Brevet FR2583890A1 — publié le 19861226

La présente invention concerne un hublot d'étanchéité pour système optronique infrarouge, fermant, du côté de son entrée, une enceinte contenant le système. Parmi les systèmes auxquels l'invention peut s'appliquer, on peut notamment citer les caméras thermiques, les sys te mes automatiques d'analyse de veille, les systèmes actifs ou émetteurs à laser, le hublot servant à protéger le système optronique des agressions et pollutions de l'environnement, comme la pluie, l'eau, les poussières. Un tel hublot d'étanchéité, disposé à l'entrée du système optronique, présente comme caractéristique d'être transparent dans une bande déterminée de rayonnements infrarouges. En conséquence, ce hublot d'étanchéité comporte une fenêtre d'entrée en matériau transparent à ces rayonnements infrarouges. On a souvent utilisé jusqu'ici, comme matériau d'entrée, un matériau semi-conducteur et plus particulièrement le germanium. Il s'est toujours posé le problème du givre et de la buée sur ce hublot d'entrée qui nuisent à la pénétration des rayonnements infrarouges. Depuis fort longtemps, on résout ce problème soit par jet d'air chaud, soit par grille chauffante adjacente au hublot. La solution du jet d'air chaud présente l'in convénient d'une consommation énergétique non négligeable et d'un chauffage inutile de l'enceinte. La solution de la grille chauffante présente l'inconvénient de créer des défauts optiques. La présente invention vise donc à pallier les inconvénients des solutions antérieures. A cet effet, la présente invention concerne un hublot d'étanchéité pour système optronique infrarouge, fer mant, du côté de son entrée, une enceinte contenant le système, comprenant une fenêtre d'entrée en matériau semi-conducteur, caractérisé par le fait que le hublot comporte des moyens pour faire passer un courant électrique dans le matériau semi-conducteur de la fenêtre d'entrée, dopé en impuretés pour être électriquement conducteur. Ainsi, le givre et la buée sont empêchés de se déposer sur la fenêtre d'entrée du hublot de l'invention grâce à l'échauffement par effet Joule provoqué par le passage du courant dans la fenêtre d'entrée. En outre, le pro blême de la consommation énergétique ne se pose plus et pas davantage celui de l'encombrement dû au ventilateur et à la résistance de chauffage. Indépendamment du fait que la solution de l'invention soit proposée longtemps après que le problème ait e'été posé, cette solution estrremarquable par le fait qu'elle va à l'encontre de l'enseignement classique selon lequel il faut éviter l'échauffement d'un matériau semi-conducteur et un matériau ne peut pas Être à la fois conducteur et transparent aux rayonnements infrarouges. C'était d'ailleurs la raison pour laquelle l'une des deux solutions choisies était celle de la grille chauffante séparée. Dans la forme de réalisation préférée du hublot de l'invention, la fenêtre d'entrée est en germanium de conductivité de type n, avec une résistivité comprise entre environ 0,010 # .m et 0,3 -Cl- . m, et de préférence entre 0,015 Q .m et 0,075 Q .m. Les moyens de passage du courant dans le matériau de la fenêtre d'entrée peuvent comporter des couches de métallisation sur des tranches de la fenêtre, et des pistes électriques sur circuits imprimés souples, fixés par collage ou soudage sur les couches de métallisation. Ces moyens de passage du courant peuvent également comporter, en variante, des circuits imprimés, à face métallisée sur support isolant, ou des circuits en forme de fils, simples ou groupés en nappe ou toron, fixés au ma tériau de la fenêtre d'entrée par des couches de colle conductrice. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de plusieurs formes de réalisation du hublot de l'invention, en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la figure I représente une vue de profil d'une pre mière forme de réalisation de la fenêtre d'entrée du hublot de l'invention; - la figure 2 représente une vue en coupe d'une deuxième forme de réalisation de la fenêtre dten- trée du hublot de l'invention ; -et - la figure 3 représente une vue en coupe partielle du hublot équipé de l'invention. Le hublot de l'invention peut avoir une forme quelconque, mais il sera décrit ci-après un hublot à fenêtre d'entrée de forme générale parallélépipédique et aplatie (figure 1). La fenêtre 1 de la figure 1, donc en forme de plaquette, et qui possède une partie en relief 2 ménageant un épaulement de fixation 