Brevet FR2186625A1 — publié le 19740111

Dans un phare classique, utilisé en Balisage Maritime par exemple, la source lumineuse émet dans toutes les directions. Le problème est donc de concentrer l'énergie lumineuse en un certain nombre de faisceaux, ce qui est résolu par I'emploi de miroirs et de lentilles. La succession des éclats est ensuite obtenue par la rotation, à une vitesse convenable,de l'ensemble optique. Un laser est, au contraire, une source lumineuse dont la divergence est très faible. Si on veut réaliser un phare à l'aide d'une source laser, on peut donc, par des moyens optiques, donner au faisceau la divergence horizontale et verticale nécessaire et se trouver ainsi ramené au cas de phare classique. Mais on peut aussi, et c'est là ltobjet de la présente invention, obtenir un effet équivalent par des moyens différents. Conformément à l'invention - Le balayage du faisceau, dans le plan horizontal, est obtenu par un miroir de petites dimensions entraîné par un moteur tournant à grande vitesse, - la divergence verticale est obtenue, suivant une forme de réalisation, par une lentille cylindrique. Suivant une autre forme de réalisation la divergence verticale est obtenue grâce à un balayage vertical réalisé à l'aide d'un second miroir entrains en rotation par un moteur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre faite en regard du dessin annexé. Sur ce dessin la figure i représente schématiquement un premier mode de réalisation d'un phare selon l'invention; la figure 2 représente, également schématiquement, un deuxième mode de réalisation; la figure 5 représente , suivant une projection de Mercator, la zone balayée par le faisceau, dans ce deuxième mode de réalisation. En se référant à la figure i, le corps 1 de l'émetteur laser est placé verticalement de telle sorte que le faisceau 2 de faible diamètre et de faible divergence soit émis verticalement. Ce faisceau traverse une lentille cylindrique 5 associée à un miroir4 à 45" , cet ensemble étant mobile en rotation autour d'un axe vertical et pouvant tourner, par exemple à 50 tours par seconde, par un moteur 5. Le but de la lentille cylindrique 3 est de donner au faisceau renvoyé horizontalement la divergence verticale nécessaire et suffisante pour que le faisceau puisse être visible par un observateur sensiblement situé au niveau de la mer, à différentes distances. Dans cette forme de réalisation,il est clair que, si le laser émet en permanence, un observateur placé en un point balayé par le faisceau reçoit une impulsion lumineuse brève à chaque tour de miroir. Comme ces impulsions se succèdent rapidement (50 fois par seconde, si le moteur tourne à 50 tours par seconde), en vertu de la persistance des impressions lumineuses sur la rétine, l'impression recueillie est celle d'un feu fixe et. ce feu est visible de tous les points de l'horizon. Pcur réaliser un feu à éclats, l'invention vise deux méthodes: La première consiste à "allumer" le laser pendant la durée souhaitée des éclats (par exemple 0,2 seconde) et à l"'éteindre" pendant la durée souhaitée des extinctions. Il est alors possible de réaliser tous les signaux voulus en faisant succéder, suivant la loi convenable, les périodes d'allumage et les périodes d'extinction. Dans l'exemple numérique choisi, chaque éclat de 0,2 seconde est'constitué,au niveau de l'oeil de l'observateur, par la succession de 10 impulsions lumineuses se succédant tous les cinquantièmes de seconde. Suivant cette méthode, des observateurs différents, placés en différents points de l'horizon, aperçoivent les signaux émis par le phare pratiquement au même instant. La deuxième méthode consiste à "allumer" le laser pendant un temps très bref, comparé au temps mis par le miroir pour effectuer une rotation d'un tour. Dans ces conditions, pendant le temps d'allumagè, le faisceau ne balaye qu'un petit angle horizontal. Si l'allumage a lieu toujours au même point de la rotation du miroir, le phare n'est visible que dans la direction correspondante. On réalise ainsi un feu à secteurs; le phare n'est visible que dans une seule direction,s'il n'y a qu'un allumage par tour, et peut être visible dans plusieurs directions, si on impose plusieurs allumages à des instants précis, pendant un tour du miroir. La synchronisation des allumages avec la position instantanée du miroir peut être réalisée par des moyens électroniques classiques, non représentés. A partir de cet exemple simple, l'invention vise également la réalisation d'un feu à éclats en décalant d'un petit angle à chaque tour l'instant du début d'allumage du laser. Si ce décalage est de 1/10 du temps d'allumage, un observateur peut recevoir 10 impulsions lumineuses et l'éclat