Brevet FR2768525A1 — publié le 19990319

Etat de la technique. La présente invention concerne un dispositif de guide de lumière comprenant une source lumineuse, des moyens pour regrouper les rayons émis par la source lumineuse, un guide de lumière et une optique de couplage pour coupler le faisceau de rayons lumineux dans l'extrémité d'entrée de lu- mière du guide de lumière. On connaît un tel dispositif de guide de lumière par exemple selon le document DE 32 36 683 Ai. Ce document décrit un projecteur dont le guide de lumière se compose d'une seule barrette en verre ou en un autre matériau trans- parent équivalent. Une extrémité du guide de lumière est en forme d'entrée de lumière. Le guide de lumière est disposé transversalement à la direction d'éclairage et présente une surface de sortie de lumière dans la direction d'éclairage. Le guide de lumière contient des facettes réfléchissantes disposées en biais par rapport à la direction d'éclairage et constitue des optiques de découplage. En avant de la surface de sortie de lumière du guide de lumière, il y a un disposi- tif à lentilles. Dans le dispositif de guide de lumière connu, le rayonnement émis par la source lumineuse est regroupé par un miroir elliptique ou un réflecteur pour être focalisé en un point et injecté dans l'extrémité d'entrée de lumière du guide de lumière. Dans le guide de lumière le faisceau de rayons lumineux, regroupés, rencontre les facettes qui réflé- chissent le faisceau. Les différents faisceaux de rayons lu- mineux des facettes traversent la surface de sortie de lumière du guide de lumière et arrivent sur le dispositif de lentilles. Le dispositif de lentilles regroupe les différents faisceaux de lumière pour ne former qu'un seul faisceau de rayons dirigé dans la direction d'éclairage. La présente invention a pour but de développer un dispositif de guide de lumière correspondant au type défini ci-dessus, pour permettre un couplage aussi efficace que pos- sible du faisceau de rayons lumineux dans le guide de lumière et en créant, par un couplage dirigé du faisceau de rayons lumineux, une distribution de lumière souhaitée par le décou- plage en sortie du guide de lumière. A cet effet, l'invention concerne un dispositif de guide de lumière du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que les moyens pour regrouper les rayons génèrent une ré- partition de l'intensité lumineuse régulière dans l'espace sur toute la surface de couplage à l'extrémité d'entrée de lumière du guide de lumière. Cela permet un éclairage régulier avec des sec- tions sans symétrie radiale notamment par des guides de lu- mière. Il en résulte une répartition homogène de la lumière sur toute la surface de la section du guide de lumière et des pertes réduites lors du couplage du rayonnement et ainsi un rendement globalement plus important du dispositif de guide15 de lumière selon l'invention. La suppression de la focalisa- tion ponctuelle générée par les réflecteurs usuels crée en outre une contrainte thermique plus faible des guides de lu- mière ce qui permet de développer leur réalisation en matière plastique. De plus, le couplage régulier, voulu, du faisceau de rayons lumineux dans l'optique de couplage du guide de lu- mière, donne une répartition symétrique de la lumière au dé- couplage hors du guide de lumière sans nécessiter de dispositif de lentilles ou autres éléments optiques, supplé- mentaires, en aval des surfaces de sortie de lumière. De plus, la réalisation des moyens pour regrouper le rayonnement ainsi que les surfaces de couplage d'entrée comme systèmes à deux niveaux permet d'influencer de manière intentionnelle la répartition de la lumière découplée. Sui- vant la réalisation, le dispositif de guide de lumière selon l'invention peut par exemple servir de miroir de renvoi avec une répartition dirigée de la lumière ou un guide de lumière à découplage régulier. De plus, l'invention permet, dans le cas d'un couplage d'entrée parallèle de la lumière, d'avoir un découplage exact avec un angle de découplage fixé de ma- nière précise. Selon un développement avantageux de l'invention, les moyens pour regrouper le rayonnement sont réalisés sous la forme d'un réflecteur notamment comme ellipse parabolique composée de parties de réflecteur paraboliques et de parties de réflecteur, ellipsoïdales ou encore sous la forme d'un el- lipsoïde ayant des demi-axes variant dans les trois dimen-5 sions (polyellipsoïdes). Dans le cas de tels réflecteurs, on peut réaliser des types de réflexion différentes selon les deux axes orthogonaux, transversaux à l'axe optique du ré- flecteur. Cela permet de coupler le faisceau de rayons lumi- neux dans un guide de lumière ayant une section non10 symétrique radialement, selon les deux directions orthogona- les suivant des principes de réflexion différents sur toute la surface de la section du guide de lumière en assurant une répartition particulièrement régulière dans le guide de lu- mière. On réalise un couplage encore plus efficace du faisceau de rayons lumineux selon un autre développement de l'invention du fait que