Brevet FR2700201A1 — publié le 19940708

La présente invention concerne un distributeur optique à fibres optiques du type constitué par un assemblage de guides optiques comportant chacun une pluralité de fibres optiques réunies en faisceau. On sait que, pour véhiculer de la lumière, les fibres optiques se révèlent particulièrement intéressantes du fait de leur grande souplesse d'utilisation. On sait également qu T une même source lumineuse peut être utilisée pour alimenter plusieurs fibres optiques dirigées vers des endroits différents. I1 s'agit alors de distribuer la lumière dans chacune de ces fibres. On utilise à cet effet des distributeurs optiques oui sont constitués par un assemblage de guides optiques dont les faces terminales disposées contigüment constituent une face réceptrice de lumière, chaque guide étant par ailleurs indépendant. En général, chaque guide optique est composé d'une pluralité de fibres optiques réunies en faisceau. Pour réaliser un tel distributeur optique, on rassemble un grand nombre de fibres optiques en faisceau, en positionnant leurs faces terminales dans un même plan, et lton maintient serrés les tronçons d'extrémités de ces fibres, par exemple à Laide d'un gainage en matière plastique tandis que 1 1on sépare le faisceau de fibres ainsi réalisé en une pluralité de faisceaux comportant chacun un plus petit nombre de fibres maintenues entre elles par un gainage en matière plastique. Chaque faisceau constitue individuellement un guide optique distinct des autres guides optiques issus du même distributeur optique. En plaçant une source lumineuse en regard de la face réceptrice de lumière du distributeur optique, on peut distribuer un flux lumineux au travers de chaque guide optique. Les distributeurs optiques connus présentent des inconvénients qui limitent leur utilisation. L'inconvénient principal réside dans le fait que le flux lumineux n est pas équitablement réparti entre les différents guides optiques du distributeur optique. Par ailleurs, l'alimentation d'un tel distributeur optique par une source lumineuse nécessite l'utilisation d'un concentrateur de lumière efficace, mais qui n'échauffe pas trop fortement les fibres optiques, dont la plupart supportent difficilement des températures permanentes supérieures à environ 60 C. La présente invention vise à fournir un distributeur optique et un concentrateur de lumière qui ne présentent pas les inconvénients des dispositifs connus. La présente invention a pour objet un distributeur optique constitué par un assemblage de guides optiques comportant chacun une pluralité de fibres optiques réunies en faisceau, la face terminale de ltensemble des fibres optiques des différents guides optiques se trouvant dans un même plan pour constituer une face réceptrice de lumière à contour circulaire, caractérisé par le fait que dans chaque guide optique, le faisceau de fibres optiques présente, au moins à sa terminaison, une section dont les contours sont uniquement constitués par des rayons de la face réceptrice de lumière du distributeur optique et par des cercles concentriques à ladite face réceptrice de lumière. Ainsi, en utilisant un concentrateur de lumière qui crée une répartition de flux lumineux symétrique par rapport au centre de la face réceptrice du distributeur, ce qui est fréquent dans la mesure où la plupart des concentrateurs de lumière sont constitués par des surfaces de révolution, on obtient une répartition du flux lumineux égale entre les guides optiques du distributeur optique qui sont équidistants du centre de la face réceptrice de lumière. De préférence, les guides optiques comportent un embout ou une gaine réalisé en matériau polymère qui évite les accumulations thermiques. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la terminaison de chaque guide optique présente la forme d'un secteur angulaire. Dans ce cas, on réalise un distributeur optique selon l'invention en disposant radialement les terminaisons des guides optiques dans le plan constituant la face réceptrice de lumière du distributeur optique. Selon l'invention on peut réaliser des distributeurs optiques modulaires, ctest-à-dire dans lesquels on peut facilement assembler des guides optiques dont la section terminale en forme de secteur angulaire est de plus grande dimension pour certains d'entre eux. Dans ce cas, on obtient une répartition du flux lumineux qui est différente pour chaque guide optique, mais précisément déterminée par le choix des guides optiques. Avantageusement, les guides optiques présentent, non pas seulement sur leur section terminale, mais également sur leur section courante, une forme de secteur angulaire. Ainsi, on peut fabriquer des guides optiques de grandes longueurs pour en utiliser des tronçons obtenus par sectionnement en deux points quelconques de leur longueur, la section terminale d'un tronçon ainsi obtenu présentant toujours la forme requise pour son assemblage avec d autres guides optiques afin de constituer un distributeur optique selon l'invention. Dans une variante, on peut remplacer certains guides optiques par des cales obturatrices dont la forme correspond à celle d'un guide optique manquant. La présente invention a également pour objet un concentrateur de lumière destiné à alimenter un distributeur optique selon l'invention. Un tel concentrateur de lumière est caractérisé par le fait qu'il comporte une calotte de forme ellipsoidale dont la surface réfléchissante correspond au moins à une calotte obtenue par troncature d'un ellipsolde selon l'un de ses plans focaux. Un tel concentrateur de lumière est destiné à être utilisé en combinaison avec un distributeur optique tel que décrit ci-dessus, en plaçant une source lumineuse au foyer de la calotte ellipsoidale du concentrateur de lumière et en disposant le distributeur optique dans l'axe focal dudit concentrateur de lumière, avec sa face réceptrice de lumière orientée en direction de la source lumineuse et située au voisinage du deuxième foyer de ltellipsolde définissant la forme du concentrateur de lumière. Ainsi, tous les rayons issus de la source lumineuse dirigés en arrière du plan focal du concentrateur sont renvoyés au deuxième foyer de lT ellipsoïde. Dans la pratique, la source lumineuse présente un encombrement matériel que T on peut assimiler à une sphère de rayon r. Avantageusement, l'ellipsoïde définissant le concentrateur de lumière selon l'invention comporte un grand axe de longueur 30 r et un petit axe de longueur 25 r. En choisissant de telles caractéristiques géométriques, on obtient une grande efficacité dans la concentration du flux lumineux. Dans une variante préférée de ce mode de réalisation de l'invention, la calotte ellipsoidale du concentrateur de lumière s'détend jusqu'au plan médian de l'ellipsoïde orthogonal à son axe focal. Une telle calotte réfléchissante permet de récupérer également les rayons lumineux issus de la source lumineuse qui sont situés en avant du plan focal de la calotte ellipsoidale du concentrateur de lumière. De tels rayons lumineux arrivent au voisinage du deuxième foyer de ltellipsolde définissant le concentrateur de lumière avec un angle par rapport à l'axe focal supérieur à 30 , ce qui diminue leur capacité de pénétration dans le distributeur de lumière. Pour corriger la trajectoire de ces rayons, on place une lentille divergente sur leur trajectoire. Avantageusement, on utilise à cet effet une lentille divergente biconcave, de diamètre extérieur 12 r et de diamètre intérieur 5 r, r étant le rayon de la source lumineuse placée au foyer du concentrateur de lumière. De préférence, la lentille divergente est placée à une distance du plan médian de l'ellipsoïde orthogonal à son axe focal égale à environ 4,5 r. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la surface réfléchissante du concentrateur de lumière est préalablement soumise à un traitement multicouche, de telle sorte que ladite surface ne réfléchisse que le spectre visible des rayons lumineux, ce qui permet d'éliminer 90X des rayons infrarouges émis par la source lumineuse. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, pour faciliter l'application d'un tel traitement multicouche, on réalise la calotte ellipsoIdale en trois parties identiques, séparées selon des plans sécants dans l'axe focal du concentrateur de lumière et distants deux à deux de 1200. Pour éliminer les 10% restants de rayonnement infrarouge issus de la calotte ellipsoidale, on peut interposer une vitre réfléchissant les infrarouges devant la face réceptrice de lumière du distributeur optique. Avantageusement, on incline cette vitre de 45" par rapport à l'axe focal. Dans le but de mieux faire comprendre l'invention on va en décrire maintenant des modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs de la portée de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 représente schématiquement un distributeur optique de l'art antérieur, - la figure 2 représente la face réceptrice de lumière d'un distributeur optique selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est un diagramme représentant un flux de lumière arrivant sur un diamètre quelconque de la face réceptrice de lumière de la figure 2, - la figure 4 représente schématiquement un concentrateur de lumière selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 5 représente une variante de la face réceptrice de lumière d'un distributeur optique selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, et - la figure 6 est une vue analogue à la figure 5 selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Sur la figure I, un distributeur optique du type connu, désigné globalement par 1, comporte une pluralité de fibres optiques 2 réunies en faisceau sur leur tronçon terminal 3 pour former la face réceptrice de lumière 4 du distributeur optique 1. Les différentes fibres optiques 2 sont maintenues serrées par une gaine 5, par exemple en matière plastique. A l'autre extrémité du distributeur optique 1, les fibres optiques 2 sont rassemblées en faisceaux de plus petite dimension 6. En général, chaque faisceau 6a, 6b, 6c comporte le même nombre de fibres optiques 2a, 2b, 2c. Dans un tel distributeur optique, les fibres optiques, par exemple 2a, d'un même guide optique 6a, sont réparties sur la face réceptrice de lumière 4 du distributeur optique 1 d'une façon aléatoire. Il en résulte que, si le flux de lumière envoyé sur la face réceptrice de lumière 4 n'est pas parfaitement homogène, tous les guides optiques ne recevront pas une même quantité de lumière, et ce, d'une manière imprévisible. Sur la figure 2, on a représenté la face réceptrice de lumière 4 d'un distributeur optique selon la présente invention. Conformément à l'invention, les faces terminales des fibres optiques 2a d'un même guide optique 6a sont réparties sur une surface en forme de secteur angulaire centré sur le centre 7 de ladite face réceptrice de lumière 4. Une telle répartition des fibres optiques permet d'alimenter tous les guides optiques d'une façon égale, à la seule condition que la répartition du flux lumineux arrivant sur la face réceptrice de lumière 4 soit symétrique par rapport au point central, 7. Un exemple d'un tel flux lumineux est représenté à la figure 3 dans laquelle l'axe des ordonnées représente la quantité de lumière reçue sur la surface 4, tandis que l'axe des abscisses représente sur un diamètre quelconque de ladite face réceptrice de lumière 4, la distance r au centre 7 de cette surface. Une telle répartition du flux lumineux peut être obtenue grâce à un concentrateur de lumière tel que celui représenté à la figure 4. Le concentrateur de lumière 8 représenté sur cette figure comporte une calotte ellipsoidale 9 découpée dans un ellipsoïde 10 à deux foyers 11 et 12. La calotte 9 s'étend depuis l'extrémité de l'ellipsoïde 10 située à gauche sur la figure 4 jusqu'au plan médian 13 dudit ellipsoïde. Une source lumineuse 14 se trouve au foyer Il situé à 11 intérieur de la calotte 9, tandis qu'un distributeur optique 1 selon 1 invention est placé au voisinage de l'autre foyer 12, dans l'axe focal de l'ellipsoïde 10, avec sa face réceptrice de lumière 4 orientée du côté de la source lumineuse 14. La face intérieure réfléchissante de la calotte 9 a subi un traitement multicouche grâce auquel elle ne réfléchit principalement que les rayons lumineux appartenant au spectre visible. Ainsi, 90Z des rayonnements infrarouges issus de la source lumineuse 14 sont éliminés lors de la réflexion sur la calotte 9, ce qui permet de ne transmettre majoritairement au distributeur optique 1 que de la lumière froide. La calotte ellipsoidale 9 réfléchit les rayons lumineux 16 issus de la partie arrière de la source lumineuse 14, ctest-à-dire ceux situés à gauche du plan focal 15 par rapport à la figure 4, ainsi que les rayons lumineux 17 issus de la partie avant de la source lumineuse 14, c'est-à-dire ceux qui se réfléchissent sur la partie de la calotte ellipsoidale 9 située à droite