Brevet FR2655160A1 — publié le 19910531

L'invention concerne un filtre à sélectivité spatiale utilisé notamment dans un système de transmission de signaux d'informations par rayonnement infrarouge. Des systèmes de transmission d'informations par rayonnement infrarouge comprennent un émetteur qui émet un signal porté par porteuse de fréquence dans la bande infrarouge en direction d'un récepteur. Le signal émis est, par exemple, porteur d'une information de commande que le récepteur peut détecter pour commander un appareil auquel il est branché. Le système de transmission considéré est un système de commande à distance par rayonnement infrarouge. L'invention s'applique également à des systèmes de liaison sur une porteuse infrarouge dans lequel deux unités peuvent correspondre en envoyant et en recevant des signaux d'informations sur une porteuse infrarouge. Lorsque les systèmes de transmission mentionnés ci-dessus, qu'ils soient du type à commande à distance ou du type pour transmission de messages, fonctionnent dans une ambiance lumineuse relativement intense et, en particulier, dans une ambiance à rayonnement infrarouge important, le récepteur reçoit le signal de l'émetteur noyé dans un bruit dont l'amplitude peut être importante par rapport au signal émis. Comme source optique de signaux parasites, on peut citer les rayons du soleil qui contiennent une proportion suffisamment importante de rayons infrarouges, notamment dans la gamme de longueur d'ondes généralement utilisée dans les systèmes de transmission par rayons infrarouges, c'est-à-dire 700 nm à 950 nm. Le but de l'invention est donc de prévoir un filtre qui, placé devant un récepteur d'un système de transmission par rayons infrarouges, diminue la proportion de rayons infrarouges parasites qu'il reçoit et, en particulier, des rayons solaires infrarouges, par rapport aux signaux infrarouges porteurs d'informations utiles. En général, on prévoit les systèmes de transmission par rayons infrarouges de manière que leurs récepteurs reçoivent les signaux d'informations sous incidence normale ou sensiblement normale. Les rayons parasites arrivent eux, du fait des divers réflexions dont ils sont l'objet, sous sensiblement toutes les incidences. L'invention utilise ce fait pour prévoir un filtre à sélectivité spatiale qui diminue l'influence des rayons infrarouges arrivant sous une incidence supérieure à une incidence donnée. A cet effet, l'invention concerne un filtre à sélectivité spatiale destiné à être interposé entre un récepteur et un émetteur d'un système de transmission par rayonnement infrarouge pour diminuer l'influence du rayonnement infrarouge solaire sur ledit récepteur, l'émetteur et le récepteur se trouvant dans un plan sensiblement horizontal, ledit filtre présentant un lobe de réception dont l'ouverture est limitée. Selon une caractéristique de l'invention, il comprend une plaque disposée verticalement et constituée d'un matériau pouvant absorber des rayonnements dans la bande des fréquences infrarouges, ladite plaque ayant au moins une face recouverte d'une couche métallisée et étant percée d'une pluralité de trous dont l'axe est normal à la surface de ladite plaque, le diamètre des trous et la distance entre eux étant prédéterminés en fonction du rayonnement solaire ambiant. Selon une autre caractéristique de l'invention, le diamètre des trous est inférieur à la moitié de l'épaisseur de la plaque. Selon une autre caractéristique de l'invention, tous les trous de la pluralité de trous ont une section circulaire. Selon une autre caractéristique de l'invention, tous les trous de la pluralité de trous ont une section oblongue. Selon une autre caractéristique de l'invention, la surface de la paroi interne de chaque trou est métallisée dans sa partie supérieure. Selon une autre caractéristique de l'invention, un filtre à sélectivité spatiale comprend une plaque disposée verticalement et constituée d'un matériau pouvant absorber des rayonnements dans la bande de fréquences infrarouges, ladite plaque ayant au moins la face côté émetteur métallisée et étant pourvue de fentes parallèles entre elles dont les parois supérieure et inférieure sont horizontales pour former une structure en forme de peigne, la distance entre lesdites fentes étant prédéterminée en fonction du rayonnement solaire ambiant. Selon une autre caractéristique de l'invention, la largeur des fentes est inférieure à la moitié de l'épaisseur de la plaque. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque fente a sa paroi interne supérieure métallisée et sa paroi interne inférieure non métallisée. Selon une autre caractéristique de l'invention, les deux faces de la plaque sont recouvertes d'une couche métallisée réfléchissant les rayonnements infrarouges. