Brevet FR2938351A1 — publié le 20100514

-1- ^ L'ensemble concerne la réalisation d'un caisson étanche universel recevant un appareillage de prise de vues photographiques ou cinématographiques d'encombrement et de marque variables, utilisé par un plongeur autonome. La particularité principale de cette réalisation est d'utiliser une technologie optoélectronique immergée, soumise à la pression hydrostatique, pour générer et transmettre, à l'intérieur du boîtier étanche, des codes numériques destinés à produire des actions électromécaniques sur l'appareil de prise de vues. ^ Les réalisations actuelles, destinées à effectuer des prises de vues sous-marines à l'aide d'appareils à usage "terrestre", sont agencées autour d'un boîtier étanche spécifique du modèle à actionner. Les commandes nécessaires au réglage de l'appareil de prise de vues se font au travers de la paroi du caisson par des organes mécaniques de transmission des mouvements de rotation et / ou de translation. Ces organes, relativement fragiles, doivent assurer une parfaite étanchéité et demandent un entretien régulier et méticuleux. En conséquence, les principaux inconvénients de ces réalisations sont : ^ un risque important à long terme d'un défaut d'étanchéité entraînant à coup sûr, surtout en eau de mer, la perte de l'appareil de prise de vues ; ^ l'obsolescence du caisson, parfois plus onéreux que l'appareil, suite à une panne non 20 réparable de celui-ci ou à l'évolution des matériels ; ^ une sensibilité à la pression sur la souplesse des commandes : - dureté des rotations avec la profondeur (serrage des joints toriques) ; - dureté des translations près de la surface afin d'éviter une action intempestive à la profondeur limite d'utilisation (force suffisante des ressorts de rappel) ; 25 ^ une difficulté d'accessibilité de certaines commandes de type "poussoir" mécaniquement très rapprochées sur le modèle terrestre ; • une éventuelle limitation du nombre de commandes accessibles sur l'appareil par souci de simplicité ou de robustesse des mécanismes qui équipent le caisson. 30 ^ La réalisation, selon l'invention, permet de remédier à ces inconvénients. Elle comporte trois parties : ^ Le boîtier rigide étanche. Celui-ci ne possède aucune traversée de commande mécanique mais communique avec l'extérieur à partir d'un connecteur par des liaisons électriques étanchées par 35 scellement. Il est constitué de deux parties cylindriques (parties arrière et avant) alignées et étanchées par une bague porte-joints (1 joint tangentiel + 1 joint de butée). On accède à l'intérieur du boîtier par ce plan de joint central pour introduire l'appareil de prise de vues. Les deux demi-boîtiers sont solidarisés par la bague porte joints à l'aide de trois verrous à "grenouillère". Chaque extrémité du boîtier est fermée par une vitre étanchée par deux joints toriques (1 joint tangentiel + 1 joint de butée). ^ Les commandes de type "optomécanique" externes. Elles sont accessibles au plongeur pour contrôler les fonctionnalités de l'appareil de prise de vues. Elles sont réalisées par des interrupteurs optiques non étanches, immergés dans le milieu aquatique ambiant. Chaque interrupteur est constitué : d'un bouton poussoir positionné sur une couronne support, extérieure au boîtier étanche ; - d'une fibre optique coupée en deux parties dont la jonction est sous-jacente au bouton. Une partie de la fibre est couplée à un émetteur de lumière (diode électroluminescente) tandis que l'autre partie est couplée à un récepteur de lumière (phototransistor). En absence d'action sur le bouton, les deux parties de la fibre ne sont pas aboutées (interrupteur ouvert). Lorsque le plongeur appuie sur le bouton, les deux parties sont aboutées et le flux lumineux est transmis au photorécepteur (interrupteur fermé). L'action électrique produite par le phototransistor est exploitée pour délivrer un code binaire associé à la touche enfoncée. Afin de minimiser le nombre des liaisons électriques, les interrupteurs optiques sont 20 matricés et interfacés pour exploiter les caractéristiques d'un encodeur de clavier (circuit intégré spécialisé existant). En caractéristiques annexes, il est pratique de recopier sur la couronne la topographie