Brevet FR2462723A1 — publié le 19810213

l l'invention concerne un filtre directif pour écran luminescent utilisé à la visualisation d' informations. Elle concerne plus généralement tout système d'affichage d'infor- mations utilisant un ou plusieurs de ces écrans. L'observation des écrans luminescents - de tubes à rayons cathodiques (TRO) par exemple - et des informations visualisées sur ceux -ci peut gtre rendue malaisée par l'éclairement de l'ambiance: un éclairement ambiant trop intense nuit à une bonne lecture des traces lumineuses appa- aissant sur ces écrans;c'est le cas notamment dans le cockpit des avions éclairés par le soleil ou par la lumière diffusée par les nuages. La partie de la lumière ambiante réfléchie par l'écran se superpose à la trace lumineuse à lire et nuit à. une lecture convenable de l'information. Le contraste avec lequel cette trace apparait est insuffisant pour en permettre une bonne perception. La difficulté reste pratiquement du même ordre avec des écrans polychromes, pré- sentant des traces de plusieurs couleurs différentes. Diverses solutions à cette difficulté sont pratiquées: - celle du filtre neutre notamment. Un! élément filtrant présentant un certain coefficient de transmission T est placé devant l'écran;le coefficient T est la fraction de la lumière transmise correspondant à une lumière incidente donnée,quel que soit le sens dans lequel elle aborde le filtre. La partie de la lumière ambiante réfléchie par l'écran subit deux fois la réduction par le coefficient T avant de parvenir à l'oeil de l'observateur, une première fois pour atteindre l'écran,et une seconde fois lorsqu'elle est réflé- chie par celui-ci. Elle se trouve donc atténuée dans le rapport T2, alors qu'au contraire la lumière venant de la trace à observer ne subit qu'une fois cette réduction. Le contraste s'en trouve amélioré dans la proportion de. Si T = 1 %0, T on voit que cette amélioration est celled'un facteur 10, et -celle de filtres dits sélectifs ou passe-bande absorbant l'ensemble de la lumière visible à l'exception de la lumière de la trace. Un autre type de solution à cette difficulté consiste dans les filtres directifs, valables aussi bien pour des.traces de plusieurs couleurs que pour des traces toutes de la mÈme couleur. Un filtre directif est un système optique dont la transmission dépend de l'angle d'incidence. Il est constitué généralement d'une plaque plane percée d'une multitude de trous de petit diamètre. On lui fait correspondre une indi- catrice, ou courbe donnant le coefficient de transmission en fonction de cet angle; cette courbe présente un maximum dans l'axe de visée et des valeurs qui vont en déàroissmit-lorsque l'on s'éloigne de cet axe, pour devenir pratiquement nulles au delà d'une certaine valeur de l'angle, appelé angle d'ex- tinction, c'est-à-dire à l'extérieur d'un c8ne dit d'extinction. Le coeeficient de transmission axiale de tels filtres peut atteindre plusieurs dixièmes et le coefficient de refle. xion 0,3 % seulement en dehors du cône d'extinction. L'invention concerne un de ces filtres directifs. Mais,alors que dans l'art antérieur on prévoyait géné- ralement de réaliser ces filtres par empilement de plaques, par eéxemple négatifs photographiques impressionnés en nid d'abeilles, plaques métalliques percées de trous circulaires suivant une disposition donnée... l'invention prévoit, au contraire, de réaliser ce filtre en une seule plaque ou matrice enserrée entredes supports dans les conditions qui seront exposées. En général,les solutions à plaques superposées donnent en effet,un coefficient de réflexion trop élevé,>.ans le cas de négatifs photo notamment; vu les dimensions des ouvertures: pratiqtées1 elles donient aussi un- angle d 'eztinotiorL trop igrand. le filtre de l'invention doit permettre l'observation dans des ambiances lumineuses présentant jusqu'à 100.000 lux d'éclairement. Pour ce faire, l'invention utilise un verre photosen- sible. Un tel verre, quand il est exposé à la lumière ultra- violette à travers un masquecommence par changer de couleur aux endroits exposés; ces parties peuvent ensuite être dissoutes par attaque chimique. Cette propriété du matériau permet de former dans une plaque ainsi exposée des dessins extrêmement précis et de percer dans celle-ci, par cette attaque chimique, à condition qu'elle soit suffisament pro- longée, des réseaux de canaux de très faible