Brevet FR2293660A1 — publié le 19760702

La présente invention concerne un dispositif reflecteur de lumière. On connatt déjà envers réflecteurs de lumière utilisés tant pour des applications industrielles que pour des applications particulières, pour lteclairage de locaux, etc... On distingue, de façon générale, deux types de réflecteurs, à savoir a) des réflecteurs ou projecteurs émettant un faisceau de lumière aussi cylindrique que possible, de façon à éclairer une surface à une distance relativement éloignée de-la source lumineuse. b) des réflecteurs destinés à éclairer une surface donnée, par un faisceau de lumière ayant une ouverture angulaire précise. Si le premier type de réflecteurs ou de projecteurs convient pour ltéclairage de surfaces de grandes dimensions, telles que des stades, des aérodromes, etc..., par contre, il ne convient pas pour des applications plus limitées, telles que 1 t éclairage de halls de sport, de locaux publics ou d'appartements. Or, pour cette seconde application, le cobt de énergie rend de plus en plus nécessaire lutilisation la meilleure de la lumière émise par une source lumineuse, pour éviter de surdimensionner cette source lumineuse et de transformer la lumière en chaleur. Or, jusqutà présent, si les lampes à incandescence ont une application très répandue, comme source dwéclairage rapprochée (lampe de bureau, plafonnier, etc...), pour de multiples applications industrielles de telles lampes ont été remplacées par des tubes contenant des gaz tels que le néon, etc... ou les gaz rares, et qui ont un rendement lumineux considérablement amélioré par rapport aux lampes à incandescence. Or, jusqu'à présent, étant donné le rendement considérablement amélioré de telles lampes par rapport aux lampes à incandescence1;le problème de lZutilisation maximale de énergie lumineuse émise par de telles lampes, ne sTest pas posé. A côté des lampes contenant des gaz, la technique des lampes a développé récemment des tubes dits "à décharge de gaz" qui ont eux-mêmes un rendement lumineux notablement amélioré par rapport aux lampes et tubes connus jusqu'a' présent. L'inconvénient de tels tubes à décharge de gaz est leur extreme sensibilité à l'Echauffement; en effet, l'échauffement de telles lampes produit leur vieillissement très rapide et de plus, lorsque la température des tubes dépasse un certain niveau, l'arc électrique à l'intérieur du tube se désamorce et il faut attendre que le tube se refroidisse pour que l'arc puisse de nouveau s'amorcer. La présente invention a pour but de tenir compte de cette situation et se propose de créer un dispositif réflecteur permettant d'utiliser de façon efficace tous les rayons lumineux émis par une source lumineuse tubulaire ou sphérique, et par ailleurs d'éviter que les rayons lumineux, émis par la source lumineuse, ne repassent par l'enveloppe de cette source lumineuse et ngy produisent un échauffement excessif ainsi que des pertes d'énergie lumineuse. L'invention a également pour but de créer un dispositif réflecteur permettant de localiser, de façon précise, la répartition de l'énergie lumineuse émise par une source sur une surface donnée. A cet effet, la présente invention concerne un dispositif réflecteur du type ci-dessus, caractérisé en ce que la surface réflectrice est engendrée par une courbe formée par un arc d'ellipse, ayant un foyer coincidant avec la source lumineuse, un second foyer formant une source d'émission secondaire, la longueur de l'arc d'ellipse définissant l'angle d'émission directe du faisceau de lumière par la source et l'angle d'émission de la source secondaire formée par le foyer, la partie arrière de l'arc de l'ellipse étant limitée au maximum au point qui correspond au dernier rayon vecteur émis par la source et qui, après réflexion sur l'arc d'ellipse, ne repasse pas par l'enveloppe de la source lumineuse. Suivant une caractéristique de l'invention, la courbe génératrice de la surface réflectrice est en outre formée par un arc d'une autre ellipse dont un foyer correspond à la source, un second foyer en avant du dispositif, pour former une source d'émission secondaire, la longueur de l'arc de la seconde ellipse et la position du second foyer de la seconde ellipse définissant l'ouverture angulaire maximale du faisceau lumineux émis par la source secondaire à partir des rayons lumineux de la source pour les rayons non réfléchis par l'arc de la première ellipse. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le foyer est situé sur un rayon vecteur faisant, par rapport à 1 'axe passant par la source lumineuse et la source auxiliaire de la première ellipse,un angle égal au demi-angle d'émission de la source auxiliaire constituée par le foyer de la seconde ellipse. Ainsi, grâce aux dispositifs réflecteurs selon l'invention, on peut utiliser une source lumineuse de la façon la plus efficace en renvoyant tous les rayons lumineux qu'elle émet vers la surface ou la zone à éclairer. De plus, grâce à la combinaison de surfaces réflectrices selon l'invention, les faisceaux lumineux, meme qui sortent à l'arrière du tube ou plus généralement de la source lumineuse, ne repassent pas à travers l'enveloppe de cette source. Il en résulte un gain en énergie lumineuse récupérée vers l'avant et une absence d'échauffement de l'enceinte de la source lumineuse. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide de l'unique figure schématique qui est une demi-coupe d'un dispositif réflecteur. Selon la figure, le dispositif réflecteur se compose d'une surface réflectrice dont la génératrice est représentée dans l'unique figure. Cette génératrice se compose d'un arc e10, e11 d'ellipse E1 de foyer F1 et F2 ainsi que d'un second arc e20, e21 d'ellipse E2 de foyer y et 3 Le foyer F1 de la première ellipse E1 correspond au centre de la source lumineuse S dont l'enveloppe S' est matérialisée par un cercle. Cette enveloppe S' a une dimension extérieure non négligeable par rapport à la dimension du dispositif réflecteur. Cet arc d'ellipse E1 réfléchit tous les rayons vecteurs issus de la source lumineuse ponctuelle assimilable au foyer F1, compris entre le rayon R10 passant par l'extrémité avant e10 de l'arc d'ellipse E1 et le rayon vecteur R11 passant par l'extrémité ell de l'arc d'ellipse E1; les rayons réfléchis sont respectivement référencés R' 10 et Rt11. Le second arc d'ellipse E2 a une longueur délimitée par les points e20 et e21. Le point e20 est défini comme intersection de l'ellipse e2 et du rayon vecteur passant par l'extrémité ell de l'arc d'ellipse E1. Le point e21 est l'intersection de l'ellipse E2 et du rayon vecteur R21 qui coïncide avec l'axe de symétrie et/ou de révolution X-X' de la génératrice. Le dispositif réflecteur engendré par la génératrice décrite ci-dessus répartit les faisceaux lumineux émis par la source lumineuse S dans le demi-plan au-dessus de l'axe X-X' de la manière suivante Les rayons compris entre l'axe X-X' et le rayon vecteur R10 correspond à une émission directe suivant un angle ss . Les rayons émis compris entre les rayons vecteurs Rlo et R11 sont réfléchis par l'arc e1O-ell de l'ellipse E1 et sont tous compris dans le secteur angulaire au plus égal à l'angle formé par l'axe X-X' et le rayon R'10, soit un angle &alpha; . Enfin, les rayons émis par la source ponctuelle S entre les rayons R20 et R21 sont réfléchis par l'arc e20, e21 de l'ellipse E2 et passent par le foyer secondaire F3, suivant un angle L'angle d'émission directe de la source S placé au foyer F1 ainsi que les angles d'émission respectifs et & des sources secondaires F2 et F3 peuvent être choisis en fonction des résultats à obtenir, de la répartition des zones lumineuses en avant du dispositif réflecteur, etc... Dans un cas particulier, il est intéressant d'avoir le même angle d'émission directe ss et d'émission après réflection et & 2 des sources auxiliaires F2 et F3. Dans ces conditions, le choix des ellipses E1 et E2 et la position de la source secondaire F3 doit correspondre à une géométrie donnée. L'examen géométrique des figures montre que pour avoir un angle d'émission directe ss égal à l'angle d'émission de la source auxiliaire F2, il faut que l'extrémité e10 de l'arc e1O-ell de l'ellipse el colncide avec linter section du petit axe de l'ellipse el et l'ellipse elle-meme. Dans ce cas il y a symétrie et les angles i et sont égaux. Dans ces conditions, l'ellipse E1 est définie par ces deux foyers Fl.et F2 et par le point e10 qui s'obtient par l'intersection des deux rayons vecteurs R10 et R'lo en fonction de l'angle t = ss qui correspond à la valeur d'émission choisie. Pour que l'angle d'émission g de la source auxiliaire F3 corresponde à l'angle d'émission &alpha; ou ss, c'est-à-dire en fait que le demi-angle du cône d'émission F3 soit &gamma;/2 soit égal à Get et ss , il faut que l'angle que fait le rayon vecteur réfléchi R'21 avec l'axe X-X soit égal a' .Dans ce cas, si l'axe de la source secondaire F3, Y-Y' est parallèle a' l'axe X-X' passant par les foyers F1 et F2, le demi-angle au cône F3 formé par le rayon réfléchi R' et l'axe Y-Y' sera égal à De façon similåire, pour que le rayon vecteur R'20 réfléchi par l'ellipse E2 au point 20 forme avec l'axe Y-Y' un angle lui aussi égal à &alpha; , il faut que le point e20 se trouve sur un rayon vecteur R'ao passant par F3 et faisant avec Y-Y' un angle égal à Le tracé de l'arc e20-e21 de l'ellipse E2 dépend du choix d'un certain nombre de paramètres, sachant que l'un des foyers F1 de l'ellipse E2 a une position précise. Une autre condition impérative est que le rayon vecteur réfléchi R'21 ne coupe ni l'arc e1O-ell de l'ellipse E1, ni l'enveloppe S' de la source lumineuse S, car dans le premier cas, le rayon serait réfléchi également par l'arc e1O-ell et, dans le second cas, le rayon R'21 traverserait en retour l'enveloppe S, ce qui est à éviter. Dans ces conditions, le point e21 de l'ellipse E2 est un point situé à une certaine distance du foyer F1, distance suffisante pour que le rayon vecteur R' satisfasse aux conditions ci-dessus. Dans ces conditions, il suffit de connaître un autre élément de l'ellipse. La façon la plus simple consiste à positionner le foyer F3 qui est nécessairement, du fait des propriétés de l'ellipse, sur le rayon R'21. Le choix de la position du foyer F3 se fait en fonction des résultats de rèpartition de lumière que l'on veut obtenir. Suivant les cas, ce foyer F3 peut être, à la verticale du foyer F2 ou en avant de cette verticale ou en arrière de celle-ci. Quel que soit ce choix, connaissant les foyers F1 et F3 ainsi que le point e21 de l'ellipse E2, il est possible de tracer celle-ci. Le point e20 s'obtient alors par la simple intersection du rayon R'20 faisant avec l'axe Y-Y' l'angle choisi et de l'ellipse E2 Comme, pour éviter des pertes de rayon émis par la source S, il est intéressant que les arc d'ellipse e1O, ell et e20, e21 se complètent, il convient que le dernier rayon réfléchi par le point e11 de l'ellipse E1 colncide avec le premier rayon R20 réfléchi par le point e20 de l'ellipse E2, ce choix étant nécessaire pour que l'angle au sommet g au foyer F3 soit effectivement égal à la valeur choisie et ne soit pas inférieur à cette valeur.En effet, si l'on prolonge l'arc de l'ellipse E1 au-delà du point ell, cette partie d'ellipse réfléchit certains rayons émis par la source S et qui étaient destinés à l'arc d'ellipse E2 situé au voisinage du point e21. Cela réduit la valeur de l'angle effectif g , sans changer c'est-à-dire augmenter le demi-angle E d'émission à la source secondaire F2. L'arc e10 ell de l'ellipse E1 ne peut, en aucun cas, dépasser le point el2 qui correspond au point de l'ellipse E1 qui, recevant un rayon de la source F1, émet un rayon passant par la source F2 et qui est tangent à l'enveloppe S'. Le dispositif réflecteur selon l'invention peut être un dispositif de révolution, notamment lorsque la source lumineuse S est assimilable à une source ponctuelle F1 et dont l'enveloppe S' correspond sensiblement à une sphère. Dans le cas où la source lumineuse S est assimilable à une source ponctuelle linéaire passant par le point F1 et que son enveloppe S' est un cylindre, le dispositif réflecteur est lui-même un cylindre dont la génératrice est formée au moins pour moitié des arcs e1O-ell et e20-e21 et dont la droite qui engendre le cylindre est parallèle à la droite constituant la source lumineuse Nous avons supposé ci-dessus que l'extrémité e21 de l'arc e20-e21 de l'ellipse E2 se trouvait sur l'axe de symétrie et/ou de révolution X-X' du dispositif. Toutefois, il n'en est pas nécessairement ainsi car il peut, dans certains cas, être intéressant de recueillir, dans la direction F1-X, une certaine partie des rayons lumineux émis par la source F1.Dans ce cas, l'arc d'ellipse E2 sera limité par un point correspondant au point e21 et dont le choix se fera en fonction des deux impératif s suivants L'interdiction pour le rayon réfléchi de repasser par ltenveloppe S' de la source S ou de tomber sur une autre surface réfléchissante. Le rayon réfléchi doit correspondre à l'angle d'émission choisi. Suivant. une variante, on peut prolonger l'arc d'ellipse e1O--ell jusqu'au point el2 et, dans ces conditions, l'arc