fonctionnelle couramment rencontrée sur les appareils pour certaines commandes (les 4 déplacements dans les menus, le zoom, le choix du mode de 25 fonctionnement) et de distinguer la commande de prise de vue associée au préréglage de mise au point. Par ailleurs, la fixation du bouton et de son mécanisme de rappel est réalisée par une bride amovible marquée d'un sigle ou d'un logo rappelant la fonctionnalité de ce bouton. Ainsi, pour un appareil de prise de vues donné, un jeu spécifique de brides ou de pastilles de marquage rapportées par encliquetage est 30 monté sur les boutons. • La platine support. Fixée à l'intérieur du boîtier, elle est spécifique de l'appareil de prise de vues et assure le maintien mécanique de celui-ci, supporte les actionneurs électromécaniques adaptés à chaque commande de l'appareil "terrestre" (boutons poussoirs, boutons 35 rotatifs, bagues de réglages), supporte l'électronique programmable (par processeur) d'interface entre les codes délivrés par la "commande externe" et les actionneurs. Selon une première caractéristique, un code validé pendant le temps d'appui sur un 5 10 15 25 30 35 2938351 -3- bouton de la couronne est reconnu par le logiciel qui produit l'activation électrique adaptée à l'actionneur correspondant pendant le même temps. Selon une seconde caractéristique, une impulsion mécanique sur un bouton poussoir de l'appareil de prise de vues est obtenue par la fermeture de l'entrefer d'un électroaimant. Le câblage de l'ensemble des électroaimants aux intersections lignes / colonnes d'une matrice d'alimentation, permet de minimiser le nombre des liaisons électriques avec le processeur de contrôle. Pour les mouvements de rotation, la platine est équipée de servomécanismes standards ("servo") utilisés en modélisme. Leur positionnement en rotation est déterminé par la durée d'impulsions périodiques appliquées sur leur ligne de contrôle. Ainsi, l'application d'un train d'impulsions de durées constantes fixe la position angulaire finale du "servo". Le couple de rotation est appliqué tant que le signal existe et que l'angle réel n'a pas atteint l'angle final. ^ Les dessins annexés illustrent l'invention selon les modes particuliers de réalisation d'un prototype. Par souci de lisibilité : - tous les traits visibles ou cachés d'une vue ne sont pas représentés ; - des éléments qui aident à la compréhension, situés en arrière ou en avant d'un plan de coupe, sont représentés en trait fin. Les figures 1, 2 et 3 représentent l'ensemble monté, vu suivant trois plans de coupe orthogonaux. D'une façon générale, la conception du boîtier est faite à partir de manchons et tubes PVC standard, assemblés par collage. Les aménagements particuliers tels que bagues porte-joints (6) (10) (11), portée d'étanchéité (36), bagues porte-écrous (32), support de guidage des fibres (16), entretoise de remplissage (35), support de connecteur (5), sont réalisés par tournage ou fraisage de PVC en plaque. La couronne porte-boutons (15) est thermoformée sur un gabarit cylindrique avant montage sur plateau diviseur et usinage sur fraiseuse. Les assemblages démontables sont réalisés par visserie (acier inox.). La structure cylindrique du boîtier, renforcée par les blindages en tôle d'acier inoxydable roulée (3) et (4), offre une bonne résistance à la pression et permet le logement de l'équipement électromécanique de la platine support (37) dans les espaces libres. Les parois transparentes arrière (8) et avant (9) du boîtier sont réalisées en "Plexiglas" d'épaisseur 15 mm et intègrent les joints tangentiels d'étanchéité. ^ Le demi-boîtier arrière (1) contient le connecteur des liaisons électriques monté sur son embase (5), le dispositif de fixation (38) avec réglage de positionnement de la 2938351 -4- platine support (37) par glissières monté sur le blindage (3). Ledit demi-boîtier est solidaire du socle (29) équipé de 2 poignées de maintien. Il supporte la couronne porte-boutons (15) et les fibres optiques (17) de la "commande externe" ainsi que son interface optoélectronique (20) étanchée par moulage en résine. 