Brevet FR2284894A1 — publié le 19760409

La présente invention concern@ @@ @ispositif de modulation de signaux lumineux, applicables, plus particulièrement aux phares dits d'alerte météorologique. te problème pcsé par la transmission de messages simples fournissant des indications d'ordre météorologique à la navigation c8tiere ou au cabotage, pratiquée notamment par les navigateurs de plaisance ou les pêcheurs côtiers, n'est pas toujours résolu de manière satisfaisante pour ces usagers. tes messages à transmettre comportent, la plupart du temps, trois QU quatre informations simples envoyées sous forme de signaux lumineux facilement interprétables telles que : "beau temps fixe", "brise", "vent" (ou "alerte") et "danger". L'émission de tels signaux, dans les dispositifs actuellement connus, est obtenue au moyen de flashes électroniques successifs convenable- ment modulés.Mais de tels dispositifs out l'inconvénient, à la fois de ne fournir que des éclairs ou éclats de très fai.- ble durée et de n'être que faiblement fiables. La présente -invention. obvie à ces inconvénients en four- naissant un dispositif de modulation de signaux lumineux, muni d'une source lumineuse permanente, très fiable et susceptible de fournir des éclats dont on peut faire varier la durée et la fréquence de manière prédéterminée. Le dispositif de modulation de signaux lumineux selon 11 invention est essentiellement caractérisé par le fait qu'il comporte en combinaisons - une-source lumineuse permanente de luminance élevée, associée à un réflecteur pour.la production d'un faisceaulumineux d'axe vertical. - un disque' d'occultations périodiques du faisceau lumineux, mobile en rotation autour de son axe vertical, ledit disque comportant successivement sur sa périphérie des échancrures formant des créneaux de passage du faisceau et des redents d'occultation du faisceau dans sa section réduite, occupant dee secteurs du disque d'angles au centre et de rayons de valeurs prédéterminées, disposés cote à côtes ledit disque étant mobile en translation horizontale dans le plan vertical contenant son axe et l'axe optique du faisceau, et pouvant âtre placé dans différen- tes positions correspondant chacune à une dispositif relative différente de ses redents et créneaux;; - une lentille convergente dont l'axe optique connu cide avec celui du faisceau lumineux et dont le foyer objet coincide avec le sommet desdits faisceaux; De manière préférée - la source lumineuse est constituée par une lampe à décharge à arc court, par exemple au Xenon. Suivant une première forme de réalisation - le réflecteur associé à la source lumineuse est un réflecteur parabolique au foyer duquel est disposée ladite source, le faisceau émergent étant un faisceau sensiblement parallèle. De manière avantageuse, un système afocal est associé au réflecteur parabolique pour former un faisceau émergeant sensiblement parallèle d'intensité et de divergence différentes. Suivant une deuxième forme de réalisation : - le réflecteur associé à la source lumineuse est un réflecteur elliptique à 1'u des foyers duquel est disposée ladite source le faisceau émergent étant un faisceau convergent. De manière avantageuse, un système optique convergent ou divergent est associé au réflecteur elliptique de telle manière que la coSncidence du second foyer du réflecteur et de celui du système optique provoque la formation d'un faisceau émergent sensiblement parallèle. De manière préférée, le disque d'occultations pério- disques du faisceaux lumineux comporte une suite de secteurs circulaires de rayons de longueurs échelonnées, les valeurs des amplitudes relatives des différents secteurs étant entre elles dans des rapports entiers, lesdits secteurs étant reproduits au moins deux fois suivant des angles sous multiples de 3600. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description d'un dispositif de modulation de signaux lumineux selon ladite invention, faite ci-après, à titre d'exemple non limitatif et ex regard des dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente une vue schématique de ce dispositif; la figure 2 représente une vue en plan du disque tournant d'occultation du faisceau lumineux émis par la source lumineuse; les figures 3a, 3b et 3c représentent respectivement les diagrammes représentatifs des signaux lumineux correspondants à trois indications météorologiques conventionnelles. Sur ces dessins, les mêmes références représentent les mimes éléments. En se référant tout d'abord à la figure 1, le dispositif de modulation de lumière selon l'invention comporte une source 1 de production d'un faisceau lumineux d'axe vertical X-X ,parallèle ou de faible convergence, un miroir plan 2 incliné à 450 et tournant autour d'un axe fixe coïncidant avec l'axe vertical du faisceau lumineus, un disque horizontal 3 d'occultation dudit faisceau1 mobile en rotation autour d'un axe vertical parallèle à l'axe vertical X-X du faisceau lumineux étant disposé entre ladite source de production de ce faisceau et ledit miroir tournant.La source lumineuse 1 est avantageusement constituée par une lampe au Xénon à arc court de 150 watts, intégrée dans un réflecteur de type connu (non représenté) rayonnant un flux lumineux de 1500 lumens à partir dtune ouverture utile circulaire de 25 millimètres de diamètre. Ce réflecteur peut etre parabolique; dans ce cas, le point central de la source lumineuse est disposé à son foyer et le faisceau émis par la source est alors un faisceau sensiblement parallèle d'une intensité de 150 Kcd, qui au dixième de son intensité possède une divergence de 100. Un tel faisceau peut être utilisé avec le miroir tournant 2; toutefois, dans le cas où par exemple la vitesse de rotation dudit miroir est de 30 tr/mn, correspondant à trente éclats par minute, l'intensité efficace du faisceau associée à une divergence verticale superflue de 100 n'est que de 40 Xcd environ.De ce fait, ii est préférable d'associer à la source lumineuse un système optique constitué par deux lentilles convergentes 10 (représentée en traits discontinus sur la figure 1) et 4, placées entre la source lumineuse et le miroir tournant et constituant un système afocal, le foyer image de la lentile 10 étant confondu avec le foyer objet de la lentille 4, afin d'augmenter l'intensité du faisceau lumineux tout en diminuant sa divergence. Simultanément, le disque d'occultation est placé dans la section réduite du faisceau au voisinage du foyer commun aux lentilles 10 et 4. Le réflecteur associé à la source lumineuse 1 peut également être elliptique, auquel cas le faisceau émergent est un faisceau convergent dont l'ouverture est de + 9 . L'inter- position, entre la source lumineuse et le miroir d'une lentille convergente 4 de 85 mm de diamètre environ, disposée au voisinage du miroir tournant et dont le foyer est placé au sommet dudit faisceau, permet une amplification de son intensité telle qu'en stationnaire le faisceau incident sur la face réfléchissante du miroir ait une intensité de 1 Mcd avec une divergence de 40 au dixième de son intensité; son intensité efficace atteint alors 100 à 150 Kcd pour trente éclats/minute avec une divergence verticale de l'ordre de 10301 à la moitié de son intensité, ce qui est suffisant pour obtenir les portées recherchées (voir figure 1). De manière avantageuse, un ventilateur de refroidissement la est associé à la source lumineuse. Suivant une forme de-réalisation indiquées à titre d'exemple non limitatif, le disque d'occultation comporte deux ensembles symétriques d'échancrures répartis chacun sur un angle de 1800. Comme représenté sur la azure 2, il comporte un premier ensemble de deux secteurs identiques 5a et 5b, diamétralement opposés de rayon R dont l'angle au centre est de 900 et un ensemble de quatre secteurs d'angles au centre de 450 chacun formant deux groupes 6a, 6b et 7a, 7b, dans chacun desquels les deux secteurs dudit groupe sont diamétralement opposés, les deux secteurs 6a et 7a renplissant chacun une partie de ltintervalle formé pa l'angle de 90 délimités par les bords des secteurs Sa et 5b et entre ces deux secteurs. Le rayon du