Brevet FR2234517A1 — publié le 19750117

La présente invention concerne un dispositif optique d'éclairage permettant d'éclairer un champ de façon uniforme. Les dispositifs d'éclairage de forte puissance et à haut rendement utilisent toujours, outre une source de lumière de forte intensité lumineuse, un condenseur de très grande ouverture permettant de recueillir le plus grand flux possible. Les miroirs condenseurs sont à cet égard très efficaces et sont souvent préférés aux condenseurs composés de lentilles du fait que leurs aberrations géométriques sont beaucoup plus faibles que celles des lentilles, qu'ils sont exempts d'aberration chromatique et que le facteur d'atténuation de la lumière par réflexion de la lumière est en général très faible. Les miroirs ellipsoldaux en particulier permettent de plus un stigmatisme rigoureux meme pour des ouvertures très grandes, Ces miroirs présentent cependant l'inconvénient de renvoyer la lumière dans la direction de la source de sorte que la monture de la source devient un obstacle à la propagation du faisceau. Les figures 1 et 2 accompagnant cette demande de brevet illustrent bien b genre constituée par la présence de la source dans le faisceau réfléchi, du point de vue uniformité d'éclairement. A la figure 1, on a représenté,dans le plan de la feuille, la coupe dsun dispositif d'éclairage par un plan passant par l'axe optique du miroir elliptique 1, axe sur lequel est disposée la source lumineuse 2 contenue à l'intérieur de son enveloppe 3. Les rayons contenus après réflexion à l'intérieur du cône sangle au sommet 21 sous lequel on voit, à partir de l'image 4, l'enveloppe de ladite source , ne contribuent pas à la formation de ladite image. étendue géométrique du faisceau est donc lacunaire : les rayons utiles sont contenus dans les deux faisceaux hachurés 5 et 6. On a déjà cherché le moyen de raccorder ces deux faisceaux séparés de manière que la source 4, jouant le rôle de pupille, éclaire un champ quasi uniformément, mais la méthode utilisée ne résout pas parfaitement le problème. Cette méthode, suivant l'art antérieur, consiste à introduire dans le faisceau entre le miroir 1 et l'image 4 de la source, deux miroirs 11 et12, comme il est indiqué à la figure 2, orientés de manière que les deux rayons de convergence cl et se superposent après réflexion. Mais la conséquence de cet agencement est la formation de deux images 13 et 14 de la source dis tantes de # & um; 2a&alpha;1 (&alpha;1 en rd) a représentant la distance de l'ima- ge 4 au rayon de convergence &alpha;1 réfléchi par le miroir 11. Pour l'un des faisceaux hachurés, seuls le miroir 11 et l'image 13 sont concernés : le miroir 12 avec son arête vive en A pour pour lui qu'un obstacle. SiGrest la dimension de l'image de la source, on peut déterminer ltespace angulaire > 1,vu à partir de A,où l'éclairement du champ fourni par 13 est une pénombre puisqu'il y a vignettage entre l'arête A et limage 13 de la source. La figure 3 montre le tracé de l'angle #1 pour lequel on a: #1 & um; ###### Pour l'autre faisceau, pour lequel seuls sont concernés le miroir 12 et l'image de la source 14, l'angle de pénombre est O-- > 2 # a de telle sorte que la différence relative des deux angles de pénombre est #1 - #2 & um; ## = 2 &alpha;1 # # Si par exemple le champ éclairé est un écran 15 placé perpendiculairement au rayon joignant les sources 13 et 14, àla- distance x de l'arête A, la source 13 se trouve éclairer la moitié droite du champ, tandis que la source 14 éclaire la moitié gauche. Du fait que les largeurs de penombre #1x et #2 x correspondant respectivement à chacun des.faisceaux ne sont pas égales, il en résulte que le raccordement des deux faisceaux ne peut se faire parfaitement Ce phénomène apparat sur la figure 3 où l'éclaire- ment en un point de l'écran 15 est proportionnel à la distance normale entre ledit point et la courbe 16 pour la moitié gauche du champ, et entre ledit point et la courbe 17 pour la moitié droite du champ, l'éclairement total E en un point de l'écran étant représenté par la courbe 18 somme des courbes 16 et 17.Il s7ensuit que la variation relative maximale #### d'éclairement E dans la zone de raccordement de l'écran est : ##### = 2&alpha;1 Dans la pratique, l'angS e est de l'ordre de plusieurs degrés, 5,60 par exemple, soit en radian 1 rd, ce qui correspond à une variation relative d'éclairement au voisinage de la ligne de raccordement égale à 20 %. Cette variation estinaccep- table dans le cas de l'observation visuelie où l'on ne peut to lérer que 2 % au maximum. La présente invention tend à pallier-cet inconvénient. L'i- dée mattresse de l'invention est de concevoir le dispositif de manière à former des images 13 et 14 confondues et de meme grandeur, de sorte que les pénombres des deux faisceaux soient égales et superposées et fournissent des éclairements complémentaires. Selon lSinvention, il est conçu un dispositif d'éclairage du genre comportant un miroir condenseur en deux parties présentant un meme plan de section pricipale et une source située dans ledit plan de section principale, chacune des parties du condenseur fonctionnant au même grandissement, un miroir plan perpendiculaire au plan de section principale commun étant interposé sur chacun des deux faisceaux de lumière issus de la source et réfléchis par chacune des parties du condenseur en s'appuyant sur les entours extérieurs de la source, les rayons extrêmes des faisceaux situés dans le plan de section principale et s'appuyant sur l'enveloppe de la source étant confondus après réflexion sur les miroirs plan et passant par L'arête de l'un de ceux-ci, remarquable en ce que les images formées par les deux faisceaux sont confondues en grandeur et position. Selon l'un des modes de réalisation de l'invention, le miroir condenseur est réalisé en deux parties elliptiques homothétiques l'une de autre ayant même foyer objet et des foyers image alignés avec le foyer objet commun. Selon un autre mode de réalisation, le miroir -condenseur est constitué par les deux moitiés d'un miroir unique basculées, l'une par rapport à l'autre de manière que les foyers objet des demi-miroirs restent confondus, mais que leurs foyers imagesoient situés de part et d'autre de l'axe de symétrie du système. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la - description de quelques modes de réalisation du dispositif accompagné des dessins qui représentent - Fig. 1, un dispositif d'éclairage de l'art antérieur avec étendue géométrique lacunaire. - Fig. 2, un dispositif d'éclairage de l'art antérieur avec étendue géométrique non lacunaire mais champ éclairé inunirormément avec variation d'éclairement prohibitive à l'endroit du raccordement. - Fig. 3, les champs de pénombres dans un tel dispositif et la répartition d'éclairement. - Fig. 4, un premier mode de réalisation du dispositif selon 1 invention. - Fig. 5, un second mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Les figures 1 à 3 ont déjà fait l'objet d'explications à propos de l'art antérieur auxquelles il convient de se reporter. A la figure 4 on retrouve la source 2 et son enveloppe 3 indiquées à la figure 1. 51 et 52 représentent les deux parties du miroir condenseur formé de deux parties de miroirs elliptiques homothétiques l'un de l'autre, le centre d'homothétie étant le foyer objet 2 de chacun d'eux confondu avec la source. 53 et 54 sont les foyers image respectivement de 51 et 52 où se forment les images distinctes de la source 2. On retrouve les miroirs 11 et 12 de la figure 2. Ces miroirs sont disposés sur chacun des faisceaux hachurés comme dans I'art antérieur selon la figure 2. En particulier, les dispositions de ces miroirs l'une par rapport à l'autre sont telles que les rayons 55 et 56 réfléchis respectivement par les miroirs 51 et 52 et tangents à I'enveloppe de la source, sont, après réflexion sur les miroirs 11 et 12, confondus suivant le rayon 57 passant par 1arête A du miroir 12, tandis que les faisceaux hachurés convergent en un meme point 58, image > dans les deux parties du système, de la source 2, ou encore des objets virtuels 53 et 54 dans les miroirs plen 11 et 12. Les deux images de la source confondues en 58 données par les deux parties du miroir condenseur ont meme grandeur, puisque les deux parties du miroir condenseur travaillent au meme grandissement ; les pénombres des deux faisceaux sont donc égales et superposées, leurs éclairements respectifs dans le champ étant complémentaires ltun de l'autre. On peut donc raccorder les deux plages du champ et obtenir un éclairement uniforme dans tout le champ sans discontinuité à l'endroit du raccordement. A la figure 5, selon un autre mode de réalisation de l'invention, le miroir condenseur est constitué par les deux moitiés 61 et 62 d'un miroir elliptique unique. L'une des moitiés est basculée par rapport à l'autre de manière que les foyers objet des d'ux demi-miroirs restent confondus en 2, mais que leurs foyers image, respectivement 63 et 64 (où se forment les images de la source), soient situés de part et d'autre de l'axe de symétrie66 du système. Les images 63 et 64 sont vues du point A souSl'anglet Entre le miroir condenseur et les foyers 63 et 64, est placé un miroir dièdre constitué des deux éléments il et 12 et dont l'arête A passe par l'axe de symétrie. Les deux éléments 11 et 12 forment un angle égal à 1800 - 2 t de telle sorte qu'ils forment alors une même image 65 des objets virtuels 63 et 64 et de la source 2. Les deux images confondues en 65 ont même grandeur et les pénombres sont égales, superposées et d'éclairements complémentaires. il s'ensuit que les deux plages du champ sont raccorda Ees sans qu'aucune discontinuité n'apparaisse dans l'éclairement. REVENDICATIONS 1. Dispositif optique d'éclairage du genre comportant un miroir condenseur en deux parties présentant un même plan de section principale et une source située dans ledit plan de section princi pale, chacune des parties du condenseur fonctionnant au même gran pissement, un miroir plan perpendiculaire au plan de section prin cipale communssinterposé sur chacun des deux faisceaux de lumière issus de la source et réfléchis par chacune des parties du con denseur en s appuyant sur les contours extérieurs de la source, les rayons extrêmes des faisceaux situés dans le plan de section principale et s appuyant sur l'enveloppe de la source étant con fondus après réflexion sur les miroirs plan et passant par l'a- rête de l'un de ceux-ci, caractérisé en ce que les images formées par les deux faisceaux sont confondues en grandeur et position et que les pénombres des deux faisceaux en sortie du système sont égales, superposées et d'éclairements complémentaires. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le miroir condenseur est réalisé en deux parties elliptiques, homo thétiques ltune de l'autre, ayant mme foyer objet occupant la position de la source et des foyers image alignés avec le foyer objet. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le condenseur est constitué par les deux moitiés d'un miroir unique, basculées l'une par rapport à l'autre de manière que les foyers-objet des deux demi-miroirs réstent confondus avec la position de la source tandis que leurs foyers image sont situés de part et d'autre de l'axe de symétrie du système.