Brevet FR2601784A1 — publié le 19880122

La présente invention concerne d'une façon générale le traitement par rayonnement ultraviolet, et concerne plus particulièrement un dispositif pour émettre un rayonnement ultraviolet ainsi qu'une installation de 5 traitement par rayonnement ultraviolet, du genre cabine, à usage thérapeutique, par exemple pour le traitement de certaines maladies de la peau, ou bien pour certains soins esthétiques comme le bronzage. On connait déjà dans la technique antérieure un 10 certain nombre de cabines ou analogues pour le traitement par rayonnement ultraviolet. Elles comprennent généralement un ensemble de tubes formant sources de rayonnement, par exemple des lampes à vapeur de mercure basse pression (telles que les références TL09 et TL 10 fabriquées par PHILIPS), qui s'étendent verticalement tout autour de l'espace central d'utilisation de la cabine. Des réflecteurs à section horizontale parabolique sont le cas échéant prévus à l'arrière des tubes pour renvoyer vers le centre de la cabine le rayonnement émis par les tubes dans leur direc20 tion. Enfin des moyens de filtrage peuvent être également prévus entre les tubes et l'espace central de la cabine, notamment afin d'éliminer certains rayonnements indésirables, comme les rayons infrarouges. Un inconvénient majeur de ce type d'installation 25 est inhérent à l'utilisation de tubes verticaux de grande longueur comme sources de rayonnement. On constate en effet que pour un tube orienté verticalement, l'intensité du rayonnement varie fortement suivant la hauteur à laquelle on se place par rapport à celui-ci. Elle est maximale au milieu du 30 tube et minimale à ses extrémités, avec des différences de valeurs extrêmement importantes. En conséquence, lorsqu'un utilisateur debout dans la cabine est exposé au rayonnement, la région de son corps située au niveau du milieu des tubes', correspondant le plus 35 souvent à l'abdomen, est exposée à un rayonnement bien supérieur à celui qui frappe ses jambes ou sa tête. Ceci est particulièrement indésirable pour l'application bronzage ou certaines applications thérapeutiques, dans lesquelles l'ensemble de la peau du sujet doit être exposée à un rayonnement relativement uniforme. Ainsi, soit le rayonne5 ment est d'intensité suffisante à mi-hauteur mais insuffisante aux extrémités, soit au contraire un rayonnement suffisant en haut et en bas risque de créer à mi-hauteur, par un rayonnement d'intensité excessive, des brûlures sur la peau du patient. Un autre inconvénient de ce genre de disposition réside dans le fait que, le rayonnement étant essentiellement diffus, l'intensité reçue par le sujet dépend fortement de la distance par rapport aux sources de rayonnement. Les doses reçues sont alors mal maîtrisées, et les durées d'ex15 position ne peuvent être déterminées que très approximativement, avec des risques de surexpositions génératrices de brûlures. La présente invention vise à pallier ces inconvénients et à-proposer un dispositif émetteur de rayonnement 20 ultraviolet et une installation de traitement équipée de tels dispositifs qui permettent d'obtenir une intensité lumineuse sensiblement constante quelle que soit la position d'une région exposée dans le sens de la hauteur, et plus généralement dans une direction perpendiculaire à la direc25 tion générale d'émission du rayonnement. Un autre objet de la présente invention est de créer un rayonnement ultraviolet tel que la dose reçue par une région donnée du sujet soit sensiblement indépendante de la distance entre cette région et la ou les sources qui 30 participent à son exposition. A cet effet-, la présente invention concerne tout d'abord un dispositif émetteur de rayonnement ultraviolet, du type comprenant une source de rayonnement ultraviolet et un réflecteur pour renvoyer les rayons émis par la source 35 dans une direction générale d'émission donnée, caractérisé en ce que le réflecteur présente la forme d'un ensemble de lames réfléchissantes ayant toutes une même hauteur projetée suivant la direction d'émission sur un plan perpendiculaire à ladite direction, et une même étendue angulaire autour d'un centre situé sur la source dans un plan contenant ladite direction d'émission et perpendiculaire