Brevet FR2260064A1 — publié le 19750829

Argument I1 s'agit d'un dispositif optique constitué d'une paire, ou d'une pluralité de paires ou systssme~';équåvaients de blocs de même matière transparente chaque bloc ayant de préférence la forme d'un prisme droit. Les prismes de chaque paire sont appliqués l'un contre l'autre de manière à former ainsi entre leurs faces se faisant vis-à-vis une lame mince à faces parallèles d'indice de réfraction plus faible que celui de la matière constitutive des prismes, cette lame mince étant de pré- férence une lame d'air.Enfin les diedres des prismes d'une meme paire, symétriques par rapport au centre de la lame mince et dont un côté est une face de cette lame mince, ont des angles d'ouverture d'une valeur de préférence voisine de celle de l'angle de réflexion totale de la matière qui constitue ces prismes, et les faces des prismes opposeesà ces angles sont rendues absorbantes aux rayons lumineux. Domaine de l'invention L'invention est du domaine des éléments constitutifs de projecteurs et signaux lumineux, en particulier des phares de voitures automobiles, destinés à limiter le rayonnement lumi neu-x de façon à éviter l'éblouissement d'un observateur placé dans la direction de l'axe du projecteur ou signal. Art antérieur La gêne subie par un observateur regardant de nuit dans la direction d'une source lumineuse a été expérimentée partout un chacun. Que cette source soit réellement aveuglante et qu'il en résulte donc un danger, a aussi été expérimenté par tous les conducteurs de véhicules, en particulier par les automobilistes se croisant de nuit sur les routes. De multiples structures différentes de-phares dits "feux de croisement ou "phares-code" ont été mises au point pour tenter de parer à ce danger. Toutes les structures couram- ment employées dans ce genre de phares ont pour but de limiter le rayonnement de la source lumineuse, en avant du phare, à la portion de ltespace située sous un plan horizontal passant par cette source. Pour ce faire les solutions adoptées relèvent essentiellement de deux types : soit munir le phare d'un dispo sitif formant écran, ( et il en est de toutes sortes), soit faire réfléchir la lumière émise par la source sur la seule partie supérieure du miroir, en général parabolique, constituant le fond du phare.Ces solutions ne peuvent cependant pas vraiment supprimer des rayonnements parasites risquant d'éblouir un automobiliste faisant face au "phare-code". Exoosé nénéral L'objet de l'invention est de présenter un dispositif optique qui soit susceptible de nombreuses applications. C'est ainsi que, placé devant l'ampoule d'un phare d'automobile, ce dispositif en fait un véritable "phare-code" non éblouissant. Un premier avantage de l'invention est d'être facilement et économiquement réalisable, la matière constitutive du dispositif optique pouvant être du verre ordinaire, ou toute autre matière possédant le même pouvoir de transmission de la lumière. Un second avantage de l'invention, résultant du premier, est de permettre la dissociation du "phare de route" et du "phare-code" en deux sous-ensembles distincts, cet-arrangement devenant plus économique que le système complexe de phare unique à ampoule à double filament et coupelle couramment utilisé. Un autre avantage de l'invention est de pouvoir être appliquée non-seulement aux phares d'automobiles (codes et anti-brouillard), mais à d'autres dispositifs lumineux tels que les.signaux des voies de chemins de fer, ou les panneaux absorbants. Un dispositif optique conforme à l'inuantion est le résultat de l'application des lois connues de la réflexion et de la réfraction de optique classique, aux surfaces de séparation de milieux d'indices différents. On connait en -particulier la loi suivant laquelle tout rayon incident tombant sur une lame mince à faces parallèles sort de celle-ci suivant une direction parallèle à la direction initiale, et celle suivant laquelle pour toute surface de séparation de deux milieux d'indices différents il existe un angle de réflexion totale pour le rayonnement provenant du milieu d'indice le plus grand. Ainsi, si une lame mince à faces parallèles 3. par par exemple) est placée entre deux milieux identiques 1 et 2 (blocs de matière transparente telle que du verre ordinaire d'indice n supérieur à 1 par exemple) et dont l'angle de réflexion totale est , un rayonnement venant du milieu l et tombant sur-la lame 3 ne pourra traverser cette lame et se