Brevet FR2604798A1 — publié le 19880408

La présente invention concerne un dispositif de renvoi angulaire d'un rayon lumineux issu d'une fibre optique destiné à équiper, par exemple, un casque d'éclairage particulièrement utilisable en chirurgie. Pour obtenir une emission lumineuse froide, il est avantageux de séparer la source de le zone d'émission en utilisarit par exemple une fibre optique pour transporter le rayon lumineux. I1 est ainsi possible de diriger, d'orien- ter, de positionner la zone d'émission lumineuse sans pour autant déplacer la source qui lui donnera naissance; on est toutefois limité par le rayon de courbure minimal admissible d'une fibre optique qui dépend d'ailleurs pour l'essentiel de son @ diamètre.Ainsi, pour certaines applications, se trouve-t-on gêné par l'encombrement de la fibre de transport et c'est @otamment le @as lorsqu'il s'agit de renvoyer un rayon lumineux dans une direction fortement déviée par rapport à une direction d'amenée. Parmi ces applications or trouve les casques d'éclairage utilisés en chirurgie s'ajustant sur le haut de la te te des praticiens de sorte que ceux-ci puissent opérer librement tout en orientant ai chaque instant le faisceau d'éclairage sur le champ de travail Un comprend aisément, dans cette application, tout l'avantage d'une "source lumineuse froide"; en revanche et pour des raisons evidentes d'encombrement, on préfèrera amener la fibre optique depuis la source situee dans un environnement proche à l'arrière de l'opérateur, jusqu'au dispositif optique de focalisation frontal, solidaire du casque, en passant ladite fibre dans le dos, puis sur le crane de l'opérateur, de sorte que la fibre optique se présente avec une courbure naturelle à l'entrée du dispositif optique suivant une direction sensiblement perpendiculaire au flux lumineux souhaité. Il convenait alors d'intercaler un dispositif de renvoi angulaire antre la sortie de la fibre optique et le dispositif de focalisation, dans la mesure où le rayon de courbure minimal de la fibre est incompatible, si@on préjudiciable, avec la miniaturisation nécessaire de l'ensemble. La présente invention procure si cet égard un disposi tif de renvoi angulaire d ' un rayon lumineux issu d ' une fibre optique caractérisé en ce qu'il comprend une première pièce de révolution ou pièce-support, constituée de deux parties cylindriques aliynées axialement et de diamètre tel que l'une d'elles puisse recevoir intérieurement un about de la fibre optique, des épaulements internes coopérant à son positionnement et à sa fixation, tandis que l'autre partie peut s'emboîter justé, perpendiculairement à l'axe d'une seconde pièce de révolution ou pièce porte-optique, fonctionnellement cylindrique, coniportunt à cet effet un alésage pratiqué suivant un rayon de ladite pièce, cette seconde pièce étant d'autre part munie de differents usinages pour recevoir, dans son axe, divers équipements optiques tels que lentilles ue focalisation ou autre, susceptibles de traiter le faisceau lumineux issu de la fibre optique et traversant la première pièce de révolution grâce à un percer ment axial dé bouchant sur la face d ' un pris me correctement disposé dans logement usiné à cet effet dans la partie de ladite première pièce qui vient s'emboîter dans la seconde pièce de telle manière que le renvoi dudit faisceau lumi- neux par le prisme se trouve parfaitement aligné dans l'axe de ladite seconde pièce, les deux pièces étant alors mainte- nues dans leur position relative par tous moyens conventionnels tels que collage, vis de blocaye. Suivant uiie caractéristique complémentaire de 1 ' in- ventioro le prisme utilisé pour le renvoi a une section droite en forme de triangle rectangle isocèle et il est disposé dans uri logement de forme équivalente ménagé dans la partie de la pièce suport de la fibre optique qui vient s'ambot- ter dans la pièce porte-optique. Les deux faces de l'angle droit du prisme sont situées l'une dans le plan perpendiculaire à l'axe de révolution de la pièce-support et l'autre dans un plan parallèle à à cet axa. haturellenlerlt, a t u relie i, an t, le prisme est disposé de manière que le flux lumineux issu de la fibre optique, traversant la pièce-support qui la maintient, pénètre dans le prisme pour finalement être renvoyé perpendiculairement suivant un axe coïncidant parfaitement avec l'axe de révolution de la pièce porte-optique, avantageusement munie d' ' un diaphragiiie et d'un jeu de lentilles susceptibles de traiter ledit flux lumineux en le focalisant sur une