Brevet FR2639683A1 — publié le 19900601

La présente invention concerne un projecteur de lumière, du type comprenant une source lumineuse et un réflecteur qui réfléchit une partie du faisceau émis par la source le faisceau réfléchi et le faisceau non réfléchi formant un faisceau lumineux de sortie à caractéristiques géométriques prédéterminées. Dans le contexte de l'invention, il faut entendre par projecteur de lumière aussi bien un système d'éclairement d'une zone d'ombre par exemple, qu'un système de signalisation d'un obstacle ou de balisée d'une piste par exemple. Les sources lumineuses utilisées dans ces projecteurs sont souvent des lampes à arc, à décharge électrique ou à incandescence, sachant que le choix de la source alumineuse, en particulier selon la puissance lumineuse demandée, et les caractéristiques géométriques du réflecteur, en particulier selon la configuration symétrique ou dissymétrique souhaitée pour le faisceau de sortie, varient en fonction des applications envisagées. D'une manière générale, les sources lumineuses utilisées émettent le plus souvent un rayonnement omnidirectionnel et sont situées au foyer du réflecteur pour limiter au maximum les pertes d'énergie, c' est-à- dire pour avoir un rendement maximum dont il résulte un faisceau lumineux de sortie à luminosité optimum. Cependant, les projecteurs de lumière utilisant comme source lumineuse une lampe h décharge électrique dans un gaz, en particulier une lampe à néon, présentent certains inconvénients inhérents à ce type de lampe. En effet. une lampe & néon a une duree de fonctionnement relativement courte, est fragile et est d'un coût élevé résultant notamment de sa complexité qui impose des procédés de fabrication délicats souvent mis en oeuvre de façon manuelle. De plus, une lampe à néon nécessite pour son fonctionnement une tension d'amorçage relativement élevée qui requiert la présence d'un convertisseur de tension. Dans le cas d'un projecteur de lumière autonome et portatif, il vient s'ajouter un inconvénient supplémentaire lié à la source d'alimentation, telle une pile, qui augmente considérablement les dimensions et le poids du projecteur. Un projecteur autonome et portatif avec une source de lumière constituée par une lampe à néon est notamment utilisé dans les chemins de fer comme système de signalisation dénommé lanterne. Ces lanternes sont employées pour signaler l'arrière d'un train, en particulier de marchandises, en circulation ou à l'arrêt. Le recours aux lampes à néon dans ces lanternes se justifie essentiellement par la caractéristique d'une lampe à néon qui est d'émettre un rayonnement dont la longueur d'onde correspond à une couleur rouge-orangé qui se rapproche le plus de la couleur rouge imposée pour ce type de signalisation.Pour obtenir cette couleur rouge imposée, chaque lanterne est équipée d'un filtre correcteur de couleur rouge qui, d'une part, permet de rétablir la bonne longueur d'onde pour le faisceau de sortie de la lanterne et, d'autre part, permet d'obtenir un effet visuel de couleur rouge pendant l'extinction de la lampe. Cependant, l'utilisation de ce filtre correcteur présente l'inconvénient d'absorber environ 30% de l'énergie du rayonnement émis par la lampe, ce qui diminue la luminosité du faisceau de sortie qui, néanmoins, doit être suffisante pour rendre la lanterne visible à une distance de 1 km environ dans des conditions atmosphériques anormales. D'une manière générale, le but de l'invention est de concevoir un projecteur de lumière basé sur l'utilisation d'au moins une source lumineuse à rayonnement directif pour obtenir un faisceau lumineux de sortie semblable à celui obtenu dans le cas d'un projecteur de lumière équipé d'une lampe à rayonnement omnidirectionnel. A cet effet, l'invention propose un projecteur de lumière du type précité et qui se caractérise en ce que la source lumineuse est formée par des émetteurs de lumière à rayonnement directif, et par un diffuseur de lumière interceptant au moins en partie les rayons lumineux incidents émis par les émetteurs de lumière et pour les réfléchir en partie en direction du réflecteur. Ainsi, le faisceau lumineux en sortie du projecteur est constitué par les rayons lumineux issus de la source et qui ont été - non interceptés par le diffuseur et par le réflecteur et/ou, - réfléchis par le réflecteur et/ou, - réfléchis par le diffuseur et/ou, - réfléchis par le diffuseur et par le réflecteur et/ou, - réfractés par le diffuseur. La forme du faisceau lumineux en sortie du projecteur est fonction de la disposition et de l'orientation des émetteurs de lumière, ainsi que des formes et des dimensions du diffuseur et du réflecteur. Selon l'invention, la source lumineuse est avantageusement formée par des sources de lumière