5 Les fibres optiques "plastique" (17) d'un diamètre de 1 mm et au nombre de 22 constituent une nappe positionnée par le support guide (16) incrusté de 22 rainures triangulaires de 0,5 mm de profondeur au pas de 1,1 mm et rapporté par collage sur la périphérie du boîtier (1). Dans chaque rainure, la fibre est coupée à l'aplomb d'un bouton poussoir (12). 10 Les 22 boutons sont disposés selon la répartition donnée par la figure 4 qui représente le développement de la couronne (15). Ici sont visibles les groupements des boutons de déplacement dans les menus (25), de zoom (26), de choix de fonction (27) et de mise au point / déclenchement (28). Cette couronne est fixée par vis sur les bagues porte-écrous (32) qui sont rapportées par collage sur le boîtier ; 15 les écrous sont noyés dans l'épaisseur des bagues. Chaque bouton, muni d'un ressort de rappel (13), est maintenu sur la couronne par une bride rapportée (14) marquée du logo spécifique de la commande. Conformément à la figure 5, sous un bouton poussoir (12), une demi-fibre est plaquée sur les flancs de la rainure tandis que l'autre est relevée par thermoformage 20 pour s'appuyer sur la base du bouton en position "relâché". Un espace d'environ 2 mm, réalisé par l'épaisseur des bagues porte-écrous (32), entre la périphérie de la fibre et la base du bouton, assure l'interruption du flux lumineux entre la diode électroluminescente (18) et le phototransistor (19)(Fig.1). En appuyant sur le bouton, une course supérieure à 1 mm établit la liaison par déformation élastique de la fibre. Le maintien des fibres sur le guide (16) est réalisé par une éclisse (39) (plaquette d'acier inoxydable de 0,2 mm d'épaisseur) collée en travers de la nappe à quelques millimètres de chaque coupure pour obtenir l'appui de chaque demi-fibre sur les flancs de sa rainure. Les éclisses sont appliquées sur les bords du support (16) par deux frettes (40). Parfois, sur l'appareil de prise de vues, certains réglages nécessitent deux actions simultanées que ne permet pas de gérer l'encodeur de clavier. Ainsi, les 22 fibres disponibles sont réparties sur deux encodeurs (d'une capacité maximale de 16 interrupteurs chacun) en deux groupes de 11 commandes. La mise en oeuvre des encodeurs et de leur interface optoélectronique est conforme au schéma structurel d'application donné en figure 6 et implanté sur le circuit imprimé (20). La technique de multiplexage employée dans l'encodeur impose la simultanéité 2938351 -5- d'émission lumineuse dans les fibres d'une même colonne de la matrice. Un compromis entre encombrement, simplicité de couplage optique, tenue mécanique et facilité de montage des fibres conduit à l'utilisation de trois diodes électroluminescentes de 3 mm de diamètre, montées en série dans les colonnes. 5 Cela impose l'utilisation d'une alimentation suffisante de 7,2V par exemple. Les fibres de même rang dans les colonnes aboutissent aux photorécepteurs montés en parallèle sur une même ligne de la matrice. Chaque fibre est insérée dans un puits à fond plat rodé, de 1,1 mm de diamètre, percé au sommet du dôme de chaque diode et de chaque phototransistor sans 10 détériorer les connections internes aux composants. Le montage, la tenue mécanique et le couplage optique dans les fonds de puits sont assurés par l'élasticité des fibres. La poignée gauche (30)(Fig.1 et 2), terminée par le bouchon étanche (21) de liaison au flash extérieur, contient l'accumulateur (22) source d'énergie électrique du 15 système. La poignée droite (31) contient l'électronique de contrôle (23) : commande enregistrement / arrêt / lecture ; surveillance de batterie ; surveillance d'entrée d'eau. La mise sous tension est déterminée par la position de la bague de commande Enregistrement / Arrêt / Lecture (24) solidaire d'un aimant qui agit à travers la paroi 20 de la poignée sur des interrupteurs à lames souples équipant (23). A titre indicatif, l'électronique d'équipement des poignées est présentée par le schéma structurel figure 7 . Un renfort mécanique des poignées collées dans le socle (29)(Fig.1) est réalisé par les entretoises démontables (33) et (34). 