Brevet FR2141472A1 — publié le 19730126

La présente invention concerne les dispositifs pour la production, d'un faisceau rotatif de lumière visible destiné en particulier à servir de feu de navigation, par exemple sur des phares maritimes et des bateaux-phares. Dans les installations existantes, on utilise des sources de lumière, des réflecteurs et des dispositifs de rotation encombrants et lourds nécessitant des structures de support considérables et des sources d'énergie puissantes. La lumière utilisée, même lors d'une focalisation et d'une concentration les plus poussées, est rapidement atténuée par les fumées, la brume, la pluie ou le brouillard. La lumière produite par une source laser, par contre, est monochromatique et cohérente et présente les caractéristiques connues suivantes a) Elle peut facilement être focalisée pour former un faisceau extrêmement étroit b) L'énergie de la lumière peut ainsi être concentrée dans de larges mesures dans ce faisceau, meme lors de l'utilisation de sources de faible puissance c) L'atténuation par des influences atmosphériques est plus faible que pour la lumière incohérente d) Son caractère monochromatique permet de la détecter et de distinguer sur une lumière de fond. La lumière d'un laser serait ainsi très avantageuse pour réaliser des feux de navigation tournants dune plus longue portée, transportables et qui pourraient sans difficulté être installés à uncott d'installation et de fonctionnement plus réduite Mais, pour obtenir une concentration d'énergie suffisante pour obtenir ces avantages, le faisceau doit entre extremement étroit. Mais le temps pendant lequel un tel faisceau est visible à distance est très court sauf réduction de la vitesse de rotation au-dessous des limites réalisables. Ceci semble exclure l'utilisation d'un faisceau laser comme feu de navigation visible. On n'a donc jamais envisagé de réaliser de tels feux. La présente invention est basée sur la découverte qu'a- vec de la lumière cohérente au-dessus d'un certain niveau d'intensité, l'intensité de la lumière visible obtenue par des éclats courts ne dépend plus de la durée de chaque éclat. Un faisceau de lumière laser tournant devant un obser vateur donne l'impression d'un éclat clair lumineux lorsque l'oeil enregistre la lumière pendant un temps supérieur à un temps limite donné. Ce temps limite est en effet d'environ de 100 microsecondes. Le niveau limite inférieur d'intensité pour obtenir cet effet est d'environ 4 x 10 9 watttcm2 ou d'environ 6 000 micro- lux et peut facilement être réalisé avec un faisceau laser, même à des distances correspondant à la distance de l'horizon naturel visible. L'invention a pour obje-t de concevoir un feu de'naviga- tion rotatif utilisant un faisceau laser. De plus, l'invention a pour objet de concevoir un tel feu qui est d'une construction simple peu coûteuse, dont le montage et le fonctionnement sont simples, qui ne nécessite qu'une source d'énergie de faible puissance et fournit une lumière d'une plus grande portée, en particulier dans des conditions météorologiques défavorables et qui peut facilement entre distinguée. Dans le dispositif selon l'invention, la source de lumière est constituée par un laser, ladite vitesse angulaire et la largeur du faisceau étant ajustées d'une manière telle que les éclats observés par un observateur éloigné soient d'une durée supérieure à 100 microsecondes et que la puissance-du faisceau soit,à la distance correspondant à la portée maximum du feu, supérieure ou égale à 4 x 10-9 watt/cm2. D'autres réalisations et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre et en se référant audessin annexé montrant, à titre d'exemple, un-mode de réalisation du feu selon l'invention. La figure unique annexée est une vue en coupe verticale du feu selon l'invention. A cette figure, on voit un laser hélium-néon 10 d'une puissance de 50 milliwatts, monté sur une embase fixe 11 et qui envoie un faisceau de lumière en direction verticale, à travers un orifice 12. Le faisceau de lumière 13 traverse un collimateur supporté par un rotor 14. Le collimateur comprend une lentille divergente 15, une lentille collimatrice 16 et une lentille cylindrique intermédiaire concave 17. Un cadre 18 est fixé sur la partie supérieure du rotor 14 et supporte un miroir réflecteur plan 19 disposé dans une position angulaire convenable pour renvoyer le faisceau de lu mitre dans une direction prédéterminée. Le miroir est normalement incliné de 450 pour renvoyer le faisceau dans la direction hori zontale, La lentille 