froide telle dey diodes électroluminescentes, et le diffuseur de lumière est constitué par un cône creux transparent sensiblement axialement aligné avec l'axe optique du réflecteur, le sommet du cône étant dirigé vers l'intérieur du réflecteur. En disposant, selon un premier mode de réalisation, les diodes électroluminescentes parallèlement entre elles et à l'axe optique du reflecteur, avec le prolongement de chaque rayon lumineux réfléchi par le diffuseur passant sensiblement au voisinage du foyer du reflecteur, les pertes d'énergie sont réduites et il est possible d'obtenir un faisceau de sortie à luminosité maximum. Si le réflecteur présente une symétrie en ayant par exemple une forme parabolique, il est possible d'obtenir un faisceau lumineux de sortie à rayons sensiblement parallèles. En jouant notamment sur la forme géométrique du réflecteur, il est possible d'obtenir un faisceau de sortie dissymétrique. Une telle disposition est adoptée pour les lanternes de train évoquées précédemment ou, selon les normes imposées, le faisceau de sortie doit présenter une ouverture verticale d'environ 10 et une ouverture horizontale d'environ 15'. Cependant, l'expérience montre que la luminosité du faisceau de sortie, globalement répartie dans l'espace d'une manière uniforme, peut s'avérer insuffisante dans certaines applications, notamment suivant les axes horizontal et vertical dans le cas d'une lanterne de train ou des conditions sont également imposées sur la luminosité du faisceau de sortie suivant deux axes déterminés. aussi, selon un second mode de réalisation, les émetteurs de lumière sont orientés de manière à augmenter ou à privilégier la luminosité du faisceau de sortie suivant au moins un axe déterminé. Ainsi, sans augmenter la puissance lumineuse de la source, il est possible d'obtenir la luminosité requise suivant les axes horizontal et vertical en jouant sur l'orientation des diodes électroluminescentes qui ne sont plus systématiquement orientées parallèlement a l'axe optique du projecteur. Grâce à ces différentes dispositions, un projecteur de lumière conforme a l'invention présente de nombreux avantages qui résultent notamment de l'utilisation de diodes électroluminescentes, en particulier leur faible consommation, leur fiabilité, leur durée de fonctionnement, leur robustesse et leur coût de fabrication qui est notablement inférieur à celui d'une lampe à néon par exemple. Ces avantages peuvent être particulièrement mis en évidence par comparaison à un projecteur de lumière dont la source lumineuse est formée par une lampe à néon, comme dans le cas d'une lanterne de signalisation utilisée dans les chemins de fer.La consommation est environ réduite de moitié, le convertisseur de tension est supprimé et, pour une même puissance lumineuse, il est possible d'augmenter l'autonomie du projecteur par augmentation de la durée du fonctionnement de la source d'alimentation constituée par des piles, ou de réduire à autonomie égale le poids, et par conséquent le prix des piles. Concrètement, une lanterne classique d'un poids de 7 kg par exemple peut être ramenée à 5 kg, ce qui facilite grandement les opérations d'accrochage de la lanterne à l'arrière d'un wagon. Enfin, il est possible de choisir des diodes luminescentes à haute luminosité qui émettent un rayonnement dont la longueur d'onde correspond à la couleur rouge imposée par les chemins de fer. Dans ces conditions, le filtre correcteur rouge qui équipe néanmoins le projecteur pour donner un aspect visuel rouge lorsque les diodes sont éteintes, ne joue plus à proprement parler son rôle de filtre, c'est-à-dire qu'il n'absorbe pas d'énergie, si bien qu'à puissance égale, on obtient une plus forte luminosité pour un projecteur équipé de diodes électroluminescentes que pour un projecteur équipé d'une lampe à néon. D'autres avantages, caractéristiques et détails ressortiront de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels - la figure 1 est une vue de face partielle d'un projecteur de lumière conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un premier mode de réalisation d'un projecteur de lumière conforme à l'invention, et - la figure 3 illustre schématiquement le principe d'un second mode de réalisation de l'invention. Le projecteur de lumière 1 tel que représenté à la figure 1 comprend essentiellement une source lumineuse 2 et un réflecteur 3 globalement en forme d'entonnoir dont la paroi latérale interne 3a sensiblement de forme parabolique constitue une surface réfléchissante. Selon l'invention, la source lumineuse 2 est constituée par des diodes électroluminescentes 4 qui, dans l'exemple considéré ici, sont au nombre de six régulièrement réparties sur une couronne centrée sur l'axe optique X'X du projecteur 1 passant