Brevet FR2848740A1 — publié le 20040618

GENERATEUR DE TENSION A CARACTERISTIQUE NON-LINEAIRE ET DISPOSITIF D'EXPOSITION UTILISANT LE GENERATEUR DE TENSION Domaine Technique La présente invention concerne un générateur de tension à caractéristique non linéaire. Elle concerne également un dispositif d'exposition utilisant le générateur de tension. On entend par générateur de tension à caractéristique non linéaire un générateur permettant de délivrer une tension dont la valeur en réponse à une tension ou un courant de commande linéaires, décrit une fonction exponentielle ou 10 quasi-exponentielle. On entend par fonction quasiexponentielle une fonction composée de la fonction exponentielle ou une fonction polynomiale approchant la fonction exponentielle. L'invention trouve des applications à des dispositifs nécessitant une commande très précise en tension dans une gamme de valeurs très étendue. Elle trouve en particulier des applications dans le domaine photographique, pour l'exposition de supports sensibles, dont la réaction à la lumière respecte une loi logarithmique. De façon plus précise l'invention peut être mise en oeuvre pour l'alimentation électrique d'une source de rayonnement dans un dispositif d'exposition destiné à former sur un film photographique des témoins d'exposition. Etat de la technique antérieure Les supports photographiques, et en particulier les films de prise de vue présentent, après exposition, en tout point de leur surface, une densité optique qui est fonction de l'énergie lumineuse reçue en ce point. Toutefois, la densité optique n'est pas en proportion linéaire de l'énergie lumineuse reçue. La réponse du film 25 est caractérisée par une courbe, dite courbe de sensitométrie, ou courbe de HurterDriffield. Celle- ci relie les valeurs de densité aux valeurs d'énergie lumineuse d'exposition. La connaissance de la courbe de sensitométrie d'un film est une donnée importante pour déterminer les conditions d'utilisation du film, de même que les 30 conditions de son traitement. Il s'agit également d'une donnée importante pour évaluer le vieillissement du film, ou encore pour régler les appareils de prise de vue dans lesquels il est utilisé. L'établissement de la courbe de sensitométrie peut avoir lieu en formant au préalable sur le film des témoins d'exposition, encore appelés témoins de sensitométrie. Les témoins de sensitométrie comprennent plusieurs plages d'exposition, traditionnellement au nombre de 21. En raison d'une latitude d'exposition très grande des supports photographiques, la courbe de sensitométrie est généralement représentée en échelle logarithmique. Plusieurs ordres de grandeur séparent en effet l'énergie minimum nécessaire à impressionner le support, et l'énergie à partir de laquelle la densité su support atteint une valeur de saturation. Dans la mesure ou l'on souhaite que le témoin de sensitométrie rende compte du comportement du support dans une plage d'énergies couvrant entièrement la latitude d'exposition, il convient de fournir au film des énergies 15 d'exposition respectant une loi exponentielle. A cet effet, les dispositifs de formation d'un témoin de sensitométrie doivent comporter des sources lumineuses capables de respecter cette condition. Ces sources doivent de plus être pourvues de moyens d'alimentation appropriés. En d'autres termes, les dispositifs doivent comporter des générateurs de courant ou 20 de tension capables de délivrer des énergies respectant également une loi exponentielle. Pour l'alimentation en énergie, on peut faire appel, par exemple, à des amplificateurs logarithmiques. Ceux-ci mettent à profit la caractéristique directe courant-tension d'une diode à jonction, ou éventuellement la caractéristique de 25 tension baseémetteur d'un transistor bipolaire. Il s'avère toutefois que la caractéristique électrique de ces composants est très abrupte et ne respecte pas de progression de type exponentielle pour les faibles valeurs de courant ou de tension. En outre, les dispositifs d'alimentation qui mettent à profit la caractéristique d'une jonction redresseuse, délivrent un courant 30 ou une tension avec des valeurs entachées d'erreurs par rapport à des valeurs de consigne attendues. Ces erreurs, parfois importantes, ne permettent pas de contrôler avec une grande précision l'énergie d'alimentation des sources d'exposition, notamment lorsque les courants ou les tensions d'alimentation sont faibles. Les incertitudes