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. 1 est une vue en coupe et en perspective d'un filtre selon r invention, la Fig. 2 est une vue schématique en coupe d'un autre exemple de réalisation de l'invention, la Fig; 3 est une vue en perspective d'un autre exemple de réalisation d'un filtre de l'invention, et la Fig. 4 est une vue montrant une utilisation possible d'un filtre selon l'invention. Le filtre de l'invention est constitué d'une plaque verticale 1 dont au moins une face est recouverte d'une couche 2 métallique. La plaque 1 est, de préférence, réalisée dans un matériau qui absorbe les rayonnements dont la fréquence est dans la bande infrarouge, en particulier dans la bande comprise entre environ 700 nm et 950 nm. Elle est percée d'une pluralité de trous 3 semblables dont l'axe est sensiblement normal à la surface de la plaque 1. Si seule une face de la plaque 1 est métallisée, c'est celle-ci qui reçoit les rayons incidents. Si on considère trois rayons incidents a, b et c, on peut voir sur la Fig. 1 que le premier a est réfléchi par la couche métallique 2, que le second b entre dans un des trous 3 et est absorbée dans la plaque 1 et qu'enfin, le troisième c, qui est sous incidence sensiblement normale à la surface de la plaque 1, passe à travers un des trous 3 et sort de la plaque 1. On a représenté le rayon d dont l'incidence A correspond à la limite entre les incidences sous lesquelles les rayons, tels que b, sont absorbés et les incidences sous lesquelles les rayons, tels que c, passent à travers le filtre. On remarquera que les rayons tels que a sont réfléchis quel que soit leur angle d'incidence. La quantité de lumière transmise par le filtre de l'invention est déterminée par la surface totale occupée par l'ensemble des trous par rapport à la surface totale de la plaque 1 qui réfléchit les rayons tels que a. Elle est donc déterminée non seulement par le diamètre des trous mais aussi par leur distribution et leur nombre sur la plaque 1 ou le pas qui les sépare. Plus le diamètre des trous est important, plus la quantité de lumière transmise est importante et vice versa. Par contre, plus le pas est grand et plus la quantité de lumière transmise est faible. Dans la pratique, on cherche à avoir le pas le plus faible possible sans que cela nuise à la rigidité mécanique du filtre. Quant à l'angle d'incidence limite A, il est déterminé par le rapport du diamètre des trous à l'épaisseur de la plaque. Si ce rapport augmente, l'angle A augmente et vice versa. Si les trous 3 présentent une section circulaire, l'angle A est le même pour toutes les directions et on peut définir un cône de révolution d'angle au sommet 2xA à l'intérieur duquel les rayons incidents traversent le filtre. Par exemple, si le diamètre des trous 3 est moitié de l'épaisseur de la plaque 1, les rayons tels que d ont une incidence A qui est de l'ordre de 250 et l'angle au sommet du cône de réception est d'environ 500. L'angle d'ouverture du filtre dans toutes les directions est par définition égale à 2xA, soit environ 500. Dans la pratique, on limite le diamètre des trous 3 à la moitié de l'épaisseur de la plaque 1 pour que l'angle d'ouverture ne dépasse pas cette valeur de 500. Si les trous 3 ont une section oblongue, le cône est déformé et forme un lobe de réception étiré dans la direction principale des trous oblongs. Dans le cas où leur largeur est moitié de l'épaisseur de la plaque 1, l'angle d'ouverture vertical est sensiblement égal à 500. Par contre, l'angle d'ouverture horizontal est supérieur à 500, et si la longueur des trous est très supérieure à l'épaisseur de la plaque 1, il peut être voisin de 1800. Comme pour l'exemple de réalisation précédent, on limite la largeur des trous oblongs pour que l'angle d'ouverture vertical ne dépasse pas 500. En fait, pour s'affranchir correctement du rayonnement solaire, on cherche à avoir un angle d'ouverture limité, donc un diamètre des trous le plus faible possible. Par contre, on cherche à avoir un facteur de transmission pour les rayons arrivant sous incidence sensiblement normale le plus grand possible, et donc un diamètre des trous le plus grand possible et un pas le plus faible possible. Un compromis sur le diamètre des trous est donc à trouver, tout en choisissant un pas entre trous qui ne nuise pas à la rigidité mécanique. On a réalisé un filtre donnant entière satisfaction en utilisant une plaque d'époxy cuivrée sur les deux faces, l'épaisseur de cette plaque étant de 1,6 mm. Cette plaque a été percée de trous de 0,8 mm de diamètre distribués en quinconce avec un pas de 2,54 mm. Pour modifier la forme du lobe de réception et l'étirer