propager dans le milieu 2 que si son angle d'incidence sur la lame est inférieur ou égal à . On démontrerait facilement que pour que ce rayonnement, après traversée de-la lame mince puisse émerger du milieu 2 dans l'air, il faut que la face 4 de séparation de ce milieu a9ec l'air fasse un angle inférieur à 2 rx avec la lame mince 3.La Kig. A ci-dessous montre que si cet angle est égal à 2 , seul le faisceau I incident sur 3 sous l'angle traverse la face 4 et sort le long de cette face. Les faisceaux II et III se réfléchissent soit sur la lame 3 soit sur la face 4. FE De même si l'angle de cette face 4 avec la lame mince 3 est voisin de , ls rayonnement lumineux qui, après la propagation dans le milieu 1, fraverse la lame mince 3, émerge alors de la face 4 en étant compris entre cette face 4 et un plan sensiblement perpendiculaire à -cette meme face. -La Fig. B ci-déssous, illustrant cette propriété, est faite en supposant, pour la commodité de la lectore, l'angle de la face 4 et de la lame mince 3 égal à . Re.B Un dispositif optique conforme à l'invention utilise les propriétés décrites ci-dessus et comporte essentiellement une paire de deux blocs de même matière transparente, chaque bloc possédant une face plane, ces faces planes se faisant vis-à-vis de manière à former entre elles une lame mince., de préférence d'air, à faces sensiblement parallèles. Ces.deux'blocs de matiè -re transparente sont équipés de moyens d t absorption sensiblement totale des rayons lumineux qui, après traversée du premier bloc, subissent une réflexion totale sur la lame mince. Associé à une source lumineuse, dont il reçoit un faisceau lumineux incident, à rayons sensiblement parallèles par réflexion sur un miroir du genre de cieux des phares d'automobile, un un dispositif conforme à l'invention donne un faisceau lumineux émergeant, entièrement situé en dessous du plan horizontal passant par la partie supérieure de la source. Suivant un mode préférentiel de réalisation dé l'in ventionfiles deux blocs de matière transparente sont des prismes droits, dont les dièdres, symétriques par rapport au centre de la lame mince et dont un côté est une face de cette lame mince, ont des angles d'ouverture sensiblement égaux à l'angle de ré-. flexion totale de la matière les constituant. Suivant un mode préférentiel de réalisation de l'invention les moyens d'absorption ci-dessus mentionnés sont un revêtement de peinture noire opaque appliqué sur les faces des prismes, opposées aux dièdres sus-nommés, préalablement dépolies. Suivant un autre mode de réalisation de l'invention, celle-ci prévoit l'emploi d'une pluralité de paires de prismes, les dits prismes ayant une hauteur de grande dimension par rapport aux cotés de leur base, et les paires étant disposées les unes sur les autres de manière que, leurs faces dépolies étant adjacentes, elles forment ainsi un parallèlépipède. Cet empilement de paires de prismes peut d'ailleurs hêtre obtenu par l'emploi de deux plaques de matière transparente, coulées ou taillées, possédant chacune une face Lge et une face avec diedres rentrants formant cannelures,/dont un côté est dépoli, et appliquées l'une contre l'autre de manière que leurs cannelu- res s'emboîtent les unes dans les autres, les côtés dépolis des dièdres rentrant étant au contact deux à deux. Suivant un autre mode de réalisation, prévoyant aussi l?emploi d'une pluralité de paires de prismes analogues à ceux décrits plus haut, les dites paires sont disposées d'une manière semblable à des marches d'escaliers les faces dépolies se correspondant dans un meme plan. Cette disposition en marches d'escalier peut aussi être obtenue par l'emploi de deux plaques analogues à celles décrites au paraoraphe précédent, appliquées l'une contre autre par leurs faces planes. On peut encore réaliser un dispositif conforme à l'invention en utilisant des volumes dont les arêtes ne sont pas rectilignes, mais incurvées. Enoncé des figures La Fig. 1 est une coupe d'un dispositif optique à une seule paire de prismes conforme à l'invention. La Fig. 2 est une vue perspective schématique de la trace supérieure sur un plan vertical d'un faisceau lumineux émergeant du dispositif de la Fig. 1. La Fig. 3 est une coupe schématique d'un mode de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention comprenant une pluralité de paires de prismes. .La Fig. 4 est une coupe schématique d'un autre mode de réalisation du dispositif de la Fig. 3o La Fig. 5 