sur l'énergie d'alimentation des sources d'exposition constituent un handicap pour la formation des témoins de sensitométrie. En effet les plages du témoin d'exposition sont généralement exposées avec des énergies calibrées avec précision, de façon à pouvoir être utilisées dans l'établissement d'une courbe de sensitométrie. Exposé de l'invention o L'invention a pour but de proposer un générateur de tension, un dispositif d'alimentation et finalement un dispositif d'exposition, ne présentant pas les limites exposées ci-dessus. Un but est en particulier de proposer un générateur présentant une caractéristique de sortie très proche de l'exponentielle, notamment pour les faibles 15 valeurs de sortie. Un autre but est de proposer un générateur dont les valeurs de sortie sont entachées d'erreurs suffisamment faibles pour permettre l'alimentation de dispositif de formation de témoins de sensitométrie. Un but est encore de proposer un générateur et un dispositif d'exposition 20 susceptibles d'être commandés numériquement. Pour atteindre ces buts, l'invention concerne plus précisément un générateur de tension comprenant: - une chaîne formée d'une pluralité de cellules de générateur, les cellules comportant un multiplicateur de tension avec une première et une deuxième 25 entrées de multiplicande et un atténuateur de tension, - un additionneur de tension connecté aux cellules et à une entrée de commande pour effectuer une somme des tensions fournies par les cellules, et d'une tension de commande appliquée à l'entrée de commande, dans lequel les première et deuxième entrées de multiplicande d'une première cellule de la chaîne sont connectées à une entrée de commande et dans lequel les première et deuxième entrées de multiplicande des cellules subséquentes de la chaîne sont respectivement connectée à l'entrée de commande et à une sortie de la plus proche cellule précédente de la chaîne. L'évolution de la tension de sortie délivrée par l'additionneur de tension est une fonction de la tension d'entrée, c'est à dire de la tension appliquée à l'entrée de commande. Cette fonction est dictée essentiellement par le câblage du générateur, mais aussi par des paramètres tels que le rapport d'atténuation des différentes cellules. Dans une réalisation particulière du générateur, les cellules successives de la chaîne de cellules comportent un atténuateur présentant un rapport d'atténuation respectivement égal à (n+l) o n est le rang qu'occupe chaque cellule dans la chaîne, le rang étant compté à partir de la première cellule. Dans ce cas particulier, l'additionneur de tension délivre une tension de sortie qui est très proche d'une fonction exponentielle de la tension de commande appliquée à l'entrée de commande. De façon précise, la tension de sortie est alors de la forme expV0 -1, o V. est la tension de commande. Une tension de sortie à progression exponentielle 15 est ainsi obtenue très simplement à partir d'une tension de commande à progression linéaire. Il s'avère de plus que l'erreur relative de la tension de sortie est très faible. Cette erreur correspond essentiellement à l'écart entre la valeur que donnerait la fonction exponentielle théorique et le résultat du développement limité de la fonction exponentielle, c'est à dire la somme de polynôme, autour du de la 20 tension V,, de commande. L'exactitude de la fonction exponentielle délivrée à la sortie du générateur dépend du nombre de cellules mis en oeuvre. Le nombre de cellules est de préférence compris entre 14 et 22. Dans une réalisation particulière du générateur de l'invention, adaptée à des 25 moyens de commande numérique, celui-ci peut comporter un convertisseur numérique-analogique connectée à l'entrée de commande. Un tel convertisseur est parfaitement capable de délivrer une tension de commande Vc évoluant de façon linéaire en fonction d'un paramètre de commande numérique. La résolution du convertisseur conditionne bien sr la précision de la tension de commande et donc 30 de la tension de sortie. Le convertisseur est, par exemple, un convertisseur avec une résolution de 8, 12 ou 16 bits. Le générateur de l'invention peut être utilisé notamment comme source d'alimentation en énergie pour une source de lumière d'exposition. Ainsi l'invention concerne également un dispositif d'exposition de surfaces photosensibles. Le dispositif comprend une source de rayonnement d'exposition et un générateur tel que décrit ci-dessus. L'utilisation