Brevet FR2718535A3 — publié le 19951013

FR 2718535 A3 19951013 FR 9404281 A 19940408 La presente invention concerne un nouveau type de gen-rate&îr de lum]cre principalement adapte aux Fibres Optiques Plastiques et eventuellement a base de verre pour des applications Penerales de l'eclairage. Ies applications les plus connues des fibres optiques concernent les transmissions analogiques et digitales utilisles par exemple dans les reseaux de telecommunications. Deputis queloues temps cependant les utilisations des ribres optiques dans les nombreuses applications de l'eclairage se developpent considerablement. Les avantages de la transmission directe des photons. donc de la lumiere par l'intermediaire des fibres optiques sont tres signiticatits. Parmi ceux-ci on peut citer: - l'obtention d'une lumiere froide a l'extremit: du cable a fibre optique transmetteur. - le deport possible de la lumiere a partir d'une source de lumiere distante. - une grande tacilite de maintenabit I t: la source de lumiere pouvant etre placee g des emplacements appropries pour des remplacements des places detectueuses. - une absence totale de risque d'21ectrocution: les photons. au contraire des electrons. ne presentant aucun danger. - un eclairage peut etre obtenu a l'interieur d'un fluide sans rique de court circuit pour par exemple: l'illumination des bassins. des piscines. des salles de bain.... - des effets docoratits surprenants crees sans consommation de puissance électrique supplementaire. ni elavation de tempeérature. Un systeme d'eclairage simple par fibres optiques consiste generalement a utiliser un cable compose d'une certaine quantite de fibres optiques coupla a une source de lumiare. Jusqu'a maintenant. les generateurs de lumière les plus couramment utilises comprennent des lampes halogenes ou a lodure metallque tandis que les câbles à libres optiques sont constitues par des fibres de plastique, silice ou verre. Les fibres de silice ou de verre presentent cependant de sérieux inconvénients. Par suite de leur très grande fragilite, de nombreuses fibres se cassent a l'interieur du cable apres quelques manipulations, ce qui réduit ainsi l'efficacité du cable. Ces câbles dont les embouts sont souvent réalises par collage presentent souvent une faible transparence optique. De plus. leur ouverture numerique qui ne dépasse generalement pas a 20 degres est tres petite et la lumiere rayonnee par la source ne peut être captee que tres partiellement par ces cables. Il est donc souvent tres prererable d'utiliser des câbles a fibre optique plastique dont l'ouverture num:rique peut atteindre couramment des valeurs superieures a 60 degrés et qui sont d'une tres grande solidite. tout en permettant des petits rayons de courbure eltectues au moment des installations. Les géenerateurs de lumiere couramment utilises a ce jour en association avec les cables a Fibres Optiques notamment plastiques présentent de nombreux inconvénients. On peut citer notamment: - une tres faible isolation thermique entre la sortie du generateur de lumière et le cable a Fibres Optiques, d'o't un echauúfement susceptible de det-riorer la face d'entree du cable. - un manque general de Éiabi lite dans la mesure ou la deterioration de la lampe (source) entraine un arret complet du fonctionnement du generateur de lumière. - La difficulte d'obtenir un reglage suffisant, progressif. et rapide de la puissance lumineuse. - Une energie lumineuse souvent trop faible. dans les applications recherchées. Les objectifs generaux de l'invention consistent a utiliser une structure de generateur de lumière comprenant au moins deux lampes (sources), un ou plusieurs cables a Fibres Optiques suffisamment éloignes des lampes de faton a reduire l'elevation de temperature x l'entree du ou des càbles. des systèmes de - 3 - 2718535 miroirs orientables et un dispositif optique de concentration et de couplage des energies lumineuses emises par chacune des lampes aux cables à fibres optiques. L'invention sera mieux comprise a partir des figures qui suivent: - L.a figure I represente tres schematiquement un generateur de lumière suivant l'invention. Ce gerinerateur comprend 2 lampes (1) halogenes. à iodure metallique ou de tous autres types delivrant une lumiere visible. Les