Brevet FR2556113A1 — publié le 19850607

PANNEAU DE TRANSMISSION POUR DISPOSITIF DE VISUALISATION ET PROCEDE DE FABRICATION La présente invention concerne la conception et la réalisation de panneaux présentant des propriétés conductrices à la fois d'un point de vue optique et dtun point de vue électrique, qui sont destinés à être utilisés, en particulier, pour assurer une transmission d'informations dans des dispositifs de visualisation. Comme on le comprendra par la suite, ces panneaux permettent, en particulier, de détecter la localisation de traces montrées sur une image, plus particulièrement par contact sur l'image visualisée, mais-cependant cette application n'a rien de limitatif bien qu'elle soit spécialement avantageuse. Conformément à l'invention, un panneau de transmission optique et électrique, destiné notamment à équiper des dispositifs de visualisation, est essentiellement constitué par une plaque optiquement transparente d'une face à une face opposée, contenant des éléments électriquement conducteurs répartis dans ladite plaque et s'étendant chacun de l'une à l'autre desdites faces, sans contact électrique entre-eux. Dans un mode de réalisation particulier, en général préféré, la plaque est constituée de fibres optiques qui sont orientées chacune de l'une à l'autre des faces et entre lesquelles sont répartis lesdits éléments électriquement conducteurs. Dans un tel panneau, on comprend que les fibres optiques assurent la transmission d'une image lumineuse de l'une à l'autre des faces de la plaque. Le panneau pourra donc être avantageusement disposé devant un écran sur lequel apparaît une image qu'un observateur pourra examiner telle qu'elle se reforme sur la face extérieure du panneau.Dans le même temps, les éléments conducteurs peuvent servir à transmettre vers l'arrière du panneau des informations données sur le devant, sous forme de contacts électriques assurés de ''extérieur avec des éléments conducteurs du panneau, éventuellement en connectant entre eux des éléments conducteurs différents du même panneau. La localisation de tels points de contact sur l'image constitue souvent une- information particulièrement intéressante, qui peut être obtenue avantageusement en utilisant un mode de réalisation particulier du panneau selon l'invention, dans lequel ce panneau comporte un réseau de conducteurs électriques réalisés ou accolés sur l'une des faces -de ladite plaque, la densité des éléments électriquement conducteurs dans cette dernière étant telle qu'il existe au moins un tel élément en contact électrique avec lesdits conducteurs pour chaque pas du réseau. Un tel réseau peut être conçu et disposé de toute manière connue dans des techniques voisines où l'on utilise des réseaux conducteurs en liaison avec des informations de localisation, les conducteurs étant régulièrement- disposés selon des axes de coordonnées et en associatìon avec des moyens électriques de traitement permettant de repérer la position de points de contact entre 'es~conducteurs par leurs coordonnées selon ces axes-. On décrira maintenant plus en détails une forme de réalisation-particulière de l'invention qui en fera mieux comprendre les caractéristiques essentielles et les avantages, étant entendu toutefois que cette forme de réalisation est choisie à titre d'exemple et qu'elle n'est nullement limitative.Sa description est illustrée par les dessins annexés dans lesquels - La figure 1 illustre schématiquement un panneau selon l'invention dans son application en combinaison avec un dispositif de visualisation - La figure 2 montre une vue en section partielle de ce panneau - La figure 3 illustre de manière plus détaillée un mode de réalisation d'un tel panneau réalisé à partir de fibres optiques. - La figure 4 illustre une variante du mode de réalisation de la figure 3. - La figure 5 représente un dispositif de visualisation selon l'invention intégrant un panneau de transmission comme ci-dessus. On voit sur la figure 1 un dispositif de visualisation qui est représenté dans le cas particulier sous la forme d'un tube cathodique 1, terminé par un écran 2. On sait que dans un tel dispositif, le déplacement des plaques de déviation du faisceau cathodique, sous la commande d'un signal vidéo issu d'un ensemble électronique 3, permet de produire sur l'écran 2, une image lumineuse tracée par le faisceau. Un panneau selon l'invention est disposé à l'extérieur du tube cathodique 1, juste devant l'écran 2. Ce panneau 4 est essentiellement constitué par une plaque 5, optiquement transparente, à travers laquelle un observateur peut