aux5 dites lames, les lames étant en outre orientées de manière à réfléchir les rayons dans ladite direction d'émission. L'invention concerne également une installation de traitement par rayonnement ultraviolet, caractérisée en ce qu'elle comprend une cabine dont au moins certaines 10 parois sont définies par une superposition en colonne de dispositifs tels que définis ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée suivante d'une forme de réalisation préférée de celle-ci, donnée à-titre d'exemple et 15 faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue de dessus schématique d'une installation de traitement aux rayons ultraviolets de la présente invention, - la figure 2 est une vue en coupe verticale 20 schématique selon la ligne II-II de la figure 1, - la figure 3 est une vue en perspective d'un dispositif émetteur individuel de rayonnement ultraviolet de l'installation des figures 1 et 2, - la figure 4 est une vue en coupe verticale dé25 taillée d'une partie d'une colonne 18 équipée de dispositifs conformes à la figure 3, - la figure 5 est une vue en coupe verticale détaillée illustrant la définition géométrique d'un élément formant réflecteur principal du dispositif émetteur des 30 figures 3 et 4. - la figure 6 est une vue en coupe verticale détaillée d'une variante de réalisation du réflecteur principal et, - la figure 7 est une vue en coupe horizontale schématique d'une variante de réalisation du réflecteur de la figure 5 ou de la figure 6. En référence aux dessins, et tout d'abord aux figures 1 et 2, une installation pour le traitement d'un sujet par rayonnement ultraviolet comprend une cabine 10 comportant un plancher 12, de forme octogonale dans le présent exemple, et des parois latérales 14. Quatre des parois latérales, opposées deux à deux, sont chacune définies par la face antérieure d'une colonne 18 constituée d'une superposition de dispositifs émetteurs de rayonnement ultraviolet selon la présente invention. Dans la présente 10 forme de réalisation, chaque colonne 18 est constituée par cinq dispositifs émetteurs individuels superposés, désignés par la référence 20, portés par une embase 19. L'une des colonnes 18 (en haut sur la figure 1) est montée sur charnières en 21 dans la région de l'un de 15 ses bords latéraux verticaux, de telle sorte qu'elle fait office de porte d'accès à la cabine. Un utilisateur ou sujet, indiqué en 22,debout au centre de la cabine,est ainsi soumis sur quatre côtés à un rayonnement ultraviolet, notamment à des fins thérapeuti20 ques (par exemple pour le traitement du psoriasis) ou à des fins de bronzage; dans les deux cas ci-dessus, la longueur d'onde du rayonnement sera par exemple de l'ordre de 330 à 350 nm (UVA). Il existe cependant d'autres cas de traitement thérapeutique o l'on devra utiliser un rayonnement 25 ultraviolet "B". Comme le montrent en particulier les figures 3 et 4, chaque dispositif émetteur 20 comprend une lampe 30, un réflecteur principal 40 et un réflecteur secondaire 50, formant également occulteur. La lampe 30 sera avantageu30 sement du type brûleur à haute pression à vapeur de mercure et halogénure métallique, par exemple du type HPA, Héraeus ou BLV fabriquées par la société PHILIPS. Dans le présent exemple, il s'agit d'un tube de courte longueur orienté horizontalement et transversalement à la direction d'émis35 sion Ox. Le réflecteur 40 est constitué par un ensemble de lames réfléchissantes, indiquées en 401, 402,.., 40n et 401', 402',..., 40n' qui s'étendent horizontalement parallèlement à l'axe de la lampe 30. Le réflecteur 40 s'étend 5 angulairement sur environ 180 autour de la lampe, à l'arrière de celle-ci par rapport à l'espace d'utilisateur 26 (figure 4), et l'intervalle angulaire complémentaire, également de 180 , est occulté par le réflecteur secondaire 50, qui présente la forme d'un élément semicylindrique d'axe essentiellement confondu avec celui de la lampe et de rayon légèrement supérieur au rayon extérieur hors-tout de la lampe. Il est en outre pourvu à sa surface intérieure d'une couche réfléchissant les rayons ultraviolets. De la sorte, les rayons ultraviolets émis par la lampe vers l'avant sont 15 réfléchis par le réflecteur secondaire 50 en direction du réflecteur principal 