zone opératoire déterminée. Suivant une autre caractéristique complémentaire de l'invention le loyement du prisme de renvoi est obtenu par un usinage traversant, réalisé suivant un rayon de la piècesupport. Ainsi le montage et le centrage du prisme sont considérablement facilites si l'on considère qu'un tel usinage peut être avantageusement effectué par électro-érosion; on sait, en effet, qu'un tel procédé peut être mis en oeuvre sur des ensembles finis sans apporter de déformations ou de contraintes sensibles tout en partant de références géomé- triques où dimensionnelles définitives; ainsi le logement du prisme détermine le positionnement précis de ce dernier tant angulaire qu'en altitude, ajoutant la précision à la facilité de montage ou de maintenance. Par ailleurs,il est avantageux de bloquer le prisme après l'avoir introduit dans son logement, en l'amenant en contact positif suivant les faces de l'angle droit avec les faces correspondantes du logement dans la pièce support. Ceci determine la précision maximale de l'angle de renvoi; pour c e faire , on pourra a disposer en compression, entre la base du prisme et la face eorrespondante du logement, une lame en une matière élastique présentant un léger bombé. Il est évident que d'autres méthodes de blocage du prisme en contact sur ses faces de l'angle droit pourraient être envisages telles qu'un vissage axial par le fond de la piècesupport mais ce type de fixation reste néanmoins très coûteux en regard de la solution proposée suivant l'invention. Il va sans dire que le dispositif suivant la description qui vient o 'être donnée peut être étendu selon i 'ari g le au sommet du prisme triangulaire retenu qui détermi- ne naturellement la déviation angulaire du rayon lumineux issu de la fibre optique. De la melia façon, on ne sortirait pas du cadre de l' invention en remplaçant, dens le pièce porte-optique, l'ensemble diaphragme-lentilles par tout autre dispositif venant traiter le faisceau lumineux dévié par le prisme. Plus particulièrement, on pourrait, en effet, concevoir que la deuxième pièce, dite porte-optique, constitue l'amarrage d'une nouvelle fibre optique venant relayer le faisceau émis par la première fibre et dévié d'un angle dépendant du prisme par le dispositif de renvoi angulaire suivant l'invention. On décrira ci-après,à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel La figure l est ufoe vue en coupe verticale du dispo- sitif de renvoi complet suivant l'invention dans l'applica- tion particulière à un casqua d'éclairage chirurgical; La figure 2 est une vue en coupe verticale de la pièce-support du dispositif de renvoi en position de profil, mon tant la fixation de l'embout de la fibre optique amenant le flux lumineux; La figure 3 est une vue en coupe, suivant le mena plan vertical que la figure 2, de la pièce porte-optique suivant l'invention. La figure 4 est une vue en coupe faite suivent la ligne lV-IV de la figure 3. La figure 5 est une vue de profil de la pièce-sup- port suivant l ' invention et munie, du prisme à section droite en forme de triangle rectangle isocèle. La figure 6 représente la mme pièce que celle de la figure 5 niais vue de fa ce dans une rotation de la pièce égale à 90 ; La figure 7 est une vue en coupe partielle montrant les deux pièces, pièce support et pièce porte-optique, dans leur position relative. Le dispositif de renvoi angulaire qui va être décrit ci-après à titre d'illustration de l'invention, est uti lisé pour réaliser un casque d'éclairage frontal conforme à la figure 1, présentant l'avantage d'une projection de lumlère froide grâce à la séparation de la source et du point d'émission obtenu au noyer d'une fibre optique 1 assu r a n t le transport du flux lurnineux, touL en bvitent ui-r encombrement excessif résultant des rayons de courbure de la maie fibre 1. Pour supprimer une courbure préjudiciable de la fibre 1 dans sa partie terminale avant le dispositif de focalisation, on intercale un dispositif de renvoi constitué d'un prisme droit 3, à la section droite en forme de trian gle rectangle isocèle et de deux pièces principales 4,5 dont l'usinage, l'assemblage et le positionnement relatif sont particulièrement avantageux tant au niveau de la précision qu'en e qui concerne les coûts de réalisation. et effet, le dispositif de renvoi est constitué d'une pren 1ère pièce de révolution 4, usinée an alliage ALi4L, dite pièce support car elle reçoit et maintient l'embout 6 de la fibre optique 1 conformément à la figure 2. Divers usinages tels qu'un centrage 