Brevet FR2730038A1 — publié le 19960802

La présente invention a pour objet un système optique comprenant une lampe du type a réflecteur focalisant un faisceau lumineux sur une surface de focalisation, et un conducteur de lumière. Dans le cas où on veut mettre en oeuvre un système optique dans lequel la lampe est une lampe de projection halogène, ou bien une lampe à arc ou une lampe à iodure, c'est-à-dire une lampe dont la température de focalisation, qui est définie comme la température atteinte à la surface de focalisation, est élevée à savoir par exemple 300 C pour une lampe halogène et 700 C pour une lampe à arc ou une lampe à iodure, on est obligé d'utiliser comme conducteur de lumière des fibres de verre qui sont seules aptes à résister à de telles températures. I1 en résulte alors un surcoût important par rapport aux fibres plastiques dont la température de fusion, qui est d'environ 100' C pour des fibres en métacrylate de méthyle (plexiglas), et qui ne peuvent donc supporter les températures précitées. En outre, étant donné que les fibres plastiques sont susceptibles de mieux conduire ce type de lumière que les fibres de verre il est particulièrement souhaitable de pouvoir les utiliser. La présente invention a pour objet un système optique associant une lampe à réflecteur et un conducteur de lumière et qui permet d'employer des lampes de projection à température de focalisation élevée, tout en permettant d'utiliser un conducteur de lumière à fibres plastiques. L'invention a ainsi pour objet un système optique comprenant une lampe du type à réflecteur focalisant un faisceau lumineux sur une surface de focalisation et un conducteur de lumière caractérisé en ce que le conducteur de lumière comporte au moins un ensemble de fibres plastiques, en ce que la lampe présente une température de focalisation supérieure ou égale à une température de dégradation des fibres plastiques et en ce qu'il comporte un barreau en matériau transparent susceptible de diffuser des rayonnements infra-rouges, qui est disposé en aval de la lampe et en amont de l'ensemble des fibres plastiques. I1 est avantageux que le barreau ait une longueur L comprise entre 2d et 4d, d désignant le diamètre du faisceau lumineux focalisé sur la surface de focalisation, et de préférence comprise entre 2d et 3d. Le matériau transparent constituant le barreau est de préférence du quartz ou du verre. Selon un mode de réalisation plus particulièrement adapté aux lampes de projection à très haute température de focalisation telles que les lampes à arc ou à iodure, le système optique comporte un faisceau non ordonné de fibres de verre, disposé entre la surface de focalisation et le barreau. Un faisceau non ordonné de fibres est défini comme un faisceau comportant des fibres disposées de manière aléatoire de telle sorte que, pour une fibre donnée, le point d'entrée et le point de sortie, respectivement sur la face d'entrée et la face de sortie du faisceau, ne sont pas situés sur un segment parallèle à un axe principal du faisceau. Le faisceau non ordonné présente avantageusement une longueur comprise entre sensiblement 20 cm et 1 m, de manière à permettre un niveau suffisant de non-ordonnancement des fibres, et donc de brassage et d'homogénéisation de l'intensité lumineuse. De la sorte, l'image du point chaud, soit du filament, soit de l'arc de la lampe, qui est concentré à l'entrée du faisceau non ordonné, se retrouve étalé, et de préférence totalement étalé, à la sortie de celui-ci. Les fibres de verre et les fibres plastiques peuvent avoir un diamètre différent, par exemple le rapport entre les diamètres des fibres plastiques et des fibres de verre peut être compris entre 5 et 10. Il est particulièrement avantageux, notamment dans le cas des lampes à très haute température de focalisation, par exemple les lampes à arc ou les lampes à iodure, que le système comporte un dispositif de refroidissement dudit barreau. Ce dispositif de refroidissement peut en particulier englober le barreau ainsi que l'extrémité amont du ou des ensembles de fibres plastiques et l'extrémité aval du faisceau non ordonné de fibres de verre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en liaison avec les Dessins, dans lesquels - la figure 1 