40, en passant à nouveau par la source ou au voisinage de celle-ci. On peut noter ici que la présence d'un tel occulteur 50 dans chaque dispositif élémentaire permet de diminuer la proportion de rayons infrarouges 20 reçus par le sujet (ces rayons étant en partie absorbés par l'un et/ou l'autre des réflecteurs 40 et 50) et procure une protection physique du sujet en cas de bris de la lampe, notamment en l'absence des filtres éventuels envisagés cidessous. Dans le présent exemple, on trouve en outre deux filtres 60 et 70 qui sont interposés sur le trajet des rayons ultraviolets tels que R1 et R2 réfléchis par le réflecteur et dirigés vers l'espace 26. On va maintenant décrire en référence à la figure 5 30 la définition géométrique du réflecteur principal 40. Comme on peut l'observer sur cette figure, tous les rayons émanant de la source 30 (considérée comme ponctuelle en première approximation) vers l'arrière, directement ou après réflexion sur l'occulteur 50, sont interceptés par le réflecteur 40. 35 L'espace angulaire correspondant de 180 est divisé en 2N secteurs de même ouverture angulaire. On a choisi dans le présent exemple N = 6, ce qui correspond à une ouverture angulaire a de 15 pour chaque secteur. Les douze secteurs.angulaires sont désignés par A1 à A6 et A1 à A6 respectivement pour les moitiés supérieure et inférieure de l'espace angulaire de 1800. Est également prédéterminée la hau5 teur totale 2H du réflecteur 40, qui est quant à elle divisée horizontalement en 2N parties en forme de bandes de même hauteur h = H/N = H/6. Chaque lame individuelle 401,..., 406 et 401',..., 406', qui dans le présent exemple est de profil droit et s'étend horizontalement et transversalement à la direction d'émission Ox (c'est-à-dire parallèlement à y'Oy), est définie géométriquement.d'une part par la position de sa ligne médiane horizontale et d'autre part par son inclinaison par rapport à la verticale z'Oz. La figure 5 illustre plus particulièrement la définition géométrique de la lame 402. En projection dans le plan xOz de cette figure, conformément à la présente invention, le milieu M2 de la lame 402 est situé à l'intersection de la bissectrice, notée B2, du secteur A2 avec la ligne 20 horizontale H2 passant par le milieu de la bande de sortie correspondante S2 en direction verticale. L'inclinaison de la lampe 402 par rapport à la verticale, désignée par l'angle Y2, est telle que la surface de la lame est perpendiculaire à la bissectrice D2 de l'angle formé par les droites B2 et 25 H2, comme représenté. Dans le cas présent, on a B2 =22,5 , et l'on pourrait démontrer par un raisonnement géométrique élémentaire que l'on obtient pour yZ une valeur de 33,75 . Les projections dans le plan xOz des lames successives peuvent ainsi être tracées en reproduisant la procédure 30 ci-dessus, pour aboutir à la configuration telle que représentée. D'une façon generale, pour un réflecteur divisé en 2N lames et ayant une hauteur globale 2H, on pourrait démontrer que, pour la lame 40n: - les coordonnées dans le plan xOz tel que représenté du point médian M de la lame considérée sont: n 260 1784 Xn = -(H/2N)/(2N - 2n +1).tg(Tr.(2n - 1)/4N) Z = (H/2N)/(2N - 2n + 1); et n - l'inclinaison en de la lame considérée par rapport à la verticale z'Oz est; Yn =(r/4).(1 -(2n - 1)/2N) n pouvant prendre toute valeur entière comprise entre 1 et N. Il est bien entendu que le raisonnement et les calculs effectués ci-dessus pour la moitié supérieure du secteur angulaire de 180 s'appliquent également à la moitié inférieure, qui sera dans la pratique parfaitement symétrique de ladite moitié supérieure par rapport à l'axe d'émission x'Ox. Comme le montre la figure 5, les limites horizon15 tales supérieure et inférieure de chaque lame 40n de part et d'autre de sa ligne médiane sont déterminées de manière à ce que sa projection horizontale sur z'Oz soit confondue avec la bande de sortie Sn associée. Les différences de profondeur qui existent à la jonction entre deux lames successives 20 sont compensées par des parties horizontales du réflecteur, désignées par la référence 42, qui seront dans l'ensemble de faible profondeur et n'engendreront que de petites quantités de rayons parasites. Par ailleurs, la perte