7 et une zone fileté 8 en tête de la pièce support 4 viennent respectivement centrer la gaine de la fibre optique 1 qui vient s'ajuster dans un alésage axial 9 pour déboucher dans la partie inférieure 4b de la pièce support 4 dans un logement lu de forme pris- matique triangulaire droit, destiné à recevoir le prisme de renvoi 3.L'usinage de ce logement lu conforme aux figures 5 et 6 où il apparsit de profil et de face, est totalement traversant suivant un diamètre de le partie inférieure 4b de la pièce support 4, la face 10a de l'angle droit ayant pour mediatrice l'axe de révolution 11 de la pièce support 4 et l'autre face 10b du même angle droit étant parallèle au même axe de révolution il. L'usinage du logement 10 est avantageusement réalisé par électro-érosion à partir des cotes fonctionnelles de la pièce 4b terminée ; 1 ' l'usinage ainsi réalisé est extrêmement précis et n'apporte aucune déformation à la pièce support 4, ce qui est essentiel pour le positionnement relatif de ladite pièce support 4 avec la pièce porta- optique 5.Cette dernière, conformément aux figures 3 et 4 est realisée en une matière avantageusement identique à la pièce-support 4 et elle également une pièce de révolu t ion autour d'un axe 12 dont le partie arrière comporte radialement un usinage 13 nofi débouchant dans lequel vient s'emboîter juste la partie inférieure 4b de la pièce support 4 qui est alors positionnée angulairement et en altitude tel que représenté sur la figure 7, de manière que la médiatrice de la face 10 de l'angle droit du logement 10 de la pièce 4 coincide avec l'axe 12 de la pièce porte-optique 5. Des percements 14 et 15 respectivemelit centrés sur la médiatrice de la face lOb et sur l'axe 12 de la pièce 5, côté optique, viennent en coïncidence en sorte qu'une fois le prisme 3 mis en place dans son logeelerlt 10, le rayon lumineux issu de la fibre 1 se retrouve "plié" suivant l'axe 12. Il reste alors à équiper frontalenient la pièce 5 d'un jeu de lentillles 16 derrière un diapiragme 17 ces lentilles étant conventionnellement montées sur une bague li visse sur la partie frontale 2 de la pièce 5, pour obtenir une focalisation contrôlée du flux lumineux. Le prisme 3 est complémentairement maintenu dans son logement en appui positif sur les faces Iba et lUb de la pièce 4b par une lame 19 en acier trempé légèrement bombée, introduite en compression entre la base du prisme et la face de l'hypothénuse 10c correspondante du logement 10 dans la pièce 4b. @n notera la facilité exceptionnelle de montage du prisme puisqu'il suffit de glisser transversalement le prisrne 3 dans le logement 10 puis de le caler au moyen de la larne 19. Dans l'application particulière du casque d'éclairage, la pièce porte-optique 5 est usinée dans sa partie arrière 20, venant juste au-dessus du nez de l'opérateur, suivant une demi-sphère et la pièce support 4 comporte des loyefis venant faciliter la manipulation de l'ensemble. A cet effet dans la partie extérieure 4a de la pièce support 4, un renflement annulaire 4c permet l'implantation, dans un plan formé par les axes 11 et 12, d'un support à rotule 21 permettant la fixation de l'ensemble à un casque 22 et, à l'avant de la pièce 4, dans le même plan, d'une tie 23 permettant d'orienter le dispositif optique dans le sens souhaité par l'opérateur. Il convient enfirl de préciser que les pièces 4 et 5 sont montées en position relative grâce à un outil calibré mettant en coïncidence les orifices 14 et 15, et qu'elles sont solidarisées par simple collage ou encore par une vis de blocage qui peut être prévue dans la zone semi-sphérique 20 de la pièce 5. Le dispositif que l'on vient de décrire dans un exemple particulier, adapté à un casque d'éclairage chirurgical, peut, sans sortir de l'invention, être étendu à tout système d'éclairage procurant une lumière froide, monté ou non sur un casque frontal et pour quelque application que ce soit. