Brevet FR2377033A1 — publié le 19780804

La présente invention concerne un détecteur de fumée qui utilise un système optique à champ de pénombre oA l'on éclaire un échantillon d'airet où l'on recueille la lumière diffusée vers l'avant dans une zone centrée sur l'axe optique mais excluant ce dernier. On teste ensuite la lumière recueillie pour détecter la présence de la fumée. Le système comprend une source lumineuse "auto-contenue" et un détecteur photosensible que l'on peut faire fonctionner avec une pile sèche. L'optique est conçue de façon à rassembler la lumière avec une grande efficacité et la conception interne rend minimale la lumière diffusée pour obtenir un maximum de sensibilité dans la détection de la fumée. La présente invention se rapporte à des détecteurs de fumée où l'on détecte la présence de la fumée en dirigeant un faisceau lumineux dans la fumée et en détectant la lumière diffusée. L'invention se rapporte aussi à des systèmes optiques à champ de.pénom- bre ot l'on réduit la diffusion de la lumière pour assombrir le champ. L'invention se rapporte également à la conception des éléments optiques d'éclairement et de collecte de la lumière. On classe couramment les détecteurs de fumée à usage domestique en deux catégories Ceux qui sont du type à ionisation et ceux qui sont du type optique. La présente invention concerne un détecteur de fumée du type otpique. Un détecteur de fumée du type optique classique comprend une source lumineuse qui éclaire un échantillon d'air qui peut contenir de la fumée. S'il y a de la fumée la lumière est diffusée dans toutes les directions par les particules diffusantes. Dans les systèmes optiques connus, la collecte se fait d'un côté et hors de l'axe du faisceau. On sait que le flux de diffusion dépend énormé-ment de l'angle de diffusion. Par exemple, la diffusion arrière est relativement faible, la diffusion latérale atteint une valeur minime, et la diffusion vers l'avant est relativement intense. L'effi cacité de la diffusion varie d'environ deux ordres de grandeur lorsque l'on passe de la diffusion latérale (perpendiculaire au faisceau) à la diffusion vers l'avant, pratiquement dans l'alignement du faisceau.Ce principe étant connu, on a proposé un système où le faisceau d'éclairement principal est obscurci par un écran et la lumière est recueillie par une lentille placée hors de l'axe d'éclairement, derrière un écran. Dans ces systèmes excentrés, les angles solides de collecte de la lumière diffusée sont petits et l'efficacité de détection de la lumière est faible puisque seule une petite partie de la lumière diffusée est recueillie. La présente invention fournit un détecteur de fumée amélioré qui détecte la lumière diffusée par les particules de fumée. La presente invention fournit aussi un détecteur de fumée amélioré qui détecte la lumière diffusée vers l'avant par les particules de fumée et qui utilise un système optique à champ de pénombre. La présente invention fournit de plus un détecteur de fumée qui détecte la lumière diffusée, et qui possède une source lumineuse incorporée et pouvant fonctionner sur piles. La présente invention fournit un nouveau détecteur de fumée utilisant un système optique à champ de pénombre od l'on éclaire un échantillon d'air et l'on recueille la lumière diffusée dans une zone centrée sur l'axe mais qui ne comprend pas la lumière de l'axe optique. On teste la lumière recueillie pour détecter la présence de la fumée. Le détecteur de fumée comprend une chambre de mesure où l'on admet les particules de combustion aéroportées et qui exclue toute lumière sauf celle qui entre par une ouverture à une extrémité et qui sort à l'autre extrémité par une ouverture zonale contenant un écran central. La chambre de mesure possède aussi une ouverture interne qui comme les deux autres ouvertures et l'écran est orientée perpendiculairement à l'axe du détecteur et centrée sur cet axe. Le détecteur de fumée comprend aussi un dispositif pour envoyer par l'ouverture d'entrée ou diaphragme d'entrée un faisceau lumineux axial dans la chambre de mesure afin d'éclairer toute particule de fumée présente dans la chambre. Le faisceau passe par une ouverture ou diaphragme interne et est intercepté par l'écran central. On place une lentille de sortie dans l'ouverture de sortie zonale pour recueillir la lumière diffusée dans toute la zone, la lentille étant aveugle vis à vis des rayons du faisceau par l'intermédiaire du diaphragme interne et de l'écran, mais recueillant la lumière diffusée vers l'avant lorsque des particules diffusantes aéroportées sont présentes. Finalement le détecteur de fumée com prend un détecteur de lumière placé sur l'axe, derrière la lentille de sortie pour détecter la lumière diffusée recueillie par la lentille de sortie. Selon un autre aspect de l'invention, on fournit une chambre antérieure de laquelle sont exclues les particules de combustion aéroportées et la lumière sauf en ce qui concerne une petite ouverture de sortie qui conduit à la chambre de mesure. Le dispositif de formation du faisceau comprend une diode émettrice de lumière ayant une lentille de concentraticnqui fait corps avec ceA- le-ci et qui crée un faisceau divergent. On concentre