Brevet FR2022331A1 — publié le 19700731

La présente invention se rapporte aux lampes et concerne plus particulièrement, bien que ds façon non exclusive, les lampes utilisables sur les véhicules routiers La pratique actuelle pour la production d'un faisceau lumineux par exemple dans le cas d'un phare de véhicule automobile, consiste à utiliser une ampoule à filament de tungstène montée dans un corps de phare muni d'une surface réfléchissante placée derrière l'ampoule et d'un verre disposé devant cette ampoule. Pour un observateur extérieur, la totalité du verre du phare forme une source lumineuse brillante. Par suite des dimensions fines du filament de l'ampoule, quelle que soit la forme de la surface réfléchissante ou du verre, un point quelconque de ce verre rayonne de la lumière dans un grand nombre de directions.Une grande partie de cette lumière est perdue du fait qu'elle ne foras pas un faisceau orienté dans la direction requise; en outre, elle est perdue d'une manière telle que, dans un grand nombre de cas9 il en résulte un éblouisse- ment et une gêne. Le problème de léblo-aissement ne peut pas être résolu en masquent une partie du faisceau ou en donnant une certaine forme celui-ci du fait que, par suite du grand nombre des directions dans lesquelles sont orientés les rayons lumineux provenant d'une source lumineuse effective de grandes dimensions, il n'est pas possible d'assurer une délimitation nette du faisceau ou de créer une zone d'ombre définie de façon précise. Un But de l'invention est de créer une lampe perfectionnée fournisant > n rayonnement lumineux dans lequel les rayons lumineux individuels sort contrôlés d'une façon beaucoup plus étroite afin d'entre orientés dus la direction requise; en d'autres termes, le faisceau lumineux est a5-ors beaucoup plus "pur" étant donné que les rayons individuels (sauf ceux qui sont dirigés volontairement vers un foyer) ne se coupent pas ou ne créent pas d'interférence entre eux. Considérée sous son aspect le plus large, l'invention concerne une lampe comportant une source lumineuse ponctuelle, en combinai- son avec des organes focalisant la lumière provenant de cette source vers un point situé en avant de la lampe. D'une façon plus particulière, l'invention concerne une lampe comportant une enveloppe munie d'une surface réfléchissante ellipsoi- dale et un verre ou une fenêtre transparente, cette lampe comportant; une source lumineuse ponctuelle placée à l'intérieur de cette enve loppe, à un foyer de la surface elLipsoSdale. Suivant un mode de réalisation préféré, la lampe électrique comprend une enveloppe hermétique contenant une petite sphère de tungstène formant une source ponctuelle, cette sphere de tungstène étant étudiée de façon à constituer une anode, cette enveloppe renfermant en outre une cathode disposée au voisinage de là sphère de telle sorte qu'un arc puisse éclater entre la cathode et l'anode, ltenveloppe, qui contient àde ltargon et (ou) de l'azote ou un autre gaz convenable, étant conformée de telle sorte qu'une partie de ladite enveloppe soit revêtue drune matière réfléchissante et forme une surface optiquement réfléchissante servant à focaliser la lumière vers l'avant à partir de la sphère, à travers une fenêtre associée à l'enveloppe. La sphère de tungstène et la cathode peuvent être disposées de la même manière que dans le type de lampe connu sous la déomi- nation lampe "Pointolite" (voir la publication intitulée "Discharge lamps for photographic projection de ll.K. Bourne, Champman et Hall). Dans cette lampe, un arc éclate entre une cathode et une sphère de tungstène formant anode, une spirale en tungstène étant utilisée pour l'amorçage de l'arc. La sphère de tungstène constitue une source lumineuse intense de petites dimensions; par suite, il est possible de diriger la lumière de façon précise par réflexion à partir d'une surface réfléchissante profilée, la sphère se trouvant au foyer de cette surface réfléchissante. La fenêtre peut être constituée par une surface plane perpendiculaire à la direction du faisceau lumineux (grand axe de l'ellipsoide). Si la sphère de tungstène se trouve à un foyer de la surface réfléchissante ellipsoYdale, la totalité de la lumière réfléchie à partir de cette surface converge vers le second foyer. La distance entre les deux foyers peut être très grande comparativement aux dimensions de la lampe; en conséquence, du fait ue cette disposition, il est possible de faire converger tous les rayons lumineux vers un point situé à l'extérieur d'une lampe, à partir duquel la lumière diverge