lampes sont frequemment munies d'un reflecteur metallique qui permet de diriger la lumiere respectivement emise par les lampes dans deux directions privilégiées. Les faisceaux lumineux sont totalement refl!chis par 2 miroirs (2) dont l'orientation. determinée par l'angle 0 l'entree du cable optique. Un dispositif optique de concentration et de couplage (3) recoit les 2 energies lumineuses refléchies par les miroirs. La conception du dispositif optique est telle qu'il se comporte comme un additionneur de lumière et la quasi totalite de la lumlre emise par les 2 lampes (l) se trouve envoy e dans le cable à fibre optique. ou conduit de lumiere (4). Une lentille (5) peut être inser-e entre le dispositif additionneur et le cable a fibre optique de facon à obtenir une concentration de lumiere optimale dans le c.ble surtout si le diametre optique de celui ci est faible. Si necessaire. et dans le but de diminuer la temperature a l'extremite du cable (4), un ou plusieurs filtres anticaloriques (6) destines à absorber les radiations lumineuses non visibles seront utilises. Les filtres (6) pourront être places indifféremment le long des trajets lumineux, leur position n'est pas critique et sera souvent fixRe par les impératifs mécaniques de l'ensemble de l' implantation. - 4- L.e cable (4) a Fibres optiques est lui meme insese dans une ouverfture amenagee sur la race de sortie (7) du boitier (8) du genrerateur de lumiere. Avec un tel generateur de lumiere selon l'invention, les inconvrnients signalas precedemment dans le cas des generateurs de lumiere traditionnels actuels sont en grande partie suppr i nes. - L.a presence de 2 lampes permet en effet un fonctionnement quasi continu du generateur. la puissance lumineuse n'etant redulite que de 50% en cas de défaillance de l'une des lampes. - Une moditication de la puissance lumineuse de O à I en valeur relative. est tacile à obtenir par un simple changement manuel o3 electrique de l'angleC( entre le plan du miroir et la direction du flux lumineux emis par les lampes. Le positionnement du. ou des cables A Fibres optiques se situe volontairement tres en arrière de celui des lampes et dans une direction opposee a la direction du rayonnement lumineux des lampes. Par ailleurs. le positionnement des cables est tel que le rayonnement lumineux emis par les lampes n'est pas recu directement M l'entree des cables, grace a l'utilisation des miroirs, le rayonnement subit au moins un changement de direction, ce qui augmente la distance entre les lampes et les cables. ceux-ci etant dans ce cas moins influences notamment par l'elevation de temperature generee par les lampes elles- memes. La figure 2 montre une disposition simplifie suivant l'invention qui permet d'apprecier la diminution de temperature qu'il est possible d'atteindre. La lumiere emise par la lampe (1) suivant le trajet AB est renvoyee par un miroir (2) suivant le trajet BC vers un cable a fibre optique (4) servant de conduit de lumière. A titre d'exemple, si on utilise: - une lampe halogène Masterline Philips (24 degrés d'ouverture, 50 watts) - un miroir a retlection totale situe a une distance AB = 60 mm et faisant un angle de 60 degres avec la direction de lumiere incidente. - un cable a fibres optiques situe a une distance BC = 100 mm la temperature au point B est de 78 'C tandis que celle relevee au point C. entree du cable. n'est que de 28 'C. Les flux lumineux releves en B et C sont sensiblement identiques et de l'ordre de 75000 lux. -- 5 -- Selon la figure 3. les miroirs (2) pouront àtre rendus mobiles par l'adjonction d'un moteur miniature de preference du I.ype pas à pas (8) dont l'axe (9) est fixe au miroir par un collage par exemple. Selon un procede non limitatif de l'invention. les miroirs utilises sont du type dichroique qui retlechissent en quasl totalite la lumiere visible et sont par contre entièrement transparents a la lumiere infrarouge. De tels miroirs contribuent aussi a la reduction de l'elevation de température b l'entree des cables optiques. Selon un autre perrectionnement objet de l'invention montre sur la fig. jre 4 les miroirs (2) sont fixes sur des blocs (9) de preterence metalliques équipes ou non d'ailettes (10). Ces blocs (9) permettent d'assurer une excellente dissipation; de