diamètre tra- versant la plaque de part en part. L'invention met à profit cette propriété pour réaliser des filtres directifs utilisables dans les ambiances lumineuses dont il a été question. L'atta- que chimique permet de percer des canaux de très petit dia- mètre sur des hauteurs, c'est-à-dire des épaisseurs de plaque, importantes; des exemples le montreront plus loin. On observe en général un rétrécissement de la section des canaux à mi- hauteur, pour une attaque menée à partir des deux faces. En outre, une fois le perçage terminé, le même matériau se prête bien à un revêtement de toute la surface découpée par un métal,déposé par voie chimique par exemple, puis au noircissement de celui-ci par divers moyens. L'invention sera mieux comprise en se reportant à la description qui suit et aux figures jointes qui représentent: - Figure 1: Une vue schématique en coupe montrant les différentes parties constitutives d'un filtre de l'invention; - Figure 2: Une vue agrandie d'un dtail de la figure 1; - Figure 3: Une vue du meme filtre illustrant son fonctionnement; - Figure 4: Un diagramme relatif au filtre de l'invention; - - - Figure 5: Une vue analogue à celle de la figure 3 pour une autre variante du filtre de l'invention. Ia figure 1 est une coupe montrant les differentes parties constitutives d'un filtre de l'invention; l'reem du filtre est désigné par le repère 10. Te filtre 10 est constitué de trois pièces de verre, superposées, collées les unes aux autres par une résie. - Ia pièce 1, située du côté de l'observateur, est mune plaque de verre ordinaire, tranparente au rayonnement visible; elle est préférentiellement satinée à l'extérieur, _ar attaque chimique,- pour assurer la diffusion de la fraction de La lumière ambiante qu'elle réfléchit. Le satinage est iuité par le besoin de ne pas perdre sensiblement en résolmtiao, ur diffusion également, sur les images données par l'cran a pièce 1 est recouverte, préférentiellement aussi, sur.sa face satinée,d'une couche anti-reflet. la pièce 2, située du côté de l'écran, est une Piece semblable à la pièce 1, mais sans satinage ni couche ati- reflet. - Entre les deux, est disposée la plaque 3 constituant le filtre proprement dit. Cette plaque est en un verre phet%- sensible, par exemple le verre Fotoform, marque déposée de Corning Glass. Elle présente des canaux 30, de forme cylin- drique dans l'exemple, débouchant perpendiculairement aux faces de cette plaque. Ces canaux sont représentés agrandis sur la figure 2. le canal a un diamètre d qui peut être de micromètres environ pour une épaisseur de plaque e de l'ordre du millimètre; la distance entre les axes de deux canaux voisins est de 150 micromètres environ. Les canaux sont disposés suivant une matrice de lignes et de colonnes occupant la plus grande partie de la plaque 3 par exemple carrée, de x 150 mm. Les canaux 30 ainsi que la plaque 3 elle-même sont recouverts d'un revêtement noir 31, empêchant les réfle- xions de lumière, comme le montre le dessin. Les trois pièces 1, 2 et 3 sont collées ensemble par deux couches de résine 4 et 5, transparentes, à la lumière émise par les traces lumi- neuses,de l'écran s'entend; elle l'est aussi de ce fait à la lumière ambiante bien que cette condition ne soit pas recher- chée pour l'amélioration du contraste. les plaques 1 et 2, qui jouent le rôle de supports, sont relativement épaisses; elles peuvent atteindre 2 à 2,5 millimètres, tandis qu'au contraire les couches de colle 4 et 5, très minces, ne dépassent guère quelques centièmes de millimètre d'épaisseur; cette colle remplit les canaux suivant des petits cylindres 6 reliant les couches 4 et 5. Avec les chiffres précédents, on voit que sur la figure les proportions des différents éléments n'ont pas été respectées; elles ne l'ont pas été davantage sur les autres figures; en plus sur certaines, les parties solides entre les canaux ont été,pour la simplicité,tout entières recouvertes de hachures, comme si elles étaient entièrement faites du métal qui les recouvre. le filtre du type directif de l'invention fonctionne de la façon qui va être exposée à l'aide de la figure 3. le filtre 10 est placé entre l'écran 100 et l'oeil de l'observateur. Pour un coefficient de transmission axiale T (direction de la flèche N) l'observateur voit à travers le filtre un signal lumineux de luminance I avec une luminance L x T. On admet que l'éclairement ambiant