de rendement du dispositif du fait de la présence de ces parties 42 qui ne participent pas au rayonnement de sortie est relativement limitée. On a représenté à cet égard, en association avec le secteur angulaire A' et la lame 402', les angles morts correspondant à ces parties de raccordement (zones hachurées). Par ailleurs, dans le réflecteur défini ci-dessus, on peut observer que, si un rayon incident suivant la bissectrice Bn est toujours réfléchi dans une direction rigoureusement horizontale, du fait de la définition même des lames du réflecteur, en revanche il n'en est pas de même pour d'autres 35 rayons lumineux dirigés depuis la source vers la même lame. Ceci est dû au fait que chaque lame présente ici un profil droit. Ainsi, deux rayons incidents R3 et R4 et leurs rayons réfléchis par la lame 404' sont représentés sur la figure 5. On observe une légère divergence de ces rayons réfléchis. Ainsi, conformément à la définition plus haut, et en négligeant les phénomènes secondaires décrits cidessus, chaque lame 40n est affectée géométriquement d'une part à un secteur angulaire A prédéterminé et d'ouverture n a constante (aux angles morts près) de la plage d'émission non occultée de la lampe, et d'autre part à une bande Sn de sortie de rayonnement de hauteur constante. On peut en déduire que, puisque l'énergie du rayonnement est bien entendu la même d'un secteur angulaire à l'autre, l'énergie 15 lumineuse de sortie sera sensiblement la même d'une bande à l'autre (en négligeant pour le moment les effets de divergence des rayons réfléchis par les lames). Ainsi, l'intensité lumineuse reçue par une région donnée du sujet sera toujours la même quelle que soit la position de cette ré20 gion en hauteur par rapport à la source. En outre, les rayons ultraviolets n'étant que faiblement divergents à la sortie du dispositif émetteur, la dose reçue sera également sensiblement constante quelle que soit la distance horizontale entre la région exposée et la source. En outre, la 25 proportion de rayons soumis à une réflexion dioptrique sur les filtres sera extrêmement faible. La figure 6 illustre une variante de réalisation de l'invention dans laquelle la légère divergence mentionnée plus haut est supprimée, ou tout au moins fortement atténuée. 30 Selon cette variante, chaque lame, au lieu d'avoir un profil droit, présente un profil courbe permettant de rabattre vers la direction d'émission souhaitée Ox les rayons ultraviolets émis par la source qui sont écartés de la bissectrice Bn considérée. De façon préférée, ce profil courbe est constitué par un arc de cercle dont le centre Cn est situé sur la bissectrice B à une distance 2r du point M, r étant n n n le rayon moyen de la lame considérée vis-à- vis de la source (origine 0), c'est-à-dire la distance OMn. n Parallèlement à la représentation de la figure 5, on observe cette foisci que deux rayons R5 et R6 frappant la lame 404' respectivement de part et d'autre de la bissectrice associée sont réfléchis dans une direction pratiquement parallèle à l'axe Ox. Bien entendu, une annulation totale de la diver10 gence des lames pourrait être obtenue en donnant à cellesci des profils paraboliques différents appropriés. L'homme de l'art sera à même, à la lumière des enseignements cidessus, de déterminer ces profils individuellement pour chaque lame, en fonction de sa position et de son inclinai15 son moyenne. La figure 7 illustre, en vue en plan en coupe partielle, une variante de réalisation du réflecteur 40. Selon cette variante, afin d'atténuer la dispersion du flux de rayonnement ultra-violet en direction horizontale, 20 les bords latéraux 40a, 40b du réflecteur sont rabattus d'un angle 6 déterminé, par exemple de l'ordre de 30 . De retour à la figure 4, l'installation de l'invention comprend comme on l'a indiqué plus haut deux filtres 60, 70 en forme de plaques parallèles séparées par 25 un interstice 62 de largeur prédéterminée. Les filtres , 70 sont destinés en combinaison à éliminer certaines longueuis d'onde indésirables du rayonnement (infrarouges, ultraviolets B ou C, lumière visible). Bien connus de l'homme de la technique,ils ne seront pas décrits en détail. 