25 Les liaisons électriques (non représentées) entre les différentes parties sont insérées et étanchées par résine dans une rainure (41) du socle (29) et dans l'embase (5) du connecteur (scellements en Fig.1 et 3). Sur la platine support (37)(Fig.3) qui maintien l'appareil de prise de vues, sont fixés : 30 l'électronique de commande (42) ; les actionneurs de type "électroaimant" (43) en regard ou déportés des boutons poussoir par des adaptations mécaniques (leviers de renvoi) ; les actionneurs de type "servo" (44). A titre indicatif, l'électronique de commande spécifique d'un appareil répond au 35 schéma structurel partiel donné figure 8. Une commande par électroaimant est caractérisée par la disposition donnée figure 9. Le déplacement est produit par le basculement du disque d'acier doux 2938351 -6- (45) à la fermeture de l'entrefer localisé entre ce disque et les pôles du circuit magnétique cuirassé (46) qui contient la bobine d'excitation (47). La pièce mobile (45) est guidée par le capuchon en aluminium (48) de diamètre intérieur légèrement supérieur à celui du disque. Ce capuchon, scellé sur l'électroaimant, supporte la 5 butée fixe (49) qui positionne un point périphérique du disque en appui sur le bord du pôle magnétique extérieur de (46). Diamétralement opposée, la butée réglable (50), bloquée par contre-écrou, détermine la largeur de l'entrefer initial au repos (bobine non alimentée) qui est maintenu ouvert par l'appui de l'aiguille (51) de la tige d'action sur le bouton poussoir de l'appareil de prise de vues. L'aiguille, guidée par 10 le trou (59) dans la plaquette (61) support des connexions, traverse l'électroaimant dans la fente (60) pratiquée selon une génératrice de son blindage et transmet le déplacement du point de plus forte amplitude du disque (45). Sur la figure 10, à l'autre extrémité de l'aiguille (51), la tige d'action réalisée en deux parties, constitue un ensemble piston (52) solidaire de l'aiguille - cylindre (53) 15 qui . rattrape les jeux mécaniques et les incertitudes de distance pour chaque bouton poussoir grâce à la force de compression du ressort (54) en appui sur la butée (62) solidaire de l'aiguille et qui tend à écarter les deux parties ; . assure la transmission de l'impulsion mécanique lors de la fermeture de l'entrefer 20 (bobine alimentée) par les forces de viscosité développées au déplacement d'un volume de graisse de remplissage (55) du cylindre, dans le jeu périphérique entre (52) et (53). L'étanchéité du cylindre de volume constant est assurée par les deux joints toriques (56). Un évent (57) pratiqué en travers du trou de dégagement de l'aiguille dans le cylindre (avec un jeu suffisant) permet les échanges d'air lors des 25 déplacements relatifs lents entre les deux parties. Le cylindre (53), en appui sur un bouton poussoir de l'appareil de prise de vues par l'intermédiaire du coussinet protecteur adhésif (58), est guidé par le trou (63) pratiqué dans la platine support (37). L'épaulement (64) limite la course du cylindre afin d'éviter la sortie de l'aiguille 30 hors de la zone d'étanchéité lorsque l'appareil de prise de vues est ôté. Le piston (52) est alors en limite de butée contre le joint torique de droite. Lors d'une compression maximale du ressort (54), le piston (52) arrivant en butée contre le joint torique de gauche, l'aiguille ne doit pas appuyer sur le coussinet (58). Le dispositif couvre ainsi une incertitude de position de l'ordre de 2,5mm entre la platine support 35 (37) et l'appareil de prise de vues. La graisse chimiquement inerte (type "silicone") sur les matériaux en présence doit être d'une viscosité en rapport avec le jeu entre le piston et le cylindre pour transmettre l'impulsion mécanique pour toute la plage de température d'utilisation du caisson. La rondelle (65), fendue pour être montée sur l'aiguille, ferme la cavité du cylindre en maintenant le joint torique d'étanchéité de droite et réalise le siège du ressort (54). Ainsi tous les éléments internes au cylindre peuvent être introduits facilement par le même côté. L'ensemble est verrouillé par la vis (66). Méthode de montage : Le coussinet (58) n'est pas collé ; l'aiguille (51) est sortie de l'électroaimant et du cylindre (53) ; le ressort (54) et le joint torique (56) de droite sont montés en leurs places par déformation élastique au-dessus de la butée (62) ; la rondelle (65) est montée à sa place sur (51) ; entre le joint torique et l'aiguille, introduire un fin fil de nylon (0,1 