d'un générateur capable de délivrer une tension ou un courant en progression exponentielle permet d'exposer différentes plages d'un support avec des énergies également en progression exponentielle. Lorsque le générateur est utilisé comme alimentation électrique, il peut être 10 associé à un convertisseur tension-courant qui relie sa sortie à la source d'exposition, si celle-ci est commandée en courant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, en référence aux figures des dessins annexés. Brève description des figures La figure 1 est une représentation schématique d'une cellule de générateur utilisable dans un générateur conforme à l'invention. La figure 2 est un schéma électrique d'un générateur conforme à l'invention et d'un dispositif d'exposition utilisant un tel générateur. Description détaillée d'un mode de mise en oeuvre de l'invention Dans la description qui suit, des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures sont repérées par les mêmes signes de références. La figure 1 montre une cellule de générateur 10 comprenant dans l'ordre un multiplicateur de tension 12 et un atténuateur de tension 14. Les multiplicateurs de 25 tension de même que les atténuateurs de tension, sont des composants électroniques connus. L'atténuateur de tension peut se résumer à un simple pont diviseur de tension, éventuellement associé à un amplificateur suiveur. Il peut aussi être réalisé à partir d'un amplificateur inverseur avec un gain inférieur à 1. Au sujet des multiplicateurs de tension, on peut se reporter, par exemple au document (1) 30 dont la référence est précisée à la fin de la présente description. La cellule de générateur présente deux entrées de multiplicande qui portent les références 20 et 22. Ces deux entrées constituent également les entrées du multiplicateur de tension 12. Le multiplicateur de tension 12 délivre en en une borne de sortie 24 une tension dont la valeur est le produit des tensions appliquées sur les entrées de multiplicande 20 et 22. La borne de sortie 24 du multiplicateur de tension est reliée à l'atténuateur 14. Le rôle de l'atténuateur 14 est d'affecter le produit délivré par le multiplicateur d'un coefficient d'atténuation. Dans l'exemple particulier décrit ciaprès, une pluralité de cellules présentent respectivement des atténuateurs avec des coefficients d'atténuation qui sont fonction, pour chaque cellule, du rang de la 10 cellule dans une chaîne. En d'autres termes, une nième cellule présente un coefficient d'atténuation égale à 1/n. L'atténuateur de la nièe cellule multiplie ainsi le produit de tension disponible en la borne 24 du multiplicateur par le coefficient 1/n de sorte à délivrer une tension de sortie notée Vn. Cette tension de sortie est également la tension de sortie de la cellule. Elle est disponible en une borne 26. 15 Des cellules de générateur, comparables à celles décrites en référence à la figure 1 sont connectées en chaîne dans un dispositif d'exposition tel que représenté à la figure 2. Les cellules successives de la chaîne sont repérées par les références 10-2 à 10-n et font partie d'un générateur de tension 1. La première borne de multiplicande 20-1,.. .,20-n de chaque cellule est directement reliée à une 20 borne d'entrée de commande commune 2 du générateur 1. A l'exception de la première cellule 10-1 dont la seconde entrée de multiplicande 22-1 est également reliée à la borne d'entrée 2, la seconde entrée de multiplicande 22-2,.. .,22-n de chaque cellule suivante est respectivement reliée à la sortie 26-1,. . .,26(n-1) de la cellule précédente. On entend par cellule précédente la cellule dont le rang, compté 25 à partir de la première cellule est inférieur de un à celui de la cellule considérée. Les sorties 26-1,.. .,26-n de l'ensemble des cellules, de même que la borne d'entrée 2, sont reliées à un additionneur 30. L'additionneur de tensions, qui est également un composant connu en soi. A titre d'illustration, on peut se reporter au document (2) dont les références sont précisées à la fin de la description. L'additionneur est utilisé pour effectuer la somme de la tension de commande d'entrée V0 et de toutes les tensions V1,. . .,Vn délivrées par les cellules individuelles. L'additionneur forme avec les cellules un générateur de tension. La tension VI de la première cellule est le produit des entrées de cette cellule divisé par le rang de cette cellule plus un. Soit Vl=(V,*V,)/2= V.2/2!. La tension V2 de la deuxième cellule est (V.