le faisceau en un faisceau plus étroit au moyen d'une lentille de mise en forme du faisceau. De préférence la lentille de concentration intégrée est placée dans une ouverture circulaire pour délimiter le bord de la source lumineuse. La lentille de mise en forme du fais sceau forme une image de la source virtuelle dans le plan de l'ouverture interne.De cette façon, les limites de l'image de la source virtuelle sont bien définies et lorsqu'elles sont plus petites que l'ouverture interne, on évite l'éclairement des bords de l'ouverture. On doit éviter cet éclairement des bords pour conserver l'assombrissement du champ du détecteur. On place la lentille de misez forme du faisceau de façon à ce qu'elle collecte la lumière largement divergente de la source. Puisque dans ce cas l'aberration sphérique agrandit fortement l'image de la source virtuelle, la lentille de formation du faisceau est du type asphérique. On calcule la courbure exacte de la lentille pour corriger l'aberration sphérique pour les positions données de la source et de l'image de façon à améliorer la finesse de l'image virtuelle de la source formée sur le diaphragme interne de la chambre de mesure. Comme on le montrera cela conduit à un accroissement de la sensibilité du système. Pour assombrir encore plus le champ, la chambre antérieure et la chambre de mesure, qui ont en général une forme cylindrique, ont une paroi interne qui réfléchit très faiblement la lumière. Chacune contient au moins un déflecteur qui se prolonge vers l'in térieur depuis les parois cylindriques pour réduire la quantité de lumière diffusée vers la lentille de mise en forme du faisceau ou l'optique de sortie. De façon à obscurcir encore plus le champ, l'écran central est conique, rentre dans la lentille de sortie, et son intérieur est opaque, faiblement réfléchissant pour réduire la quantité de lumière diffusée dans la lentille de sortie. Selon un autre aspect de cette invention, la lentille de sortie est une lentille annulaire à trois éléments, ayant au moins une surface asphérique pour corriger l'aberration sphérique et affiner l'image de la lumière diffusée focalisée sur le ohotodé- tecteur. Plus précisément, la surface avant du premier élément de la lentille de sortie est de faible puissance pour faciliter la collecte de la lumière qui diverge fortement, et la surface ar rière de ce premier élement est asphérique et de puissance plus importante que la surface avant. La surface arrière du second élément a une faible puissance pour obtenir un grand angle de convergence vers le détecteur et la surface avant de ce second élément a une puissance plus élevée que celle de la face arrière. Le troisième élément de la lentille de sortie est une lentille à immersion hémisphérique, qui couple avec un grand angle la lumière au petit détecteur de lumière. La suite de la description se réfère au dessin unique annexé qui représente une vue en coupe du nouveau détecteur optique de fumée dans lequel on éclaire un échantillon d'air et on collecte la lumière diffusée pour détecter la présence de la fumée. Sur le dessin on a représenté un détecteur de fumSe dans lequel on éclaire une chambre contenant de la fumée et on mesure la lumière diffusée pour déterminer la concentration en fumée. Les composants optiques du dispositif sont placés dans trois compartiments cylindriques coaxiaux 11, 12 et 13, optiquement couplés mais gén & ale- ment étanche à la lumière extérieure. On enferme une source lumineuse 14, un diaphragme 15 pour la source lumineuse et une lentille 16 pour former le faisceau, dans une première chambre ou chambre antérieure 11. La chambre antérieure est scellée pour éviter l'entrée de la fumée ou de la poussière.La chambre de mesure 12 possède deux ouvertures 10 sur l'air extérieur pour l'entrée de particules de combustion aéroportées c'est à dire de la fumée, et elle possède un écran pour éviter le couplage de la lumière, sauf vers les chambres antérieure et postérieure et est formée d'un boitier comprenant deux parties en forme de 7 qui se recouvrent. La chambre de mesure 12 comporte une ouverture 17 pour l'admission de la lumière issue de la chambre antérieure, l'ouverture 17 étant associée à la lentille 16 de formation du faisceau ; une ouverture 18 à l'intérieur de la chambre ; et un écran 19 pour arrêter la lumière de sortie. L'écran 19 est opaque, noirci, et forme une cavité conique au centre d'un assemblage de trois éléments de lentille de sortie (20, 21, 22). L'écran 19 et l'élément de lentille 20 forment la frontière entre la chambre de mesure et la chambre postérieure. La chambre postérieure 13 qui est aussi étanche vis à vis de la fumée et de la poussière, est optiquement couplée à la chambre de mesure par l'intermédiaire de la région annulaire non. pourvue d'écran de l'élément de lentille 20. La chambre contient un ensemble de trois éléments de lentille 20, 21, 22 et le photodétecteur 23. Comme on le verra, l'ensemble des éléments de la lentille de sortie est masque pour empêcher la pénétration de rayons issus directement de la source 14, 15 et de la lumière issue des principales surfaces diffusantes. La surface non masquée de l'ensemble des éléments de la lentille de sortie