3, comporte sur deux de ses faces latérales opposées 4, 5 les plus petites, des moyens de passage de courant. Ainsi, ces deux faces préalablement rodées, portent une couche de métallisation stratifiée. Le matériau semi-conducteur de la fenêtre étant ici dugermanium, une première couche de nickel, ou de chrome, est déposée ici par évaporation sous vide sur chacune des faces latérales avant qu'une deuxième couche d'or ne soit appliquée sur la première couche. La fonction de la première couche est d'assurer une bonne tenue sur le germanium, la fonction de la seconde couche étant d'assurer une bonne conductibilité et une bonne soudabilité. Une épaisseur de l'ordre de 1 Fm, pour l'ensemble de la couche stratifiée est convenable. Sur la couche stratifiée est reliée électriquement, col lée ou soudée, une portion de circuit imprimé souple 6, par exemple de la marque KAPTON, sur laquelle est gravée une piste électrique 7, associée à chacune des tranches de la plaquette 1. Au droit des portions métallisées des tranches de la plaquette, chaque piste présente des épanouissements 8, par exemple trois sur la figure 1, pour assurer une bonne liaison électrique entre la piste électrique portant le courant de chauffage et la métallisation sur tranche de la plaquette. Le collage du circuit imprimé, avantageusement dans ses épanouissements, est effectué à l'aide d'une colle conductrice. Le soudage aux mêmes endroits, sinon, est effectué à basse température, par exemple à l'indium, pour ne pas éprouver la métallisation de la plaquette. Chaque épanouissement 8 constitue donc une prise de contact, et il en est prévu plusieurs sur chaque tranche, pour assurer une bonne répartition du courant le long de la métallisation et accroitre la fiabilité globale en cas de défection d'une prise de contact, le courant continue de passer à travers la plaquette par les autres prises. Les deux portions latérales de circuit imprimé 6 sont prolongées perpendiculairement, par une troisième portion 9, elle-mÊme prolongée, sensiblement en son milieu, par une languette de connexion 10. Les pistes électriques 7 se prolongent sur cette troisième portion et la languette, en 13, 14 respectivement, et se terminent, sur la languette, par deux épanouissements Il, 12 de liaison à des fils ou broches d'arrivée du courant électrique d'échauf fement. Alternativement, et en référence à la figure 2, un circuit imprimé, à face métallisée 20 sur support isolant souple 21, peut être directement appliqué, par sa face métallisée, sur la tranche 4, non métallisée mais déjà conductrice, de la plaquette de semi-conducteur 1, à l'aide d'une couche de colle conductrice 22. La piste. de l'exemple de la figure 1 est alors formée par la métallisation de la face 20 du circuit imprimé. Dans ce cas, il n'est plus nécessaire de prévoir d'épanouiaeements le long de la piste. En variante encore, le circuit imprimé 20, 21 peut Être remplacé par des fils conducteurs enrobés de gaines isolantes, aux extrémités dénudées. Ces fils peuvent euxmêmes être des fils élémentaires, ou des fils groupés en nappe plate ou encore, moyennant le ménagement d'une gorge dans le support mécanique de la fenêtre, en toron cylindrique. La pluralité de ces fils permet d'assurer une meilleure répartition du courant le long de chaque tranche de la fenêtre, et permet d'accroître la fiabilité globale. Le matériau constitutif de la fenêtre qui vient d'être décrite doit présenter une certaine conductibilité électrique. La résistivité ne doit Être ni trop faible ni trop élevée, pour rester correctement transparente aux rayonnements infrarouges et pour induire, pour l'ensemble de la fenêtre, une résistance électrique permettant une exploitation sous des tensions et intensités électriques de valeurs raisonnables. Le germanium, de type de conductivité n, avec un dopage en impuretés tel que sa résistivité soit sensiblement comprise entre 10 JQ .m et 0,3L.m, rappelons le, convient bien. Après avoir décrit-la fenêtre d'entrée en forme de plaquette, abordons maintenant le montage mécanique du hu blot de l'invention. Rappelons qu'il s'agit d'un hublot d'entrée d'une enceinte contenant un système infrarouge, et devant assurer l'étanchéité de l'enceinte. La fenêtre 1 est reçue dans un support mécanique 30, sur un fond annulaire 31, à travers lequel passe la languette de connexion 10. Le support 30 est fixé au corps de l'enceinte 33, contenant un système optronique infrarouge non représenté, par des vis 32 traversant le support 