Brevet FR2627867A1 — publié le 19890901

PROCEDE DE FABRICATION D'UN PANNEAU OU CAPTEUR LUMINEUX A FIBRES OPTIQUES ET PANNEAU OU CAPTEUR OBTENU PAR CE PROCEDE La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un panneau ou capteur lumineux à fibres optiques, ainsi qu'à un panneau ou capteur lumineux à fibres optiques obtenu par ce procédé. Un panneau à fibres optiques est un dispositif d'affichage lumineux ou de décoration qui se présente sous la forme d'une plaque dont la face avant, généralement plane, constitue l'aboutissement d'un plus ou moins grand nombre de fibres optiques qui traversent d'avant en arrière l'épaisseur de cette plaque pour émerger, par leur extrémité libre, à fleur de cette face avant qui constitue la surface destinée à être vue. A l'arrière et à distance de cette plaque, ces fibres optiques sont compactées en un faisceau à fibres optiques. Ce faisceau reçoit des signaux lumineux représentatifs d'un affichage ou autre image, cette image étant reproduite à grande échelle sur la face avant du panneau. Un capteur lumineux à fibres optiques est composé d'un panneau identique à celui qui vient d'être décrit, mais utilisant soit des fibres en matériau synthétique, soit des fibres minérales dans le cas o ce capteur est de forme parabolique donc concentrant l'énergie solaire lumineuse et ther- mique. Ce capteur reçoit une information lumineuse sur sa face avant, cette information représentant par exemple l'intensité d'éclairement solaire ou ambiant, et transmet cette énergie lumineuse à distance à un organe de traitement ou directement à un panneau à fibres optiques par l'intermédiaire de son faisceau à fibres optiques. La différence avec le panneau à fibres optiques précité n'est donc essentiellement qu'une différence de fonction. Dans ce qui suivra, tout ce qui sera dit à propos d'un panneau à fibres optiques s'appliquera également à un capteur à fibres optiques. Dans un panneau à fibres optiques, chaque fibre optique traverse donc l'épaisseur du panneau jusqu'à déboucher sur la face avant, visible, de celui-ci. La réalisation de ces panneaux est actuellement effectuée en introduisant, par des moyens manuels ou robotisés, l'une des extrémité libre de chaque fibre optique dans un logement prévu à cet effet dans une plaque plane perforée, apte à constituer la plaque avant du panneau ou capteur lumineux. Un tel procédé a pour inconvénients d'être soit long et fastidieux, s'agissant d'une réalisation manuelle, soit trop complexe et coûteux, s'agis- sant d'une réalisation robotisée, de sorte qu'il est finalement mal adapté à une exploitation industrielle rentable, d'autant plus qu'il consiste en une fabrication de fibres optiques indépendante de celle du panneau ou capteur optique. En outre, ce procédé ne permet pas de réaliser des panneaux de taille importante (par exemple 12 m2) qui, pour avoir une définition optique correcte, doivent être constitués d'un très grand nombre de fibres (environ 000). Or, l'implantation fibre par fibre, de façon manuelle ou même robotisée, nécessiterait une durée incompatible avec les impératifs industriels et économiques. Par ailleurs, dans le panneau à fibres optiques obtenu par un tel procédé, l'extrémité de chaque fibre optique introduite dans la plaque avant du panneau ne diffuse la lumière que sur un champ angulaire réduit. Ceci est dû au fait que la fibre optique obtenue par fabrication linéaire traditionnelle est gainée sur toute sa longueur, y compris sur son extrémité. Par consé- quent, l'image formée sur un tel panneau présente des points "noirs" altérant sa qualité. On ne peut remédier à cela que par une opération extrêmement fastidieuse de façonnage de chacune des extrémités des fibres de manière à augmenter leur champ angulaire de diffusion jusqu'à des valeurs d'angle supérieures ou égales à 70 . Le résultat obtenu reste néanmoins insatis- faisant. L'invention vise à remédier à ces inconvénients. Elle se rapporte à cet effet à un procédé de fabrication d'un panneau ou capteur lumineux à fibres optiques, dans lequel le panneau ou capteur lumineux et ses fibres optiques sont réalisés simultanément en une même succession d'opérations qui consiste - à réaliser une plaque pouvant être destinée à former