sensiblement par l'axe de symétrie du reflecteur 3. En se reportant plus particulièrement à la figure 2, les diodes 4 sont montées suivant une couronne sur une face d'une plaquette de circuit imprimé 5. L'autre face de la plaquette 5 supporte les différentes liaisons électriques Les diodes 4 sont interconnectées entre les bornes d'entrée-sortie de la plaquette 5 suivant un montage parallèle ou série-parallèle pour éviter que la défaillance d'une diode 4 entraine l'extinction totale de la source lumineuse 2. Enfin, les diodes 4 sont disposees sur la plaquette de circuit imprime 5 de ma-niere à ce que les diiferents ravonnements directionnels émis par les differentes diodes se propagent sensiblement parallélement a l'axe optique X'X du projecteur 1. Autrement oit, les diodes 4 sont montees parallèlement entre elles, l'angle d'ouverture u faisceau lumineux emis par chaque diode etant compris entre 5 et 10#environ. La plaquette circuit imprime 5 est solidaire d'une embase 7 formant culot. L'embase 7 se presente sous forme d'un élement cylindrique creux 7a ouvert a une extremite et dont ;'autre extremite fermes @b formant paroi de fcnd presente une ouverture centrale prolonges axialement par une partie tubulaire 7c taraudée interieurement. Un element fileté tel qu'une tige filetee 8 est visses à l'interieur de la partie ubulaire 7c et Pressente une longueur telle qu'elle fait saillie de part et d'autre de cette partie tubulaire 7c. a plaquette de circuit imprimé 5 presente un trou central par iequel elle est engages librement sur la tige filetee 8 jusqu'à venir en butee contre la surface d'extrémite libre de la partie tubulaire 7 de l'embase 7. La plaquette ne circuit imprime 5 est fixes en position par l'intermediaire de deux ecrous 9 engages respectivement par les deux extremités de la tige filetez 8 jusqu'a venir en butes d'une part. contre la plaquette de circuit imprime 5 et, d'autre part, contre la paroi de fond 75 de l'embase 7. Le projecteur de lumière 1 est complété, conformement a l'invention. par un dispositif 10 dénomme diffuseur de lumière qui, dans l'exemple considéré ici est un cône creux transparent 11 en poly(methacrylate de methyle) et dont le sommet ouvert se prolonge axialement par uns partie tubulaire 12 filetee interieurement par laquelle il est visse sur la tige filetée 8 du cote adjacent aux diodes 4. e sommet du cons 11 vient en appui. le cas echeant. par une ou plusieurs rondelles entretoises 13 @ontre l'ecrou 9 en appui sur la plaquette de circuit imprime 5.Les dimensions du one 11 sont telles que les rayonnements emis par les diodes 4 sont ir.terceptes par la surface extérieure lia du cône 11. la ou les rondelles entretoises 13 servant a régler la position du cone 11 par rapport au foyer F du réflecteur 3. La source lumineuse 2 ainsi constituee forme un ensemble qui est ensuite fixe au réflecteur 3. Pour cel. le reflecteur 3, sensiblement de orme parabolique, est ouvert à son sommet et se prolonge axialement par un élement tubulaire 3b d'un diamètre à peine superieur a celui de l'embase 7 de la source lumineuse 2, de manière a recevoir celle-ci par emmanchement à force, par exemple, tout en permettant de les désolidariser l'un de l'autre.Après cet assemblage, les diodes 4 et le cone 11 sont situes à @'interieur du reflecteur 3, l'axe du cons 11 étant sensiblement confondu avec l'axe X'X de la parabole fcrmee par la surface interne 3a du reflecteur 3, axe qui forme l'axe optique du projecteur l. Les diodes 4 montées sensiblement parallèllement à la tige filetez 8 emettent chacune un rayonnement dont la direction principale est sensiblement parallèle à l'axe optique X'Y.. La structure du projecteur 1 est complètes par une plaque 15 qui, dans l'exemple considéré ici, est teintee de couleur rouge pour l'application envisagée par la suite. Cette plaque 15, par exemple en polycarbonate est rapportee et fixes de manière amovible, contre la surface d'extrémité libre du réflecteur 3 emprisonnant ainsi la source lumineuse 2 à l'interieur du reflecteur 3. En se reportant à la figure 2, il va etre explicite le rôle du diffuseur de lumière 10. Un ravin incident Il émis par une diode 4 parallelement à l'axe optique X'X et intercepte par le diffuseur 10, est scindé par celuici en un rayon reflechi R1 et un ravon rerracte F2. Le rayon réfracté R2 sort du diffuseur 10 suivant un rayon lumineux R3, et le rayon réfléchi R1 se réfléchit à nouveau sur la surface réfléchissante 3a du réflecteur 3 pour donner un rayon lumineux de sortie R4. Dans l'exemple considéré ici, les rayons lumineux R3 forment un faisceau de sortie divergent, dès l'instant où l'épaisseur du cône 11 formant le diffuseur a une épaisseur variable par exemple, et les rayons lumineux R4 forment également un faisceau de