dans une direction donnée, on peut également métalliser la partie 4 de la paroi interne des trous 3 qui reçoit les rayons issus de cette direction (Fig. 2). Comme on peut le voir sur la Fig. 2, l'incidence limite B augmente par rapport à l'incidence limite A. En effet, les rayons dont l'angle d'incidence est compris entre les angles A et B sont d'abord réfléchis par la métallisation intérieure 4 des trous 3 avant de sortir du filtre. Par contre, les rayons d'incidence supérieure à B, sont réfléchis par la métallisation intérieure 4 des trous 3 et sont absorbés par la partie opposée non métallisée du même trou. Quant aux rayons d'incidence inférieure à A, ils traversent, comme précédemment, les trous 3 et sortent du filtre. Dans la pratique, on cherche à supprimer l'influence du rayonnement solaire dont la majeure partie des rayons ont une direction inclinée vers le bas. On cherche donc à avoir un lobe de réception dont l'angle d'ouverture vertical se compose d'un demi angle inférieur plus grand que le demi angle d'ouverture supérieur. En métallisant les parois supérieures des trous 3, le demi angle inférieur est égal à B et le demi angle supérieur à A (Fig. 2). Si le diamètre des trous 3 est de plus égal à la moitié de l'épaisseur de la plaque 1, le demi angle d'ouverture supérieur A est sensiblement égal à 250 et le demi angle d'ouverture B à 450. L'angle d'ouverture est donc de l'ordre de 700. Un autre exemple de réalisation de l'invention est représenté à la Fig. 3. Il est essentiellement constitué d'une plaque verticale 1 ayant chacune de ces faces recouvertes d'une couche métallique 6 et 7 et constituée, comme dans les exemples de réalisation précédents, dans un matériau absorbant les rayonnements infrarouges. Elle est pourvue de fentes 3' parallèles entre elles dont les parois inférieure 8 et supérieure 9 sont dans un plan sensiblement horizontal. Les fentes 3' forment une structure en forme de peigne et leur largeur est sensiblement égale à la moitié de l'épaisseur de la plaque 1. Chaque fente 3' a sa paroi interne inférieure 8 non métallisée et susceptible, donc, d'absorber les rayons dans la bande de fréquences infrarouges incidents, et sa paroi interne supérieure 9 métallisée pour réfléchir les rayons de fréquences infrarouges incidents. Avec une telle structure, le filtre de l'invention présente un lobe de réception étiré sur toute la profondeur des fentes 3'. Si celles-ci sont suffisamment longues, l'angle d'ouverture dans le plan horizontal est voisin de 1800. Dans le sens vertical, l'angle d'ouverture peut aussi être déterminé en se référant à la Fig. 2. I1 se compose d'un demi angle d'ouverture supérieur égal à A et d'un demi angle d'ouverture inférieur égal à B. Dans le cas où la largeur des fentes 3' est égale à la moitié de l'épaisseur de la plaque 1, l'angle A est de l'ordre de 250 et l'angle B est de 450, l'angle d'ouverture vertical étant alors de l'ordre de 700. Dans la pratique, cette valeur constitue un maximum. L'espacement entre les fentes 3' détermine la quantité de lumière transmise par le filtre mais aussi sa rigidité. Sa valeur est un compromis entre ces deux facteurs. L'avantage de ce dernier exemple de réalisation réside dans sa construction aisée. En effet, les fentes 3' sont d'abord réalisées dans la plaque 1 par fraisage, puis celle-ci est entièrement métallisées et est de nouveau usinée par fraisage pour enlever la couche métallique inférieure des parois internes 8 des fentes 3'. La Fig. 4 montre comment peut être utilisé un filtre 10 selon l'invention. -Il est interposé entre un récepteur 11 et un émetteur 12 d'un système de transmission par rayonnement infrarouge. Le récepteur 11 et l'émetteur 12 se trouvent dans un plan sensiblement horizontal. Le filtre 10 est pris en sandwich entre un diffuseur 13 côté récepteur et un filtre passe-bande 14 côté émetteur. Le filtre 14 permet de sélectionner une bande spectrale, par exemple, comprise entre 700 nm et 950 nm, alors que le diffuseur 13 homogénéise le flux de lumière qui arrive au récepteur 8. Les signaux s modulés sur une porteuse dont la fréquence est dans la bande infrarouge sont émis par l'émetteur 12 et arrivent sur l'ensemble filtre 14, filtre 10 et diffuseur 13 selon une incidence sensiblement normale à sa surface, ou tout au moins selon une incidence leur permettant de rester à l'intérieur du lobe de réception du filtre 10. On est ainsi assuré que l'ensemble des signaux s traverse le filtre 10 et est reçu par le récepteur 11. Par contre, les rayons p extérieurs au lobe sont absorbés par le filtre 10. Or, le rayonnement infrarouge solaire arrivant sur le récepteur selon une direction essentiellement inclinée vers le bas, la majeure partie