e20- e21 de l'ellipse E2 est limité à l'arc e21 - e'20. Cela permet de réduire les dimensions extérieures du dispositif sans en diminuer l'efficacité. Le dispositif réflecteur, selon l'invention, s'applique à un grand nombre d'utilisations tant sur le plan industriel que sur le plan particulier, dans la mesure où il s'agit obtenir, non pas des faisceaux lumineux très directionnels, correspondant de façon précise à une direction donnée, mais qui se répartissent suivant un ce d'émission dont lé ou les angles d'émission sont choisis. Cela permet, par le choix des angles d'émission &alpha;, ss, &gamma;, d'obtenir ure répartition lumineuse par plage, des effets particuliers par la position relative des sources secondaires F2, F3, etc.... A titre d'exemple, pour définir l'ellipse E2 connaissant la position du foyer F1, le rayon R de la source lumineuse S, et sachant que Ellipse coupe sensiblement ltenveloppe S' de rayon R à la verticale du foyer Fîg on peut, après avoir choisi l'angle d'émission directe dans l'hypothèse ss ç définir complètement l'ellipse E2 Partant de Inéquation générale en coodornées cartésiennes 2 2 x y x2 + y2 = 1 = 0 a2 b2 Avec a2 = b2 + c2 2c étant la distance entre les foyers. On obtient selon la géométrie analytique a = R b - R et C2 = a2 - b2 sin2ss sinss L'ellipse E1 est alors complètement définie. Bien entendu, l'invenion c'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et representés, a' partir desquels on pourra prévoir d'autres fermes et d'autres modes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 10) Dispositif réflecteur de lumière comportant une surface réfléchissante et une source lumineuse pour former un faisceau lumineux ayant une ouverture angulaire déterminée, dispositif caractérisé en ce que la surface réflectrice est engendrée par une courbe formée par un arc d'ellipse (E1), ayant un foyer (Fl)colncidant avec la source lumineuse (S), un second foyer (F2) formant une source d'émission secondaire, la longueur (e1O-ell) de l'arc d'ellipse (E1) définissant l'angle d'émission directe ss du faisceau de lumière par la source (S) et l'angle d'émission de la source secondaire formée par le foyer (F2), la partie arrière (ell) de l'arc de l'ellipse (E1) étant limitée au maximum au point qui correspond au dernier rayon vecteur (Rll) émis par la source (S) et qui, après réflexion sur l'arc d'ellipse(E1), ne repasse pas par l'enveloppe (S') de la source lumineuse (S). 20) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la courbe génératrice de la surface réflectrice est en outre formée par un arc (e20-e21) dtune autre ellipse (E2) dont un foyer (F1) correspond à la source (S, F1), un second foyer (F3) en avant du dispositif, pour former une source d'émission secondaire (F3), la longueur de l'arc (e20-e21) de la seconde ellipse (E2) et la position du second foyer (F3) de la seconde ellipse (E2) définissant l'ouverture angulaire maximale g du faisceau lumineux émis par la source secondaire (F3) à partir des rayons lumineux de la source (S, F), pour les rayons non réfléchis par l'arc (elQ-el) de la première ellipse (El)+ni ceux émis directement. 30) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le foyer (F3) est situé sur un rayon vecteur faisant, par rapport à l'axe (XX') passant par la source lumineuse (F1, S) et la source auxiliaire (F2) dè la première ellipse (E1) un angle égal au demi-angle d'émission (Y/2) de la source auxiliaire constituée par le foyer (F3) de la seconde ellipse (E2). 40) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le second rayon vecteur limite( R2 & de l'ellipse(E2) est le rayon vecteur limite(R11)arrière de l'ellipse ( E 50) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisê en ce que l'extrémité avant(e1O) de l'ellipse (E1) est l'intersec{.ion de cette courbe et du petit axe de l'ellipse (E1). 60) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la surface réflectrice est une surface de révolution dont l'axe (XX') passe par la source lumineuse (S, F1) et le foyer auxiliaire (F2) de la première ellipse (E1 ) + 70) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la surface réflectrice est une surface cylindrique engendrée par la courbe génératrice, et un axe parallèle à la source lumineuse linéaire (F1, S). 80) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le second foyer(F2, F3) de l'une des ellipses (E1, E2) est à l'infini.