examiner l'image formée sur l'écran 2. D'une manière générale, toute matière transparente peut convenir à cette fin, qu'il s'agisse notamment d'un verre minéral plus ou moins traditionnel, ou d'un verre organique, c'est-à-dire d'une matière plastique transparente. Dans le cas particulier de la figure, la plaque 5 est limitée par deux faces opposée, soit une face antérieure 6 et une face postérieure 7, qui sont toutes deux planes et parallèles entre elles. Toutefois, cette forme n'est nullement limitative. On pourrait tout aussi bien prévoir, par exemple, que la face postérieure épouse la forme bombée de l'écran 2. Dans le panneau 4, tel qu'illustré par la figure 2, la plaque 5 est traversée par des éléments électriquement conducteurs 8 qui affleurent sur les deux faces 6 et 7 individuellement. Ces éléments sont illustrés sous la forme de brins de fil métallique, répartis dans toute la plaque 5, dont la masse transparente est électriquement isolante à leur égard. La répartition peut être aléatoire ou régulière, suivant le mode de fabrication utilisé. La densité de ces brins dans l'ensemble est relativement faible, du moins suffisamment faible pour qu'en pratique les fils individuels ne se touchent pas et que d'autre part, la masse de la plaque conserve- malgré leur présence sa fonction de transparence optique. Sur sa face postérieure 6, la plaque 5 porte un réseau de conducteurs électriques, dont on voit apparaitre sur la figure 2, les pattes 9, permettant d'assurer leur connexion électrique avec l'extérieur, et plus spécialement ici avec l'ensemble électronique 3. Ce réseau 10 peut avantageusement etre formé, directement sur la plaque 5, par les techniques habituelles des circuits imprimés. Dans le cas représenté, il s'agit d'un réseau de conducteurs orthogonaux, comportant une trame 11 de conducteurs parallèles entre eux et une channe 12 de conducteurs parallèles entre eux et perpendiculaires aux précédents. Chaque conducteur s 'étend sans interruption d'un bord de la plaque 5 au bord opposé, étant connecté à chaque bord à l'une des pattes 9. Par contre, les conducteurs sont sans contact à l'intérieur du réseau, ce pour quoi ils sont séparés par une couche isolante à l'endroit des noeuds où un conducteur de la trame croise un conducteur de la chaîne. Les techniques de réalisation de tels réseaux en circuits imprimés sont en elles-memes connues. L'ensemble électronique 3 est conçu et construit, de manière également en elle-meme connue, pour traiter les signaux électriques en provenance du réseau 10 pour en déduire des informations de localisation, définissant les coordonnées d'un point activé sur ce réseau. Une telle activation peut etre provoquée par tout contact électrique assuré sur la face antérieure de la plaque 5, avec les éléments conducteurs. Par exemple, si l'on touche la face antérieure de la plaque 5 avec le doigt ou un stylet conducteur de section suffisamment importante, le contact électrique est établi entre des brins juxtaposés des éléments conducteurs. La liaison électrique est alors également établie entre des conducteurs du réseau 10 qui sont en contact respectivement avec ces brins et qui sont normalement isolés l'un de l'autre. Le panneau selon l'invention permet donc ainsi de détecter la position de l'endroit touché du doigt par exemple et d'exploiter l'information de localisation correspondante par l'ensemble électronique 3. On notera que le meme panneau peut tout aussi bien etre utilisé en sens inverse, pour retransmettre sur la face antérieure de la plaque, sous forme électrique, des informations apportées par l'ensemble électronique 3 par l'intermédiaire du réseau conducteur 10. Un panneau de transmission optique et électrique tel que celui qui vient d'etre décrit, peut etre réalisé d'une manière particulièrement simple à partir d'une masse en matière transparente, isolante, dans laquelle sont introduits les éléments conducteurs. On peut, par exemple,-percer des alésages à travers la plaque, de préférence perpendiculairement à ses faces, pour y mettre en place les éléments conducteurs, ou noyer les éléments conducteurs dans une résine organique lors du moulage, Toutefois, pour etre particulièrement simple la réalisation précédente ne sera pas toujours--la mieux adaptée aux applications particulières. On préfèrera, le plus souvent, constituer la masse transparente de la plaque 5 à partir de fibres optiques comme illustré par la figure 3. Celle-ci représente un détail de la plaque vu en section et considérablement agrandi. On y voit des fibres optiques réparties selon un