mm) que l'on laissera dépasser à droite de (65). Le ressort (54) est libre. Cela maintien (52) en butée contre le joint torique de droite. Le joint torique (56) de gauche est monté au fond de (53). Le cylindre (53) et l'aiguille (51) ainsi préparés sont immergés dans la graisse de sorte qu'il n'y ait pas de bulles d'air emprisonnées dans les cavités. Dans la graisse, (51) est introduit dans (53) jusqu'au contact du joint torique de droite avec le bord de son logement. Sortir l'ensemble de la graisse en maintenant la pression entre les 2 pièces (compression du ressort). Appliquer une pression entre (65) et (53) à l'aide d'une bride jusqu'à encastrement complet du joint torique (élimination de la graisse excédentaire autour du fil de nylon). Retirer le fil de nylon et verrouiller l'ensemble en fixant (65) à l'aide de la vis (66) puis ôter la bride. Essuyer et nettoyer l'extérieur de l'assemblage à l'aide d'un solvant, coller le coussinet (58) et introduire l'aiguille dans son logement sur l'électroaimant. La plaquette (67)(Fig.9), rapportée tangentiellement à l'électroaimant par collage (68), permet la fixation de l'ensemble par vis (69) sur l'équerre (70) solidaire de la platine support (37) par soudage. ^ Le demi-boîtier avant (2)(Fig.2 et 3) est appliqué contre la partie (1) par les trois verrous à "grenouillère" (7) fixés sur la couronne (15). L'accrochage des verrous se fait dans la gorge circulaire située à l'avant de la bague porte-joints (6). La caractéristique de ce demi-boîtier est d'avoir une fenêtre avant (9) circulaire excentrée par rapport à cette gorge. Ainsi pour un appareil donné, en combinant la hauteur de sa fixation sur 2938351 -8- sa platine support (37) et la position angulaire relative des demi-boîtiers, il est possible d'aligner l'axe de la fenêtre avant sur l'axe de l'objectif. Ceci est indispensable en cas d'utilisation d'une fenêtre avant hémisphérique grand-angle. 5 ^ Dans une forme de réalisation industrielle non illustrée, les éléments (1) (10) (16) (36) peuvent être réalisés en une seule pièce par moulage ; il en va de même pour les éléments (2) (6) (11) (35). Dans ces pièces moulées, l'intégration des joints tangentiels des fenêtres doit permettre d'utiliser des vitres ou dômes grand-angle en verre de réalisation simple (sans gorge). 10 Le développement de produits optoélectroniques spécifiques doit permettre de coupler facilement plusieurs fibres plastiques nues de 1 mm de diamètre à un phototransistor discret (par un additionneur optique) ou de technologie CMS (à jonctions étendues) en remplacement des groupements "parallèle" de chaque ligne de la matrice ; 15 - une seule diode électroluminescente discrète (associée à un diviseur de flux lumineux) ou de technologie CMS (à zone émettrice de forme rectangulaire ou répartie sur plusieurs points en ligne) en remplacement des groupements "série" dans chaque colonne. L'électronique d'interface plus simple (figure 6 bis) peut alors être alimentée sous tension 20 plus faible (5V par exemple), compatible avec l'alimentation des "servo" standards. Ce prototype d'une capacité cylindrique de 160 mm x 160 mm peut être décliné en deux ou trois dimensions pour recevoir des catégories différentes d'appareils. Ce concept et cette technologie selon l'invention sont particulièrement adaptés à l'utilisation des 25 appareils numériques. REVENDICATIONS1- Caisson universel de prise de vues photographiques ou cinématographiques sous-marines, manoeuvré par un plongeur autonome, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un boîtier rigide étanche en 2 parties (1) et (2) recevant un appareil à usage "terrestre" monté sur une platine support (37) spécifique du modèle afin de rendre celui-ci opérationnel et équipée d'actionneurs électromécaniques (43), que les commandes des réglages (12) accessibles au plongeur sont de type "optomécanique" qui opèrent à l'extérieur du boîtier, dans le milieu aquatique ambiant, et que les informations produites par ces commandes à l'aide d'une interface électronique de codage (20) sont transmises à l'intérieur du boîtier par des liaisons électriques étanchées par scellement dans le support de connecteur (5). 