Brevet FR2689961A1 — publié le 19931015

PROJECTEUR A OPTIOUE FLUIDE La présente invention concerne l'optique industrielle de grande puissance. I1 s'agit de créer un projecteur de lumière dont la puissance lumineuse peut être très supérieure à tout ce qui existe actuellement. L'utilisation d'un tel système ne nécessite pas de verre anticalorique pour projeter des images fixes ou mobiles d'où un gain considérable de rendement optique. Les projecteurs actuels sont traditionnellement composés d'une source lumineuse, d'un réflecteur et d'une lentille de sortie du type de la lentille de Fresnel. Leur puissance est limitée à 20 Kw. Cette puissance est limitée et nécessite l'utilisation de verre anticalorique pénalisant le rendement lumineux nécessaire aux projections d'images fixes. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à cet inconvénient. La nature de l'invention consiste à utiliser les propriétés optiques et thermiques d'éléments fluides en état stable, ou mis en mouvement par convection naturelle, ou entretenu en mouvement forcé dans un récipient étudié aux formes intérieures optiques appropriées. On utilisera la variation forcée et entretenue de l'indice de réfraction par la maîtrise du gradient thermique du milieu fluide créant ainsi un gradient d'indice de réfraction. On utilise de plus les propriétés de transmission ou d'absorption d'une partie du flux lumineux par le fluide en fonction de la longueur d'onde. I1 s'agit d'une optique qui recueille toute la lumière produite par une ou plusieurs sources lumineuses, quelque soit l'incidence du rayonnement d'entrée et sa position par rapport à sa face d'entrée, la canalise et la concentre en une nappe divergente dont la forme est figée. Cette optique utilise les propriétés de réfraction et réflexion totale,d'une part sur ses surfaces et dioptres selon les lois de Descartes-Snell et d'autre part au sein même du fluide en mouvement. On note que cette optique est contrôlée thermiquement par des mouvements forcés de fluides gazeux ou liquides. Ce nouveau système évite l'utilisation des filtres anticaloriques pénalisant les projecteurs actuels (rendement de 25 à 30 t) pour la projection des images fixes. Les filtres anticaloriques absorbent en effet une quantité non négligeable de lumière visible. La solution adoptée consiste à faire circuler un fluide transparent à la lumière visible et opaque aux autres rayons lumineux dans un récipient de forme appropriée et parfaitement définie de telle sorte que les lois de Descartes-Snell soient vérifiées et assujetties à une circulation laminaire créant en son sein un gradient thermique régulé favorisant la concentration de rayons lumineux par réfléxions et réfractions successives. Pour atteindre simultanément ce résultat il faut que la forme du volume de l'optique de concentration soit générée par la révolution d'un segment d'arc de spirale logarithmique. D'autres segments d'arcs, courbes ou approximations par lignes brisées seront aussi possibles pour générer cette forme de volume mais SEUL l'arc de spirale logarithmique donne le rendement optique maximum. D'autres formes que des formes de révolution sont également possibles. La figure n"l représente une perspective écorchée de l'optique fluide. La figure n"2 représente une coupe de l'optique fluide. En référence aux figures n0 1 et n 2, le dispositif comporte les éléments suivants numérotés. La forme intérieure (1) constitue l'essentiel de l'OPTIQUE FLUIDE. Cette forme est générée par la révolution dcun arc de spirale logarithmique La surface est recouverte d'un dépôt réfléchissant chromé, nickelé, argenté, ou constituée d'un dépôt de verre ou de tout autre système parfaitement réfléchissant. Cette forme peut être exécutée en fonderie sous pression ( fonderie d'aluminium, fonte ou tout autre matière ayant une bonne résistance mécanique et thermique) sur laquelle il est possible de fixer un dépôt réfléchissant. La géométrie intérieure doit être parfaite. Les récipients (2) et (3) supports de la forme intérieure,sont formés de deux enveloppes rendues solidaires par des vis et un joint (4). Ces enveloppes peuvent extérieurement servir de radiateur pour évacuer les calories excédentaires par circulation forcée d'un fluide réfrigéré. L'enveloppe (5) extérieure retenant le fluide réfrigérant. Le Joint d'étanchéité (6). Le hublot (7) transparent formant la face d'entrée .L'étanchéité est réalisée par un joint torique. Le tout est maintenu par une bride de maintien (8) vissée. Le cône de sortie (9) de la forme intérieure du récipient marqué (1) est constitué de matière transparente tel un verre de qualité optique résistant très bien à la température. Ce cône est maintenu à l'ensemble (1),(2) et (3) par une bride de maintien (11).L'ensemble est rendu étanche par un joint torique (10).Le sommet (12) du cône est coiffé d'une collerette d'écoulement qui permet l'évacuation du fluide optique A pour sa remise en froid. Pour le bon fonctionnement de l'ensemble, il est impératif de créer une circulation forcée du fluide optique A qui doit être assujetti à pénétrer dans l'optique de façon tangentielle a la forme optique et le plus près possible de la face d'entrée disposée de telle sorte que la circulation initiale soit tangentielle et laminaire. Le fluide doit dans toute l'optique être animé d'un mouvement de rotation centripète jusqu'à son évacuation par le sommet du cône de sortie. La collerette (13) d'écoulement contribue