recueille la lumière diffusée par la fumée au voisinage de l'ouverture interne de la chambre de mesure, et la focalise sur un photodétecteur 23. En fait, le détecteur de fumée utilise la lumière diffusée vers l'avant collectée sous un grand angle solide par un système à champ de pénombre afin d'obtenir une grande sensibilité de détection de la fumée. L'optique de sortie 20, 21 et 22 est placée coaxialement au faisceau et à l'optique de formation du faisceau, sur le trajet du faisceau . Cela situe l'optique de sortie qui a un écran central pour empêcher un éclairement direct par le faisceau, dans la région de diffusion de la lumière vers l'avant, là où la lumière diffusée par une concentration donnée de particules de fumée diffusantes est d'un ordre de grandeur ou deux plus intense que la lumière diffusée latéralement ou en arrière.Le second avantage de la combinaison coaxiale est que l'optique de collecte peut entourer le faisceau et recueillir la lumière diffusée sur toute une surface annulaire encerclant le faisceau par opposition à une petite partie d'anneau lorsque la lentille de collecte est placée en une position unique hors de l'axe. Dans le présent dispositif, l'optique de sortie embrasse un angle solide plus grand que dans le cas d'un dispositif classique et l'angle solide intercepte une région de plus grande diffusion pour une plus grande collecte de la lumière et une plus grande sensibilité. Le détecteur de fumée fonctionne sur le principe du champ de pénombre avec la lentille de sortie ne recueillant idéalement aucune lumière en l'absence de fumée et recueillant une lumière appréciable en présence de fumée. On va maintenant décrire en détail le fonctionnement du détecteur de fumée ainsi que les différents composants. La source lumineuse 14, 15 est une source lumineuse à l'état solide fonctionnant en impulsion et conçue en vue d'économiser de l'énergie. L'économie d'énergie espérée consiste à obtenir un fonctionnement durant une année avec une petite-pile sèche. La source lumineuse est une diode semi-conductrice qui émet une lumière dans la région du rouge ou de l'infrarouge du spectre électromagnétique. L'ensemble a classiquement 5,08 mm de diamètre et comporte une base opaque ainsi qu'une optique comprenant un réflecteur 26 et une lentille de concentration 27 Pour produire de la lumière dans un angle solide de 400 d'ouverture environ. Puisqu'il y a une incertitude de + 70 dans la direction de la lumière émise oar rapport à la base de la diode émettrice de lumière "LED", la lumière effectivement recueillie par la lentille 16 de formation du faisceau est normalement réduite à un plus petit angle solide ou l'émission de la lumière est pratiquement sûre.Cet angle solide a classiquement un angle d'ouverture de 26 environ. Comme noté ci dessus, la source lumineuse 14, 26, 27 est placée dans une chambre antérieure 22 qui est étanche à la lumière sauf pour une ouverture 15 pour admettre-la lumière issue de la "LED" et une ouverture 17, 28 pour projeter la lumière dans la chambre de mesure. Les contours extérieurs de la source lumineuse "LED" sont délimités de façon précise par une ouverture circulaire 15 à travers laquelle la lumière est admise dans la chambre antérieure. L'ouverture 15 a un diamètre réduit (3,5 mm) et est placée au sommet de la lentille 27 et fait corps avec la source LED. La lumière issue de la source LED est recueillie par la lentille 16 et est formée en un faisceau qui est projeté dans la chambre de mesure 12. La lentille 16 de formation du faisceau est une lentille de puissance modérée et d'ouverture numerique modéree pour éclairer de façon uniforme une région bien définie de la chambre, région voisine du centre de l'ouverture interne 18. La lentille 16 est une lentille asphérique dont la première face plate est dirigée vers la source lumineuse LED et la seconde face convexe dirigée vers la chambre de fumée. La courbure de la lentille 16 est conçue pour obtenir une abérration sphérique nulle. Le programme du calculateur avec lequel on a effectué le calcul de la courbure prend en ligne de compte les positions de la "source virtuelle" et de l'image de la source virtuelle.La face convexe de la lentille est placée dans l'ouverture 17, 28, qui forme l'ouverture à travers laquelle la lumière est projetée dans la chambre de fumée. L'ouverture numérique de la lentille 16 est environ 0,23. La lentille 16 forme une image de l'ouverture source 14, 15 dans le plan de l'ouverture 18 qui est plus grande (4,7625 mm) que cette source (3,5mm) et se trouve située au voisinage du centre de l'ouverture interne 18. Selon les principes classiques de l'éclairement ce n'est pas la diode émettrice de lumière elle même qui forme la source virtuelle mais plutôt la surface de la lentille intégrée à la source LED dont on forme l'image dans le plan de l'ouverture 18. Cette technique optique a pour effet de produire un éclaire ment doux et uniforme dans le plan de l'ouverture sans perte de définition pour la bordure de la surface éclairée.L'ouverture interne a un diamètre plus large (6,985 mm) que l'image focalisée (4,7625 mm) et ses bords sont affutés (faible rayon) pour réduire les réflexions dues aux bordures vers