lumi yeux 4 est guidé vers les fenStres des cellules par trois conduits optiques 12a, 12b, 12c, puis par trois conduits optiques de sortie 6a, 6b, 6c qui se réunissent en un conduit unique 6 aboutissant à un écran d'observation.Les trois cellules sont équipées, comme précédemment, d'un solénoïde d'excitation respectif 9a, 9b, 9c alimenté à travers des contacts Ila, llb, île; un aimant perahanent 8 couun aux trois cellules rappelle les gouttes magné- tiques 7a, 7b, 7c en positionde repos où elles occultent les fenêtres des cellules. Dans l'exemple de la figure, le contact île est seul fermé, excitant le solénoïde 9c qui attire la goutte magnétique 7c et le flux lumineux traverse la cellule le et atteint l'écran d'observation par le conduit 6c. La forme de la capsule 1 d'une cellule modulatrice selon l'invention pourra varier en fonction des problèmes à traiter, étant par exemple cylindrique, prismatique, conique et éven- tellement à profil transversal non constant afin de ménager des étranglements et donc d'influer sur le mode d'écoulement du fluide contenu, d'une zone à une autre du réservoir, et ceci pour telle ou telle condition d'utilisation. Les fenêtres 2 en regard peuvent être incolores ou colorées. La capsule 1 peut aussi entre entièreient transparente, incolore ou colorée. Le liquide magnétique 7 partage le volume disponible de la capsule 1 soit avec un gaz, soit avec un autre liquide non miscible. Dans ce cas, ce dernier devra être transparent, incolore ou eoloré suivant le cas. L'utilisation d'éléments colorés dans la structure des cellules ou de filtres placés sur le chemin de la lumière permet de réaliser une modulation de couleur. Ainsi, dans 11 exemple de la figure 6, en interposant des filtres colords 13a, 13b, 13e on obtient à l'extrémité du conduit optique 6 une lumière de l'une de trois couleurs différentes (ou une combinaison de couleurs) selon le ou les solénoIdes 9 excités. La structure du solénoSde 9 d'une cellule peut prendre de nombreuses formes qui dépendent de la position du solénoïde par rapport au contact optique utilisé (position coaxiale, latérale parallèle ou latérale perpendiculaire), de la valeur du flux magnétique nécessaire (fonction des caractéristiques du li quide-magnétique) et de la longueur du déplacement de la goutte magnétique dans la capsule. On peut aussi remplacer le solénolde par un générateur de flux composé d'un aimant permanent qu'un mécanisme extérieur fait mouvoir dans une zone prédéterminée. Les solénoIdes d'excitation d'un ensemble de cellules modulatrices destinées à réaliser un écran d'affichage lumineux seront de préférence alimentés par des contacts 11 faisant partie d'un circuit logique de commande. Pour simplifier ce dernier, on peut avantageusement reporter la réalisation d'une partie des opérations logiques ------- au niveau des solénoïdes (par exemple à l'aide de solénoTdes à plusieurs enroulements) ou m2me au niveau des cellules elles-mames (par exemple par mise en série dansun conduit optique de plusieurs cellules, ce que permet la parfaite transparence des cellules selon l'invention en l'état passant, ou par mise en parallèle conme dans l'exemple de la fig. 6). Une telle pratique peut apporter d'élégantes solutions aux problèmes de codage et de décodage d'affichage (notamment pour la formation de lettres ou de chiffres à l'aide de segments lumineux) . - REVENDICATIONS 1.- Procédé de modulation de lumière en intensité, caractérisé par le fait qu'il met en oeuvre un fluide à propriétés ferromagnétiques au moins partiellement opaque à la lumière. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le fluide est un liquide dont on fait se déplacer au moyen d'un champ magnétique variable une certaine quantité par rapport au trajet de la lumière à moduler qui se trouve ainsi plus ou moins interceptée. 3. - Modulateur optique suivant le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il comprend une capsule dont le volume interne est partielle ient repli d'un fluide magnétique et dont l'enveloppe comporte au moins une partie transparente traversée par la lumière à ne- duler que peut venir obturer au moins partiellement le fluide ma gnétique, ce dernier pouvant prendre à l'intérieur de la capsule, à partir d'au moins une position de repos, au moins une position de travail sous l'action d'un champ magnétique -d'excitation. 4. - Modulateur optique selon la revendication 3, earac- térisé parle fait que le champ magnétique d'excitation est four- ni par un électro-aimant aliment d'une manière variable. 5.- Modulateur optique selon la revendication 3, carac taris par le fait que le champ magnétique d'excitation est fourni par un aimant permanent mobile. 6.- Modulateur optique selon la revendication 3, caractérisé par le fait qutà la capsule est associé au moins un aimant permanent attirant, en l'absence dû tout champ magnétique d'excitation, le fluide magnétique dans une position de repos corres pondant. 7.-Modulateur optique selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le fluide magnétique revient en position de repos sous l'effet de la gravité. 8.- Modulateur optique selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé par le fait que le volume interne de la capsule offre une section non constante modifiant le régime d'écoulement du fluide magnétique entre certaines de ses positions 9.- Modulateur optique selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé par le fait que le volume interne de la capsule non occupé par le fluide magnétique est rempli d'un fluide transparent non miscible. 10. Modulateur optique selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le fluide non miscible complémentaire est coloré. 11. Agencement d'affichage comprenant une source lumineuse dont la lumière est acheminée selon au moins une voLe optique à un dispositif d'observation, caractérisé par le fait qu'au moins une voie optique comprend au moins un modulateur optique selon 1'une quelconque des revendications 3 à 10.