représente un premier mode de réalisation d'un système optique selon l'invention - et la figure 2 un système optique selon un mode de réalisation préféré de l'invention correspondant plus particulièrement au cas des lampes à très haute température de focalisation. La figure 1 représente un système optique comprenant une lampe à réflecteur 1 qui comporte une lampe halogène 11 et un réflecteur 12, ce réflecteur renvoyant un faisceau lumineux 15 sur une surface de focalisation S sur laquelle il forme une tache ayant par exemple un diamètre d de 8 mm. Un barreau de quartz 2 présente une face d'entrée polie 21 qui est disposée sur la surface de focalisation S et une face de sortie polie 22 à laquelle est couplé un faisceau 3 de fibres plastiques 32, par exemple de diamètre 500 microns, qui sont assemblées par collage au niveau d'une face d'entrée polie 31 en contact avec la face de sortie 22.La lampe 11, par exemple une lampe halogène de 150 à 250 W, présente une température de focalisation sur la surface S qui est de l'ordre de 300 C, c'est-à-dire une température nettement supérieure à la température de dégradation, dans le cas d'espèce la température de fusion, des fibres plastiques 32, qui sont en général en métacrylate de méthyle (plexiglas) et fondent aux alentours de 100' C. La mise en oeuvre du barreau de quartz 2 permet d'abaisser la température sur la face 31, à condition que la longueur L du barreau 2 soit suffisante. En pratique on estime que, pour obtenir des résultats significatifs avec un barreau de diamètre voisin de d, L doit être au moins égal à 2d, ce qui correspond à deux réflexions ou plus pour un rayon incliné d'au moins 45 par rapport à l'axe du barreau 2. De même, on considère qu'augmenter L au delà de 4 d n'apporterait pas d'amélioration significative du résultat.En raison, d'une part de la face d'entrée 21 totalement transparente et sans absorption, d'autre part de la diffusion radiale des infra-rouges qui s'évacuent en 23 et enfin du mélange à l'intérieur du barreau de quartz 2 zen de l'ensemble des photons de l'impact lumineux sur la surface S, on obtient une tache s'étendant sur la totalité de la surface de sortie 22 du quartz, sans que celle-ci dépasse une température de l'ordre de 70 C, ce qui permet une illumination des fibres plastiques 32 du faisceau 3 sans détérioration de celles-ci. Selon le mode de réalisation représenté à la figure 2, la lampe à réflecteur 11 est équipée dune lampe à arc ou d'une lampe à iodure de puissance par exemple égale à 250 à 300 W, dont la température de focalisation sur la surface S est maintenant de l'ordre de 700 C. Le système optique comporte un faisceau non ordonné 5 de fibres de verre 53, chaque fibre ayant par exemple un diamètre de 50 microns, qui est disposé de manière que sa face d'entrée polie 51 soit située sur la surface de focalisation S et que sa face de sortie polie 52 soit couplée à la face d'entrée 21 du barreau de quartz 2. Au niveau des faces 51 et 52, les fibres de verre sont collées par de la colle epoxy.Les fibres 53 sont disposées de manière désordonnée dans le faisceau 5, c'est-à-dire qu'à un point d'entrée situé sur la surface S, correspond un point de la surface de sortie 52 qui est positionné de manière aléatoire par rapport au point correspondant de la surface d'entrée 51. Ceci permet un brassage de l'intensité lumineuse qui, répartie de manière gaussienne sur la surface de focalisation S, et donc sur la face d'entrée 52, est répartie de manière pratiquement homogène sur la face de sortie 52.De ce fait, l'impact lumineux produit par le faisceau de fibres 5 sur le barreau 2 est suffisamment homogène et il se transmet dans le barreau de quartz 2, qui lui-même rayonne en 63, et vient à nouveau éclairer le faisceau 3 de fibres plastiques, avec un abaissement notable de la température qui, de 700 C à la surface de focalisation S, passe à environ 70 C sur la face d'entrée 31 du faisceau 3. Le refroidissement est amélioré par la présence d'un dissipateur 6, présentant des ailettes 61, qui entoure le barreau 2 ainsi que de préférence la face de sortie 52 du faisceau 5 et/ou la face d'entrée 31 du faisceau 3. Le principe du système optique selon l'invention est donc, que ce soit dans le cadre de la figure 