l'optique de sortie. Cette précaution assure qu'aucune partie du faisceau ne frappe les bords de l'ouverture interne 18 et réduit les réflexions dues aux bords vers l'optique de sortie. Le faisceau d'éclairement dont les rayons marginaux sont représentés par les lignes pointillées 29 est intercepté à l'extrémité de la chambre de fumée par l'écran conique 19, l'écran étant en pratique plus grand que le faisceau intercepté. La lumière qui sort de la chambre de mesure est recueillie dans une région annulaire à l'extérieur de cet écran. La fonction des éléments ci-dessus, comprenant la source lumineuse LED diaphragmée 14, 15, 26, 27, la lentille de formation du faisceau 16, les ouvertures 17, 28, 18 et l'écran conique 19 est d'éclairer un échantillon d'air qui peut contenir de la fumée, de façon convenable, pour la visualisation d'un champ de pénombre. Les éléments sont placés le long d'un axe commun de façon à ce que le faisceau lumineux formé par la lentille 16 ne frappe aucune surface qui diffuserait de la lumière vers la région de sortie annulaire entourant l'écran conique 19. S'il n'y a pas de fumée dans la chambre, le trajet du faisceau, illustré par les lignes 29, à travers la chambre n'est pas repéré et aucun diffuseur de lumière secondaire n'est éclairé pour défléchir de la lumière en dehors du faisceau. Idéalement, le champ sera noir dans ces conditions et le photodétecteur ne délivrera pas de signal de sortie. Si il y a de la fumée présente dans la chambre de fumée, le faisceau contient alors des diffuseurs secondaires sur le trajet du faisceau depuis l'ouverture d'entrée 17 jusqu'à l'écran 19. Ces diffuseurs secondaires deviennent des sources secondaires de lumière qui rendent le trajet du faisceau source d'éclairement gé néral. Lorsque cela se produit, toutes les parties du faisceau diffuseront de la lumière, quoique inégalement, dans toute une sphère. Une partie du faisceau éclairé et en particulier au voi singe de l'ouverture interne 18, diffusera de la lumière qui sera visible pour la région annulaire entourant l'écran 19 et elle sera donc recueillie par l'optique de sortie. Le champ de sortie sera éclaire et les photodétecteurs produiront un signal de sortie. La diffusion de la lumière par des sources autres que de la fumée ne se produit généralement pas, et doit être rendue minimale pour obtenir un champ sombre en l'absence de fumée. Des centres de diffusion se produisent à l'intérieur et sur la surface de la lentille 16, sur les bords des ouvertures d'entrée 17, 28, le bord de l'ouverture interne 18, la surface de l'écran 19 et sur les parois de la chambre antérieure et de la chambre de mesure. Ces diffuseurs deviennent de nouvelles sources de lumière, et si l'in térieur de la chambre de mesure est réfléchissante, il existe des chemins de propagation qui provoqueront la réflexion de la lumière jusqu'à la lentille de sortie. Toute lumière de fond recueillie dans la lentille de sortie tend à réduire la sensibilité du système pour les faibles concentrations en fumée.Comme l'indiquent les lignes en tirets 30, les ouvertures 17, 18 et l'écran conique 19 sont placés de façon à interdire à toute partie de la lentille 16 de diffuser directement de la lumière dans l'optique de sortie. On a conçu les intérieurs de la chambre antérieure 11, de la chambre de mesure 12, les ouvertures et les écrans de façon à réduire les réflexions internes afin d'obtenir une sensibilité accrue à la fumée. Les surfaces internes sont normalement noires et peuvent être striées ou revêtues de bourre de laine. Si, par exemple on ne conçoit pas soigneusement l'écran 19, il peut devenir une source secondaire principale pour la lumière diffusée vers l'optique de sortie. Lorsqu'il est éclairé par le faisceau il peut réfléchir en arrière, vers la paroi de l'ouverture interne 18 une partie de la lumière, où une seconde réflexion conduira cette lumière vers l'optique de sortie. De même, la lumière diffusée par l'intérieur de l'une ou l'autre des surfaces de la lentille 16 de formation du faisceau peut entrer dans l'optique de sortie.Bien que les rayons issus directement des surfaces et de l'intérieur de la lentille 16 soient masqués vis à vis de optique de sortie par les ouvertures 17, 18, et l'écran 19, comme noté ci-dessus, la lumière diffusée depuis la lentille peut éclairer une paroi latérale de la chambre et après une réflexion unique peut être recueillie par l'optique de sortie. Le fond lumineux du à ces deux causes peut être réduit à un niveau où il contribue pour moins de 10 % à la lumière de sortie pour le maximum de sensibilité à la fumée souhaité (classiquement 1 %). Pour cette raison, lorsque l'écran 19 a la forme d'une cavité conique, non réfléchissante recouverte d'un enduit opaque, les réflexions en arrière vers la chambre peuvent être réduites au dessous d'un niveau critique.On peut réduire les réflexions similaires qui se produisent le long des parois latérales cylindriques de la chambre antérieure et de la chambre de mesure au dessous d'un niveau critique en utilisant un revete- ment faiblement réfléchissant et des chicanes annulaires (deux dans chaque chambre). Dans la chambre antérieure, deux chicanes 24 captureront la lumière