30. La fenêtre 1 est fixée au support 30 par une cale périphérique 34, en appui contre l'épaulement 3 de la fenêtre 1 et fixée au support 30 par des vis 35 traversant la cale 34. Pour changer de fenêtre d'entrée, on change tout le hublot équipé de son support et de sa cale, en dévissant les vis 32 et en le remplaçant par un nouveau. L'étanchéité entre le hublot et l'enceinte est assurée par un joint torique 36, logé dans une gorge 37 ménagée dans le support 30, du côté opposé au côté d'entrée. Le joint 36 peut avantageusement être un joint hyperfréquence du type conducteur. L'étanchéité entre le support et la cale est assurée par un joint plat 38, interposé entre la fenêtre et la cale, et s'étendant sensiblement depuis les faces verticales de la partie en relief 2 de la fenêtre jusqu'aux orifices 39 de passage des vis de fixation 32. Le joint plat 38 est avantageusement du même type que le joint torique 36. Le hublot est pourvu de moyens empêchant la pénétration de rayonnements électromagnétiques perturbateurs, assurant l'isolation galvanique, en courant continu, du hublot par rapport à l'enceinte métallique, et la continuité haute-fréquence entre le hublot et l'enceinte et formant ainsi un blindage électromagnétique, et permet tant les dilatations différentielles induites par l'échauffement de la fenêtre du hublot. Faute d'isolation galvanique, l'enceinte métallique court-circuiterait le courant d'échauffement passant dans la fenêtre conductrice. Entre les faces latérales et l'épaulement de la fenêtre 1 et les surfaces de la cale 34 et du support mécanique 30 en regard, c'est-à-dire à la périphérie de la fenêtre, sont interposées des couches isolantes adhésives, cylindrique 40, annulaire 41, cylindrique 42 et annulaire 43, qui s'étendent depuis l'entrée jusqu'à la face inférieure 44 de la fenêtre. Les couches 40-43 sont par exemple des pellicules de la marque SERAFLUOR, d'épaisseur de l'ordre de 130 > m. En variante, ces couches isolantes peuvent être des dépôts de vernis isolant. L'isolation galvanique est assurée par les pellicules 4043. Afin de parfaire l'isolation par temps de pluie et d'éviter tout claquage, quatre chanfreins périphériques 50, 51, 52, 53 sont ménagés respectivement à la partie supérieure de la cale 34 en regard de la partie en relief 2 de la fenêtre 1 (50), à la périphérie de l'épaulement 3 de la fenêtre 1 (51), à la périphérie du support mécanique 30 en regard du chanfrein 51 (52), et à la périphérie inférieure du support 30 sous la fenêtre 1 (53). Ces quatre chanfreins délimitent trois zones remplies de joints isolants en élastomère 54, 55, 56, de préférence mou, et par exemple de la marque SILASTENE. Ces joints en élastomère renforcent par ailleurs l'étanchéité du hublot équipé. La continuité haute fréquence est assurée par la capacité électrique répartie formée, pour la première électrode, par les parties métalliques 30 et 34 d'appui de la fenêtre d'entrée et par le joint plat conducteur 38, et, pour la deuxième électrode, par le matériau conducteur de la fenêtre 1, avec, pour diélectrique entre ces deux électrodes, les pellicules isolantes 40-43. Lorsque la fenêtre 1 s'échauffe, par suite du passage du courant d'échauffement, la fenêtre se dilate plus que les pièces métalliques de fixation qui l'entourent et qui restent plus froides. Ces mouvements différentiels sont rendus possibles grâce aux jeux périphériques 57, 58 ménagés au niveau du corps de la fenêtre, à l'élasticité du joint plat d'étanchéité 38, et au rôle d'antifriction joué par les pellicules isolantes 40-43. Ainsi, le courant étant introduit par les épanouissements Il, 12 sur la languette 10, il traverse le corps de la fenêtre depuis les épanouissements latéraux d'une tranche jusqu'aux épanouissements latéraux de la tranche opposée. Le passage du courant provoque l'échauffement par effet Joule du corps de la fenêtre, ce qui empêche le givre et la buée de se déposer sur lui. Pour des raisons de sécurité, la tension d'alimentation, continue ou alternative, doit être une basse tension. Pour éviter des phénomènes d'emballement électrique, dans le cas où la résistivité du matériau de la fenêtre varierait avec la température, l'alimentation de la fenôtre sera de préférence régulée en puissance. Pour que cette régulation soit optimale, on placera sur la face d'entrée de la fenêtre, et éventuellement sur la face opposée, des capteurs de température de commande de fermeture et d'ouverture du circuit d'alimentation.En