Brevet FR2780514A1 — publié le 19991231

La présente invention concerne notamment le domaine des dispositifs ou systèmes dont le fonctionnement optique est modifié par changement des propriétés optiques du milieu les constituant et destinés notamment à la commande de l'intensité. Elle a plus particulièrement pour objet un dispositif anti-éblouissement utilisable par exemple pour protéger un capteur optronique contre l'agression d'un rayonnement intense, comme celui émis par un laser impulsionnel. Parmi tous les dispositifs anti-éblouissement utilisés, on peut en citer trois types Le premier type de dispositif utilise des suspensions de particules de carbone pouvant se présenter sous la forme d'encre de chine fortement diluée dans un liquide. Ce type de dispositif transmet parfaitement la lumière ambiante mais ses propriétés optiques se modifient lorsqu'il est soumis à un rayonnement de très forte intensité, tel celui émis par un laser à impulsions, cette modification tendant à diminuer la transmission. L'intensité du rayonnement à la sortie dudit dispositif est donc inférieure à celle de l'entrée. Ce type de dispositif donne de bons résultats en matière de protection contre des longueurs d'onde allant du visible au proche infrarouge, mais sa mise en oeuvre pose de nombreux problème tel celui de maintenir les particules de carbone en suspension. Le deuxième type de dispositif concerne les filtres de Christiansen constitués par des petits morceaux de verre baignant dans un liquide dont l'indice de réfraction est choisi égal à celui du verre mais qui varie sous l'influence d'un rayonnement de forte intensité. Ainsi, ce dispositif est transparent au rayonnement de faible et moyenne intensité et devient diffusant lorsqu'un rayonnement de forte intensité le traverse. L'intensité du rayonnement à la sortie dudit dispositif est donc inférieure à celle de l'entrée. Le troisième type concerne les filtres colloïdaux cristallins: il s'agit de particules en suspension dans un liquide et dont la particularité est de s'agencer sous forme de matrice avec une structure du type cristalline. Le liquide est choisi de telle manière que son indice de réfraction soit égal à celui des particules mais varie sous l'influence d'un rayonnement de forte intensité. 2 2780514 Ainsi, ce dispositif est transparent au rayonnement de faible et moyenne intensité et devient diffractant lorsqu'un rayonnement de forte intensité le traverse. Les filtres de Christiansen et les filtres colloïdaux présentent un inconvénient majeur, en l'occurrence, ils sont spectralement sélectifs. En d'autres termes ces filtres n'ont lesdites propriétés précitées que pour une longueur d'onde ou pour un domaine restreint de longueurs d'onde. Ainsi ce type de filtre est par exemple inadapté pour protéger un dispositif optronique contre le rayonnement émis par un système laser accordable en longueur d'onde et impulsionnel. Le but de l'invention est de résoudre ces inconvénients en proposant un dispositif apte à atténuer un rayonnement incident, et ce quelle que soit la longueur d'onde de ce rayonnement. La solution apportée est un dispositif d'atténuation de l'intensité d'un rayonnement comportant des particules sphériques dont l'indice de réfraction est np et baignant dans un mélange d'au moins deux liquides, I'indice de réfraction nl de I'un de ces liquides étant inférieur à celui des particules sphériques tandis que l'indice de réfraction n2 de l'autre liquide est supérieur à celui des particules sphériques. Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, le mélange de liquides est fortement polaire, par exemple constitué d'au moins deux liquides fortement polaires. Selon une autre caractéristique, le dispositif comporte deux liquides miscibles l'un dans l'autre. Selon une caractéristique additionnelle permettant une atténuation sélective de l'intensité du rayonnement incident, le mélange comporte un dosage de chacun des liquides tel que l'indice de réfraction du mélange est égal à celui des particules sphériques. Selon une autre caractéristique, les particules sphériques sont en silice etVou ont préférablement un diamètre de l'ordre du micromètre. Selon une caractéristique particulière permettant notamment d'améliorer I'atténuation dans le cas o le rayonnement est de type impulsionnel, le mélange de liquide est visqueux, sa viscosité dynamique étant supérieure à 10 centipoise. Selon une autre caractéristique, le dispositif comporte des billes de silice baignant dans un mélange de glycérol et d'éthylène glycol. 3 2780514 L'invention a auusi pour objet un procédé d'atténuation sélective de l'intensité d'un rayonnement caractérisé en ce qu'il consiste à placer sur la trajectoire de ce rayonnement un milieu comportant des particules sphériques d'indice de réfraction rp dispersées dans un mélange d'au moins deux liquides dont l'un comporte un indice réfraction rl inférieure à celui des dites particules sphériques et l'autre un indice de réfraction supérieur à celui des particules sphériques, la concentration de chacun des aux moins deux liquides étant telle que l'indice de réfraction résultant, du mélange de liquide, est égal à celui rp des particules sphériques. L'invention peut notamment être appliquée à des dispositifs optroniques comme par exemple une caméra ou un autodirecteur pour missile. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront dans la description de modes particuliers de réalisation de l'invention au regard de la figure annexée qui montre un schéma de l'invention appliquée à un dispositif optronique. La figure unique présente l'invention dans une application particulière à savoir celle d'un dispositif optronique. Ce dispositif comporte une caméra CCD 1 transmettant une image vidéo à des moyens de traitement aptes à déterminer la position d'une cible dans cette image. Lorsqu'un rayonnement de forte intensité, tel celui émis par un laser accordable en fréquence et impulsionnel, est dirigé sur les éléments photosensibles de cette caméra, ces derniers se détériorent et la caméra devient inutilisable. Pour éviter ces détériorations l'optique d'imagerie de la caméra est adapté. Cette optique d'imagerie comporte une lentille convergente 2, un dispositif 3 d'atténuation sélective de l'intensité du rayonnement incident, et un objectif 4,5, 6 apte à former l'image optique du champs de vision filmé sur les éléments sensibles 7 de la caméra. Le dispositif 3, situé dans un plan focal secondaire de l'optique d'imagerie, comporte une enveloppe réalisée en matériau optiquement transparent aux fréquences d'émission d'un laser impulsionnel accordable en fréquence, enveloppe 4 2780514 contenant des billes de silice baignant dans un mélange de deux liquides, à savoir du glycérol et de l'éthylène glycol. Les billes ont été fabriquées par la méthode de Stober et ont toutes sensiblement le même diamètre, soit environ 0,11 micromètres. L'indice de réfraction de ces billes est de 1,458. Le glycérol et l'éthylène glycol sont deux liquides fortement polaires, parfaitement miscibles et très visqueux et leurs indices de réfraction sont situés en dessous de celui des billes de silice pour l'un et audessus pour l'autre comme le montre le tableau ci-après. Indice de réfraction Viscosité (poise) Glycérol 1,4746 16 Ethylène-glycol 1,4318 0,2 Les proportions du mélange de liquide sont telles que l'indice de réfraction résultant est égal à celui des billes de silice. Ainsi, le mélange comporte 61,2% de glycérol et 38,8% d'éthylène-glycol, l'indice de réfraction moyen du liquide étant alors égal à la combinaison linéaire suivante: R= 0,612*1,4746+0,388*1,4318 = 1,458. Un volume similaire de billes et de mélange ainsi formé est mélangé afin d'obtenir une dispersion relativement homogène des billes dans le mélange. L'ensemble est ensuite introduit dans l'enveloppe afin de constituer le dispositif atténuateur de l'intensité du rayonnement R. Ce dispositif permet d'atténuer sélectivement le rayonnement incident R. En effet, lorsque l'intensité de ce rayonnement est faible ou moyen, ce qui est le cas de la lumière ambiante, le milieu constitué par les billes et le liquide apparaît comme un milieu optiquement homogène. Le rayonnement R n'est alors pratiquement pas atténué car environ 90% voir plus du rayonnement incident le traverse. 2780514 Lorsque le milieu reçoit un rayonnement de forte intensité, I'interface entre les billes et le liquide est modifiée par le rayonnement incident, par modification de l'orientation des molécules du milieu autour des billes et par rupture des liaisons hydrogène liant ces molécules à la surface des billes. Lorsque l'intensité est très forte, un claquage diélectrique d'une partie des billes ou un endommagement de leur surface peut survenir. Le milieu, sous l'action de l'un ou de l'un et l'autre de ces effets devient diffusant ce qui réduit le niveau d'énergie atteignant les éléments sensibles de la caméra. Le milieu devient donc hétérogène par désadaptation d'indice. Lorsque le milieu ne reçoit plus de rayonnement de forte intensite, il redevient, après un certain temps que l'on peut qualifier de relaxation, transparent à un rayonnement de faible ou de moyenne intensité car les billes se désactivent ou sortent de la zone active par collision. Plus le mélange de liquide est visqueux et plus le temps de relaxation est important. A titre d'exemple, ce temps est de l'ordre de la miliseconde pour un mélange peu visqueux et peut atteindre plusieurs secondes pour un mélange visqueux. Ainsi dans le cas d'un rayonnement émis par un laser impulsionnel et de l'utilisation d'un mélange visqueux, le milieu n'a pas le temps de redevenir homogène entre deux impulsions de rayonnement et l'atténuation est permanente pendant toute la durée du train d'impulsions de rayonnement. Enfin, on peut noter qu'un dispositif apte à agiter périodiquement le milieu peut lui être associé lorsque l'utilisation de l'invention est statique et réalisée sur une longue durée. De plus la polarité des liquides stabilise la dispersion des billes dans le mélange. De nombreuses modifications peuvent être réalisées sans sortir du cadre de l'invention. Il en est ainsi notamment de la taille des billes et du matériau qui les constitue, de la concentration des billes dans le mélange de liquides et du nombre et de la nature des liquides employés donc de leur polarité, de leur viscosité et de leur indice de réfraction. 6 2780514 REVENDICATIONS 1 Dispositif d'atténuation de l'intensité d'un rayonnement comportant des particules en suspension dans un fluide, caractérisé en ce que les particules sont sphériques et en ce que le fluide est constitué par un mélange d'au moins deux liquides polaires et miscible entre eux et dont l'indice de réfraction est inférieur à celui des particules sphériques pour l'un d'entre eux et supérieure à l'indice de réfraction des dites particules pour l'autre. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange de liquides est constitué d'au moins deux liquides fortement polaires. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le mélange comporte un dosage de chacun des liquides tel que l'indice de réfraction résultant est égal à celui des particules sphériques. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les particules sphériques sont en silice Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le diamètre des particules sphériques est de l'ordre du micromètre. 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la viscosité dynamique du mélange de liquide à la température ambiante est supérieure à 10 centipoiseuille. 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dispositif comporte des billes de silice baignant dans un mélange de glycérol et d'éthylène glycol. 8 Procédé d'atténuation sélective de l'intensité d'un rayonnement caractérisé en ce qu'il consiste à placer sur la trajectoire de ce rayonnement un milieu comportant des particules sphériques d'indice de réfraction rp dispersées dans un mélange d'au moins deux liquides dont l'un comporte un indice réfraction rl inférieure à celui des dites particules sphériques et l'autre un indice de réfraction supérieur à celui des particules sphériques, la concentration de chacun des aux moins deux liquides étant telle que l'indice de réfraction résultant, du mélange de liquide, est égal à celui rp des particules sphériques.