30 On trouve en outre des moyens de refroidissement, qui sont rendus nécessaires par le fait que les lampes à haute pression à vapeur de mercure et halogénure métallique envisagées dans la présente invention fonctionnent à très haute température, en dégageant un rayonnement infrarouge 35 intense. Ces moyens de refroidissement comprennent tout d'abord, pour chaque colonne 18, un conduit 80 qui est alimenté par des moyens appropriés (non représentés) en air froid sous une pression supérieure à la pression atmosphérique. Le conduit 80 s'étend verticalement dans la colonne, derrière les réflecteurs 40, et est relié par des embranchements 82 à des buses 84 prévues dans chaque réflecteur 40 dans la région du fond de celui-ci. Un jet d'air frais est ainsi engendré (flèche 86), qui est dirigé vers la lampe associée pour la refroidir. On peut noter à cet égard que le réflecteur secondaire 50, qui définit avec la lampe un canal semi-annulai10 re, favorise le refroidissement de la lampe en créant une circulation d'air secondaire suivant la flèche 88, cette circulation refroidissant la partie de la lampe qui n'est pas exposée au jet sortant de la ou des buses. Une telle circulation secondaire sera favorisée en décalant légère15 ment l'orientation des jets 86 vers le haut et vers le bas. On prévoira de préférence deux buses 84 par réflecteur. De façon avantageuse, ces buses seront situées dans la région du milieu du réflecteur 40, c'est-à-dire dans la zone d'ombre vis-à-vis de l'extérieur due à la présence du réflecteur secondaire 50. Les défauts optiques qu'elles sont susceptibles d'engendrer seront ainsi imperceptibles. L'air pourra être évacué en haut de chaque colonne 18 par un conduit commun 25 (voir figure 2). Une autre solution (non représentée) pour effectuer ce refroidissement pourra consister, en conservant les buses 84, à mettre le compartiment de chaque colonne qui est situé derrière les réflecteurs 40, entre ceux-ci et la paroi arrière 26 de chaque colonne, en communication avec l'air ambiant à pression atmosphérique, et à créer dans le compartiment situé entre les réflecteurs 40 et les filtres une dépression, par exemple à l'aide d'un ventilateur situé dans un conduit d'extraction analogue au conduit 25 ou en aval de ce dernier. Un jet d'air frais sera de la même 35 manière que décrit plus haut dirigé vers les lampes. 1 1 En référence de nouveau à la figure 4, on a représenté des flèches 90 qui symbolisent une circulation d'air frais entre les deux filtres 60, 70. Une telle circulation sera nécessaire en pratique lorsque l'un ou l'autre de ces filtres devra arrêter une quantité importante de rayons infrarouges et aura par conséquent une tendance à s'échauffer. Cette circulation s'effectuera par exemple en parallèle de la circulation d'air de refroidissement des lampes décrite plus haut. Cependant, dans le cas o l'on utilisera des lampes émettant peu de rayonnement infrarouge et/ou des réflecteurs absorbant une grande partie de ce rayonnement, cette circulation d'air entre les filtres pourra être omise. Par ailleurs, dans le cas o les caractéristiques spectra15 les de l'émission de la lampe 30 et les caractéristiques d'absorption des réflecteurs 40, 50 le permettront, les filtres pourront être omis. Le réflecteur 40 pourra par exemple être réalisé en aluminium de haute pureté, la couche réfléchissante étant obtenue par un traitement électrolytique assurant un pouvoir réfléchissant élevé et un poli spéculaire. Les rayonnements ultraviolets diffus seront ainsi avantageusement en très faible proportion, au profit des qualités mentionnées plus haut en matière de contrôle de la dosimétrie. 25 Bien entendu, dans le cas o les caractéristiques du rayonnement (notamment l'énergie du rayonnement infrarouge, liée à la puissance des lampes et à leur distance par rapport au réflecteur) le permettront, les réflecteurs pourront également être réalisés en matière plastique mou30 lée par injection, la couche intérieure réfléchissante étant réalisée par métallisation sous vide. La présente invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites ci-dessus et représentées sur les dessins, mais inclut dans son cadre toute variante 35 ou modification venant à l'esprit de l'homme de l'art. En particulier, les paramètres indiqués plus haut en relation avec la