ayant rebondit une fois et qui provient de la lentille 16 et son ouverture 17. I1 est normalement suffisant que la chambre antérieure soit recouverte avec un matériau faiblement réfléchissant. De même, deux chicanes 25 dans la chambre de mesure 12 suffisent normalement pour capturer la plus grande partie des réflexions ayant eu un rebond et qui proviennent de la lentille 16 de formation du faisceau et de son ouverture 17 dans la chambre antérieure. Les chicanes s'étendent dans chaque cas sur une distance fixée vers l'intérieur en direction du faisceau mais ne vont pas jusqu'au faisceau et se terminent en une ouverture coaxiale ayant de préférence des bords au futés (faible rayon) pour éviter les réflexions. L'optique de sortie comprend une lentille à trois éléments 20, 21, 22, le photodétecteur 23, l'ouverture 18 et l'écran 19, qui définissent le champ zonal de l'optique de sortie. Le champ embrassé par l'optique de sortie peut être décrit comme une zone polaire d'une sphère centrée sur l'axe optique du détecteur, où une partie de la zone polaire ne fait pas partie du champ de visée à cause d'un écran centré aussi sur l'axe. La lentille de sortie 20, 21, 22 collecte la lumière par une surface annulaire ou zonale entre l'écran central et la paroi cylindrique du détecteur. Le champ de visée de la lentille de sortie est illustrée par quatre paires de lignes trait-point-point-trait-point-point. Comme noté plus tôt, l'optique de sortie collecte la lumière du faisceau diffusée vers l'avant, tandis que dans le même temps elle est masquée vis à vis du faisceau lumineux lui-même ou des principaux diffuseurs. L'écran 19 est une cavité conique, noircie et opaque au centre de la lentille de sortie à trois éléments 20, 21, 22. Le cône a une section droite maximale au niveau du premier élément 20, une section droite moindre au niveau du second élément 21, et son sommet pénètre le dernier élément à immersion 22. Les dimensions du cone sont calculées pour définir avec précision une surface annulaire sur le premier élément 20 servant à la collecte de la lumière et empêche des interférences entre les rayons utiles collectés lorsqu'ils traversent l'élément initial 20 et les deux éléments suivants 21, 22 de l'optique de sortie. L'optique de sortie 20, 21, 22 a une distance focale conçue pour focaliser les diffuseurs aéroportés éclairés dans le plan de l'ouverture 18 sur la photodiode 23. S'il n'y a pas de tels diffuseurs il n'y aura pas d'image éclairée à focaliser sur la photodiode, et il n'y aura pas, dans le cas idéal, de sortie de lumière. Le premier élément de la lentille de sortie est un élément à deux faces convexes 20 de forte puissance. Puisque la partie centrale de la lentille 20 est masquée par l'écran 19, seule la région annulaire qui s'étend radialement au delà du masque vers la périphérie de la lentille est optiquement active. La surface avant de l'élément 20 a une courbure sphérique et une faible puissance par rapport à la surface arrière pour faciliter le rassemblement de la lumière fortement divergente issue des diffuseurs placés axialement au voisinage de la lentille.La partie centrale non utilisée de la lentille 20 peut avoir la même courbure sphérique, ou être plate, ou partiellement creuse comme le montre la figure. La face arrière active de la lentille 20, et en particulier la région annulaire sur le chemin des rayons utiles issus de la surface, est asphérique. On calcule la courbure de la face arrière pour réduire à zéro l'aberration sphérique et pour qu'elle ait une plus grande puissance que la surface avant de la lentille. Le second élément 21 de la lentille a une face avant convexe de forme annulaire qui a une puissance comparable à celle de la face arrière de la première lentille et elle peut être asphérique ou sphérique. La face arrière optiquement active de la seconde lentille est plane. Pour réduire la profondeur axiale totale de la lentille, les parties centrales inutilisées de la première lentille 20 et de la seconde lentille 21 sont applaties et les faces applaties sont accolées.Comme noté ci-dessus, l'écran conique traverse et le premier et le second élément. Le troisième et dernier élément de la lentille de sortie est une lentille à immersion 22 dans laquelle on a encastré la photodiode de sortie. Elle est sphérique et son angle solide peut être plus petit qu'un hémisphère. Un avantage de la lentille à immersion et qu'elle évite deux interfaces avec l'air qui provoquent des pertes de lumière sur la face de sortie de cette lentille à immersion et sur la face d'entrée de la diode photovoltaique 23. Pour obtenir la puissance nécessaire, les trois éléments indiqués sont indispensables.La lentille initiale 20 est conçue de sorte qu'un rayon issu du centre de l'ou- verture 17 et divergent à 450 est dévié pour avoir un trajet convergent (classiquement 150), tandis que le rayon issu du bord inférieur de l'ouverture (comme représenté sur la figure 1) est rendu parallèle à l'axe et le rayon issu de la frontière supérieure de l'ouverture est rendu convergent avec un angle de 300 par rapport à l'axe. Le second élément 21 de la lentille produit une convergence moyenne supplementaire d'environ 300 de sorte que tous