secteur 6a ouvert à 45 qui suit immédiatement le secteur 5A lorsqu'on tourne dans le dudit secteur @ans des aiguilles d'une molltre,a pour valeur celle du rayon R/5a diminué d'une longueur a c'est-à-dire la valeur R-a, tandis que le rayon du secteur 7a ouvert à 450 qui suit le secteur 6a, lorsqu'on tourne dans le sens des aiguilles d'une montre, et qui est adjacent au secteur 5b ouvert à 900 a un rayon d'une longueur égale à R-2a.De même, le secteur 6b adjacent, lorsqu'on tourne dans le sens des aiguilles dune montre, au secteur 5b, diamétralement opposé au secteur 6a pour rayon R-a et le secteur 7b diamétralement opposé au secteur 7a a pour rayon R-2a. Le disque 3 peut être entratné autour de son axe vertical Y-Y au moyen.d'un groupe motoréducteur 8 de tout type connu approprié dont l'arbre de sortie vertical tourne à une vitesse constante dont on peut choisir la valeur, par exemple en lui associant un variateur de vitesse. te moteur 8 est monté sur une glissière horizontale fixe par rapport à la source lumineuse 1 et au miroir 2, permettant le déplacement du disque dans son plan et de telle manière que son axe Y-Y parallèle à l'axe X-X reste toujours dans le même plan que lui. En fait, cette translation peut entre avantageusement remplacée par une rotation de rayon suffisamment élevé pour réaliser une approximation suffisante de cette translation.te plan du disque 3 est disposé sensiblement au niveau du point de convergence 9 desrsyons du faisceau issu de la source lumineuse. Compte tenu à la fois du fait que le disque peut être déplacé dans son plan horizontal, c'est-à-dire, du fait que l'on peut faire varier la distance d de son axe Y-Y à l'axe X-X, du fait qu'il peut entre entratné en rotation à vitesse constante autour de son axe et de sa forme particulière, il est possible d'occulter le faisceau lumineux de quatre manières différentes. Lorsque la valeur de la distance d est supérieure au rayon R des secteurs 5a et 5b du disque, le faisceau lumineux n'est pas occulté et le miroir tournant 2 reçoit de la lumière en permanence. Lorsque la valeur de la distance d est comprise entre les valeurs R et R-a, valeur de rayon commune aux secteurs 6a et 6b, le faisceau est occulté deux fois par tnur du disque par les bords annulaires d'angle au centre de 900 des secteurs 5a et 5b limités par les cercles de rayon R et les cercles de rayon R-a, Si bien que le miroir 2 est éclairé par le faisceau pendant la durée d'un quart de tour du disque, puis non éclairé pendant la durée du quart de tour suivant et ainsi de suite.Lorsque la valeur de la distance d est comprise entre les valeurs R-a et R-2a, valeur ae rayon commune aux secteurs 7a et 7b, le faisceau lumineux est occulté deux fois par tour du disque par les bords annulaires des secteurs 5a, 6a et 5b, 6b d'angle au centre total de 135O limités d'une part par les cercles de rayons R et R-2a sur les secteurs 5a et 5b et, d'autre part, par les cercles de rayons R-a e-t R-2a sur les secteurs 6a et 6b, si bien que le miroir 2 est alternativement éclairé pendant un huitième de tour du disque et non éclairé pendant trois huitièmes de tour de ce dernier. Enfin, lorsque la distance d est inférieure à la valeur R-2a du rayon commun aux secteurs 7a et 7b, il est clair que l'occultation du faisceau est totale et que le miroir 2 ne reçoit aucune lumière. te miroir 2 est un miroir tournant de type connu entratné en rotation par un groupe motoréduoteur (non représenté) permettant d'en obtenir la rotation à une vitesse constante pouvant entre choisie, en fonction des besoins, gråce à un variateur de vitesse. te dispositif ci-dessus décrit est destiné à entre incorporé dans un phare de signalisation c8tier permettant l'émission de signaux lumineux modulés à destination des embarcations navigant au voisinage des c8tes, chaque type de modulation de la lumière émise correspondant à une indication particulière correspondant à des conditions de toute nature pouvant intéresser la sécurité de la navigation.En particulier, un phare comportant le dispositif selon l'invention