Brevet FR2386110A1 — publié le 19781027

La présente invention concerne une résistance variable à commande optique utilisable notamment dans un montage de poten tiomètre La première idée qui vient à l'esprit pour réaliser une résistance variable à commande optique est d'utiliser un matériau photorésistant et de faire varier l'intensité d'éclairement ou la surface éclairée pour faire varier la résistance entre deux bornes prévues sur ce matériau. Un tel dispositif présente de nombreux inconvénients dus notamment au vieillissement des matériaux photorésistants courants tel que le sulfure de cadmium (CdS) et le séléniure de cadmium tCdSe). Dans ces matériaux photorésistants, la valeur de la résistance varie d'une part en fonction du temps, d'autre part, en fonction de l'intensité des éclairements antérieurs. Une deuxième approche de l'art antérieur va entre dé crite en relation avec les figures lA et IB. Sur un substrat 1 smnt successivement déposées une couche de matériau pnotorésis- tant 2J une couche d'un matériau à relativement forte résistance 3, et une couche d'un matériau conducteur 4. Les couches 3 et 4 sont séparées l'une de l'autre par la couche de matériau photorésistant 2. Des bornes A et B sont solidaires de deux parties d'extrémités de la couche de matériau à forte résistivité 3 et une borne C est connectée à la couche conductrice 4.Ainsi, quand la couche photoconductrice 2 apparaissant entre les couches 3 et 4 n'est pas éclairée, elle peut être considérée comme un isolant et les bornes A et C présentent entre elles une résistance extremement élevée (par exemple supérieure à une dizaine de megohms. Par contre, quand un spot lumineux 5 est projeté sur une zone de la bande photorésistante 2, la zone éclairée voit sa résistance chuter fortement et une conduction est établie entre les bandes ou pistes 3 et 4. La valeur de la résistance entre les bornes A et C dépend de la distance à la borne A à laquelle le spot 5 établit la conduction entre la bande résistive 3 et la bande conductrice 4. Ce dispositif de l'art antérieur représenté en figures 1A et 1B présente de nombreux inconvénients dont certains seront exposés ci-dessous en relation avec la figure 2. Cette figure 2 représente un schéma équivalent du dispositif de la figure 1. On y retrouve les bornes A, B et C de cette figure 1. En outre, la référence 10 désigne la résistance apparaissant entre les bornes A et B, la référence 11 la résistance liée à la partie de la couche photoconductrice 2 éclairée par le spot 5, et la référence 12 désigne le point ou plus exactement la région dans laquelle le spot 5 frappe la couche photoconductrice 2. Un premier. inconvénient de ce dispositif de l'art an térieur réside dans le fait que la résistance li (également appelée "résistance de curseur par analogie avec des dispositifs mécaniques ) a une valeur très élevée située entre quelques kilohms et quelques dizaines de kilohms pour des valeurs rai sonnables de l'espacement entre les bandes 3 et 4. En effet, dans la pratique et en utilisant des techniques de vaporisation par masque qui sont particulièrement économiques, cette distance entre les bornes 3 et 4 sera de l'ordre de quelques dizièmes de mm, et la couche photoconductrice sera en CdS ou CdSe. Un autre inconvénient réside dans le fait que non seu lement cette résistance 11 est élevée mais en plus qu'elle varie beaucoup en fonction du vieillissement du dispositif. Notamment, cette valeur diminue quand le dispositif a été soumis à de nombreux éclairements. Elle peut donc varier d'une région à une autre de la bande 2. Un autre inconvénient du dispositif de l'art antérieur représenté en figures 1A et 1B réside dans le fait que pour des matériaux résistifs courants, tels qu'un alliage au nickelchrome, le contact entre une couche de nickel-chrome et du sulfure ou du séléniure de cadmium est un contact non ohmique. Ceci signifie que la résistance de contact varie en fonction de l'in- tensité et/ou de la fréquence du courant qui passe entre les bornes A et C. Les inconvénients dus à la valeur élevée de la résistance 11 entraînent que ce dispositif selon l'art antérieur ne peut s'appliquer au cas où on souhaite faire passer un courant de commande entre les bornes B et C représentées en figure 2 à travers la résistance 11 mais pratiquement uniquement au cas où un dispositif de mesure tel qu'un volt-mètre à très forte résistance interne est disposé entre les bornes B et C. Ceci limite beaucoup les applications en servo-commande du dispositif de l'art antérieur. D'autre part, il résulte de la non-ohmicité du contact entre les couches 2 et 3 que le dispositif de l'art antérieur ne peut être utilisé dans un ensemble de reproduction du son dans lequel les fréquences et les intensités varient. En conséquence, un objet de la présente invention est de prévoir une résistance variable à commande optique évitant les inconvénients susmentionnés des dispositifs de l'art antérieur. Un autre objet de la présente invention est de prévoir une résistance variable à commande optique présentant les caractères d'une résistance ohmique. Un autre objet de la présente invention est de prévoir une résistance variable à commande optique dans laquelle la "résistance de curseur soit particulièrement faible. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, la présente invention prévoit une résistance variable à commande optique comprenant une première piste à résistivité relativement élevée ; une deuxième piste photorésistante ; une première série de bandes conductrices espacées les unes des autres, chacune de ces premières bandes étant disposée à cheval sur la piste à résistivité élevéeetsuruneportion de la piste photosensible ; et une deuxième série de bandes conductrices disposées en alternance avec les premières, sans contact avec celles-ci, sur la première piste photosensible, ces deuxièmes bandes conductrices étant reliées électriquement les unes aux autres par une troisième bande conductrice (ou collecteur). Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés dans la description suivante de modes de réalisation particuliers de la présente invention, faite en relation avec les dessins joints dans lesquels Les figures 1A et 1B représentent une résistance variable à commande optique selon l'art antérieur et ont été décrites ci-dessus ; La figure 2 représente un schéma électrique équivalent ; Les figures 3A et 3B représentent un premier mode de réalisation de la présente invention ; La figure 4 représente un deuxième mode de réalisation de la présente invention; et Les figures 5A et 5B représentent un troisième mode de réalisation de la présente invention. Le dispositif selon la présente invention représenté dans la figure 3B comprend, sur un substrat 20 une couche à résistivité relativement élevée 21 munie à ses extrémités de bornes A et B et une couche photorésistante 22. Les couches ou pistes 21 et 22 peuvent se superposer, être adjacentes, ou être légèrement espacées (comme cela est représenté dans les figures 3A et 3B). Des bandes conductrices parallèles et espacées 23 sont disposées de façon à établir un contact électrique entre les couches 21 et 22 et à s'étendre sur une longueur notable de la couche photorésistante 22.De même, des bandes conductrices parallèles 24 sont déposées sur la couche photoconductrice 22 en alternance avec les bandes 23, cette deuxième série de bandes parallèles étant disposée seulement sur la couche photorésistante 22 et éventuellement sur une partie du substrat isolant 20 mais pas sur la couche à résistivité élevée 21, Les bandes conductrices 24 sont interconnectées par une troisième bande conductrice 25 qui est reliée à une borne C. Le matériau à résistivité élevée entre les bornes A et B peut être un alliage nickel-chrome, du carbone, du carbone epoxy, un nitrure de tantale, ou tout autre matériau connu pour cet usage. Le matériau photorésistant 2 peut être du sulfure de cadmium ou du séléniure de cadmium ou un autre matériau photo résistantepproprié. Les bandes conductrices 23 et 24 seront de préférence en un matériau tel que l'indium, de ltétain ou de l'aluminium, qui présente l'avantage de fournir un contact ohmique avec les matériaux photorésistants et à résistivité éle- vée susmentionnés. La distance entre les bandes conductrices 23 et 24 peut être de l'ordre de quelques dizaines de microns. Le fonctionnement de ce dispositif va maintenant être exposé. Quand un spot 26 (ou curseur optique) est projeté sur la couche 22, il rend conductrice la portion de cette couche 22 qui reçoit le faisceau lumineux. Il s'établit ainsi une conduction entre les bandes 23 et 24 adJacentes. De préférence, la largeur du spot optique sera telle qu'elle recouvre plusieurs bandes conductrices 23 et 24. Ainsi, au cours du déplacement du spot 26, la variation de résistance entre les bornes A et C sera sensiblement continue. Avec cette disposition, alors que selon le dispositif de l'art antérieur on obtenait une résistance de cur seur 1l de l'ordre du kilohm ou plus, on peut maintenant obtenir une résistance de l'ordre de quelques ohms.Ceci est dG à la plus grande surface utile du photoconducteur entre des électrodes 23 et 24 adjacentes. La figure 4 représente à titre-de variante un second mode de réalisation de la présente invention. Dans ce second mode de réalisation, le substrat est circulaire et comprend des couches concentriques 31 (conductrice), 32 (photorésistante) et 33 (de résistivité élevée), ces diverses couches pouvant être adjacentes, comme cela est représenté, ou bien disjointes, ou encore partiellement superposées. La couche 31 correspond à la bande conductrice 25 de la figure 3A, la couche 32 à la couche photorésistante 22 de la figure 3A et la couche 33 à la couche de résistivité élevée 21 de la figure 3A, De même, une première série de bandes 34, qui correspond à la première série de bandes 23 de la figure 3A, est déposée sur la couche photoconductrice 32 et sur la couche de résistivité élevée 33 sans toucher la couche conductrice 31.Des bandes alternées 35, qui correspondent aux bandes 24 de la figure 3A s'étendent sur la couche photoconductrice 32 et entrent en contact avec la couche conductrice 31. Le fonctionnement de ce deuxième mode de réalisation de la présente invention à la suite d'un éclairement fourni par un spot 36 se déduit aisément de l'exposé présenté précédemment en relation avec le premier mode de réalisation. On notera que de nombreux autres modes de réalisation de la présente invention peuvent aisément se déduire des modes de réalisation décrits en détail ci-dessus, l'essence de la présente invention résidant dans la prévision de peignes conducteurs alternés (23 et 24 en figure 3A et 34 et 35 en figure 4). Par exemple, le substrat 20 peut entre en un matériau isolant souple et, à partir du schéma de la figure 3A, on peut plier le dispositif de façon à obtenir une structure cylindrique qui peut être utile dans certains modes de réalisation d'asservissement à commande optique. On pourra également prévoir l'utilisation d'un substrat transparent ou de matériaux conducteurs transparents. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparattront à l'homme de l'art. Les figures SA et 5B représentent une variante du premier mode de réalisation. Comme cela a été exposé précédemment, pour diminuer la 1,résistance de curseur", on cherche à minimiser la distance entre les bandes conductrices alternées. Toutefois, il existe une limite technologique à cette minimisation, si l'on veut prévoir des dispositifs faciles à fabriquer en série à faible coût, cette limite étant de tordre de la dizaine de microns. Le mode de réalisation des figures SA et 5B permet de réduire encore cette résistance du curseur. Selon un troisième mode de réalisation, an dépose sur un substrat 40 une couche à résistivité élevée 41 connectée à ses extrémités à des bornes A et B et une couche conductrice 42, ces couches 41 et 42 étant disjointes. Ensuite, au-dessus de la couche conductrice 42, et éventuellement dans l'intervalle entre les couches 41 et 42, est disposée une couche photorésistante 43 d'une épaisseur de l'ordre du micron ou plus. Enfin, un peigne de bandes conductrices 44 est déposé transversalement au-dessus des couches résistive 41 et photoconductrice 43. Le fonctionnement de ce dispositif, en réponse à un spot lumineux 45 se déduit aisément du fonctionnement du mode de réalisation des figures 3A et 3B. Le substrat 40 correspond au substrat 20 ; la couche résistive 41 à la couche 21 ; la couche conductrice 42 à l'ensemble du peigne 24 et de la bande 25 ; la couche photoconductrice 43 à la couche 22 ; et le peigne 44 au peigne 23. La différence entre ces modes de réalisation réside dans le fait que le peigne 24 est remplacé par la couche continue 42 déposée sous la couche photosensible. Il en résulte que la distance entre le peigne 44 et la couche conductrice 42 est très faible. Elle est seulement limitée par l'épaisseur minimum que peut avoir une couche photosensible de bonne qualité. La résistance de curseur est donc particulièrement faible dans le cas de ce mode de réalisation. De même que le premier mode de réalisation peut être modifié selon la variante du troisième mode de réalisation, 1 'homme de l'art notera que le deuxième mode de réalisation peut être modifié de façon similaire. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparattront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Résistance variable à commande optique comprenant une première zone à résistivité élevée et une deuxième zone photorésistante, caractérisée en outre en ce qu'elle comprend - une première série de bandes conductrices espacées, s'étendant chacune sur la première et la deuxième zone ; - une deuxième série de bandes conductrices espacées, disposées en alternance avec les premières entre celles-ci au niveau de la deuxième zone ; et - une troisième bande conductrice reliant entre elles les deuxièmes bandes conductrices. 2 - Résistance variable à commande optique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend, sur un substrat rectangulaire, une première couche d'un matériau à résistivité élevée ; une deuxième couche parallèle d'un matériau photorésistant ; un premier peigne de bandes conductrices parallèles, transverses à la première et à la deuxième couche ; un deuxième peigne de bandes conductrices parallèles, intercalées avec les premières mais disposées seulement sur la couehe-photo- résistive,ce deuxième peigne étant décalé par rapport au premier ; et une bande conductrice interconnectant les dents du deuxième peigne. 3 - Résistance variable à commande optique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend, sur un substrat sensiblement circulaire, un disque central conducteur, une première couronne photorésistante; une deuxième couronne en un matériau de résistivité élevée ; une série de premières bandes conductrices radiales recouvrant la couche conductrice et une grande partie de la couche photorésistante ; une série de deuxièmes bandes conductrices radiales, alternées avec les premières et recouvrant la couronne photorésistante et la couronne de matériau à résistivité élevée. 4 - Résistance variable à commande optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le matériau photorésistant est choisi dans le groupe comprenant CdS et CdSe. 5 - Résistance variable à commande optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les bandes conductrices sont en indium. 6 - Résistance variable à commande optique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la deuxième série de bandes conductrices et la troisième bande sont d svosées sous la zone photorésistante. 7 - Résistance variable à commande optique selon la revendication 6, caractérisée en ce que les bandes de la deuxième série sont jointives et forment une couche continue. 8 - Résistance variable à commande optique selon la revendication 7 > caractérisée en ce qu'elle comprend, sur un substrat rectangulaire, une première couche d'un matériau à résistivité élevée ; une deuxième couche parallèle disjointe d'un matériau conducteur ; une troisième couche d'un matériau photorésistant recouvrant la deuxième couche ; un peigne de bandes conductrices parallèles, transverses à la première et à la troi sième couche. g - Résistance variable à commande optique selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comprend, sur un substrat sensiblement circulaire, une première couronne en un matériau de résistivité élevée; un disque central conducteur disjoint de la première couronne ; une deuxième couronne en un matériau photorésistant recouvrant au moins partiellement le disque central ; et une série de bandes conductrices radiales recouvrant la couronne photorésistive et la couronne de matériau à résistivité élevée sans contacter le disque conducteur.