la plaque avant du panneau ou capteur à fibres optiques, cette plaque étant perforée de trous, qui sont répartis selon un quadrillage à angles droits et qui sont de diamètres égaux à ceux souhaités pour l'extrémité libre, côté panneau, des fibres; - à placer cette plaque perforée en position horizontale, à la recouvrir d'une couche en fusion de produit thermofusible constitutif des fibres optiques, de manière que le produit coule, par gravité, à travers les trous de la plaque pour former un faisceau de fibres verticales de longueur réduite, pendant sous cette plaque, et à stopper la fusion avant que la couche de produit ne se soit totalement consommée, laissant ainsi une couche résiduelle non fluide sur la plaque - à étirer ce faisceau de fibres tout en le chauffant à une température au moins égale à sa température de ramollissement, jusqu'à obtenir la longueur voulue - à gainer ces fibres au moyen d'un produit auxiliaire de gainage. Suivant une variante de mise en oeuvre du procédé, la couche résiduelle non fluide de la plaque est éliminée totalement, tandis que les fibres sont incluses, sur une partie de leurs longueurs émergeant directement sous la plaque, dans un panneau constitué en un matériau liant apte à les maintenir dans des positions relatives identiques à celles définies par la plaque. Cette dernière peut alors être retirée. Dans les deux modes de mise en oeuvre précités, les extrémités libres des fibres sont enfin rassemblées en un bloc homogène apte -à constituer le faisceau optique d'amenée ou de transmission de signaux lumineux. Ces dispositions permettent d'obtenir un panneau ou capteur dont les extrémités situées dans la plaque sont exemptes de gainage. Dans le cas de panneaux lumineux, le champ angulaire de diffusion de chaque fibre est alors supérieur à 70 et la qualité de l'image obtenue est ainsi très satisfaisante. Par ailleurs, dans ce procédé, le panneau ou capteur et ses fibres optiques sont obtenus simultanément par une même succession d'opérations. Il est clair que cela équivaut à un gain de temps important pour la fabrication. Suivant une caractéristique avantageuse de l'invention, le produit constitutif des fibres se présente sous la forme d'une plaque disposée sur la plaque perforée et amenée ensuite en fusion. L'invention se rapporte également à un panneau ou capteur lumineux à fibres optiques réalisé conformément à ce procédé, ce panneau ou capteur étant revêtu, sur sa face avant, d'une couche de produit constitutif des fibres optiques qui est d'un seul tenant avec les extrémités visibles de ces fibres optiques. Les fibres optiques d'un tel capteur ou panneau ont une forme tronconique. De toute façon, l'invention sera bien comprise, et ses avantages et autres caractéristiques ressortiront, au cours de la description suivante des deux exemples non limitatifs de réalisation d'un panneau lumineux à fibres optiques organiques, en référence au dessin schématique annexé dans lequel: Figure I montre, en perspective schématique, la phase de prépa- ration Figure 2 montre, en coupe verticale partielle, la phase de fusion et de coulée du produit Figure 3 montre de même les phases suivantes d'allongement puis d'enrobage des fibres Figure 4 schématise la phase de rassemblement et compactage du faisceau de fibres; Figure 5 est une vue en coupe selon V-V de figure 4 Figure 6 montre, en perspective partielle et partiellement cassée, ce panneau lumineux prêt à l'emploi et accessoirement équipé d'un capteur optique réalisé par le même procédé; et Figure 7 est une vue schématique en coupe verticale partielle d'un panneau ou capteur obtenu par une variante du procédé. En se reportant à la figure 1, on part, pour réaliser ce panneau à fibres optiques, d'une plaque d'aluminium 1, de dimensions égales à celles désirées pour la plaque avant du panneau. Cette plaque 1, préalablement dégraissée et dépoussiérée, est percée d'un grand nombre de perforations transversales 3. Ces perforations sont réparties selon un quadrillage à angles droits, conforme à celui souhaité pour la répartition des points d'aboutis- sement des fibres optiques sur la face avant du panneau. Le diamètre de ces trous est égal à celui souhaité pour l'extrémité libre, côté panneau, des