de ce rayonnement est absorbé par le filtre 10. Celui-ci permet donc d'améliorer le rapport signal sur bruit de réception. Si le système représenté à la Fig. 4 est utilisé dans une ambiance très riche en rayonnement infrarouge, on cherche à limiter l'angle d'ouverture et, donc, le diamètre des trous 3 ou l'épaisseur des fentes 3'. Mais, afin de ne pas diminuer par cette limitation la quantité de lumière fournie au récepteur il, on diminue le pas entre les trous 3 ou l'espacement entre les fentes 3'. Au besoin, si la diminution nécessaire est trop importante et affaiblit la rigidité mécanique du filtre, on augmente la puissance de l'émetteur 12 afin d'augmenter la puissance transmise au récepteur 11. En fait, ces deux paramètres, diamètre des trous 3 ou épaisseur des fentes 3' et pas entre les trous 3 ou espacement entre les fentes 3' sont étroitement liés et sont définis pour chaque utilisation particulière. Par ailleurs, en utilisant un filtre selon l'invention qui présente une surface métallisée sur les parois supérieures des trous 3 ou des fentes 3', le lobe de réception présente dans sa partie inférieure un demi angle d'ouverture inférieur plus grand que le demi angle d'ouverture supérieur. Par rapport à un filtre 10 dont les trous ne seraient pas métallisés, cela n'a qu'une influence minime sur le rapport signal à bruit au récepteur 10, mais permet de ne pas le diminuer si l'émetteur 14 est, par exemple, légèrement en dessous du récepteur 11. De plus, l'utilisation d'un filtre 10 tel que celui représenté à la Fig. 3 présente l'avantage d'avoir un lobe très ouvert horizontalement. REVENDICATIONS 1) Filtre à sélectivité spatiale destiné à être interposé entre un récepteur (11) et un émetteur (12) d'un système de transmission par rayonnement infrarouge pour diminuer l'influence du rayonnement infrarouge solaire sur ledit récepteur (11), l'émetteur (12) et le récepteur (11) étant placés dans un plan sensiblement horizontal, ledit filtre (10) présentant un lobe de réception dont l'ouverture est limitée, caractérisé en ce qu'il comprend une plaque (1) disposée verticalement et constituée d'un matériau pouvant absorber des rayonnements dans la bande des fréquences infrarouges, ladite plaque (1) ayant au moins la face côté émetteur (12) recouverte d'une couche métallisée (2) et étant percée d'une pluralité de trous (3) dont l'axe est normal à la surface de ladite plaque (1), le diamètre des trous et la distance entre eux étant prédéterminés en fonction du rayonnement solaire ambiant. 2) Filtre à sélectivité spatiale selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre des trous 3 est inférieur à la moitié de l'épaisseur de la plaque (1). 3) Filtre à sélectivité spatiale selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que tous les trous 3 de la pluralité de trous ont une section circulaire. 4) Filtre à sélectivité spatiale selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que tous les trous 3 de la pluralité de trous ont une section oblongue. 5) Filtre à sélectivité spatiale selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la surface de la paroi interne de chaque trou est métallisée dans sa partie supérieure (4). 6) Filtre à sélectivité spatiale destiné à être interposé entre un récepteur (11) et un émetteur (12) d'un système de transmission par rayonnement - infrarouge pour diminuer l'influence du rayonnement solaire infrarouge solaire sur ledit récepteur (11), l'émetteur (12) et le récepteur (11) se trouvant dans un plan sensiblement horizontal et ledit filtre (10) présentant un lobe de réception dont l'ouverture est limitée, caractérisé en ce qu'il comprend une plaque (1) disposée verticalement et constituée d'un matériau pouvant absorber des rayonnements dans la bande de fréquences infrarouges, ladite plaque (1) ayant au moins la face (2) côté émetteur métallisée et étant pourvue de fentes (3') parallèles entre elles dont les parois supérieure (9) et inférieure (8) sont horizontales pour former une structure en forme de peigne, la distance entre lesdites fentes étant prédéterminée en fonction du rayonnement solaire ambiant. 7) Filtre à sélectivité spatiale selon la revendication 6, caractérisé en ce que la largeur des fentes (3') est inférieure à la moitié de l'épaisseur de la plaque (1). 8) Filtre à sélectivité spatiale selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que chaque fente (3') a sa paroi interne supérieure (9) métallisée et sa paroi interne inférieure (8) non métallisée. 9) Filtre à sélectivité spatiale selon une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les deux faces de la plaque (1) sont recouvertes d'une couche métallisée réfléchissant les rayonnements infrarouges.