à évacuer le fluide optique A vers un dispositif de refroidissement et de filtrage en circuit fermé (15) grâce à une tuyauterie (14). C'est en effet ce fluide qui évacue en partie l'énergie calorifique inutile créée par le rayonnement infra-rouge.La tuyauterie (14) d'évacuation sera aplatie dans le sens du flux lumineux pour occulter au minimum le faisceau de sortie. Dispositif (15) en circuit fermé comportant un filtre, une pompe et un échangeur thermique. Le fluide thermique B de refroidissement (16) du radiateur périphérique pénètre du côté de la face d'entrée optique (face la plus chaude). La sortie se fera du côté du cône de sortie. Tout l'ensemble devra être mis en oeuvre et contrôlé par un servomécanisme. L'ensemble devra être piloté à partir de points de test de température, de pression et de débit répartis sur les endroits stratégiques du circuit fluide de refroidissement. La création d'un projecteur à optique de TRES GRANDE PUISSANCE permet d'augmenter de façon non négligeable le rendement optique et de diversifier le domaine d'application de ces appareils. Ce type de projecteur est capable de reproduire une image fixe ou mobile sur un écran (nuages ou édifices publics) situés à grande distance. Le projecteur convient donc bien pour les spectacles de sons et lumières ou les représentations extérieures de grande envergure. Il permet aussi la projection de nappes de grande intensité lumineuse, de grande ouverture de faisceau ( environ 1700) à grande distance. Son utilisation peut convenir aussi dans l'éclairage de grands chantiers de travaux publics (tels les constructions de barrages ou ouvrages d'art) les grandes installations portuaires comme Antifer, apportant de ce fait une sécurité visuelle supplémentaire au personnel. D'autres applications comme la mise en valeur de sites prestigieux peuvent également être envisagées. Il est aussi possible en changeant de fluide et en le choisissant pour ses propriétés de transmission ou d'absorption d'une partie du flux lumineux en fonction de sa longueur d'onde, d'utiliser ce projecteur par visibilité réduite due à la présence de brumes et brouillards. (éclairage de ports, de pistes d'atterrissage ou de noeuds routiers). Il est encore possible en utilisant des produits pâteux ou solides,présentant évidemment les mêmes propriétés optiques, d'embarquer ces projecteurs sur des mobiles roulants, volants ou flottants. I1 est aussi possible d'utiliser un volume vide de tout fluide en mettant à profit la seule propriété optique créée par la spirale de révolution. Dans tous ces cas ,on rappelle qu'il est impératif de toujours respecter la forme intérieure du volume de l'optique de concentration, qu'elle soit de révolution ou non. I1 est enfin possible de créer un bloc monolithique solide et transparent comme le verre ou le plastique. Ce bloc, dont la forme extérieure (dioptre utile) doit respecter celle du volume de l'optique fluide pourrait aussi concentrer les rayons lumineux de la même manière. On note enfin que le fonctionnement de tels projecteurs ne produit pas de dégagement thermique dans l'environnement ni dans le flux lumineux. REVENDICATIONS. 1) dispositif destiné à concentrer la totalité de la lumière qui pénètre, de façon quelconque en direction et en incidence, par la face d'entrée de l'optique, qui ressort, selon une nappe parfaitement organisée et figée, et dont le volume est généré par la révolution ou la non révolution d'une courbe géométrique qui peut être un arc de spirale, 2) dispositif selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'arc de spirale est un arc de spirale logarithmique, 3) dispositif selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la forme optique (surface réfléchissante) est parcourue par un fluide maintenu en circulation forcée et assujettie à pénétrer dans l'optique de façon tangentielle à la forme optique et le plus près possible de la face d'entrée et disposée de telle sorte que la circulation initiale soit tangentielle et laminaire, de plus le fluide doit dans toute l'optique être animé d'un mouvement de rotation centripète jusqu'à son évacuation par le sommet du cône de sortie évacuant ainsi les calories, 4) dispositif selon l'une des revendications 1,2 et 3 caractérisé en ce que cette rotation centripète créé un gradient thermique créant un gradient d'indice de réfraction au sein de l'optique fluide, 5) dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le fluide sera choisi pour ses propriétés de transmission ou d'absorption d'une partie du flux lumineux en fonction de sa longueur d'onde, 6) dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par une face d'entrée formée d'un hublot transparent par lequel pénètre le flux lumineux, et un cône de sortie dont la forme prolonge la courbe du volume optique et constitué d'une matière transparente, 7) dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par une possibilité de remplacer le fluide par tout autre produit pâteux ou solide ou même d'utiliser ce volume optique vide de tout fluide, 8) dispositif selon la revendication 5 caractérisé par un bloc monolithique solide et transparent comme le verre ou le plastique, ce bloc dont la forme extérieure (dioptre utile) doit respecter celle du volume de l'optique fluide, 9) dispositif l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le volume peut être refroidi par un fluide thermique supplémentaire circulant dans un radiateur extérieur à l'ensemble.