fibres optiques. La plaque ou matrice 1 est maintenue rigoureusement horizontale dans un cadre 2, en aluminium lui aussi, qui est fixé à un bâti non représenté. Ce cadre 2 est d'épaisseur e supérieure à celle de la plaque 1, de sorte que l'ensemble 1,2 forme une cuvette rectangulaire de profondeur p. Sur la plaque 1, on pose une plaque rectangulaire 4 en matériau acrylique polymérisé, correspondant au matériau constitutif des fibres opti- ques. La plaque 4 est d'épaisseur sensiblement égale à la profondeur p de la cuvette 1,2 et est de longueur et largeur sensiblement égales à celles de la plaque d'aluminium 1, au jeu près apte à permettre l'introduction de cette plaque 4 dans la cuvette 1,2. Il est à noter que le matériau constitutif des fibres peut se présenter sous toute autre forme appropriée, notamment en granulés, en quantité prédosée. L'opération suivante, schématisée figure 2, s'opère en milieu dépoussiéré exempt de particules de taille. supérieure à 0,1 p susceptibles d'altérer irrémédiablement la qualité des fibres optiques. Elle consiste à chauffer la plaque 4 pour la faire fondre en entraînant la coulée par gravité du produit fondu, en 5 par les perforations 3, ce qui engendre la formation de fils verticaux 6, qui pendent sous la matrice 1 jusqu'à une distance d'un à trois mètres sous celle-ci. La fusion de la couche de matière acrylique 4 est réalisée en chauffant la matrice d'aluminium 1 et la couche 4 elle-même au moyen de rayons infrarouges 7, ou par des jets 8 d'air chaud pulsé, préalablement filtré. Ce chauffage est arrêté lorsque l'épaisseur de la couche 4 est devenue assez fine pour ne laisser subsister sur la matrice I qu'une couche résiduelle 9 (figure 3) d'épaisseur prédéterminée, par exemple de l'ordre du millimètre. Afin d'éviter que l'inertie calorifique emmagasinée dans la matière acrylique et dans la matrice I n'entraîne la fonte totale de la couche 9, on procède à un refroidissement rapide de cette dernière au moyen de jets d'air froid préalablement filtré. A titre d'exemple, on peut signaler que, si la couche résiduelle 9 présente une épaisseur inférieure à I mm, l'air froid insufflé à sa surface est à une température de 10 C. La profondeur p de la cuvette 1,2 (figure 1) est ajustée pour que l'espace de remplissage qu'elle laisse disponible détermine la quantité de matière acrylique à utiliser. Cette quantité de matière peut être également prédéterminée par l'épaisseur de la plaque 4. De façon équivalente, la matière acrylique peut être prédosée et portée en fusion avant sa mise en place sur la plaque 1. En revenant à la figure 3, l'opération suivante consiste à allonger les fibres 6 jusqu'à obtenir une longueur de 5 à 20 mètres par exemple. Pour ceci, on commence à chauffer ces fibres pendantes 6, sous la plaque I qui est maintenue froide, jusqu'à ce que leur matière soit devenue malléable. Ce chauffage est par exemple effectué par des jets 10 d'air filtré et réchauffé à environ 90 C à 150 C par exemple. Lorsque ces fibres 6 ont atteint une température suffisante, il est exercé une traction linéaire, par exemple de 10 à 50 g/mm2 pour une température des fibres de l'ordre de 150 C,. sur l'ensemble de fibres 6, jusqu'à obtention de la longueur voulue. On obtient alors un ensemble de fibres de forme tronconique très allongée, ayant un diamètre initial D égal à celui fixé par les perforations 3, et un diamètre final d beaucoup plus réduit. Après refroidissement de l'ensemble, les fibres 6 sont gainées sur toute la longueur de leurs parties situées hors de la matrice I par trempage ou par projection de jets 11 d'une solution fluorée pulvérisée, que l'on laisse durcir lorsque cette opération de revêtement est terminée. Cette solution fluorée est de composition Connue et possède un indice de réfraction inférieur à celui des fibres 6. Le réseau de fibres 6 est alors terminé, et il ne reste plus qu'à l'assembler et le compacter en un faisceau optique homogène dans lequel les fibres sont réparties de manière strictement conforme à leur répartition sur l'avant de la plaque 1. Cette opération est schématisée sur les figures 4 et 5. On coupe d'abord toutes les fibres 6 à la même longueur, par exemple par découpe au laser. Puis, au moyen d'un