Brevet FR2360824A1 — publié le 19780303

la présente invention concerne un appareil de projection de lumière dispersée, plus particulièrement destiné à produire des effets de décoration lumineuse sur des surfaces telles que par exemple des murs ou des tentures formant écrans. Qn connatt de nombreuses utilisations scientifiques ou industrielles des réseau7 de diffraction constituée par des surfaces transparentes ou réfléchîsantes sur lesquelles sont gravés des traits à intervalles très serrés. De tels réseaux diffractent la nu- mitre avec dispersion des différentes longueurs d'ondes contenues dans la lumière incidente. l'inventIon constitue une application nouvelle des réseaux dans le domaine de la décoration lumineuse, en permettant la projection de spectres de diffraction dont les couleurs variées constituent un élément esthétique décoratif. 1,1 appareil selon l'invention comporte, dans un boitier muni d'une ouverture de sortie de la lumière dispersée - un réseau de diffraction, - une source lumineuse polychromatique avec des moyens d'alimenta tion de la source, la position relative angulaire du réseau par rapport à la source et la position relative de l'ouverture du bol- tier par rapport au réseau étant déterminées de façon à projeter au moins un faisceau d'ordre de diffraction différent de zéro, - un système optique déterminé de telle sorte que l'image de la sour ce se forme sensiblement sur l'écran pour le ou les faisceaux dif fractés du ou des ordres choisis. Selon une forme préférentielle usuelle de l'invention, dans laquelle on utilise une source lumineuse de lumière blanche, on utilise un réseau dont le pas des traits est compris entre 0,5 et 2,5 microns. L'appareil objet de l'invention, et les conditions requises pour obtenir les meilleurs conditions d'utilisation vont maintenant être décrites de façon plus détaillée en se référant aux dessins an nexés. la figure 1 est une vue d'ensemble simplifiée d'un appareil réalisé selon l'invention. la figure 2 donne les références des notations utilisées pour les calculs , dans le cas d'un appareil muni d'un condenseur associé à la source lumineuse. Dans l'exemple de réalisation représenté de façon simplifiée à la figure 1, l'appareil comporte un socle 1 qui renferme une douil le usuelle pour l'alimentation d'une ampoule 2 du type à filament. La douille peut être reliée au secteur par un cordon usuel 3. L'ampoule 2 est entourée par un manchon opaque formant boitier 5, soutenu par la lame 6 elle-même fixée à un étrier 7 articulé sur le socle. Les positions relatives du manchon 5 par rapport à l'étrier, et de l'étrier par rapport au socle sont telles que la rotation de l'étrier sur le socle entralne une rotation du manchon autour d'un axe fictif passant sensiblement par le centre du filament 10 de l'ampoule. Le manchon 5 renferme, à l'intérieur, un condenseur optique pour la lumière émise par la lampe 2, condenseur constitué ici par deux lentilles il. Le reseau dispersif 12 est également disposé à l'intérieur du manchon 5, et dans le voisinage d'une ouverture 15 dans la paroi du manchon. La lumière émise par le filament 10 de la lampe, concentrée par le condenseur 11 sur le réseau 12 donne lieu à des phénomènes de diffraction et à l'émission de faisceaux dispersés qui sortent de l'appareil par l'ouverture 1S pour former des images de spectres lumineux sur la surface à décorer. La formation d'effets réellement .iécoratifs impose cependant diverses conditions pour la disposition relative des différents éléments de l'appareil ainsi que pour les ca ractéristiques de ces éléments. Ce sont ces conditions qui vont maintenant être précisées. Pour obtenir un effet chromatique esthétique, il faut bien entendu que les différents spectres formés par diffraction soient suffisamment lumineux et suffisamment dispersés, pour que l'on puisse à la fois les observer sans entre obligé de faire une obscurité complète dans la pièce, et pour pouvoir distinguer chacune des couleurs constituant les spectres formés. Il faut en outre que les spectres d'ordres de diffraction différents émis par le réseau nesesuperposent pas pour les longueurs d'ondes visibles. On sait qu un faisceau polychrome dirigé sous un angle d'incidence u (figure 2) vers un réseau de pas adonne lieu à plusieurs faisceaux dispersés diffractés ; chaque faisceau correspond à un ordre de diffraction k, k étant un nombre entier. Pour un ordre de diffraction k chaque longueur d'onde @ de la lumière