est une coupe schématique d'un autre mode de réalisation à pluralité de paires de prismes disposées en marches escalier. La Fig0 6 est une coupe schématique d'un autre mode de réalisation du dispositif de la Fig. 5. La Fig. 7 est un schéma montrant l'impact sur un plan vertical et sur un plan horizontal d'un faisceau lumineux émergeant du dispositif de la Fig. 3. Descriotion détaillée d'une forme de réalisation : Dans la.Fig. 1 on a représenté le mode de réalisation préférentiel dans lequel les deux blocs de matières transparentes sont des prismes 11 et 12 dont les angles, C et C' sont tous deux égaux à l'angle de réflexion totale, et dont les angles A et A' sont droits. Un flux de rayons lumineux, tels que R1, R2, R3, R4 est supposé provenir d'une source lumineuse, non représentée, située à droite de la Fig. 1, après réflexion sur un miroir, non représenté, analogue à un miroir de phare d'automobile. Les rayons de ce flux lumineux sont, après réflexion sur ce miroir et avant d'atteindre le Drisme 11 sensiblement parallèles à l'axe XX' du phare, et font au maximum auec cet axe un angle a, faible, et dont la valeur est inférieure à l'angle de réflexion totale. Les prismes Il et 12 appliqués l'un contre l'autre, déterminent entre eux une lame mince d'air 3, à faces parallèles. Les faces AB et A'B' sont dépolies, recouvertes de peinture opaque et rendues ainsi absorbante de façon sensiblement totale pour les rayons qui les rencontrent. On a figuré un rayon R1 représentant le flux des rayons issus de la source et parallèles à X'X . R1 tombe donc sur le prisme 11 sous un angle d'incidence nulle, et de là sur la lame-mince 3 sous l'angle d'incidence a. On peut considérer que le rayon émergeant R'1, dans le prolongement de R1, représente le flux lumineux après passage dans le second prisme. Un rayon tel que R2 se dirigeant vers le haut et incident sur le prisme Il sous l'angle a ou tout angle inférieur à a tombe, après réfraction sur la face A'Ct, sur la lame d'air 3 sous un angle d4incidence supérieure à a et y subit donc une réflexion totale pour se diriger, suivant R'2, vers la face A'B' du prisme 11 où il est absorbé. Un rayon tel que R3 se dirigeant vers le bas et incident sur le prisme 11 sous l'angle a , ou tout angle inférieur à a, tombe après réfraction sur la face A'C', sur la lame d'air 3 sous un angle d'incidence inférieur à a. I1 traverse donc cette lame en restant parallèle a lui-même et ressort du prisme 12 suivant R' faisant avec la face AC un angle de réflexion égal à l'angle d';ncidenceXinitial sur A'C. Il est possible qu'en raison d'une imperfection du miroir, un flux lumineux, qui serait de toute manière faible, tombe sur le prisme 11 suivant la direction R4. La Fig. 1 montre qu'un tel flux serait, après traversée de la lame 3, en grande partie absorbé par la face absorbante AS du prisme 12. Il apparat donc que tout le flux lumineux émergelant du dispositif optique est compris entre deux plants : un plan sùpérieur P1 situé dans le prolongement du plan de la face A'B', un plan inférieur S1 faisant avec P1 un angle a , angle faible comme indique plus haut. On voit donc qu'en plaçant un dispositif semblable à celui de la Fig. 1 devant une source lumineuse donnant, par réflexion sur un miroir, un flux alumineux à rayons sensiblement parallèles, on peut réaliser un "phare code sans éblouissement pour le conducteur d'une voiture venant de face, les yeux de ce conducteur étant, par construction même de la voiture, situés au-dessus du plan limite supérieure du flux lumineux émergeant. On peut constater en outre que, pour atteindre le résultat mentionné au paragraphe précédent, il n'est pas nécessaire que les faces externes AC et A'C' des prismes soient rigoureusement planes, ni que les angles A et A' soient droits, ni même que les faces de la lame mince 3 soient rigoureusement parallèles. Enfin comme on l'a dit plus haut les angles C et C' doivent être seulement voisins de l'angle de réflexion totales sans qu'il soit nécessaire que ces angles aient rigoureusem.ent cette valeur. Il suffira alors de déterminer empiriquement l'inclinaison de la lame 3 par rapport à l'axe du miroir de manière limite à rendre le plan/P1 horizontal. En plus de l'utilisation d'un dispositif conforme à l'invention comme élément constitutif d'un phare de voiture automobile, on peut aussi l'utiliser pour toute signalisation optique nécessitant une limitation nettement tranchée du faisceau lumineux et en