réseau hexagonal.La forme hexagonale individuelle des fibres vient du mode de fabrication, compte tenu des directions de pressage appliquées lors d'un compactage, comme on le comprendra par la suite. On remarquera ici que la fabrication de tels agglomérats de fibres optiques est en elle-même connue. On dispose même dans le commerce de plaques transparentes constituées de fibres optiques et désignées sous le terme anglais "face-plates". Par rapport à elles, la plaque du panneau selon l'invention se distingue essentiellement par la présence supplémentaire de conducteurs électriques à travers la plaque. Selon un mode de fabrication classique du domaine des fibres optiques, l'ensemble est donc obtenu par filage de fibres individuellement constituées d'une âme 21 et d'une enveloppe 22 en des matières vitreuses différentes, celle de l'enveloppe présentant un indice de réfraction plus faible, et par compactage des fibres individuelles. Un compactage réalisé à chaud permet de lier les fibres entre elles par frittage de la matière vitreuse des enveloppes. Eventuellement-, la liaison entre les fibres peut etre aussi assurée par une phase vitreuse intermédiaire supplémentaire. Si la liaison est obtenue essentiellement par chauffage sans pression importante, les fibres conservent leur forme circulaire. Si par contre, sans ajout de proportions notables de phase vitreuse intermédiaire, on applique une pression suivant les trois axes d'un hexagone, on obtient les sections hexagonales de la figure 3. Les éléments conducteurs sont incorporés dans la matière de la plaque 5 en cours de fabrication de celle-ci. Dans le cas de la figure 3, chaque élément conducteur est constitué par une fibre optique 23 d'un type particulier. En plus des matières vitreuses des fibres voisines, elle comporte un revêtement conducteur 24 formé sur le noyau de la fibre. Cette conception n'est bien sûr qu'un exemple. Un tel revêtement conducteur peut aussi être formé à l'extérieur de la fibre par un émail conducteur. L'avantage est que la fibre constituant un élément conducteur selon l'invention présente le même comportement que les fibres optiques qui l'environnent pendant les opérations de filage et de compactage.On peut utiliser en particulier des émaux conducteurs constitués de la même composition de base que la matière vitreuse des enveloppes des fibres, additionnée d'une proportion importante d'un métal tel que l'argent. Mais on saura aussi obtenir des résultats équivalents en constituant les éléments conducteurs de tous matériaux électriquement conducteurs appropriés, le plus souvent métalliques, dans la mesure où leur présence à la densité souhaitable ne trouble pas exagérément la transparence. La figure 3 illustre en outre une répartition particulièrement avantageuse des éléments conducteurs dans l'ensemble des fibres. L'ensemble de la plaque est réalisé par agglomération d'amas de sept fibres chacun, soit une fibre centrale constituant l'élément conducteur et six fibres exclusivement transparentes l'entourant. La figure 4 illustre en variante la section d'une portion de plaque telle qu'elle serait obtenue à partir de fibres optiques et d'éléments conducteurs individuellement constitués de fils métalliques de section notablement plus faible que les fibres. Ces fils 25 se logent chacun au centre d'un groupe de trois fibres optiques 26 de section circulaire. On vient de décrire des modes de réalisation de la plaque 5 où les éléments condWcteurs sont régulièrement répartis au milieu des fibres optiques. Dans d'autres variantes, il pourrait aussi s'agir d'une répartition aléatoire. Mais il convient de noter que dans le cas d'une répartition régulière, il y a avantage à disposer les conducteurs du réseau 10 en liaison avec cette répartition. Ainsi, pour une répartition des éléments conducteurs selon un réseau à maille triangulaire ou à maille hexagonale, es conducteurs du réseau 10 ne seront plus orientés dans deux directions perpendiculaires comme -illustré sur la figure 2, mais dans deux directions à 60 degrés l'une de l'autre; soit-x-et Y sur la figure 3. L'ensemble électronique 3 peut aisément être conçu pour transformer en coordonnées rectangulaires les informations de localisation obtenues au niveau de la plaque 5 -selon- les retions inclinées correspondantes. Dans la description qui précède, il n'a pas paru nécessaire de donner des précisions chiffrées sur les -dimensions des différents éléments constitutifs en rapport les- uns-avec les autres. On peut toutefois citer exemple suivant : Fibres optiques -: diamètre 100 microns avant