incidente est renvoyée dans une direction formant avec la normale au réseau un angle u' défini par la relation fondamentale a (sin u + sin u') = 'ordre de diffraction zéro (k = 0) correspond à une simple réflexion sans dispersion et ne présente pas d'intérêt décoratif. On cherche donc à projeter, donc à disposer l'ouverture de sortie 13 par rapport au réseau, de façon à laisser passer les faisceaux d'ordre au moins é0a'al à 1. ais on sait également qu'un réseau renvoie à la fois dans une meme direction des longueurs d'ondes différentes appartenant chacune à des ordres de diffraction successifs. Les formules usuelles connues des réseaux de diffraction donnent les relations entre les rangs d'ordre de diffraction et les longueurs d'ondes ainsi émises dan4ta meme direction.Pratiquement, et si la source lu o mineuse émet une lumière blanche usuelle de 4.000 à 8.000 A environ, il n'y aura pas de recouvrement visible sur le spectre d'ordre i ; en effet, les longueurs d'ondes d'ordre 2 renvoyées dans la même direction seront des longueurs d'ondes dans l'ultraviolet c'est-à-dire invisibles. Dans la zone du spectre d'ordre 2 on pourra voir apparaître certaines longueurs d'ondes diffractées dans l'ordre 3, amenant ainsi un léger mélange de bleu et de rouge qui ne nuit pas au caractère esthétique de la projection. Enfin, on observe que dans le faisceau d'ordre 3 on voit apparaitre un mélange avec des couleurs visibles du faisceau d'ordre 4 ce qui constitue pratiquement une limite pour le choix des faisceaux diffractés à conserver dans la projection. En pratique, avec une source de lumière blanche, on ne conservera donc pour la projection que les faisceaux diffractés d'ordres 1, 2 et 3 Bien entendu, pour obtenir sur ltécran des spectres colo- rés suffisamment nets, il faut que le plan de projection corresponde à peu près au plan image de la source à travers le système optique constitué par le condenseur et le réseau. Les caractéristiques optiques du condenseur seront donc déterminëes, en fonction de la position relative de l'appareil et de l'écran, pour amener l'image:de la source sur l'écran, pour les directions des faisceaux diffractés des ordres choisis. On peut noter tout de suite que le système optique pourrait également être constitué par un simple réseau concave, sans condenseur. Dans leurs utilisations usuelles scientifiques ou industrielles, les réseaux sont généralement éclaires par une fente mince sensiblement parallèle aux traits du réseau. Ici- également pour où- tenir des spectres bien formés ta pourrait également utiliser comme source lumineuse une fente dans un ecran, éclairée derrière l'écran par rapport au réseau. On préfèrera cependant, pour augmenter luminosité de l'appareil, utiliser directement la source lumineuse sous la forme d'une ampoule ou d'un tube à décharge.Dans le cas d'une ampoule on choisira alors une ampoule du type à filament rectiligne ou à plusieurs éléments rectilignes et on disposera la source de telle sorte que les directions moyennes du filament soient sensiblement parallèles aux traits du réseau. Toujours dans le but d'augmenter la puissance lumineuse de l'appareil on pourrait utiliser un réflecteur arrière pour renvoyer vers le réseau la partie de lumière qui aurait été perdue. Dans ce cas on réalisera le réflecteur de telle sorte que l'image de la source par le réflecteur se forme sur la source elle-même ; on évitera ainsi que le réseau se comporte comme s'il recevait la lumière incidente de deux sources, ce qui conduirait à la formation de deux séries de spectres mélangées. De la même façon si on utilise comme source lumineuse un tube à décharge, on prendra soin que la direction moyenne du tube soit sensiblement parallèle aux traits du réseau. On a pu observer que l'obtention d'effets chromatiques esthétiques impose deux limites au pas des traits du réseau. On sait que si le pas augmente la dispersion d'un spectre d'un ordre de diffraction donné diminue ; l'image du filament de la source présentant elle meme une certaine largeur il faudra donc que l'oeil puisse séparer les deux images données dans deux longueurs d'ondes suffisamment voisines ce qui impose une dispersion minimum et une valeur maximum pour le pas du réseau. Si au contraire le pas est trop faible, il finit par ne plus subsister que les faisceaux d'ordre O et 1, et même l'angle moyen de déviation de l'ordre 1 diminue jusqu'à être renvoyé vers le système optique émetteur et être ainsi perdu pour