les rayons collectés frappent la surface de l'élément final à immersion 22 sous un angle de convergence moyen d'environ 450. Un rayon provenant du centre de l'ouverture 18 sera donc courbé de 900 lorsqu'il frappera la surface de lentille à immersion 23. La lentille à immersion est disposée pour collecter la lumière sur un grand angle solide sans pratiquement accroître l'angle de déviation. La lentille à immersion accroît la taille apparente de la photodiode vis à vis des rayons convergents issus de l'élément 21 de la lentille. Le programme de calcul qui a servi à calculer les surfaces de la lentille a été conçu pour obtenir une aberration sphérique nulle pour une source située dans le plan de l'ouverture 18 et dont l'image est formée sur la photodiode. La région de la chambre de mesure proche de l'ouverture 18 est celle qui entre en priorité dans le processus de détection de la fumée. On ne peut collecter que la lumière issue des particules de fumée qui sont à l'intérieur des limites du faisceau lumineux. Cette région est définie par les lignes trait-point 29. De plus on ne peut recueillir que la lumière des diffuseurs éclairés qui sont à l'intérieur du champ de visée de l'optique de sortie. Le champ de visée est défini par les lignes trait-point-point 31. Finalement seul les rayons qui remplissent les deux critères précédents et qui pénètrent dans la lentille de collecte avec une direction telle qu'ils frappent le détecteur 23 seront en fait détectés et mesurés. L'image du détecteur, en utilisant les propriétés réciproques de la lentille de sortie 21, 22, 23 remplit largement. l'ouverture 18 qui est un carré de 5,08 mm sur 5,08 mm. Ainsi certains rayons d'un diffuseur dans la position de l'image conjuguée du détecteur frapperont le détecteur et seront détectés.Des diffuseurs juste à l'extérieur de la position de l'image mais dans le même plan ne produiront généralement pas de rayons détectables. De même, des rayons provenant de diffuseurs décalés axialement de la position de l'image produiront-certains rayons qui frapperont le détecteur et d'autres pas. En pratique, ces restrictions définissent une région sensible à la fumée au voisinage de l'ouverture 18, qui à la fois se prolonge, le long de l'axe, vers le plan de l'ouverture 18 et s'en éloigne. On a optimalisé la conception de l'optique en vue de sa réalisation comme un produit de série économique. En concevant le système optique, on a tenu pour essentiel que ses dimensions restent compatibles avec les enceintes classiques maintenant communes sur le marché. Cela impose une épaisseur maximale de 1,27 cm à 2,54 cm et une longueur maximale totale de 12,7 cm à 15,24 cm pour les éléments d'optique. De plus ces lentilles doivent avoir un faible court de fabrication en vue d'une fabrication sur une grande échelle, c'est à dire qu'elles doivent être des lentilles de plastique emboitées, et la photodiode qui est le principal facteur de coût et dont le cout est proportionnel à la taille, doit avoir une taille minimale (soit 2,5 mm sur 2,5 mm). En admettant que le diamètre maximum du système de lentilles est une contrainte primordiale, on réduit le plus possible la dimension du photodétecteur par immersion du détecteur dans un matériau optique à fort indice de réfraction (injection de "SAN moulé n = 1,57) et en rendant maximum l'angle solide de la lentille de sortie vue du détecteur. En même temps, sur la surface avant de la lentille de sortie vers la chambre de fumée, on rend maximum l'angle solide sous lequel on voit la lentille depuis l'ouverture interne 18 où le faisceau d'éclairement est le plus concentré. Un programme de calcul itératif a démontré que l'efficacité de collecte de la lumière diffusée est maximum si l'image des diffuseurs dans le plan de l'ouverture interne 18 donnée par l'optique de sortie se trouve sur le détecteur.Le programme comporte un facteur pour l'efficacité de diffusion en fonction de l'angle de diffusion. En se donnant une contrainte sur la longueur totale de système (soit Ce dernier facteur augmente encore au maximum l'angle solide sous lequel la lumière diffusée par la fumée est recueillie. La dernière contrainte dimensionnelle donne la distance focale de la lentille de formation du faisceau (15,24 mm). Puisque la lentille de formation du faisceau doit en moyenne, recueillir de la lumière sous un angle qui doit être éclairé, et si l'on utilise des diodes interchangeables ayant une erreur directionnelle de 70 à 90, l'angle solide de la lentille de formation du faisceau doit être réduit depuis une section droite angulaire de 40 vue d'une diode donnée jusqu'à une section droite angulaire de 200 à 260 que toutes les diodes éclaireront. Un facteur final et très iportant dans la conception des lentilles est la correction de l'aberration sphérique. L'effet d'une image surdimensionnée sur le photodétecteur est de gaspiller la lumière diffusée et donc de réduire la sensibilité du système. Sur l'optique de sortie 20, 21, 22 une lentille non corrigée de puissance correcte crée une image trouble sur la diode de sortie et qui a trois fois la taille de l'image corrigée. La face arrière du premier élément de la lentille est celle oui a la plus grande importance