ensemble de deux règles parallèles 12,13, associées à deux curseurs 14,15, on regroupe par rangée les extrémités libres des fibres en les emprisonnant comme représenté entre les deux règles 12,13 d'une part (épaisseur d'une rangée) et les.deux curseurs 14,15 d'autre part (longueur d'une rangée); On colle alors cette rangée par des jets 16 de colle à prise rapide, et l'on répète cette opération autant de fois qu'il y a de rangées de fibres à regrouper, chaque rangée correspondant préférentielle- ment au plus petit côté du rectangle formé par la matrice 1. Lorsque toutes les rangées de fibres sont ainsi assemblées et collées, les plaques verticales obtenues 17 sont elles-mêmes assemblées et collées l'une sur l'autre afin de former un seul bloc homogène 20 au niveau des extrémités libres des fibres 6 constituant ainsi la fenêtre d'émission ou face d'extrémité 19 du faisceau optique 18 ainsi obtenu (figure 6). Ces extrémités libres des fibres 6 sont réparties de façon homo- logue aux extrémités correspondantes de ces fibres 6 situées sur la face avant 21 du panneau 1. Autrement dit, pour une extrémité d'une fibre 6 située dans l'angle supérieur gauche du panneau, l'autre extrémité corres- pondante est située dans l'angle supérieur gauche de la fenêtre 19. On procède alors au ponçage de finition de la face d'extrémité 19 du faisceau optique 18 (figure 6) opposée au panneau 1. Le panneau à fibres optiques finalement obtenu est représenté grossièrement à la figure 6. Il comporte sur sa face avant 21 une couche protectrice 9, qui fait corps avec les fibres optiques 6, et qui forme finalement un écran optique solidaire de chaque fibre et assurant une bonne répartition des flux lumineux. Au panneau 1 est aussi associé un capteur de lumière 22, de forme parabolique, qui est réalisé par le même procédé que ce panneau à fibres optiques, et qui transmet, de préférence, par son faisceau optique de sortie 23, l'information lumineuse environnante, d'intensité d'éclairement solaire par exemple, à un organe de régulation qui commande l'émission de lumière thermique émanant de toute source appropriée sur le panneau 1 à partir de la fenêtre 19, afin par exemple de corriger l'indice de luminosité de ce panneau I en fonction de la lumière ambiante. Comme le montre schématiquement la figure 6, le capteur peut également fournir directement l'énergie lumineuse à la fenêtre d'émission 19 du faisceau optique 18 par l'intermédiaire de son faisceau optique 23. La figure 7 schématise une variante de mise en oeuvre du procédé, dans laquelle la couche résiduelle 9 a été totalement éliminée, par exemple par ponçage, tandis qu'il est procédé à l'inclusion des fibres 6 sur une partie de leurs longueurs émergeant directement de la face non visible de la matrice 1, représentée en traits mixtes sur la figure 7, dans un panneau 24. Celui-ci est réalisé à partir d'un matériau liant, notamment synthétique, tel qu'une mousse de polyuréthane compatible avec le produit de gainage des fibres 6, qui vient noyer une partie de la longueur des fibres de manière à les maintenir dans des positions relatives identiques à celles définies par la matrice 1. Ceci permet donc de retirer cette matrice I de façon à la. récupérer pour son utilisation dans des fabrications ultérieures. Le panneau 24 présente donc sur sa face, préalablement en contact avec la matrice 1, les extrémités des fibres 6 en saillie, et constitue ainsi l'écran support de l'image. Comme il va de soi, l'invention n'est nullement limitée à l'exem- ple de réalisation qui vient d'être décrit. La plaque perforée peut -être en un autre métal que l'aluminium, et peut même être réalisée en matière plastique, résine, bois, ou autre matériau compatible avec celui utilisé pour les fibres et permettant de former la plaque avant. Il est préférable 'que le cadre 2 soit constitué en même matériau que la matrice 1, afin d'avoir la même contrainte mécanique quelle que soit la température. Les trous 3 peuvent avoir une section quelconque autre que circulaire, par exemple carrée, triangulaire, en losange, ou autre. L'aspect de surface de cette couche protectrice 9 peut être rendu lisse ou granuleux, selon la granulo- métrie des abrasifs utilisés. Cette couche 9 peut