la projection. En pratique, dans le cas usuel d'utilisation d'une source de lumière blanche, et en cherchant à pouvoir séparer des couleurs dont les longueurs d'ondes diffèrent de 500 à 1.000 A, on pourra utiliser des réseaux de pas compris entre 0,5 et 2,5 microns. Dans le but enfin d'améliorer la luminosité dans la direction des faisceaux diffractés d'ordres choisis on utilisera un réseau de type à échelettes, ou "blazé", comme représenté sur ld figure 2. L'angle d des facettes du réseau avec le plan moyen du réseau est choisi selon l'ordre de diffraction des faisceaux projetés. On cherchera par exemple à ce que la normale aux facettes soit sensiblement bissectrice de ltangle de deviation des faisceaux. Dien entendu, l'invention n'est pas strictement limitée au mode de réalisation qui a été décrit à titre d'exemple, mais elle couvre également les réalisations qui n'en diffèreraient que par des détails, par des variantes d'exécution ou par l'utilisation de moyens équivalents. ainsi l'aspect général de l'appareil de projection représenté à la figure 1 n'est qu'un exemple simplifie de réali- sation. L'ensemble des éléments de l'appareil pourrait être inclus dans toute autre forme de boitier étudiée sur le plan esthétique et pour faciliter son maniement. On pourrait également concevoir, à ia place d'un réseau de diffraction unique, d'utiliser une juxtaposition de petits réseaux partiels présentant entre eux de faibles décalages angulaires. On obtiendrait ainsi, à la projection, une multiplication d'ensembles de spectres pouvant former un nouvel aspect décoratif. 3 en entendu également on peut utiliser pour le réseau aussi bien un réseau classique gravé qu un réseau holographique. Dans le cas d'un réseau holographique on pourrait également obtenir des ef fets multiples de diffraction en utilisant un réseau multi-hologram- mes. REVENDICAT IONS 1.- Appareil de projection de lumière dispersée, en vue de produire des eflets de décoration lumineuse sur une surface formant écran caractérisé par le fait qu'il comporte, dans un boitier muni d'une ouverture de sortie de la lumière dispersée - un réseau de diffraction, - une source lumineuse polychromatique avec des moyens d'alimentation de la source, la position relative angulaire du réseau par rapport à la source et la position relative de l'ouverture du boitier par rapport au réseau étant déterminées de façon à projeter au moins un faisceau d'ordre de diffraction différent de zéro, - un système optique déterminé de telle sorte que l'image de la sour ce se forme sensiblement sur l'écran pour le ou les faisceaux dif fractés du ou des ordres choisis 2.- Appareil de projection selon revendication 1, dans lequel on utilise une source lumineuse munie d'un réflecteur, caractérisé par le fait que le réflecteur est déterminé de telle sorte que l'image de la source par le réflecteur se forme sur la source elle-même. 3.- Appareil selon revendication 1, dans lequel on utilise une lampe à filament comme source lumineuse, caractérisé par le fait que les directions moyennes du filament sont sensiblement parallèles aux traits du réseau. 4.- Appareil selon revendication 1, dans lequel on utilise un tube à décharge comme source lumineuse, caractérisé par le fait que la direction moyenne du tube est sensiblement parallèle aux traits du réseau. 5.- Appareil selon revendication 1, dans lequel on utilise une fente comme source lumineuse, caractérisé par le fait que la direction moyenne de la fente est sensiblement parallèle aux traits du réseau. 6.- Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on utilise une source lumineuse de lumière blanche, caractérisé par le fait que le pas du réseau est compris entre 0,5 et 2,5 microns. 7.- Appareil selon revendication 6, caractérisé par le fait que l'on projette au moins un faisceau diffracté d'ordre de diffraction inférieur à 4. 8.- Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le réseau de diffraction est un réseau concave, et constitue à lui seul le système optique. 9.- Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le réseau est un réseau "blazé" ou à échelette, dont l'angle est chois selon l:ordre de diffraction des faiseaux projetés. 10.- Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le réseau est constitué par une juxtaposition de réseaux partiels. 11.- Appareil selon lrune quelconque des revendications 1 à iu, caractérisé par le Ictit que le réseau est un réseau holographi- que multihologrammes.