est un éclairement diffus et homogène E. Une partie E1 de celui-ci est arretée par le filtre et réfléchi par celui-ci avec un très faible coefficient R de réflexion; il est en fait presqu'entière- ment absorbé par la plaque 3 noircie. Une autre partie pénètre dans les canaux 30; suivant sa direction elle est,elle aussi, absorbée par les parois des canaux (fraction E2 sur la figure), ou transmise jusqu'à l'écran (fraction E3), par lequel elle est réfléchie de façon diffuse (petites flèches) à l'intérieur de l'angle 9e d'extinction, avec un coefficient de transmission égal au m5me coefficient T. Le résultat en est que le fond de l'écran présente, du fait de l'éclairement diffus de l'am- biance, une faible luminance et un bon contraste pour la trace ou les traces lumineuses à lire. L'oeil de l'observateur reçoit, en effet, du fait de l'éclairement diffus d'ambiance, la partie de la lumière réfléchie par le filtre, correspondant, d'après ce qui précède, à l'éclairement RE1, à laquelle s'ajoute la partie précédente résultant de la diffusion par l'écran, partie qui, du fait de la double transmission, peut ne pas être elle-même très sensi- blement supérieure à RE1. D'ailleurs en ce qui concerne la réflexion par le filtre, on observera qu'elle est encore atténuée du fait de la présence de l'observateur, jamais très éloigné de l'écran, dont la tête peut constituer un masque efficace pour la lumière d'am- biance incidente et produire une occultation de celle-ci dans tout ou partie du cône d'extinction;quoi qu'il en soit, l'en- semble de ces réflexions pour la lumière ambiante, correspond à un coefficient total de réflexion que l'on désignera par Rt. Ce coefficient est de l'ordre de quelques millièmes pour les filtres de l'invention, alors que pour ces mêmes filtres le coefficient de transmission T se situe vers plusieurs dixièmes; ceci à pour résultat une amélioration du contraste, mesurée par le facteur T qui peut être de plusieurs fois 10. Rt Deux exemples de structures et de caractéristiques du filtre de l'invention,à canaux cylindriques perpendiculaires aux faces du filtre disposés- suivant une matrice de lignes et de colonnes se coupant à 600, sont donnés ci-dessous: diamètre des canaux: I II au centre 110 Fm 100 ym aux extrémités 150 jm 150 Pm distance entre ax.es, 170 pm 170 inm épaisseur de la plaque (3) 0,6 mm 1,2 mm angle d'extinction 0_ 20 10 coefficient de transmission 0,42 axiale T coefficient de réflexion R 0,25 % coefficient de réflexion Rt 0,7 % avec occultation axiale de Rapport RT Rt 0,30 0,25 % 0,25 % Les exemples sont relatifs à des filtres dont les canaux sont en gros des cylindres droits à section circulaire et dirigés perpendiculairement aux faces de la plaque 3, pour observation dans la direction perpendiculaire à celle-ci. On vérifie d'ailleurs, sur ces exemples, que ces cylindres sont un peu évasés à leurs extrémités. Cette forme en diabolo est favorable a une faible variation du coefficient de transmis- sion T précédent avec l'angle d'observation. Au milieu du c8ne d'extinction, c'est-à-dire pour un angle d'observation 0 égal à e,on a encore,comme le montre le tracé de l'indica- trice de transmission de la figure 4, pour les canaux de l'exemple I, un coefficient de transmission.. égal à 0,9 T; il ne serait que de 0,5 T avec des canaux rigoureusement cylin- driques. Les mêmes canaux 30 peuvent aussi être prévus inclinés par rapport aux faces de la plaque 3, pour des matériels aéro- portés, par exemple, pour lesquels de sa place le pilote voit l'écran obliquement. On améliore ainsi le coefficient de transmission vers celui-ci. La figure 5 donne une vue sché- matique de ce cas, pour une direction d'observation A. Enfin, d'autres formes de canaux peuvent être pratiquées, par exemple des canaux a section droite elliptique, présentant des coefficients de transmission différents dans deux plans perpendiculaires. Cette forme-de canaux est avantageusement utilisée lorsque I'information est destinée à deux observateurs occupant des places différentes, par exemple pilote et copilote dans la cabine d'un avion. la préparation des filtres de l'invention prévoit, comme il a été dit, une plaque de verre-photosensible qui a été percée d'un système de canaux par insolation à l'ultra- violet à travers un masque, puis attaque par un agent chimique; on a donné des exemples de canaux dont la section présente une surface plus