pour former un faisceau lumineux ayant une faible ouverture angulaire, ce qui donne un faisceau étroit. Du fait de l'utilisation d'une surface réfléchissante et d'une source ponctuelle comme décrit ci-avant, il est aisé de diriger plus de la moitié de la lumière totale émise, par féflexion à par tir de la surface réfléchissante, à travers le verre ou la fenêtre de la lampe, sous forme de rayons orientés dans des directions déterminées. Pour éviter toute interférence avec la lumière réfléchie, tous les rayons lumineux dirigés à partir de la sphère de tungstène à travers la fenêtre peuvent être interceptés en donnant à la cathode la forme d'un petit écran placé au voisinage de la sphère de tungstène et ayant une dimension juste suffisante pour inter- cepter le rayonnement direct provenant de cette sphère et dirigé vers la fenêtre. La totalité ou la presque totalité de l'enveloppe peut être en verre, qui est revêtu de matière réfléchissante dans la zone dans laquelle une surface réfléchissante doit autre créée. L'enveloppe est conformée de façon à constituer la surface réfléchissante requise et elle est munie de préférence d'une fenêtre plane transversalement à la région dans laquelle la lumière doit être émise. La fenêtre peut être solidaire de la surface réfléchissante ou bien elle peut être reliée à elle de façon étanche. Au lieu d'utiliser une enveloppe de forme particulière comme surface réfléchissante, on peut réaliser cette lampe sous la forme d'une lampe "Pointolite" dans une petite ampoule qui est montée de telle sorte que la sphère se trouve au foyer d'un réflecteur ellip soidal séparé. Etant donné que la source émettant de la lumière est très petite par rapport -aux lampes à filament classiques, l'orifice requis dans l'enveloppe en verre pour l'introduction de l'ensemble anodecathode est beaucoup plus petit que celui qui est nécessaire dans le cas de lampes à filament et il peut être juste un peu plus grand que celui nécessaire à l'insertion de la tubulure servant à faire le vide et au passage étanche des conducteurs. Ainsi, cette partie de l'enveloppe ne gene que très peu la production du faisceau lu mineux requis. La position du point de l'enveloppe auquel les conducteurs traversent cette enveloppe dépend de l'utilisation envisagée pour la lampe0 Dans certains cas, si la surface réfléchissante ellipsoidale fait partie de l'enveloppe, il peut être particulièrement judicieux de placer la fenêtre dans une position orthogonale par rapport au grand axe de l'ellipsoide et de faire passer les conducteurs à travers la surface ellipsoidale selon ce grand axe. Dans d'autres cas, il peut être préférable de faire passer les conducteurs à travers l'enveloppe au voisinage du point de jonc tion entre la entre ou le verre et la surface réfléchissante. L'enveloppe peut recevoir aes dimensions très grandes par rapport à la sphère, et elle peut constituer un ensemble complètement hermétique émettant un faisceau lumineux directionnel. Une telle lampe constitue une source de lumière beaucoup plus puissante, pour les mêmes dimensions hors-tout, que dans le cas de systèmes utilisant des ampoules à filament de tungstène placées dans un réflecteur séparé. La lampe suivant l'invention est utilisable en particulier comme phare pour les véhicules routiers L'utilisation de la lampe suivant l'invention permet d'obtenir un système d'éclairage perfectionné utilisable sur les véhicules routiers qui, tout en assurant de façon efficace l'éclairage de la route devant le véhicule réduit l'éblouissement pour les conducteurs arrivant en sens inverse, ce système pouvant être également étudié de façon à fournir aux conducteurs des véhicules venant en sens inverse une vision nette du véhicule équipé du système d'éclairage perfectionné suivant 1' in- vention. Suivant une autre particularité, l'invention concerne un système d'éclairage pour véhicules routiers pouvant comporter une ou plusieurs lampes du type décrit ci-avant, montées sur le véhicule, et pour chaque lampe, un écran placé en avant de cette lampe, celleci étant étudiée de façon à fournir un faisceau focalisé sensiblement vers la position occupée par cet écran, celui-ci étant placé de telle sorte qu'il projette une ombre (faisceau noir) à un niveau correspondant à la hauteur (ou à la gamme de hauteurs au-dessus de la surface de la route à laquelle peuvent se trouver les yeux des conducteurs des véhicules arrivant en sens inverse. Dans le cas de la lampe suivant l'invention, le faisceau lumineux est concentré de façon précise et il subit une "contraction" ou