et doit être une surface asphérique calculée. La face avant du second élément de la lentille peut être sphérique, bien que l'on formera une image plus concentre si la lentille est asphérique. L'élément de sortie peut être une simple partie de sphère. Pour l'optique d'entrée, il existeunproblème semblable. L'optique d'entrée est conçue pour recueillir la plus grande partie de la lumière et la concentrer avec la plus petite dimension sur l'écran 19 sans qu'elle frappe l'ouverture interne 18. Si le faisceau sur l'ouverture 18 est doublé, alors on doit doubler l'ouverture 18, et l'on doit aussi approximativement doubler lte- cran circulaire 19 pour masquer l'optique de sortie vis à vis des surfaces diffusantes de la lentille 16. Si l'on double l'écran 19, il en résulte une réduction intolérable de la surface disponible de l'optique de sortie.Les éléments optiques peuvent avoir les dimensions suivantes Lentille 16 (matériau optique styrène-acrvlonitrile (SAN n = 1,57) face avant plate face arrière Distance à l'axe (mm > épaisseur (mm) 8,89 0 8,128 0,7366 7,366 1,4224 6,604 2,032 5,842 2,5908 5,08 3,0988 4,318 3,5306 3,556 3,9116 2,794 4,191 2,032 4,445 1,27 4,5974 0,508 4,699 Optique de sortie Elément 20 de la lentille (matériau optique SAN n = 1,57 Face avant : rayon 60,452 mm (sphérique) Face arrière Distance à l'axe (mm) épaisseur (mm) 13,97 mm 0 13,208 1,3208 12,446 2,5908 11,684 3,8354 10,922 5,0038 10,16 6,1214 9,398 7,1628 Elément 21 de la lentille (n = 1,57) Face avant : rayon 19,812 mm (sphérique) Face arrière plate. Elément 22 de la lentille (n = 1,57) Rayon 7,62 mm (sphérique) La conception précédente de l'optique représente un arrangement particulièrement sensible pour la détection de la fumée. La conception fondamentale permet la collecte de la lumière diffusée vers l'avant dans une zone centrée sur l'axe du faisceau, là où la diffusion à la plus grande intensité. De plus, l'arrangement du faisceau lumineux et de l'optique de collecte sur. le même axe, permet le rassemblement de la lumière diffusée par chaque diffuseur dans la zone de la région annulaire, et donc l'utilisation d'un angle solide plus grand que ce que l'on peut faire habituellement si la lumière est collectée à partir d'une position hors de l'axe unique. Bien que l'on ait décrit et montré une réalisation unique, il est évident que l'on peut faire un certain nombre de modifications sans s'éloigner du cadre de l'invention. En particulier, les deux premiers éléments des lentilles de sortie peuvent être des lentilles de Fresnel placées dos à dos et autour de l'écran central. Les désavantages liés à l'utilisation des lentilles de Fresnel dans une réalisation peu coûteuse est que même si elles sont moulées- -elles doivent être montées avec une précision consi dérable en position concentrique par rapport à l'intervalle de réglage. On peut éviter ce problème de repérage en utilisant une lentille de Fresnel et une lentille classique.Le système optique peut aussi utiliser une source lumineuse LED à faisceau étroit, mais à moins cue l'on cuisse régler l'orientation de la source lumineuse la plus grande partie de la lumière peut être perdue pour un dispositif donné. Si l'on peut régler la LED on n'a alors pas besoin d'une lentille de formation du faisceau séparée, si l'on accepte de payer une baisse de 10 % de la "qualité" de l'en- semble de l'optique de formation du faisceau. Si l'on souhaite un accroissement de 10 % de l'efficacité, on doit utiliser une lentilla de formation du faisceau, et elle formera une "source virtuelle" comprenant la surface de la LED et son ouverture de défi- nition. En admettant que l'on utilise une lentille de formation du faisceau et que l'on ne puisse faire l'alignement, on doit utiliser une source LED à large faisceau. Le choix des mesures pour réduire les réflexions internes est largement dicté par la taille et les dimensions du boitier. Si l'on accepte de plus grandes di mentions que celles indiquées, alors il n'est pas nécessaire d'utiliser des chicanes pour éviter les réflexions. REVEND ICAT IONS 1 - Détecteur de fumée utilisant un système optique à champ de pénombre dans lequel on éclaire un échantillon d'où, on recueille la lumière diffusée vers l'avant dans une zone centrée autour de l'axe mais excluant la lumière de l'axe et on détecte cette lumière diffusée pour détecter la présence de fumée, détecteur caractérisé en ce qu'il comprend A) une chambre de mesure où l'on admet des particules de combustion aéroportées, cette chambre excluant la lumière et comportant une ouverture interne et une ouverture zonale contenant un écran central, ces ouvertures et cet écran étant perpendiculaires à l'axe et centrés sur celui-ci, B) un dispositif de projection d'un faisceau lumineux le long de l'axe pour éclairer les particules de fumée présentes dans la chambre ; ce faisceau traversant l'ouverture interne et étant arreté par l'écran central, C) une lentille de sortie placée dans l'ouverture zonale pour recueillir la lumière diffusée dans toute cette zone, cette lentille étant rendue aveugle vis à vis des rayons du faisceau par l'intermédiaire de l'ouverture interne et de l'écran, mais pouvant collecter la lumière diffusée vers l'avant lorsque des particules diffusantes aéroportées sont présentes, et D) un détecteur de lumière placé sur l'axe, derrière la lentille de sortie pour détecter la lumière diffusée recueillie par la lentille de sortie 2 - Détecteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que A) le dispositif de formation du faisceau est réglé pour focaliser le faisceau dans le plan de l'ouverture interne et pour former une image plus petite que l'ouverture interne et éviter la diffusion de la lumière dans l'optique de sortie. 