faible au centre de la plaque de verre. Cette plaque est ensuite recouverte sur toute sa sur- face découpée, y compris l'intérieur des canaux, par un dépôt métallique, 31, figure 2, de faible épaisseur. le métal choisi est avantageusement le chrome, pour son adhérence au verre de la plaque 3. Un autre métal pratiqué est le cuivre. Dans l'un et l'autre cas, le revêtement peut être obtenu par éva- poration sous vide;pour le cuivre on peut opérer aussi le dép8t par voie chimique. Enfin le dépôt des deux métaux est aussi avantageusement pratiqué, pour l'adhérence signalée et pour la facilité de l'opération suivante. Celleci consiste dans le noircissement du dépôt ainsi obtenu; dans le cas du cuivre elle a lieu simplement par voir chimique, par trempage dans un bain de polysulfure de sodium pendant cinq minutes, par exemple. La matrice de canaux ainsi préparée est posée sur une plaque de verre (1 ou 2 sur les dessins) préalablement enduite abondamment d'une colle transparente à la lumière des traces, résine silicone par exemple, choisie de façon à présenter un indice de réfraction: aussi voisin que possible de celui des plaques de verre 1 et 2 qu'elle a pour rÈle de coller sur la matrice 3,pour éyiter les réflexions spéculaires aux interfaces avec ces plaques. La. résine RTV 141 A de Rhônb-Poulenc convient à cet égard. la seconde plaque est rapportée lorsque la résine a débordé sur l'autre face de la matrice. -Enfin, on notera que le métal dont sont recouverts Tîes canaux et les faces de la plaque, relié à une masse, sert en fonctionnement de blindage vis à vis de toutes les composantes électriques alternatives existant dans le système d'observa- tion ou dans son environnement, composantes du balayage notam- ment. Le filtre de l'invention fournit ainsi, de par sa cons- titution même, une solution au problème de l'élimination des parasites sans aucune disposition supplèmentaire. Ceci est un de ses avantages. On a décrit ci-dessus un certain nombre de variantes du filtre de l'invention, notamment en ce qui concerne la forme de ses canaux. Il va sans dire que sont comprises aussi dans l'invention toutes les variantes résultant de la combi- naison de celles décrites,ou accessibles à l'homme de l'art à partir de celles-ci. L'invention trouve une de ses applications dans l'ex- ploitation des matériels de visualisation de toutes sortes fonctionnant dans des ambiances à haute luminances matériels aéroportés des cabines de pilotage d'avions notamment. Elle concerne, outre le filtre lui-même, les matériels sur lesquels il est monté, tubes cathodiques notamment. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Filtre directif pour écran de visualisation, carac- térisé en ce qu'il comprend une plaque en un verre photosen- sible percée d'un'réseau de canaux, recouverte sur toute sa surface,y compris l'intérieur des canaux,d'une couche de métal noirci absorbant la lumière. 2. Filtre directif suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que la plaque percée est maintenue entre deux plaques support par une colle transparente à la lumière émise par les traces inscrites sur l'écran. 3. Filtre directif suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que les canaux sont des cylindres à section droite circulaire orientés perpendiculairement aux faces de la plaque dans laquelle ils ont percés. 4. Filtre directif suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que les canaux sont des cylindres à section droite circulaire orientés obliquement par rapport aux faces de la plaque dans laquelle ils sont percés. 5. Filtre directif suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que les canaux sont des cylindres à section droite elliptique d'orientation donnée par rapport aux faces de la plaque dans laquelle ils sont percés. 6. Filtre directif suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que la couche de métal reliée à la masse constitue une électrode formant blindage pour les composantes électriques alternatives. - 7. Méthode de fabrication du filtre directif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte les opérations de - revêtement par au moine un métal de toute la surface de la plaque en verre photosensible percée de ses canaux.; - noircissement dudit revêtement. 8. Tube à rayons cathodiques, caractérisé en ce qu'il comporte, monté sur son écran, un filtre directif suivant l'une des revendications 1 à 7.