réduction de section droite en quittant la lampe, pour prendre une forme très petite. Un petit écran placé au voisinage du foyer peut fournir une ombre ou un faisceau noir exactement défini. Dans le cas d'une focalisation correcte, il est possible d'obtenir une éclipse totale du faisceau à l'aide d'un écran ayant par exemple 19 mm de diamètre. En particulier, il est possible d'obtenir une ombre délimitée avec précision, de forme ou de taille quelconque, de telle sorte que la route soit éclairée en avant du véhicule, mais que la lumière ne soit pas projetée directement vers les yeux des conducteurs des véhicules arrivant en sens inverse.De préférence, la lampe ou chaque lampe est montée sur le véhicule dans une position qui correspond à la hauteur de la texte du conducteur ou au voisinage de cette hauteur. Elle peut se trouver derrière le conducteur et écran peut être placé en avant de celui-ci; il peut être par exemple situé plus d'un mètre en avant de la lampe. Lorsque des véhicules rencontrent un véhicule dont les phares sont allumés et qui roule de l'autre c & é de la route, le problème de l'éblouissement ne se pose que lorsque les véhicules sont écartés l'un de l'autre d'une distance appréciable, étant donné que, lorsqu'ils se rapprochent, la direction angulaire du faisceau lu mineux et l'étroitesse de ce faisceau dans le plan horizontal doit éviter 11 éblouissement du conducteur du véhicule qui arrive en sens inverse. La description qui va suivre, faite axe regard des dessins annexés, donnés à titre non limitatif, permettra de mieux comprendre l'invention. La fig. I est une vue en coupe d'une la;:pe suivant l'invention. La fig. 2 est une représentation schématique montrant la manière dont la lampe visible sur la fig. 1 peut être utilisée pour fournir une ombre parfaitement définie ou un profil de faisceau bien déterminé. Si l'on se reporte à la fig. 1, on voit qu'on a représenté une lampe électrique comportant une enveloppe de verre 20 munie d'ime parti 'Ss-t formant fenêtre 21, qui judicieusement est plane ou légèreren@ incurvée. La partie arrière 22 de l'enveloppe a une forme ellipsoïdale. En coupe longitudinale elle est elliptique, mais en section 'ransversale, elle est circulaire. La fenotre se trouve dans un plan qui est en principe perpendiculaire au grand axe de l'ellipsoïde. Un foyer de cet ellipsoide se trouve à l'interieur de lsienveloppe et il est prévu à ce foyer une sphère de tungstène 23 formant une anode.Cette sphère est supportée par un conducteur 24 qui, dans le cas particulier considéré, s'é- tend vers l'arrière pour traverser l'enveloppe 20 à travers une perle de verre 25. Ir;méciatement en face de la sphère 23, il est prévu une cathode 26 portant un conducteur 27. En service, un arc date entre la cathode 26 et la sphère 23, la sphère étant chauffée à blanc pour former une source lumineuse de très petites dimensions. L'arc est amorcé en utilisant une spirale de tungstène 28 supportée par un conducteur 29. Les trois conducteurs 24,27,29 traversent, dans le mode de réalisation considéré, une seule perle de verre 30 prévne dand l'enveloppe 20.Gette enveloppe est remplie d'un mélauge d'argon et d'azote ou d'un autre gaz convenable. La surface interne ou externe de la partie arrière ellipsoïdale 22 de l'enveloppe 20 est @e@êtue d'une matière 31 réfléchissant la lumière. Etant donné que la sphère 23 formant la source ponctuelle se trouve au foyer de cette surface ellipsoïdale, la totalité de la lumière provenant de la sphère sort, après ré flexion par la surface réfléchissante r, à travers la fenêtre 21 et converge vers le second foyer de l'ellipsoïde.Grâce à cette disposition, les rayons lumineux sont réunis en un foyer très précis qui se trouve dans une position écartée de la lampe La cathode 26 est conformée de façon à intercepter la totalité ou au moins une grande partie des rayons direct provenant de la sphère 23 et se dirigeant vers la fenêtre 21. La fig. 2 montre la manière dont le lampe visible sur la fig. 1 peut être utilisée pour fournir une délimitation nette du faisceau ou pour donner un faisceau hoir, c'est-à-dire une ombre totale à l'intérieur du faisceau lumineux. Afin de mettre ceci en évidence, l'étalement angulaire du faisceau a été fortement exagéré et le foyer avant a été nettement rapproché de la lampe par rapport à ce qui serait le cas dans la pratique. Sur la fi . 