3 - Détecteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que A) la chambre de mesure comporte une ouverture d'entrée à une extrémité, à travers laquelle on projette la lumière du faisceau dans cette chambre de mesure, B) le dispositif de formation du faisceau comprend une lentille à l'ouverture d'entrée pour focaliser le faisceau dans le plan de l'ouverture interne afin de former une image plus petite que cette ouverture pour empêcher que le faisceau ne vienne frap per cette ouverture interne, et C) l'ouverture d'entrée, l'ouverture interne et l'écran central sont disposés de façon à éviter que la lumière diffusée issue de la lentille de formation du faisceau ne frappe- la lentille de sortie. 4 - Détecteur selon la revendication 3 caractérisé en ce que A) la lentille de sortie donne une image des sources de lumière dans le plan de l'ouverture interne sur le photodétecteur. 5 - Détecteur selon la revendication 4 caractérisé en ce que A) on prévoit une chambre antérieure d' où sont exclues les particules de combustion aéroportées, cette chambre éliminant la lumière sauf pour une ouverture de sortie qui s'ouvre sur l'ouverture d'entrée de la première chambre, cette ouverture de sortie étant perpendiculaire et centrée sur l'axe, et B) le dispositif de formation du faisceau comprend : 1) une diode émettrice de lumière, 2) une lentille de concentration adjacente à la diode émettrice de lumière pour former un faisceau divergent de la lumière émise ; la diode et la lentille de concentration envoyant la lumière dans la chambre antérieure vers la lentille de formation du faisceau et l'ouverture d'entrée. 6 - Détecteur selon la revendication 5 caractérisé en ce que A) la lentille de concentration est placée dans une ouverture circulaire pour délimiter les bords de la source lumineuse à l'autre extrémité de la chambre antérieure, et B) la lentille de formation du faisceau donne une image de la surface de la lentille de concentration limitée par l'ouverture circulaire, dans le plan de l'ouverture interne, les limites de l'image étant plus petites que celles de l'ouverture interne pour éviter l'éclairement des bords de cette ouverture. 7 - Détecteur selon la revendication 6 caractérisé en ce que A) la lentille de formation du faisceau recueille une majeure partie de la lumière du faisceau formé par la lentille de concentration, et B) la lentille de formation du faisceau est asphérique, et calculée pour corriger l'aberration sphérique et réduire la taille de l'image de la lentille diaphragmée formée sur l'ouverture interne. 8 - Détecteur selon la revendication 7 caractérisé en ce que A) la chambre antérieure a généralement une forme cylindrique B) l'intérieur de la chambre est faiblement réfléchissant et C) la chambre antérieure contient au moins une chicane qui s'étend vers l'intérieur depuis la paroi cylindrique pour réduire la quantité de lumière diffusée dans la lentille de formation du faisceau. 9 - Détecteur selon la revendication 3 caractérisé en ce que - l'écran est conique, et rentre dans la lentille de sortie, et a un intérieur opaque et faiblement réfléchissant pour réduire la quantité de lumière diffusée dans la lentille de sortie. 10 - Détecteur selon la revendication 7 caractérisé en ce que - la lentille de sortie est une lentille annulaire à trois éléments de forte puissance dont au moins une surface est asphérique pour corriger l'aberration sphérique et affiner l'image de la lumière diffusée, focalisée sur le photodétecteur. 11 - Détecteur selon la revendication 10 caractérisé en ce que A) la face avant du premier élément de la lentille de sortie a une faible puissance pour faciliter la collecte de la lumière fortement divergente et la surface arrière de ce premier élément est asphérique et de plus forte puissance que celle de la face avant, et B) la face arrière du second élément a une faible puissance pour aider à l'obtention d'un grand angle de convergence et la face avant de ce second élément a une puissance plus élevée que celle de la face arrière. 12 - Détecteur selon la revendication 11 caractérisé en ce que - le détecteur de lumière a une faible étendue et le troisième élément de la lentille de sortie est un élément de lentille hémisphérique à immersion, couplant la lumièré au détecteur de lumière sur un grand angle. 13 - Détecteur selon la revendication 8 caractérisé en ce que A) la chambre de mesure a généralement une forme cylindrique, B) la chambre de mesure a un intérieur faiblement réfléchissant, et C) la chambre de mesure contient au moins une chicane qui s'étend vers l'intérieur depuis la paroi cylindrique pour réduire la quantité de lumière diffusée dans la lentille de sortie.