apparent a une durée de 0,2 seconde. Ce décalage peut strie obtenu par des moyens électroniques classiques, non représentés. Il est évident, dans ce qui précède, que les valeurs numériques ne sont données qu'à titre indicatif et que d'autres valeurs peuvent être choisies, sauf la vitesse de rotation du miroir qui ne peut être inférieure à une valeur de l'ordre de 20 tours par seconde,sans faire disparaStre l'effet de persistance des impressions lumineuses sur la rétine. Dans la description qui vient d'être faite, en se référant à la figure i, la divergence verticale est obtenue grâce à une lentille cylindrique ou tout système optique équivalent (par exemple le miroir de renvoi peut être un miroir cylindrique) et la succession des éclats est obtenue par des successions de temps d'allumage et de temps d'extinction du laser. On peut aussi obtenir l'équivalent de la divergence verticale par un balayage vertical, synchronisé avec le balayage horizontal. Cette solution sera mieux comprise en se référant à la figure 2 qui représente schématiquement un mode de réalisation de ce double balayage et à la figure 3 qui représente, selon une projection de Mercator, l'image du balayage obtenu par le faisceau peu divergent du laser sur la voûte céleste. Dans la figure 2, le corps du laser 1 émet un faisceau peu divergent 2 et le miroir 4 entraîné par le moteur 5 assure.le balayage dans le sens horizontal. Un tambour tournant 6, entraîné par un moteur 7,assure le balayage dans le sens vertical. Le tambour 6 est constitué par un certain nombre-de miroirs plans,faisant entre eux un angle dont la valeur est déterminée par l'amplitude du balayage vertical qu'il est nécessaire d'obtenir pour rendre le phare visible à différentes distances. Les deux moteurs 5 et 7 (qui peuvent avantageusement être des moteurs pas à pas) sont commllandés , soit à partir d'une base de temps unique, soit à partir de deux bases de temps différentes,dont les fréquences sont dans un rapport constant. Il en résulte que le balayage horizontal est synchronisé par rapport au balayage vertical. Le faisceau laser décrit donc,comme il est indiqué sur la figure 3, une dent de scie. Si cette dent de scie s'inscrit un nombre entier de fois dans la rotation horizontale totale, la figure réalisée est fixe dans l'espace et le phare est visible ou invisible, selon que l'oeil de l'observateur est placé sur le trajet ou hors du trajet de la dent de scie réalisée. Sous cette forme le système est inutilisable. Mais, grande à un léger décalage de la dent de scie à chaque tour, décalage qu'il est possible d'obtenir par un choix convenable des fréquences d'alimentation des moteurs 5 et 7, la figure géométrique obtenue tourne d'une petite quantité, à chaque tour de balaya- ge horizontal. Il en résulte que le faisceau est successivement visible et invisible, donc le feu à éclats est réalisé. Par un choix convenable de la pente de la dent de scie et du décalage réalisé à chaque tour, tous les signaux souhaitables peuvent alors être réalisés. Il est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter des équivalences dans ses éléments constitutifs sans, pour autant, sortir du cadre de ladite invention qui est défini dans les revendications qui suivent. REVENDECA.TI02IS 1 - Phare utilisable en balisage maritime ou aéronautique, employant comme source lumineuse un laser,caractérisé en ce que le balayage du faisceau, dans le plan horizontal, est obtenu par un miroir entraSné par un moteur tournant à grande vitesse. 2 - Phare selon la revendication 1, dans lequel la divergence verticale est obtenue par une lentille cylindrique. 3 - Phare selon l'une quelconque des revendications i et 2, dans lequel la succession des éclats est obtenue par des successions d'allumage et d'extinction du laser. 4 - Phare selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel les temps d'allumage sont très brefs par rapport au temps mis par le miroir pour effectuer un tour de rotation et dans lequel les instants d'allumage ont toujours lieu aux memes instants, par rapport à la rotation du miroir, de manière à réaliser un feu à secteurs. 5 - Phare selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, dans lequel les instants d'allumage sont décales à chape tour d'une petite quantité, par rapport a la rotation du miroir,de manière à réaliser un feu à éclats. 6 - Phare selon la revendication 1, dans lequel la divergence verticale est obtenue gracie à un balayage vertical, réalisé à l'aide d'un second miroir entraîné en rotation par un moteur. 7 - Phare selon la revendication 6, dans lequel les rotations des deux miroirs sont synchronisées, de manière à obtenir la succession des éclats selon la loi voulue.