sortie divergent, dès l'instant où la surface 3a du réflecteur est dissymétrique. L'ensemble des rayons R3,R4 et les rayons des diodes 4 éventuellement non interceptés par le diffuseur 10 et éventuellement réfléchis par le réflecteur 3, forment le faisceau de sortie du projecteur 1 qui, dans cet exemple, a une forme dissymétrique. Une telle forme de réalisation permet d'appliquer l'invention à une lanterne de signalisation utilisée dans les chemins de fer pour obtenir un faisceau divergent de sortie ayant une ouverture verticale de 10 environ et une ouverture latérale de 15 environ conformément aux normes imposées pour une telle lanterne. La plaque 15 montée à la sortie du réflecteur est de couleur rouge de manière a obtenir la couleur imposée pour une telle lanterne. Etant donné que les diodes électroluminescentes 4 à haute luminosité émettent un rayonnement dont la longueur d'onde correspond sensiblement à la couleur rouge imposée, la plaque 15 ne joue pas le rôle de filtre, c'est-à-dire qu'elle n'absorbe pas d'énergie, son rôle se limitant à donner une couleur rouge à la lanterne lorsque les diodes sont éteintes. Dans un second mode de réalisation décrit ci-après, la source lumineuse 2 est également constituée par des diodes électroluminescentes qui, dans cet exemple, sont au nombre de huit Dl à D8. La seule différence avec le premier mode de réalisation réside dans le fait que les diodes ne sont plus disposées parallèlement les unes aux autres suivant l'axe optique X'X du projecteur 1, mais orientées de manière différente pour privilégier la luminosité du faisceau de sortie du projecteur suivant au moins un axe déterminé. Plus précisément, les diodes sont orientées chacune de manière à ce que les rayonnements directifs rl à r8 émis par les différentes diodes se répartissent sur un écran placé à un mètre de distance des diodes et suivant un plan perpendiculaire à l'axe optique du réflecteur, de la manière indiquée à la figure 3 et en l'absence de diffuseur et de réflecteur. En se reportant à cette figure 3, on remarque que les diodes D1 à D8 sont disposées sensiblement suivant une couronne. Les diodes D1 à D8 sont orientées de manière à ce que les taches lumineuses formées sur l'écran Dans ce second mode de réalisation, l'orientation des diodes est telle que la courbe d'intensité lumineuse résultant de l'ensemble des faisceaux émis par les diodes privilégie les axes Z'Z et Y'Y par suite d'une recomposition appropriée Concrètement, ltorientation de chaque diode D1 a D8 s'obtint par tatonnements successifs jusqu'a obtenir la luminosité souhaitée en sortie. Bien évidemment chaque orientation peut aussi être calculée mathématiquement, et le nombre de diodes utilisées peut varier selon la puissance d'émission de chaque diode et la puissance lumineuse souhaitée en sortie. Les orientations des diodes Dl à D8 étant définies suivant l'application envisagée pour privilégier la luminosité du faisceau de sortie du projecteur suivant au moins un axe, il est avantageux de fabriquer la plaquette de circuit imprimé 5 formant le support des diodes en respectant ces orientations pour éviter de refaire à chaque fois le réglage pour chaque projecteur. Ainsi, l'orientation des diodes combinée notamment avec la forme du déflecteur permet de modifier la répartition de la luminosité du faisceau de sortie du projecteur, en privilegiant au moins un axe. D' une manière générale la source lumineuse est constituée par des sources de lumière froide, les diodes électroluminescentes ayant été données à titre d'exemple. La recombinaison des faisceaux lumineux émis par les diodes peut varier d'une application à une autre, c'est-à-dire que les diodes peuvent être disposées et associées d'une manière différente de celle envisagee dans le second mode de réalisation sans sortir du cadre de l'invention. Bien entendu, la disposition et l'orientation des diodes, ainsi que la forme du diffuseur et du réflecteur, peuvent etre telles que le faisceau de sortie soit un faisceau parallèle. REVENDICATIONs 1.- Projecteur de lumière, du type comprenant une source lumineuse et un réflecteur qui réfléchit une partie du faisceau émis par la source, le faisceau réfléchi et le faisceau non réfléchi formant un faisceau lumineux de sortie à caractéristiques géométriques prédéterminées, caractérisé en ce que la source lumineuse (2) est formée par des emetteurs de lumière 2.- Projecteur de lumière suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les émetteurs de lumière (D1-D8 > sont des sources de lumière froide telles des diodes électroluminescentes. 3.- ProJecteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les émetteurs de lumière (D1-D8) sont divisés en au moins deux groupes, un groupe (D1,D2,D7,D8) privilégiant un premier axe