du plan focal 15 par rapport à la figure 4. Les rayons 16 issus de la partie arrière de la source lumineuse 14 arrivent sur la face réceptrice de lumière 4 du distributeur optique 1 en faisant par rapport à l'axe focal de l'ellipsoïde 10 un angle au maximum égal à 30 , ce qui est admissible pour un bon fonctionnement du distributeur optique 1. En revanche, les rayons lumineux 17 issus de la partie avant de la source lumineuse 14 arrivent au foyer 12 en faisant par rapport à l'axe focal de l'ellipsoïde 10 un angle compris entre 30 et 55 . Pour réduire cet angle à des valeurs inférieures à 30 , ce qui est nécessaire pour un bon fonctionnement du distributeur optique 1, on place une lentille divergente 18 sur la trajectoire des rayons lumineux issus de la partie avant de la source lumineuse 14. De cette manière on récupère d1 l'ordre de 20 à 25% de rayonnement lumineux supplémentaire issu de la source 14. Au sommet de la calotte 9, une ouverture 19 ménage un passage pour un support de la source lumineuse 14, ainsi que pour des fils d'alimentation électrique. Bien que la surface intérieure de la calotte 9 reçoive un traitement multicouche limitant les réflexions dans le domaine infrarouge, on peut également placer une vitre réfléchissante 20 devant le foyer 12 pour éliminer quasi totalement tout rayonnement infrarouge pénétrant dans le distributeur 1. Dans le mode de réalisation représenté, la vitre réfléchissante 20 est orientée avec un angle de 45" par rapport à l'axe focal de l'ellipsoïde 10. La figure 5 représente une variante d'une face réceptrice de lumière 4 d'un distributeur optique selon l'invention. Dans une telle face réceptrice de lumière 4, le flux lumineux émis par un concentrateur de lumière tel que celui représenté à la figure 3 présente une symétrie par rapport au centre 7 de la surface 4. En outre, la surface terminale de chaque guide optique 6a, 6b, ou 6c présente une surface efficace inversement proportionnelle au flux de lumière disponible à cette distance du centre 7 de la surface réceptrice 4. Par exemple, la face terminale du guide optique 6a est supérieure à celle du guide optique 6b, du fait que le flux lumineux est moins important à la périphérie de la surface 4. La figure 6 représente une autre variante dans laquelle la face réceptrice de lumière 4 est divisée en une pluralité de guides optiques dont les faces terminales sont de dimensions différentes mais des proportions déterminées. Par exemple, la face terminale du guide optique 6d est trois fois supérieure à celle du guide optique 6a. De cette manière, on peut fixer d'une façon précise la quantité de flux lumineux envoyée dans chaque guide optique. Il est bien entendu que les modes de réalisation qui viennent d'être décrits ne présentent aucun caractère limitatif et qu'ils pourront recevoir toutes modifications désirables sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Concentrateur de lumière destiné à alimenter un distributeur optique du type constitué par un assemblage de guides optiques (6) comportant chacun une pluralité de fibres optiques (2) réunies en faisceaux, la face terminale de l'ensemble des fibres optiques (2) des différents guides optiques (6) se trouvant dans un même plan pour constituer une face réceptrice de la lumière (4) issue du concentrateur, caractérisé par le fait qu'il comporte une calotte (9) de forme ellipsoidale dont la surface réflechissante correspond au moins à une calotte obtenue par troncature d'un ellipsoïde (10) selon l'un de ses plans focaux (15). 2 - Concentrateur de lumière selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la longueur du grand axe de l'ellipsoïde (10) est égale à environ 30 r et que celle du petit axe de l'ellipsoïde (10) est égale à environ 25 r, r étant le rayon d'une sphère matérialisant l'encombrement d'une source lumineuse (14). 3 - Concentrateur de lumière selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la calotte ellipsoidale (9) s'étend jusqu'au plan médian (13) de l'ellipsoïde (10) orthogonal à son axe focal. 4 - Concentrateur de lumière selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que sa surface réfléchissante est préalablement soumise à un traitement multicouche de telle sorte que ladite surface ne réfléchisse sensiblement que les rayons lumineux appartenant au spectre visible.