compactage Revetement conducteur : 5 à 10 microns d'épaisseur Densité des éléments conducteurs : 1 fibre sur 6 Densité des fibres---; après compactage : 200 par mm épaisseur de la plaque : 3 mm Conducteurs du ré-seau au-pas de 1/3 mm Plutôt qu'un revêtement métallique appliqué sur les fibres rendues électriquement conductrices, on utilise pour constituer la matière vitreuse de l'enveloppe de ces-tibres, un émail contenant 75 % en poids d-'argent et formé, par ailleurs, de la même composition d'émail que pour les autres fibres. Sur la face de la plaque qui reste exposée à l'extérieur, on protège le revêtement conducteur ainsi obtenu, en section de la fibre, par une couronne d'un dépôt de métal résistant à la corrosion réalisé par voie électrolytique. Quoiqu'il en soit, on a fait ressortir un certain nombre de particularités sur ce qui peut être obtenu au moyen du panneau selon l'invention. Celui-ci présente parmi ses avantages, celui de permettre une haute résolution dans la définition d'une image lumineuse et dans celle des contacts électriques par les éléments conducteurs, d'éviter les erreurs de para-laxe dans la transmission des images lumineuses, de pouvoir éventuellement assurer une étanchéité au vide ou aux gaz. Dans la transmission électrique, le fonctionnement par contact direct sur la face extérieure du panneau permet d'éviter les problèmes des parasites que poserait une commande par effet capacitif. Dans la transmission optique, on retrouve par ailleurs d'une manière générale, tous les avantages des panneaux de fibres optiques connus du type "face-plates". En effet, on n'a voulu illustrer qu'un certain nombre des possibilités offertes par l'invention dans l'utilisation du panneau. On peut souligner en outre que le même panneau que celui qui a été décrit ci-dessus avec une plaque transparente réalisée en fibres optiques, peut être conçu pour permettre un agrandissement ou une diminution de l'image lumineuse ou transmettre les informations optiques ou électriques selon tout trajet désiré. Par ailleurs, les dispositifs de visualisation comportant un tel panneau peuvent comporter une source lumineuse de tout type connu comme on l'a illustré cidessus par un tube cathodique. Mais dans des modes de réalisation particuliers de l'invention, la source lumineuse peut être elle-même portée par le panneau et réalisée par des couches appropriées formées sur la face postérieure. Le dispositif de visualisation représenté schématiquement sur la Figure 5 en illustre un exemple, où la source lumineuse est du type à couche électro luminescente. Les constituants d'un panneau de visualisation à couche électroluminescente, qui sont en euxmêmes connus, sont alors intégrés et combinés avec une forme de réalisation du panneau selon l'invention qui a déjà été décrite, avec ses moyens de localisation. Ainsi, on trouve sur la représentation de la Figure 5, où les couches sont figurées écartées les unes des autres pour la commodité de la compréhension, une couche électroluminescente 31 entre deux couches de conducteurs croisés orthogonalement. La couche inférieure est représentée en 32, séparée par une couche isolante 33 de la couche électroluminescente 31. Au-dessus de cette dernière, le réseau de conducteurs dirigés en direction perpendiculaire à ceux de la couche 32 est également séparé de la couche électroluminescente par une couche isolante 34, mais il est directement constitué par l'une des séries de conducteurs du réseau permettant la détection de localisation du panneau supérieur. Ce réseau comporte la couche de conducteurs 35 que l'on vient de mentionner et une couche de conducteurs perpendiculaires 36, portée par la face interne de la plaque 37, cette dernière correspondant à la plaque 5 de la Figure 2. L'ensemble des couches constitutives est enfermé entre la plaque 37 et une plaque support 30. Cette dernière peut être en verre ou toute autre matière appropriée. Sur elle, peuvent être réalisées une ou plusieurs des couches précédentes. Elle peut être choisie, en matière et en épaisseur, pour prendre en charge l'essentiel de la résistance mécanique souhaitable pour l'ensemble. Pour la localisation des points touchés à la surface extérieure de la plaque 37 (qui est ici la face supérieure) l'ensemble électronique 38 exploite en 39 les signaux provenant des deux couches de conducteurs croisés 35 et 36. Les informations commandant la formation d'une image par excitation de la couche électroluminescente 31, sont élaborées en 40 et transmises aux deux séries de conducteurs 32 et 35. Les ordres sont élaborés