peut entre utilisé pour la transmission de signaux correspondant à des indications météorologiques locales. te fonctionnement du dispositif sera décrit ci-après à titre d'exemple non limitatif dans le cas où quatre types de signaux modulés, correspondant aux quatre indications de conditions météorologiques suivantes : "beau temps", "brise", "vent" et "danger". te signal "beau temps" est constitué par l'absence dtallumage. I1 peut être obtenu de deux manières différentes ou bien la source lumineuse est éteinte et le phare n'émet aucun signal, ou bien la source lumineuse émet de la lumière et le disque obturat-ur 3 est disposé dans la position ou il occulte complètement le faisceau, c'est-à-dire dans j position où la distance d de son axe est inférieure à la valeur R-2a, et, là encore, le phare n'émet aucun signal. Ce cas particulier mis à part, il est possible de faire tourner le miroir 2, par exemple, à la vitesse de 30 tr/mn, auquel cas, en l'absence de toute occultation du faisceau lumineux, il émet, pour toute direction donnée, trente éclats par minute ou un éclat toutes les deux secondes ; il est possible de faire tourner le disque obturateur 3, par exemple, à raison d'un tour en quarante huit secondes, c'est-à-dire avec une période de quarante huit secondes. Dans ces conditions, et en supposant que la source lumineuse émet de la lumière en permanence, les modulations des éclats réfléchis par le miroir, pour chacune des positions de l'axe Y-Y de rotation du disque 3 par rapport à l'axe optique X-X du système seront les suivantes Lorsque, tout d'abord, la distance d de l'axe du disque à l'axe optique est supérieure à R, rayon du disque, le faisceau lumineux n'est jamais occulté, le miroir tournant 2 reçoit en permanence la lumière du faisceau, et émet pour un observateur éloigné fixe par rapport à lui une lumière scintillante modulée à trente éclats par minute, c'est-à-dire d'une durée de deux secondes également.On a représenté graphiquement ce type de modulation sur le diagramme de la figure 3a, le temps t étant porté en abacisses et~l'intensitd lumineuse I en ordonnées La signification de signaux ainsi modulés correspondant par exemple à "danger". Lorsqu'on rapproche l'ase de rotation du disque 3 de l'axe optique X-X, de manière que la distance les séparant sott comprise entre R et R-a et que, de préférence, d=R , le faisceau lumineux émis par la source est occulté lors de la rotation du disque à un tour en 48 s, chaque fois que le bord annulaire de largeur a de l'un des secteurs d'angle au centre de 900, 5a ou 5b, passe au sommet du faisceau lumineux; c'est-à-dire puisque ces deux secteurs sont diamétralement opposés deux fois par tour du disque ; le faisceau subit donc des occultations espacées de douze secondes en douze secondes et séparées chacune par une période de douze secondes pendant lesquelles le faisceau lumineux tombe sur le miroir tournant 2.Pendant chacune de ces périodes de douze secondes de passage de la lumière, le miroir réfléchit pour un observateur éloigné fixe par rapport à lui, un éclat toutes les deux secondes, comme dans le cas précédent, c'est-à-dire six éclats pendant la période de passage de la lumière. Ce groupe de six éclats successifs ets alors suivi d'une période d'extinction de douze secondes, elle-m8me suivie d'une période d'émission de six éclats successifs en douze secondes et ainsi de suite. On a illustré graphiquement ce type de modulation sur-le diagramme de la figure 3a, le temps étant porté en abscisses et l'intensité lumineuse en ordonnées. La signification des signaux ainsi modulés correspond par exemple à : "vent", ou "alerte au vent". Lorsqu'on rapproche davantage l'axe de rotation du disque de l'axe optique du système de manière à l'amener à une distance d de celui-ci égale à R- 23a comprise entre R-a et R-2a, le faisceau lumineux émis par la source est occulté chaque fois que le bord annulaire de largeur 2a de l'un des secteurs 5a ou 5b et que le bord annulaire de largeur a de l'un des secteurs d'angle au centre de 450, 6a ou 6b, diamétralement