définition du réflecteur 40, notamment le nombre de lames 2N et la dimension verticale 2H du réflecteur, pourront prendre toute valeur appropriée. En outre, les expression "vertical", "horizontal", etc, utilisées dans la présente description sont à considérer dans un sens relatif, étant bien entendu que l'on pourra donner à chaque dispositif émetteur de rayonnement ultraviolet individuel toute orientation appropriée. Les seules limitatiors seront celles qui sont dues aux conditions 10 de fonctionnement des lampes, dont certains types ne peuvent fonctionner qu'en orientation horizontale. En outre l'installation de la présente invention pourra être conçue pour effectuer soit une exposition globale du sujet, toutes les lampes fonctionnant simultanément, soit 15 une exposition limitée à des régions choisies, par des commutations indépendantes des lampes individuellement ou par groupes. REVENDICATIONS 1. Dispositif émetteur de rayonnement ultraviolet, du type comprenant une source (30) de rayonnement ultraviolet et un réflecteur (40) pour renvoyer les rayons émis par la source dans une direction générale d'émission 5 donnée (Ox), caractérisé en ce que le réflecteur présente la forme d'un ensemble de lames réfléchissantes (401-406, 401'-406') ayant toutes une même hauteur projetée (h) suivant la direction d'émission sur un plan perpendiculaire à ladite direction, et une même étendue angulaire (a) autour d'un centre situé sur la source dans un plan contenant ladite direction d'émission et perpendiculaire auxdites lames, les lames étant en outre orientées de manière à réfléchir les rayons dans ladite direction d'émission. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque lame (401-406, 401'-40 ') présente en section transversale un profil droit. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque lame (401-406, 401'-406') présente en section transversale un profil courbe. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit profil courbe est un arc de cercle d'un rayon approximativement égal au double de la distance entre la source (30) et la lame (401-406, 401-406') considérée. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'orientation de chaque lame est au moins localement perpendiculaire à la bissectrice (Dn) de l'angle défini par la bissectrice (Bn) de ladite étendue angulaire (An) et par la direction d'émission (Hn). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les lames adjacentes (401-406, 401'-406') sont reliées entre elles par des parties de raccordement (42) parallèles à la direction d'émission (Ox), le réflecteur (40) étant réalisé d'un seul tenant. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le réflecteur- (40) s'étend angulairement sur environ 180 à l'arrière de la source, et en ce qu'un réflecteur secondaire (50) formant occulteur est apte à renvoyer vers ledit réflecteur (40) les rayons émis par la source vers l'avant. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendi5 cations 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de filtrage (60, 70) interposés sur le trajet des rayons ultraviolets réfléchis par le réflecteur (40). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux filtres parallèles (60, 70) séparés par un espace intersticiel, et des moyens de refroidissement des filtres par circulation d'air dans ledit espace. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source (30) est 15 un brûleur à haute pression à vapeur de mercure et halogénure métallique, et en ce qu'il comprend des moyens de refroidissement du brûleur constitués par au moins une buse (84) formée dans le réflecteur (40). 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la ou les buses sont formées à la hauteur de la source (30). 12. Installation de traitement parrayonnement ultraviolet, caractérisée en ce qu'elle comprend une cabine (10) dont au moins certaines parois sont définies par une super25 position en colonne (18) de dispositifs (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 13. Installation de traitement selon la revendication 12, caractérisé ence que la direction d'émission (Ox) est horizontale et en ce que les lames (401-406, 401'-406') 30 s'étendent horizontalement transversalement à ladite direction d'émission.