par un dispositif de programmation en en fonction des informations de localisation déterminées en 39. La couche commune de conducteurs 35 permet aussi toujours d'assurer une correspondance précise entre les points touchés sur la face extérieure de la plaque de transmission 37 et les points allumés ou éteints au niveau du dispositif électroluminescent. Naturellement, l'invention n'est en rien limitée par les particularités qui ont été spécifiées dans ce qui précède ou par les détails des modes de réalisation particuliers choisis pour illustrer l'invention. Toutes sortes de variantes peuvent être apportées aux réalisations particulières qui ont été décrites à titre d'exemple et à leurs éléments constitutifs sans sortir pour autant du cadre de l'invention. Cette dernière englobe ainsi tous les moyens constituant des équivalents. REVENDICATIONS 1. Panneau de transmission optique et électrique pour dispositif de visualisation, caractérisé en ce qu'il est essentiellement constitué par une plaque (5) transparente d'une face à une face opposée, contenant des éléments électriquement conducteurs (8) répartis dans ladite plaque et s'étendant chacun de l'une à l'autre desdites faces, sans contact électrique entre eux. 2. Panneau selon la revendication I, caractérisé en ce que ladite plaque est formée de fibres optiques orientées chacune de l'une à l'autre face et entre lesquelles sont répartis lesdits éléments électriquement conducteurs. 3. Panneau selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits éléments électriquement conducteurs sont constitués de fibres optiques présentant un revêtement conducteur (24). 4. Panneau selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les fibres optiques sont agglomérées entre elles par frittage de fibres individuelles. 5. Panneau selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ladite plaque est constituée d'amas hexagonaux de six fibres optiques isolantes entourant un élément conducteur. 6. Panneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un réseau (10) de conducteurs électriques sur l'une des faces de ladite plaque, la densité des éléments électriquement conducteurs (8) dans cette dernière étant telle qu'il existe, au moins, un tel élément en contact électrique avec; ledit conducteur pour chaque pas du réseau (10). 7. Panneau selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit réseau comporte une trame (11) et une chaîne (12) de conducteurs selon deux directions différentes, isolés les uns des autres aux noeuds du réseau. 8. Panneau selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdites directions sont orientées parallèlement à celles d'un réseau régulier de répartition des éléments conducteurs (8) dans la plaque. 9. Dispositif de visualisation, caractérisé en ce qu'il comporte un panneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, pour l'observation d'une image sur un écran. 10. Dispositif selon la revendication 9, comportant un panneau selon la revendication 6, 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, des moyens électriques reliés aux conducteurs dudit réseau pour déterminer la localisation d'un contact électrique assuré avec au moins un élément ou entre des éléments consécutifs de ladite plaque, sur la face opposée à celle qui porte ledit réseau. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'affichage à couche électroluminescente intégré avec ledit panneau sur la face de la plaque portant ledit réseau de conducteurs. 12. Dispositif selon la revendication Il, caractérisé en ce que le dispositif d'affichage comporte une couche de conducteurs de commande commune avec ledit réseau. 13. Procédé de réalisation d'un panneau de transmission optique et électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite plaque est obtenue par filage et compactage simultané des fibres optiques avec des éléments électriquement conducteurs répartis de manière aléatoire ou régulière parmi les fibres optiques, ladite plaque étant ensuite découpée selon des faces en section des fibres optiques. 14. Procédé de réalisation d'un panneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les conducteurs sont constitués, en remplissant d'une matière conductrice, des trous préalablement percés à travers une plaque de matière transparente. 15. Procédé de réalisation d'un panneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite plaque est obtenue par moulage d'une matière transparente, notamment d'une résine organique, autour des fils conducteurs tendus, lesdits fils étant ensuite sectionnés suivant les faces de la plaque.