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de renvoi angulaire d'un rayon lumi- neux issu d'une fibre optique caractérisé en ce qu'il conprend une première pièce de révolution (4), ou pièce support, constituée de deux parties cylindriques (4a,4b) ali- gneas axialement et de diamètre tel que l'une d'elles (4a) puisse recevoir intérieurement un embout (6) de la fibre optique (1), des épaulements internes (7,8) coopérant à son positionnement et à sa fixation, tandis que l'autre partie (4b) peut s'emboîter juste, perpendiculairement à l'axe (12) d'une seconde pièce de révolution ou pièce porte-optique (5), fonctionnellenzent cylindrique, comportant à cet effet un alésage (13) pratiqué suivant un rayon de ladite pièce, cette seconde pièce (5) étant d'autre part munie de différents usinages pour recevoir, dans son axe (12), divers équipements optiques (16,17,18) tels que lentilles de focalisation ou- autre, susceptibles de traiter le faisceau lumi- neux issu de la fibre optique (1) et traversant la première pièce de révolution (4) grâce à un percement axial débouchant sur la face (10a) d'un prisme (3) correctement disposé dans logement (10) usiné à cet effet dans la partie (4b) de ladite preniière pièce (4) qui vient s'embotter dans la seitde pièce (5) de telle manière que le renvoi dudit faisceau lumineux par le prisme (3) se trouve parfaitement ali- gné dans l'axe (12) de ladite seconda pièce (5), les deux pièces (4,5) étant alors maintenues dans leur position rela tu vue par tous moyens conventionnels tels que collage, vis de blocage. 2.- Dispositif de renvoi angulaire d'un rayon lun1i- neux suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la pièce support (4) comporte, dans sa partie cylindrique (4b) qui s'emboîte dans la pièce porte-optique (5), un usinage traversant effectué perpendiculairemënt à l'axe (il) de ladite pièce support (4) et procurant un évidement en forme ue prisme droit de section droite an forme de triangle rectangle isocèle (lO) dont une des faces de l'angle droit (lue) a pour médiatrice l'axe (11) de la pièce support (4) alors que l'autre face (10b) est parallèle. au même axe (11), et un percement (14), effectué suivant le rayon de la pièce support (4) con fondu avec le médiatrice de la face (10b) du logement prianiatique (lU) parallèle à l'axe de la pièce support (4), est prévu pour le passage du rayon lumi- neux dont l'axe coïncide avec l'axe (12) de la pièce porteoptique (5). 3.- Dispositif de renvoi angulaire d'un rayon lumi- n eux suivant la revendication 2 caractérisé en ce que l'usinage traversant de section droite en forma triangle rectangle isocèle droit (10) est effectué par électro-érosion dans la pièce support (4) finie de sorte que l'usinage est ainsi réalisé sans déformation ni contrainte de la pièce (4) en par tant de références géométriques et dimensionnel- les, augmentant considérablement la précision d'usinage. 4.- Dispositif de renvoi angulaire d'un rayon lumi- neux suivant l'une quelconque des revendications précédantes caracterisé en ce que le prisme de renvoi (3) est du type droit, à section droite en fornie de trianyle rectangle isocèle, de dimension légèrement inférieure à l'évidement prismatique (10) effectué dans la pièce support (4) dans lequel il est facilement introduit par emboitage gras. 5.- Dispositif de renvoi angulaire d'un rayon lumi- neux suivant la revendication caractérisé en ce que le prisnie (3) est fixé à l'intérieur de son logement (10) dans le pièce support (4) par une lame ressort (19) présentant un léger bombé, disposée en compression entre la base du prisme (3) et la surface correspondante (10c) de la pièce support (4). 6.- Dispositif de renvoi angulaire d'un rayon lumi- neux suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la pièce porte-optique (5) comporte, centré sur l'axe du rayon lumineux, un ensemble optique (2) comportant classiquement un jeu de lentilles (16) coopérant avantageusement avec un diaphragme à rideau (17), permet tant de focaliser ledit rayon pour procurer une zone d'éclairage adaptée et contrôlée parfaitement. 7.- Dispositif de renvoi angulaire d 'un rayon lumi- neux suivant l'une quelconque des revendications précéden- tes caractérisé en ce que le pièce support (4) présente dans sa partie extérieure (4a), hors de l'emboîtage dans la pièce porte-optique (5) une zon ne annulaire renflée (4c) dans laquelle sont incrustées radialement, d'une part, une tiye supportent en bout une rotule (21) et d'autre part, diamé- tralement opposée, une tige (23) destinée å l'entraînement manuel de tout le dispositif d'éclairage autour de ladite rotule (21) pouvant se mouvoir par exemple dans un logement solidaire d'un casque (22) sur la tête d'un opérateur de manière à de focaliser l'intensité lumineuse sur le champ opératoire. ii.- Dispositif de renvoi angulaire d'un rayon lumi- neux suivant i l'une quelconque des revendications précéden- tes caractérisé en ce que l'ensemble optique équipant la pièce porte-optique (5) comporte un jeu de lentilles (16) convergentes ou divergentes ou une combinaison des deux ou un support mécanique pour le départ d'une autre fibre optique.