2, une lampe 40 produit un rayonnement lumineux qui converge vers un foyer avant 41. Un petit écran 42 placé au voisinage de ce foyer 41 fournit une ombre parfaitement définie 43, qui est indiquée par des hachures, à l'intérieur d'un faisceau lui-m8me défini par les rayons extérieurs 44. Dans le cas d'une lampe utilisée comme phare de véhicule, la lampe peut être étudiée de façon à produire un faisceau divergeant à partir du foyer avant (où la dimension du faisceau peut correspondre par exemple à un diamètre de 19 mm, étant donné que la réalisation d'un foyer parfaitement ponctuel n'est pas possible dans la pratique), pour augmenter jusqu'à un cercle d'environ 9 m- de diamètre a une distance de 90 m. L'écran 42 peut être constitué par un fil horizontal d'un diamètre de 3,2 mm environ, voisin du foyer, de façon à produire une ombre noire au niveau des yeux des conducteurs des véhicules qui arrivent en sens inverse. Cette ombre peut avoir une épaisseur qui ne dépasse pas 1,20.m à une distance de 90 m. Le faisceau éclaire la route au-dessous de l'ombre. Des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention. R E V E N D I C A 2 I O x S 1.- Lampe, caractérisée en ce qu'elle comporte une source lumineuse ponctuelle en combinaison avec des organes focalisant la lumière provenant de cette source en un point situé en avant de la lampe. 2.- Lampe suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les organes de focalisation sont constitués par une surface réfléchissante ellipsoidale formant également l'enveloppe de la lampe, cette enveloppe ménageant également une fenêtre transparente, cette lampe étant en outre caractérisée par le fait que la source lumineuse ponctuelle est disposée à l'intérieur de ltenveloppe, à un foyer de la surface ellipsotdale. 3.- Lampe suivant la revendication 2, caractérisée en ce que cette enveloppe est en verre et en ce que la surface réfléchissante ellipsoidale est constituée par une partie de l'enveloppe revêtue ou recouverte de façon à former un réflecteur. 4.- Lampe suivant la revendication 3, caractérisée en ce que la fenêtre de l'enveloppe est constituée par une partie sensiblement plane de l'enveloppe de verre, disposée dans un plan perpen- diculaire au grand axe de ltellipsoide. 5.- Lampe suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que cette fenêtre est solidaire de la surface réfléchissante. 6.- Lampe suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que l'enveloppe est réunie de façon étanche àla surface réfléchissante. 7.- Lampe suivant l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisée en ce que cette source lumineuse ponctuelle comprend une sphère de tungstène associée à un conducteur pour sa connexion à une borne d'une source d'alimentation en énergie électrique, cette sphère formant l'anode d'un système à arc comportant une cathode associée à un conducteur servant à sa connexion à une seconde borne de l'alimentation, l'anode et la cathode étant disposées de telle sorte qu'un arc puisse éclater entre cette anode et cette cathode, cet arc agissant sur la sphère de tungstène de telle sorte qu'elle constitue une source lumineuse. 8.- Lampe suivant la revendication 7, caractérisée en ce que l'anode est constituée par un écran qui intercepte le rayonnement direct provenant de la sphère et dirigé vers la fenêtre de l'enveloppe. 9.- Lampe suivant la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que les conducteurs de l'anode et de la cathode traversent la surface réfléchissante selon le grand axe de l'ellipsoide. 10.- Lampe suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est combinée avec un écran disposé au voisinage du point situé à lavant de la lampe auquel la lumière est focalisée. 11.- Système d'éclairage pour véhicules routiers, caractérisé en ce qu'il comporte une ou plusieurs lampes suivant l'une quelconque des revendications I à 9, ces lampes étant montées sur le véhicule, un écran étant placé en avant de chacune desdites lampes, chaque lampe étant étudiée de façon à fournir un faisceau focalisé sensiblement dans la position de l'écran, celui-ci étant disposé de façon à projeter une ombre (faisceau noir) à une hauteur qui correspond à la hauteur (ou à la gamme de hauteurs) aú-dessus de la- surface de la route à laquelle les yeux dus conducteurs des véhicules arrivant en sens inverse peuvent se trouver. 12.- Système d'éclairage suivant la revendication il, caractérisé en ce que la lampe ou chaque lampe est montée sur le véhicule à la hauteur de la tête du conducteur au voisinage de cette hauteur. 1 Système d'éclairage suivant la revendication 12, caractérisé en ce que la lampe ou chaque lampe est montée derrière le conducteur, l'écran ou chaque écran étant placé en avant de celuici.