particulier pour les signaux de voie de chemin de fer. Il est en effet très important que les conducteurs de locomotives ne confondent pas les signaux adaptés à la voie sur laquelle ils roulent avec ceux adaptés aux autres voies. I1 suffira de placer le dispositif optique, associé à une source lumineuse, de façon que le-plan P1 soit vertical, limitant ainsi le faisceau émergeant à la voie au-dessus de laquelle il est installé, et le rendant invisible de la voie voisine. Sur la Fiç. 2 on a représenté un dispositif optique formé de deux prismes 11 et 12, analogue à celui de 1a Fig. 1, en face duquel, et perpendiculairement à l'axe X'X, est disposé un plan Q. L'expérience prouve que la surface limitant le faisceau lumineux émergeant, et pouvant être assimilée à un plan figuré par P1 sur la Fig. 1, est en réalité une surface courbe à grand rayon de courbure dirigée vers le bas. C'est ainsi que l'intersection de cette surface avec le plan Q, au lieu d'être une droite M'N' est une ligne courbe MN. Ce résultat de l'expérience n'enlèveucune des caractéristiques mentionnées plus haut à un dispositif optique conforme à l'invention. Cette propriété peut être utilisée pour réaliser un éclairage plus intense d'un côté de route par exemple, par basculement du dispositif~dans une position oblique. Sur la Fig. 3 on a représenté un autre mode de réslisation d'un dispositif optique conforme à l'invention. 1 figure schématiquement le miroir d'un phare dont la source lumineuse est l'ampoule L. XX' est l'axe du phare, et R1, R2 sont des rayons réfléchis sur le miroir 1, représentant ainsi schématiquement ltensemble du flux lumineux réfléchi sur le miroir, et dont les rayons sont sensiblement parallèles à l'axe X'X, et ne diffèrent de la direction X'X que d'un angle faible a 11, 12, ... 51, 52 sont des paires de prismes analogues à la paire de prismes de la Fig. 1. 13, ... 53sont les lames minces à faces parallèles de ces paires de prismes. P1, S1 sont les surfaces sensiblement planes limitant le flux émergeant de-la paire 11, 12. P5, S5 sont les surfaces sensiblement planes limitant le flux émergeant de la paire 51, 52. On voit donc qu'un dispositif optique formé d'une pluralité de paires de prismes joue un rôle identique à une seule paire, tout en en diminuant considérablement l'encombrement et permettant de lui donner la surface convenable. Sur la Fig. 4 on voit deux plaques 1 et 2, de matière transparente ayant chacune une face plana, respectivement 4 et 5, leur autre face découpée en cannelures à dièdres opposés d'angle d'ouverture voisin de 900 - a: , a étant l'angle de réflexion totale défini à la Fig. 1. Les cotés 14, 25, ... 34, 45 de ces dièdres, perpendiculaires aux faces 4 et 5 sont dépolis et recouverts de peinture opaque. Les plaques 1 et 2 limitent alors entre elles des séries de lames minces 13, ... 53 réalisant ainsi, sous un mode différent,les caractéristiques optiques du dispositif obtenu par l'empilement des paires de prismes de la Fig. 3. Sur la Fig. 5 les paires de prismes 11, 12, ... 51, 52, sont assemblées comme les marches d'un escalier et devant elles est placée une vitre 4. Le résultat, quant à la propagation du flux lumineux issu de L, est identique à celui de la Fig. 3. Sur la Fig. 6 on voit deux plaques 1 et 2 de matière transparente ayant chacune une face plane, respectivement 101 et 102, leur autre face découpée en cannelures à dièdres d'angle d'ouverture de 90 , de façon que l'angle formé par les faces 101 et 102 avec les cotés verticaux 103, 203, ... 105, 205, de ces dièdres soit égal à l'angle de réflexion totale Les plaques 1 et 2 limitent alors entre elles une lame mince 13, réalisant ainsi sous un mode différent les caractéristiques optiques du dispositif obtenu par la disposition en marches d'escalier de la pluralité de paires de prismes de la Fig. 5. Sur la Fig. 7 on voit un dispositif optique formé d'une pluralité de paires de prismes 11, 12, ... 