opposés, passe au sommet du faisceau lumineux. les secteurs 5a et 6a, d'une part, et 5b et 6b, d'autre part, étant respectivement adJacents l'ur à l'autre, le faisceau est occulté, lors de la ro- tation du disque à un tour en 48 s, deux fois par tour de disque pendant deux périodes correspondant à 3/8 de tour séparées entre elles par une période correspondant à 1/4 de tour, c'està-dird qu'une période d'occultation de 18 s est suivie dune période de passage de la lumière de 6 s. De cette manière, le miroir reçoit de la lumière pendant six secondes, pendant lesquelles il émet trois éclats et est occulté pendant une période de dix huit secondes au cours de laquelle il y a extinction, éclats et extinctions se succédant alors à cette cadence. On a illustré graphiquement cette forme de modulation sur le diagramme de la figure 3c où comme sur les diagrammes des figares 3a et 3b, le temps est porté en abscisses et l'intensité lumineuse en ordonnées. la signification des signaux ainsi modulés correspond, par exemple à : "brises'. Le dispositif ci-dessus décrit permet donc l'obten- tion de trois sortes de signaux lumineux modulés, grace à un simple déplacement horizontal de l'axe de rotation du disque permettant de l'amener à volonté dans une position prédéterminée correspondant à l'émission par le miroir de signaux modulés suivant une forme de modulation prédéterminée. Le déplacement de l'ensemble constitué par le disque 3 et son organe d'entratnement en rotation peut, bien entendu, Qtre obtenu manuellement, mais dé préférence au moyen d'un organe moteur de type connu télécommandé et permettant ce déplacement d'une position quelconque à toute autre position choisie parmi les trois autres possibles. On a décrit ci-dessus une forme particulière de dispositif d'émission de signaux lumineux modulés selon l'invention et permettant l'émission de quatre types de signaux y compris l'absence de signaux. Mais il est clair, d'une part, qu'avec la forme de disque d'occultation décrit il est possible d'obtenir, pour des vitesses de rotation, tant de ce disque que du miroir 2, différentes de celles indiquées ci-dessus à titre d'exemple, et convenablement choisies, des formes de modulation différantcentre elles, tant par la fréquence des éclats et la durée d'une séquence d'éclats, que par la durée des périodes d'occultation entre deux séquences d'éclats. Bien entendu, il est possible de donner au disque d'occultation toute autre forme que celle décrite ci-dessus, notamment en ce qui concerne le nombre de secteurs et les angles aux sommets de ces derniers, en vue d'obtenir des durées et des fréquences d'occultation d'un type prédéterminé. De même, il est possible, de coordonner et de commander à partir d'un poste de commande la marche et la vitesse des moteurs d'entratnement en rotation du disque d'occultation et du rivoir tournant, airsi que les mousementz de translation horizontale du disque au moyen de tout dispositif approprié de type connu. L'ensemble optique d'émission de signaux modulés ci-dessus décrit peut être placé dans un cylindre d'axe vertical d'environ 200 mm de diamètre en bas duquel peut entre disposé le coffret dtalimentation de la lampe au Xénon à arc court dont le fonctionnement est assuré en courant continu sous une tension de 12 à 14 volts avec un dispositif d'allumage par haute tension instantanée. La luminance élevée des lampes à arc court au Xénon rend en effet possible la réalisation d'un tel ensemble de dimensions reduites avec des intensités suffisantes pour obtenir des portées de jour de tordre de 5 à 7 milles nautiques, c'est-à-dire de l'ordre de 9 à 12 km, qui correspondent à la zone de navigation des embarcations de 5ème catégorie. A cette distance des cotes et pour des visibilités météorologiques de l'ordre de 10 milles nautiques et des luminances de fond comprises entre 100 et 5000 cd/m2, un feu de jour est visible si son intensité efficace atteint respectivement de 4 000 à 150 000 cd. Ce dernier chiffre correspond aux performances du dispositif ci-dessus décrit lorsqutil utilise une lampe au Xénon de 150 W. Il est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représenté qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter des équivalences techniques à ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de ladite invention, lequel est défini dans les revendications annexées. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de modulation de signaux lumineux, caractérisé par le fait qu'il comporte, en combinaison - une source lumineuse permanente de luminance élevée, associée à un réflecteur pour la production d'un faisceau lumi neux d2axe vertical; - un disque d'occultations périodiques du faisceau lu mineux, mobile en rotation autour de son axe vertical, ledit disque comportant sur sa périphérie des échancrures formant des créneaux de passage du faisceau et des redents d'occultation du faisceau dans sa section réduite successifs, occupant des secteurs du disque d'angles au centre et de rayons de valeurs prédéterminées, disposés côte à côte, ledit disque étant mobile approximativement en translation horizontale dans le plan vertical contenant son axe et l'axe optique du faisceau, et pouvant être placé dans différentes positions correspondant chacune à une dispositif relative différente de ses redents et créneaux; - un miroir plan de réception du faisceau lumineux, mobile en rotation autour d'un axe vertical coincidant avec l'axe optique de la lentille. 2 - Dispositif de modulation de signaux lumineux selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la source lumineuse est constituée par une lampe à décharge à arc court. 3 - Dispositif de modulation de signaux lumineux selon -l2une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le réflecteur associé à la source lumineuse est un réflecteur parabolique au foyer duquel est disposée ladite source, le faisceau émergent étant un faisceau sensiblement parallèle. 4 - Dispositif de modulation de signaux selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'un système afocal est associé au réflecteur parabolique pour former un faisceau émergent sensiblement parallèle d'intensité et de divergence différentes. 5 - Dispositif de modulation de signaux lumineux selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le réflecteur associé à la source lumineuse est un réflecteur elliptique à l'un des foyers duquel est disposée ladite source, le faisceau émergent étant un faisceau convergent. 6 - Dispositif de modulation de signaux lumineux selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'un système optique convergent ou divergent est associé au réflecteur elliptique de telle manière que la coincidence du second foyer du réflecteur et de celui dudit système optique provoque la formation d'un faisceau émergent sensiblement parallèle. 7 - Dispositif de modulation de signaux lumineux, selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4,5 ou6, caractérisé par le fait que le disque d'occultations périodiques du faisceau comporte un premier ensemble de deux secteurs circulaires égaux dont les angles au centre sont de 900 , diamétralement opposés, un deuxième ensemble de secteurs circulaires identiques diamétralement opposés, dont les angles, au centre, sont -de 450, et le rayon est inférieur d'une longueur de valeur pré ddterm née à celle du rayon des secteurs du premier ensemble et dont deux côtés diamétralement opposés sont respectivement adjacents à deux côtés respectivement diamétralement opposés des deux secteurs dudit premier ensemble, et un troisième ensemble de deux secteurs circulaires identiques diamétralement opposés dont les angles au centre sont de 450 et le rayon a une longueur égale à celle du rayon des secteurs du deuxième ensemble diminuée d'une longueur égale à la différence entre la longueur des rayons des secteurs du premier ensemble et celle du rayon des secteurs du deuxième ensemble, chacun des côtés d'un secteur dudit troisième ensemble étant respectivement adjacent à un côté du secteur voisin du premier ensemble et à un côté du secteur voisin du deuxième ensemble.