Brevet FR2310581A1 — publié le 19761203

La présente invention se rapporte aux atténuateurs optiques à commande électrique qui permettent d'atténuer par un facteur variable un rayonnement optique sans en modifier sensiblement le trajet. De tels atténuateurs permettent en particulier de protéger l'oeil ou les appareils photo-sensibles contre les flux lumineux trop importants sans altérer les images qu'ils perçoivent. Il est connu de réaliser un tel atténuateur en plaçant une cellule de Kerr entre deux polariseurs. La lumière entrante est polarisée rectilignement par le premier polariseur, puis sa polarisation se modirie lorsqu'elle traverse la cellule de Kerr en fonction de la tension appliquée à cette cellule.. Lorsqu'elle traverse finalement le deuxième polariseurs elle est plus ou moins atténuée suivant l'angle que forme sa polarisation avec la direction de polarisation du deuxième polariseur. En faisant varier la tension appliquée à la cellule, on fait varier la polarisation de la lumière à la sortie de cette cellule et donc l'atténuation totale du dispositif. Les cellules de Kerr classiques sont toutefois encombrantes et fragiles et.on a donc songé à utiliser comme matériau actif un titanate-zirconate de plomb et de lanthane polycristallin répondant -à~la formule générale (Pbl x Lax) (Zry Til - ) 03. De tels ma y fériaux sont. obtenus -suivant une technique de fabrication de la céramique qui permet d'obtenir des plaques polycristallinnes de grande surface (plus de 20 cm2) présentant une bonne transparence dans le spectre visible, une faible diffusion, et un effet électrooptique important. Ces matériaux sont normalement isotropes et ils présentent lorsqu'on les soumet à un champ électrique une biréfringence correspondant au phénomène de Kerr. L'atténuateur selon l'invention comporte une lame d'un tel matériau placée entre deux polariseurs croisés à gCiO, Cette lame est munie d'électrodes permettant de lui appliquer un champ électrique perpendiculaire à lfáxe de propagation de l'atténuateur et incliné à 450 par rapport aux axes de polarisation des deux pola riseurs. Des moyens photo-électriques permettent de mesurer le flux lumineux transmis et commandent un générateur de tension électrique qui alimente lesdites électrodes. On peut obtenir ainsi un atténuateur à flux lumineux transmis sensiblement constant. D'autre particularités et avantages de l'invention apparaitront clairement dans la description suivante présentée à titre d'exemple non limitatif en regard des figures annexées parmi lesquelles - la figure la représente une vue de face d'une lame active d'un atténuateur selon l'invention ; - la figure lb représente une vue partielle en coupe suivant A de la lame représentée en figure la ; - les figures 2 , 3, 4 représentent. schématiquement des variantes de construction d'un tel atténuateur ; - la figure 5 représente une vue en plan d'une lame active d'un atténuateur auxiliaire ; - la figure 6 représente le schéma d'un dispositif de commande d'un atténuateur selon l'invention. I1 est nécessaire d'appliquer un champ électrique relativement important au matériau utilisé. Afin de limiter la tension électrique nécessaire pour obtenir ce champ on a utilisé deux électrodes interdigitées telles que représentées sur la figure la. En raison de la faible distance entre les doigts le champ sera relativement élevé pour une tension encore raisonnable de quelques centaines de volts. I1 faut remarquer que le sens du champ change d'un espace interdigital au suivant, mais que cela est sans importance en raison de la loi quadratique de l'effet Kerr. Comme le dispositif est très plat il peut être placé très prés de la pupille d'entrée de l'appareil qu'il protège et l'image des électrodes n'est pas génante. Dans la réalisation particulière représentée sur les figures la et lb, on a utilisé un matériau répondant à la formule générale vue plus haut et dont les paramètres ont pour valeur : x = 0,09 et y = 0,65. On a déposé sur une lame 1 de ce matériau d'épaisseur e = 200 P deux électrodes interdigitées 2 et 3 dont les doigts ont une largeur 1 = 50 r et sont séparés par un espace interdigital d = 450 r. Le champ électrique E suit des lignes de champ telles que représentées et est donc bien