*VJ)/(2+1) soit V,*V02*1/2*1/(2+1), soit V,3/3 5 Compte tenu du câblage indiqué précédemment, la sortie Vs de l'additionneur est de la forme suivante, pour n cellules: Vs= VC VC/2!+.. .+Vn/n! Ce développement polynomial est une approximation de V,=exp(V,)-l dont la précision dépend du nombre de termes et donc du nombre de cellules. 10 La tension d'entrée V0 du générateur 1 est une tension de commande fournie par une unité de commande numérique 4, par exemple un microprocesseur ou un ordinateur, associée à une convertisseur numérique analogique 8. Le convertisseur permet de convertir un signal de commande numérique en une tension de commande Vc utilisée comme tension d'entrée. Cette tension varie, en 15 fonction de la commande numérique dans une gamme linéaire, par exemple dans un rapport de 1 à 10. La faible gamme de variation permet une commande de la tension d'entrée V, avec une bonne précision. La tension de sortie Vs du générateur 1, en revanche, varie dans une gamme exponentielle, par exemple, dans des rapports de 10-2 à 102 Dans l'exemple du 20 dispositif décrit en référence à la figure 2, la tension de sortie Vs du générateur n'est pas utilisée directement comme tension d'alimentation mais est fournie à un convertisseur tension-courant 32. Les convertisseurs tension-courant sont des composants connu en soi. On peut se référer à ce sujet au document (3) référencé ci-après. Le convertisseur tension-courant est connecté à une source de rayonnement d'exposition 40. Il s'agit dans cet exemple une source à diodes électroluminescentes. Cette source constitue avec le générateur 1 et le convertisseur courant-tension un dispositif d'exposition. La précision de la tension fournie par le générateur permet d'envisager l'utilisation du dispositif d'exposition comme dispositif calibré pour la formation de témoins de sensitométrie dans le domaine de la photographie. Le dispositif peut être miniaturisé et intégré dans des appareils de prise de vue. Documents cités (1) Analog Devices AD534 Internally Trimmed Precision IC Multiplier pages 1 à 12. (2) Analog Circuit Design: Art Science and Personnalities Edited by JimWilliams, Butterworth Heinemann ISBN 0-7506-9166-2 pages 369-370 Dan Sheingold. (3) J.F Gazin Manuel d'applications C.I.L Tome 1 Les amplificateurs 10 opérationnels Publications Thomson C. S. F REVENDICATIONS 1 - Générateur de tension (1) comprenant: - une chaîne formée d'une pluralité de cellules de générateur (10,10-1, .. n), les cellules comportant un multiplicateur de tension (12) avec une première (20,20-1,.. .,20-n) et une deuxième (22,22-1,.. .,22-n) entrées de multiplicande et un atténuateur de tension (14), - un additionneur de tension (30) connecté aux cellules et à une entrée de commande (2), pour effectuer une somme des tensions fournies par les cellules et d'une tension appliquée à l'entrée de commande, dans lequel les première et deuxième entrées de multiplicande (20-1,22-1) d'une première cellule de la chaîne sont connectées à l'entrée de commande (2) et dans lequel les première et deuxième entrées de multiplicande des cellules subséquentes (20-2,...,20-n; 22-2,...,22-n) de la chaîne sont respectivement connectées à l'entrée de commande (2) et à une sortie de la plus proche cellule 15 précédente de la chaîne (26-1,...,26-n). 2 - Générateur selon la revendication 1, dans lequel les cellules successives de la chaîne de cellules comportent chacune un atténuateur présentant un rapport d'atténuation respectivement égal à une valeur (n+1), o n est le rang qu'occupe chaque cellule dans la chaîne, le rang étant compté à partir de la première cellule. 3 - Générateur selon la revendication 1, dans lequel la chaîne comprend un nombre de cellules compris entre 14 et 22. 4 - Dispositif d'exposition de surfaces photosensibles comprenant une source de rayonnement d'exposition (40), et un générateur conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, relié à la source. 5 - Dispositif selon la revendication 4, comprenant un convertisseur tensioncourant connecté entre le générateur (1) et la source d'exposition (40). 6 - Dispositif selon la revendication 4, comprenant une unité de commande numérique (4) reliée à l'entrée de commande (2) par l'intermédiaire d'un convertisseur numérique/analogique (8). 7 - Dispositif selon la revendication 4, dans lequel la source de rayonnement d'exposition (40) est une source à diode électroluminescente.