outre, une telle alimentation permet d'obtenir une puissance d'échauffement inchangée lors d'un échange du hublot, ceci sans devoir reprendre les réglages de l'ali- mentation elle-même, et malgré une large plage de dispersion de résistance électrique de la fenêtre d'un exemplaire à l'autre, cette dispersion de résistance provenant de la difficulté d'obtenir industriellement une faible dispersion dans la résistivité du germanium utilisé. Avantageusement, on procède à un traitement de surface anti-réfléchissant de la fenêtre d'entrée. La couche anti-reflet doit être relativement isolante, pour ne pas courtcircuiter les lignes de courant dans le corps de la fenêtre et ne pas échauffer ainsi de façon excessive la couche anti-reflet, ce qui nuirait à sa tenue dans le temps. Dans le cas d'une fenêtre en germanium, un traitement de la face d'entrée au carbone et un traitement de la face opposée au sulfure de zinc conviennent bien. Le traitement au carbone de la face d'entrée permet de plus l'isolation électrique de cette face vis-à-vis de l'extérieur. Cette isolation se combine à l'emploi de basses tensions pour améliorer la sécurité et diminuer les risques d'électrocution en cas de contact du corps humain avec le hublot sous tension. Cette sécurité peut encore être accrue par l'utilisation d'une alimentation isolée galvaniquement de la masse métallique de l'enceinte. De façon générale, le hublot qui vient d'être décrit, présente un excellent rendement, est très compact, économique et facile à utiliser. Revendications 1. Hublot d'étanchéité pour système optronique infrarouge, fermant, du côté de son entrée, une enceinte (33) contenant le système, comprenant une fenêtre d'entrée (1), en matériau semi-conducteur, caractérisé par le fait que le hublot comporte des moyens (6-14 ; 20-22) pour faire passer un courant électrique dans le matériau semi-conducteur de la fenêtre d'entrée (1), dopé en impuretés pour être électriquement conducteur. 2.- Hublot d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la fenêtre d'entrée comporte un épaulement de fixation (3). 3.- Hublot d'étanchéité selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que lesdits moyens pour faire passer le courant électrique dans le matériau de la fenêtre (1) comprennent des couches de métallisation sur des tranches (4, 5) de la fenêtre (1) et des pistes électriques (7) sur des circuits imprimés souples (6), reliés électriquement aux couches de métallisation. 4.- Hublot d'étanchéité selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les pistes électriques (7) présentent des prises de contact (8) en forme d'épanouissements. 5.- Hublot d'étanchéité selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les dits moyens pour faire passer le courant électrique dans le matériau de la fenêtre (1) comprennent des circuits imprimés, à face métallisée (20) sur support isolant (21), fixés au matériau de la fenêtre d'entrée par des couches de colle conductrice (22). 6.- Hublot d'étanchéité selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les dits moyens pour faire passer le courant électrique dans le matériau de la fenêtre comprennent des fils conducteurs enrobés de gaines isolantes, dont les extrémités dénudées sont fixées et reliées électriquement au matériau de la fenêtre d'entrée par des couches de colle conductrice. 7.- Hublot d'étanchéité selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la fenêtre d'entrée (1) est logée dans un support mécanique (30) avec interposition de pellicules isolantes (42, 43). 8.- Hublot d'étanchéité selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la fenêtre d'entrée (1) est fixée au support mécanique (30) par une cale (34), avec interposition d'un joint plat élastique (38). 9.- Hublot d'étanchéité selon la revendication 8, caractérisé par le fait que des joints isolants périphériques (54, 55, 56) s'étendent entre la cale (34), le support mécanique (30) et la fenêtre (1). 10.- Hublot d'étanchéité selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé par le fait que des jeux sont prévus entre la fenêtre (1) et la cale (34) et le support (30). 11.- Hublot d'étanchéité selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que la fenêtre d'entrée (1) est en germanium de conductivité de type n. 12.- Hublot d'étanchéité selon l'une des revendications 1 à 11, taractérisé par le fait que les dits moyens pour faire passer le courant électrique dans le matériau de la fenêtre sont régulés en puissance.