sensijblement parallèle à .la lame. En planant un tel dispositif à 450 entre deux polariseurs croisés on a pu faire varier le rapport d'atténuation A = intensité lumineuse transmise / intensité lumineuse incidente, de A = 0,3 environ pour une tension de commande d'environ 500 V à A = 0,00003 environ pour une tension de commande d'environ 40 V, ceci à une tem pérature ambiante de 200 C. A une température ambiante de 400 C ces chiffres passent respectivement à environ 400 V et 30 V. On ne peut toutefois pas descendre au dessous de 150 C environ car le matériau devient ferromagnétique. Ceci est sans inconvénient, car on peut touJours chauffer le dispositif. Cette tension suit sensiblement une loi V = k Si donc on fait varier la tension de commande sous l'action d'un signal produit par un détecteur du flux lumineux transmis, on peut maintenir celui-ci sensiblement constant. Les figures 2 , 3 et 4 représentent trois variantes de construction d'un tel dispositif destiné à protéger l'oeil contre l'éblouissement. L'oeil 21 à protéger se trouve placé derrière un atténuateur 22. Le flux lumineux transmis par cet atténuateur est mesuré par un détecteur photo-électrique 23, une photo-diode par exemple. Le signal fourni par ce détecteur est transmis au dispositif de commande 24, lui-mame relié à l'atténuateur 22. Dans la variante représentée en figure 2, le détecteur est placé directement derrière l'atténuateur. Ce système est simple, mais il limite le champ de vision de l'observateur. Dans la variante représentée en figure 3, une partie du flux lumineux est prélevée par un miroir semi-transparent 25, et concentrée par un condenseur 26 sur le détecteur 23. Le rendement de ce système est bon, mais il est encombrant. Dans la variante représentée en figure 4 , le flux lumineux sortant de l'atténuateur traverse une lame transparente 27. En raison de la diffusion inhérente à tout milieu transparent une partie du flux lumineux sort de la lame par les faces latérales et une partie de ce flux diffusé vient exciter le détecteur 23. Ce système est très compact mais le flux reçu par le détecteur est très faible et il faut donc prévoir une grande amplification du signal obtenu. Une solution plus onéreuse mais plus efficace consiste à réaliser un dispositif auxiliaire simulant le fonctionnement de l'atténuateur. Pour cela on peut utiliser un deuxième atténuateur composé lui aussi d'une lame active placée entre deux polariseurs, mais en simplifiant la construction de cette lame. Cette lame sera composée du mEme matériau avec la m8me épaisseur que dans l'atténuateur principal mais les électrodes seront d'une construction plus simple comme par exemple celles représentées sur la figure 5 où l'on montre deux électrodes pleines en forme de deux secteurs semi-circulaires la'distance d qui sépare ces deux secteurs est la même que celle qui sépare les dents des électrodes de l'atténuateur principal. En éclairant ce dispositif auxiliaire dans les mimes conditions que l'atténuateur principal, et en particulier en lui faisant embrasser le même champ, en plaçant le détecteur photo-électrique derrière lùi, et en alimentant les deux atténuateurs par la même tension de commande, on obtient un dispositif qui fonctionne de manière efficace et autre. La figure 6 représente un mode de réalisation du circuit de commande d'un tel atténuateur. Un amplificateur différentiel 41 reçoit les signaux du détecteur photo-électrique 23 et d'une source de référence de tension 42. La sortie de l'amplificateur 41 est reliée à la base d'un transistor 43. te collecteur de ce transistor est relié au pole positif d'une alimentation haute tension par l'intermédiaire d'une résistance 44,et ltémetteur à la masse de cette alimentation. Le signal de sortie S pris sur le collecteur commande directement 1 atténuateur. La référence de tension 42 peut Autre par exemple un potentiomètre alimenté-entre + et masse, ou un autre détecteur photo-électrique éclairé par une lampe elle-m & e alimentée sous tension variable. Le transistor 43 muni de la résistance 44 forment l'ampllfica- teur à haute tension de sortie. La tension d'alimentation appliquée à la résistance 44 est au moins égale à la tension maximale exigée pour le fonctionnement de l'atténuateur (600 V dans l'exemple décrit plus haut) et le transistor doit pouvoir supporter cette tension. De tels transistors sont disponibles actuellement. La valeur de cette résistance 44 résulte d'un compromis entre la puissance électrique dissipée et la vitesse de commutation désirée. Lorsque le transistor se sature, la capacité de la lame active (environ 200 P F dans l'exemple décrit) se décharge via le transistor qui présente une résistance résiduelle qui est dans le cas le moins favorable d'une centaine d'0hms , donc le temps de décharge ne dépasse pas RC = 2.10-8 s, et donc est bien inférieur au temps de ommutation intrinséque du matériau (environ't = 10-6 s). Lorsque le transistor se bloque, cette capacité est chargée via la résistance 44 et si l'on désire ne pas limiter les performances de l'atténuateur par le circuit de commande on est conduit à prendre r une valeur R =TC= 5000lLenviron pour cette résistance. Ceci aménerait à une dissipation maximale d'environ 70 W dans la résistance, valeur éventuellement admissible, mais surtour à une dissipation maximale dans le transistor d'environ 20 W, qui elle est excessive. On peut alors admettre que la rapidité doit être conservée pour l'obscurcissement de l'atténuateur, dans le but de protection, ce qui conduit à placer la lame active comme dans l'exemple décrit plus haut entre deux polariseurs croisés, l'obscurcissement provenant alors de la baisse de la tension de commande qui entraine une diminution de l'effet de biréfringence de la lame active. En prenant dans ces conditions une résistance environ 500 k-n on limite la dissipation à moins d'un Watt tout en gardant un temps d'éclaircissement d'environ 10 4 s, valeur le plus souvant satisfaisante. Un tel atténuateur peut également être utilisé pour régler par exemplele flux de lumière reçu par le tube analyseur d'une caméra de télévision. REVENDICATIONS 1. Atténuateur optique à commande électrique, du type comprenant une lame de titanate zirconate de plomb et de lanthane placée entre deux polariseurs croisés, ladite lame étant munie d'électrodes permettant de lui appliquer un champ électrique perpendiculaire à la direction de transmission de l'atténuateur et faisant un angle de 450 avec la direction de polarisation de l'un des polariseurs, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de mesure de la valeur du flux transmis par l'atténuateur et que lesdits moyens de mesure pilotent des moyens d'élaboration de la tension appliquée auxdites électrodes de manière à ce que ledit flux lumineux transmis reste sensiblement constant. 2.Atténuateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit titanate zirconate répond sensiblement à la formule (Pb0,91 Lao,os) (Zr0,65 Ti0,35) 03. 3. Atténuateur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdites électrodes présentent la forme de peignes interdigités. 4, Atténuateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites électrodes ont sensiblement les dimensions suivantes - largeur des doigts : 50 microns - espacement entre deux doigts contigus : 450 microns. 5. Atténuateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure sont placés directement dans ledit flux transmis. 6. Atténuateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce outil comprend des moyens formant miroir semitransparent et dirigeant une partie du flux lumineux transmis sur lesdits moyens de mesure. 7. Atténuateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de diffusion dirigeant une partie du flux lumineux transmis sur lesdits moyens de détection. 8. Atténuateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un atténuateur auxiliaire simulant le fonctionnement de l'atténuateur principal, et que lesdits moyens de mesure reçoivent le flux lumineux transmis par cet atténuateur auxiliaire. 9. Atténuateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdits moyens d'élaboration de ladite tension comprennent - des moyens d'élaboration d'un signal de référence ; - des moyens d'amplification différentielle recevant le signal émis par lesdits moyens de mesure, et ledit signal de référence ; - des moyens d'amplification à haute tension de sortie reliés auxdits moyens d'amplification différentielle et fournissant ladite tension de commande.