17 donne au faisceau 13 une section ellipti que. La lentille 17 est montée mobile en direction verticale dans des guides 20 pour pouvoir ajuster la section elliptique dufais ceau. La lentille de collimateur 16 transforme le faisceau diver gent 13 en un faisceau sensiblement parallèle 23 qui, après ré flexion sur le miroir 19, forme le faisceau de lumière émis 23. Ce faisceau 23 présente une section elliptique dont l'axe principal s'étend en direction verticale dans toutes les positions du rotor 14. Le caractère elliptique et la divergence du faisceau (et ainsi sa largeur verticale) peuvent entre modi fiés par un réglage de la lentille 17 et de la lentille de col liaateur 19. Le rotor 14 est entraîné par des moyens convenables quelconques, par exemple par un moteur électrique (non représen t'). Lorsque le faisceau 23 ne doit couvrir qutun angle limi té > le phare peut comprendre un écran d'obturation (non représen t) obturant l'angle obscur. Le rotor 14 peut 8trie avancé à une vitesse plus élevée à travers l'angle obscur suivant la fréquence prédéterminée des signaux à produire. Des paramètres de fonctionnement typiques d'un phare, tel que décrit et représenté ici, sont par exemple les suivants débit du laser : 0,050 Watts à 6328 Angstroms période de rotation : 10 secondes divergence horizontale du faisceau : 0,000143 radians divergence verticale du faisceau : 0,0075 radians ellipticité du faisceau : environ 1/52 largeur du faisceau à 20 km : 3 m hauteur du faisceau à 20 km : 156 m intensité approximative à 20 km : 12 x 10 9 Watts/cm2 durée des éclats : 226 microsecondes intensité équivalente : 12,200,000 candelas Les avantages du phare selon l'invention ressortent de toute évidence de la description ci-dessus. La source de laser 10 est peu encombrante, légère et peut facilement etre remplacée sans dépenses importantes. L'énergie nécessaire pour son alimentation est négligeable. L'ensemble de collimateur et de miroir 19 est également d'une construction relativement simple et légère et constitue un ensemble constructif avec le rotor 14. Le réglage des lentilles 16 et 17 permet de modifier la largeur et la section du faisceau avec un seul type de feu. Le moteur entratnant en rotation l'en- semble du feu peut être d'une faible puissance. L'ensemble selon l'invention ne nécessite ainsi ni une construction massive, ni une alimentation en énergie puissante. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté, on pourra y apporter de nombreuses modifications de détails, sans sortir, pour cela, du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S REVENDICATIONS 1" - Dispositif pour la production d'un faisceau rotatif de lumière visible, comprenant une source de lumière, un collimateur pour former un faisceau de lumière et des moyens pour entrarner en rotation le faisceau ainsi obtenu à une vitesse angulaire prédéterminée, caractérisé en ce que ladite source de lumière est constituée par un laser, ladite vitesse angulaire et la largeur du faisceau étant ajustées d'une manière telle que les éclats observés par un observateur éloigné soient d'une durée supérieure à 100 microsecondes et que la puissance du faisceau soit, à la distance correspondant à la portée maxi mum du feu, supérieure ou égale à 4 x 10 9 Watts/cm2. 2" - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit laser est fixe, ledit collimateur et lesdits moyens pour faire tourner le faisceau étant montés sur un rotor mobile. 3 - Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ledit collimateur comprend une lentille divergente et une lentille collimatrice montées coaxialement dans ledit rotor, ladite lentille collimatrice étant ajustable en direction axiale par rapport audit rotor. 4" - Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que ledit collimateur comprend, de plus, une lentille concave montée coaxialement dans ledit rotor entre ladite lentille collimatrice et la première dite lentille divergente et qui est ajustable en direction axiale par rapport audit rotor. 5 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2, 3 et 4, caractérisé en ce que lesdits moyens pour faire tourner le faisceau comprennent un miroir plan incliné par rapport à l'axe dudit rotor. 6" - Dispositif suivant la revendication 1, dans lequel le faisceau n'éclaire qu'une zone angulaire limitée prédéterminée, caractérisé en ce qu'il comprend un écran d'obturation masquant le faisceau sur la zone obscure, la vitesse angulaire du rotor étant plus grande lors du passage du faisceau à travers cette zone obscure.