2- Caisson selon la revendication 1 caractérisé en ce que le demi-boîtier avant (2) possède une fenêtre d'objectif circulaire (9) excentrée par rapport à la gorge circulaire d'accrochage sur (6) des verrous à grenouillères (7), solidaires du demi-boîtier arrière (1), et que le verrouillage peut s'effectuer dans n'importe quelle position angulaire autour de l'axe d'un demi-boîtier par rapport à l'autre. 3- Caisson selon la revendication 1 caractérisé en ce que les commandes de type "optomécanique" sont des interrupteurs optiques non étanches répartis sur une couronne (15) à la périphérie du demi-boîtier arrière (1) et sont constitués : d'un bouton poussoir (12) muni d'un ressort de rappel (13) et d'une bride de fixation (14) pouvant recevoir un logo de la commande spécifique concernée ; - d'une fibre optique plastique (17) guidée dans une rainure du support (16) et coupée en deux parties dont la jonction est sous-jacente au bouton. Une demi-fibre est couplée à un émetteur de lumière (18) tandis que l'autre est couplée à un récepteur de lumière (19). L'extrémité courbée d'une demi-fibre est en appui sur la base du bouton poussoir de 25 sorte que le flux lumineux entre (18) et (19) soit : - interrompu en position "relâché" ; - établi en position "appuyé", en aboutant les demi-fibres par déformation élastique de la partie courbée. 4- Caisson selon les revendications 1 et 3 caractérisé en ce que l'interface 30 électronique (20), étanchée par moulage en résine, adapte les couples diodes électroluminescentes (18) - phototransistors (19) à 2 encodeurs de clavier intégrés selon le schéma structurel donné figure 6 pour délivrer un code d'identification de chaque bouton manoeuvré par le plongeur. 5- Caisson selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'actionneur 35 électromécanique (43), sur un bouton de type "poussoir" de l'appareil de prise de vues 2938351 -10- est construit à partir d'un électroaimant bipolaire cuirassé(46) non rémanent de forme cylindrique qui est complété : d'un disque magnétique (45) non rémanent dont le plan est incliné par rapport au plan d'entrefer de l'électroaimant au repos (bobine non alimentée) ; 5 d'un capuchon cylindrique amagnétique (48) de diamètre intérieur légèrement supérieur à celui du disque qu'il emprisonne ; solidaire de l'électroaimant, il est muni d'une pige fixe (49) d'appui d'un point périphérique du disque sur le bord du pôle extérieur de (46) et, diamétralement opposée, d'une butée (50) de réglage de l'entrefer initial contre laquelle le disque est appliqué ; 10 d'une aiguille (51), élément d'une tige d'action, qui appuie le disque à l'aplomb de la butée réglable ; cette aiguille traversant l'électroaimant dans la fente (60) pratiquée sur le pôle extérieur, est guidée par le trou (59) dans le support isolant des connexions (61). 6- Caisson selon les revendications 1 et 5 caractérisé en ce que l'actionneur (43) 15 comporte une tige d'action en 2 parties qui constituent un ensemble piston (52), solidaire de l'aiguille (51), cylindre (53) de volume constant. Ledit cylindre, guidé dans un trou (63) pratiqué dans la tôlerie de la platine support (37), est en appui, à une extrémité, sur un bouton poussoir de l'appareil de prise de vues. L'autre extrémité reçoit un ressort de compression (54) qui, en appui entre la butée (62) solidaire de l'aiguille donc du piston et 20 la partie épaulée (64) du cylindre, tend à écarter les 2 parties. 7- Caisson selon la revendications 6 caractérisé en ce que le cylindre de volume constant de la tige d'action de l'actionneur est étanché sur l'aiguille coulissante (51) supportant le piston (52) par 2 joints toriques (56) et que la position de l'épaulement (64) par rapport au support (37) empêche la sortie de l'aiguille hors de la zone d'étanchéité lorsque l'appareil de prise de vues est ôté. . 8- Caisson selon les revendications 6 et 7 caractérisé en ce que piston (52) et cylindre (53) de la tige d'action de l'actionneur présentent un jeu suffisant pour mettre en communication les 2 parties du cylindre délimitées par la position du piston et que le volume total du cylindre est rempli d'une graisse (55) de viscosité apte à transmettre l'impulsion mécanique nécessaire à l'enfoncement du bouton poussoir de l'appareil de prise de vues.