1 ou de la figure 2, de diffuser radialement le rayonnement infra-rouge, qui dans la gamme 0,9-3 microns produit une forte quantité de chaleur et génère une température élevée, en utilisant le barreau de quartz 2 comme dissipateur. Chaque fois qu'une réflexion se produit, les infra-rouges ne sont pas transmis, mais sont évacués radialement vers l'extérieur, et seuls sont transmis, du fait de la propriété du verre et du quartz, les longueurs d'ondes jusqu'à environ 1,5 microns qui sont relativement peu chauffantes, ce qui permet d'obtenir un éclairage en lumière "froide" de la face d'entrée 31 du faisceau 3.Ceci permet d'illuminer la fibre plastique en filtrant les infra-rouges susceptibles de générer des températures élevées, tout en restant compatible avec la mise en oeuvre de lampes de forte puissance. Dans le cas particulier de la figure 2, le faisceau de fibres de verre 5 permet en outre, par l'effet de brassage et de répartition homogène de l'intensité lumineuse, de procurer un abaissement notable de température en amont du quartz 2. On notera que, dans le cas de la figure 2, la mise en oeuvre d'un faisceau de fibres de verre 5, quelque soit sa longueur, ne permettrait pas d'abaisser suffisamment la température pour permettre un couplage à un faisceau de fibres plastiques, à moins de mettre en oeuvre un barreau de quartz. L'invention s'applique en particulier à des éclairages publics, par exemple pour éclairer des objets, des statues, des tunnels..., pour lesquels une lampe halogène de 150 à 250 W, ou une lampe à arc ou à iodure, de 250 à 300 W, permet d'obtenir une intensité lumineuse élevée, qui peut être répartie vers plusieurs points à éclairer, notamment en séparant en plusieurs ensembles les fibres plastiques 3 alimentées par leur face amont 31. La longueur des fibres plastiques 3 peut atteindre plusieurs dizaines de mètres. L'invention peut être également utilisée dans d'autres applications, par exemple l'éclairage de tableaux ou encore dans des endoscopes. REVENDICATIONS 1. Système optique comprenant une lampe du type à réflecteur focalisant un faisceau lumineux sur une surface de focalisation et un conducteur de lumière caractérisé en ce que le conducteur de lumière (3) comporte au moins un ensemble de fibres plastiques (32), en ce que la lampe (11,14) présente une température de focalisation supérieure ou égale à une température de dégradation des fibres plastiques (32) et en ce qu'il comporte un barreau (2) de matériau transparent susceptible de diffuser des rayonnements infra-rouges (23,63), qui est disposé en aval de la lampe (11,14) et en amont de l'ensemble de fibres plastiques. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le barreau (2) a une longueur L comprise entre 2d et 4d, d désignant le diamètre du faisceau lumineux (15) focalisé sur la surface de focalisation (S), et de préférence comprise entre 2d et 3d. 3. Système optique selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit matériau transparent est du quartz ou du verre. 4. Système optique selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un faisceau (5) non ordonné de fibres de verre (53), disposé entre la surface de focalisation (S) et le barreau (2). 5. Système optique selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit faisceau non ordonné (5) présente une longueur comprise sensiblement entre 20 cm et 1 m. 6. Système optique selon une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les fibres de verre (53) et les fibres plastiques (32) ont un diamètre différent. 7. Système optique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le rapport entre les diamètres des fibres plastiques (32) et des fibres de verre (53) est compris entre 5 et 10. 8. Système optique selon une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que ladite lampe (14) est une lampe à arc ou une lampe à iodure. 9. Système optique selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (6) de refroidissement dudit barreau (2). 10. Système optique selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement (6) englobe le barreau (2) ainsi que l'extrémité amont (31) du ou des ensembles (3) de fibres plastiques (32), et l'extrémité aval (52) du faisceau non ordonné (5) de fibres de verre (53).