51, 52 analogue au dispositif de la Fig. 3. V est un- plan vertical supposé situé à assez grande distance du dispositif optique, et H un plan horizontal. L1, L2 ... L5 figurent les zones-d'éclairement données par le flux lumineux émergeant de chaque paire de prismes dans les conditions représentées par la Fig. 3. On constate que, tant dans le plan horizontal que dans le plan vertical, il y a une zone d'éclairement maximum et que, dans le-plan vertical, la zone de moindre éclairement est de faible hauteur, et égale à la hauteur du dispositif optique. REVENDICAIl 0N5 1. Dispositif optique destiné à etre associé à une source lumineuse donnant un faisceau lumineux à rayons sen ment sible/ parallèles par réflexion sur un miroir du genre de ceux des phares d'automobiles, caractérisé - en ce qu'il comporte deux blocs de matière transparente de m9me indice de réfraction, présentant chacunune face plane, le face plane du premier bloc placée vis-à-vis de la face plane du deuxième blpc en dégageant ainsi un espace formant lame mince à faces sensiblement parallèles d'indice de réfraction différent de celui des deux blocs, et en ce qutil comporte en outre des moyens d'absorption sensiblement totale des rayons lumineux subissant une réflexion totale sur la dite lame mince, après être entrés dans le premier bloc. 2.- Dispositif optique selon la revendication 1, caractérisé : - en ce que la lame mince est une lame d'air obtenue en appliquant les deux blocs l'un contre l'autre sans les coller. 3.- Dispositif optiqus-selon la revendication 2, caractérisé - en ce que les deux blocs de matière transparente sont une paire de prismes Il et 12, respectivement d'angles aux sommets A, B, C, et Af, 3t, C', tels que les angles A et A', respectivement opposés aux côtés limitant la lame mince 3, soient sensiblement droits, et tels que les angles Q et C', symétriques par rapport au centre de la lame mince 3 et d ont un c8té est cette lame mince 3, aient une valeur inférieure au double de l'angle de réflexion totale de la matière constitutive des prismes, valeurde préférence sensiblement égale à celle du dit angle de réflexion totale. 4.- Dispositif optique selon la revendication 3, caractérisé - en ce que les moyens d'absorption sensiblement totale sont constitués par une peinture noire opaque appliquée sur les faces AB et A'St des prismes préalablement dépolies, respectivement opposées aux angles C et C'. 5. Dispositif optique destiné à être associé à une source lumineuse donnant un faisceau lumineux à rayons sensiblement parallèles par réflexion sur un miroir du genre de ceux des phares d'automobiles, et comportant une pluralité de dispositifs optiques conformes à la revendication 4, caractérisé - en ce que les paires de prismes sont disposées les unes audessus des autres en reposant l'une sur l'autre par leurs faces démolies recouvertes de peinture. 6.- Dispositif optique destiné à être associé à une source lumineuse donnant un faisceau lumineux à rayons sen siblement parallèles par réflexion sur un miroir du genre de ceux des phares d'automobiles, et comportant une pluralité de dispositifs optiques conformes à la revendication 4, caractérisé : - en ce que les paires de prismes sont disposées les unes par rapport aux autres comme les marches d'un escalier, leurs faces dépolies et revêtues de peinture étant toutes parallèles au mÉme plan. 7.- Dispositif optique destiné à être.associé à une source lumineuse donnant un faisceau lumineux à rayons sensiblement parallèles par réflexion sur un miroir du genre de ceux des phares d'automobiles, et comportant deux plaques de même matière transparente, caractérisé - en ce que chacune des dites plaques a une face plane et une face entaillée d'une pluralité de dièdres à arènes parallèles à la fois entre elles et-à la face plane, dianglesd'ouvertu- re égaux et d'une valeur voisine à 902 - a , a étant l'angle de réflexion totale de la matière transparente constituant les plaques, - en ce que les dièdres ont chacun un côté perpendiculaire aux faces planes des plaques, ces cotés étant dépolis et recouverts d'une peinture opaque et, - en ce que les dites plaques sont appliquées l'une contre l'autre, leurs faces entaillées stemboitant l'une dans. l1autre 8.- Dispositif optique destiné à être associé à une source lumineuse donnant un faisceau lumineux à rayons sensiblement parallèles par réflexion sur un miroir du genre de ceux des phares d'automobiles, et comportant deux plaques de m8me matière transparente, caractérisé T - en ce que chacune des dites plaques a une face plane et une face entaillée d'une pluralité de dièdres parallèles d'angle d'ouverture de 90-c à arête parallèle à la face plane, une face de ces dièdres formant avec la face plane un angle voisin de l'angle de réflexion totale de la matière transparente constituant les plaques, l'autre face étant dépolie et recouverte d'une peinture opaque, - et en ce que les dites plaques sont appliquées l'une contre l'autre par leur face plane.