la eiiDie[ature des miroirs et de r:duire encore l 'e-?levation de temperatLure a l'entree du. ou des câbles à fibres optiques. Ies t gures b. 6 et ? representent suivant l'invention divers types d'additionneur - coupleur optique. Sur la rigure 5. l'additionneur est constitue par une pyramide en materiau transparent dont la section est triangulaire isocele. L'indice optique du materiau est choisi de telle sorte que selon les principes de la refraction, les rayons incidents reflèchis par les miroirs sortent suivant une direction perpendiculaire à la base de la pyramide et à la section d'entree du conduit de lumiîre. Sur la figure 6 est represente un additionneur voisin du precedent. la base de la pyramide etant cependant prolongee par un parallelepipede epais realisee dans le mineme materiau transparent. Cette surepaisseur permet. apres addition des 2 energies lumineuses. d'effectuer un meilleur melange des divers modes de propagation de la lumière et de faciliter ainsi le couplage au càble a fibres optiques. Suivant la figure 7. un additionneur constitue par un barreau de section rectangulaire ou carr>e est represente, son fonctionnement releve du meme principe que celui montre figure 5. Le choix entre les additionneurs dependra souvent des dimensions des autres elements du generateur et des ecartements --6 -- entre les dispositifs essentiels comme les lampes et les miroirs. Il est bien entendu que les;3 types d'additionneur-coupleur representes par les figures 5. 6 et 7 ont _te donnes preterentiellement mais a titre d'exemple non limitatif. Selon un exemple pratique non limitatif les donn-es essefntielles suivantes peuvent étre utilises pour la real isation d'un type de venerateur obiet de l'invention: )DeuIx ldampe-s r5 wa'lts 1.2 Volts GE Trype EY.02' - Deux miroirs dichroiques MTO situ-s a une distance de 50 mm de ct[aqlJe lampe. l'angle C etant choisi à 60 degres. - un additionneur realis_ a l'aide d'un materiau PMMA de haute transparence optique specialenment purifie par la Soci-te OPTECrRON et d'indice optique 1.49. I'angle If de la base de la section triangulaire isocele etant de 36 degres. La puissance lumineuse re ae 'entre d'un cable a Fibres lipLiques plastiques r-alise par OPItEC1RON et de ziO mm de diametre optique utl le est superieure a 1300 uou lux. La temperature.a l'entree du cable est int-rieure a 75 'C. - 7- REVEND I CAT IONS 205 1 - Generateur de lumière pour cables a fibres optiques. notamment plastiques. caracterise en ce qu'il comporte au moins 2 sources (1) de lumière associées A des miroirs reflechissants (2). un ou plusieurs dispositifs additionneur et coupleur de luuizre. un ou plusieurs dispositifs anticaloriques et 210 dispositifs tocalisateurs de lumiîre. :: - (;eerateur de lumière selon la revendication I caract.risî en ce uIe le rayonnemmnent lumineux amis Par les lampes subit du Iolits un chaniement de direction avant d'être re-u. I 'entr-e du ou des cables _ fibres optiques. 215:3 - G _nerateur de lumelre selon les revendication I et 2z caracterise en ce que les miroirs sont du type a retlection totale de la lumicre emise par les sources. 4 - &enrateur de lumi-re selon les revendication 1 et 2 caractar.sa ei ce que les miroirs sont du type dichroi.que a 220 rellectiorn totale de la lumiere visible Emise et transparents a la luiniere intrarouge. -;eleîateur de lumière selon les revendications 1. 2. 3 et 4 Cdl_:t-1s1 enr ce que les miroirs sont orientables Itl-cait i qUeinenl. O electr iquemnent.. 225 u - Generateur de lume._re selon l'une quelconque des revendicat. lons precedentes. caracterise en ce que i 'ddit lunilelJr et coupletur de Ilumiere est constitue pal uJn prisme a sec. t.ion triangulaire isocele. - (Generateur de lumiere selon les revendicatio)ns precsdent.es. 230 cardctl:erise eia ce que l'addtionileur et coupleur de lumnî_re est constitue par un barreau de section rectangulaire ou carroe. ti - (;inrateur de lumiere selon les revendications precedentes caracterise en ce que les dispositifs anticaloriques sont des t i ILtres passe bas dont la trequence de coupure est voisine du 235 proche intrarouRe. 9 - gené_rateur selon les revendications precedentes caracterise en ce que les totalisateurs de lumière sont des lentilles conver ge rtes.