être également teintée en surface. Elle peut être déformée, avec la plaque I éventuellement, afin d'obtenir une surface courbe concave ou convexe. REVENDICATIONS I - Procédé de fabrication d'un panneau ou capteur lumineux à fibres optiques, caractérisé en ce que le panneau ou capteur et ses fibres optiques sont réalisés simultanément en une même succession d'opérations qui consiste: - à réaliser une plaque (1) pouvant être destinée à former la plaque avant du panneau ou capteur à fibres optiques, cette plaque étant perforée de trous (3), répartis selon un quadrillage à angles droits et de diamètres (D) égaux à ceux souhaités pour l'extrémité libre, côté panneau, des fibres (6); - à placer cette plaque perforée (1) en position horizontale, à la recouvrir d'une couche en fusion de produit (4) thermofusible constitutif des fibres optiques, de manière que le produit coule à travers les trous (3) de la plaque (1) pour former un faisceau de fibres verticales (6) de longueur réduite, pendant sous cette plaque (1), et à stopper la fusion avant que la couche de produit ne se soit totalement consommée, laissant ainsi une couche résiduelle non fluide (9) sur la plaque (1); - à étirer ce faisceau de fibres (6) tout en le chauffant à une température au moins égale à sa température de ramollissement, jusqu'à obtenir la longueur voulue - à gainer ces fibres au moyen d'un produit auxiliaire de gainage (1 1). 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste: à éliminer totalement la couche résiduelle (9) de la plaque.(l); - à inclure les fibres (6), sur une partie de leurs longueurs émergeant directement de la plaque (1), dans un panneau (24) constitué en un matériau liant, notamment synthétique, apte à les maintenir dans des positions relatives identiques à celles définies par la plaque (1); - à retirer la plaque (1) de telle sorte que les extrémités des fibres (6) soient en saillie par rapport au panneau (24). 3 - Procédé selon la revendication I ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste enfin à rassembler les extrémités libres de ces fibres en un bloc homogène (20) apte à constituer le faisceau optique (18) d'amenée ou de transmission de signaux lumineux. 4- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le produit (4) constitutif des fibres optiques se présente sous la forme d'une plaque (4) disposée sur la plaque (1) et amenée ensuite en fusion. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la plaque perforée (1) est placée dans un cadre (2) de manière à former avec celui-ci une cuvette de profondeur (p) ajustée pour que l'espace de remplissage qu'elle laisse disponible détermine la quantité de matière thermofusible à utiliser. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications I à 5, caractérisé en ce que le chauffage du produit (4) afin de le faire fondre est assuré par rayonnement infrarouge et/ou par air filtré et réchauffé. 7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisé en ce que l'étirement du faisceau de fibres (6) est assuré en chauffant ces fibres (6) à leur température de ramollissement, et en exerçant sur ceux-ci une traction linéaire. 8 - Procédé selon l'une quelconque des revendications I à 7, caractérisé en ce que le rassemblement des fibres (6) est effectué par un dispositif à règles (12,13) et curseurs (14,15). 9 - Panneau ou capteur lumineux à fibres optiques, réalisé par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est revêtu, sur sa face avant (21), d'une couche (9) de produit constitutif des fibres optiques qui est d'un seul tenant avec les extrémités visibles de ces fibres optiques (6). - Panneau ou capteur lumineux selon la revendication 9, caractérisé en ce que ses fibres optiques (6) sont tronconiques. 11 - Panneau ou capteur lumineux réalisé par le procédé selon l'une des revendications I à 8, caractérisé en ce que ses fibres optiques (6) sont tronconiques. 12 - Panneau lumineux à fibres optiques réalisé par le procédé- selon l'une quelconque des revendications I à 8, caractérisé en ce que les extrémités des fibres (6) constituant le faisceau optique (18) sont réparties d'une façon homologue aux extrémités correspondantes de ces fibres (6) situées sur la face avant (21) du panneau (1).