la surface de couplage à l'extrémité d'entrée de la lumière dans le guide de lumière est adaptée à la forme du réflecteur pour que les rayons lumineux réfléchis par le réflecteur arrivent essentiellement perpendiculaire- ment sur la surface de couplage. Ce développement de l'invention utilise le fait que les rayons lumineux, arrivant perpendiculairement sur la surface de couplage, correspondent à une transmission présentant des pertes minimales. Dans le cas d'une incidence essentiellement perpendiculaire des rayons lumineux par rapport à la surface de couplage, à l'extrémité d'entrée de lumière du guide de lumière, la sur- face de couplage à cette extrémité d'entrée est de préférence concave, sphérique. Pour réduire encore plus la charge thermique du guide de lumière, notamment au niveau de l'optique de cou- plage, l'invention propose, selon un développement avanta- geux, de munir la surface de couplage, à l'extrémité d'entrée de lumière dans le guide de lumière, d'une couche de ré- flexion de lumière infrarouge. Ainsi, on renvoie vers l'extérieur les rayons contenus dans le faisceau de rayons de lumière à injecter, et qui, du fait de leur fréquence, sont les principaux responsables de l'échauffement du guide de lu- mière. Selon un développement avantageux de l'invention, l'optique de couplage est un élément de lentille convexe. Dans le cas de réflecteurs polyellipsoidaux ou de réflecteurs ellipsoidaux paraboliques, cela améliore de manière décisive le rendement lors du couplage du faisceau de rayons lumineux dans le guide de lumière. Selon un autre développement avantageux de l'invention, l'optique de couplage est constitué par un élé- ment de lentille cylindrique. L'élément de lentille cylindri- que focalise le faisceau de rayons lumineux suivant une dimension, ce qui permet d'injecter des flux lumineux plus importants pour l'ouverture numérique du guide de lumière.15 Pour faciliter la fabrication du guide de lu- mière, l'invention propose de manière avantageuse d'intégrer l'optique de couplage dans la surface de couplage à l'extrémité de sortie de lumière du guide de lumière. De tels guides de lumière à optique de couplage, intégré, sont en ou- tre faciles à manipuler. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de deux exemples de réalisa- tion préférentiels représentés schématiquement dans les des- sins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue de côté d'un premier mode de réalisation d'un dispositif de guide de lumière selon l'invention, - la figure 2 est une vue de dessus du dispositif de guide de lumière selon la figure 1, - la figure 3 est une vue en perspective d'un se- cond mode de réalisation d'un dispositif de guide de lumière selon l'invention. Les figures 1 et 2 montrent un premier mode de réalisation d'un dispositif de guide de lumière portant glo- balement la référence 1. Le dispositif de guide de lumière 1 comprend une source lumineuse 2, un moyen 3 pour regrouper les rayons émis par la source lumineuse 2 et un guide de lu- mière 4. Le moyen 3, pour regrouper les rayons lumineux, est constitué par un réflecteur ellipsoidal dont les demi-axes dans l'espace varient (polyellipsoides). Les deux demi-axes variables du réflecteur polyellipsoidal 3 apparaissent clai- rement par comparaison de la vue de côté de la figure 1 du réflecteur polyellipsoidal 3 et de la vue de dessus de la fi- gure 2. Le guide de lumière 4 présente une surface de section sans symétrie radiale. Le faisceau de rayons lumineux de la source lumineuse 2 est couplé (injecté) par une optique de couplage 5 dans l'extrémité d'entrée de lumière 6 du guide de10 lumière 4. Le réflecteur polyellipsoidal 3 est réalisé pour générer une répartition de l'intensité lumineuse régulière dans l'espace sur toute la surface de couplage à l'extrémité d'entrée de lumière 6 du guide de lumière 4. Ainsi, le guide de lumière 4 est éclairé régulièrement sur toute sa surface15 de section sans symétrie radiale. Cela conduit à une distri- bution homogène de la lumière sur toute la surface de la sec- tion du guide de lumière 4 et à des pertes réduites au couplage (injection) du rayonnement et ainsi à un rendement globalement plus important du dispositif de guide de lumière 1 selon l'invention. La surface de couplage de l'extrémité d'entrée de lumière 6 du guide de lumière 4 a une forme sphérique concave aux figures 1 et 2. De ce fait, les rayons lumineux du fais- ceau de rayons lumineux réfléchis par le réflecteur poly- ellipsoidal 3 arrivent essentiellement perpendiculairement sur la surface de couplage d'entrée à l'extrémité d'entrée de lumière 6. Cela réduit encore plus les pertes au couplage des rayons dans le guide de lumière 4. A la figure 3 on utilisera les mêmes références pour désigner les mêmes composants que dans les figures ci- dessus. Cette figure 3 montre l'optique de couplage 5 sous la forme d'un élément de lentille cylindrique. Cet élément de lentille cylindrique 5 focalise le faisceau de rayons lumi- neux suivant une dimension et permet de coupler des flux lu- mineux plus intenses par l'ouverture numérique du guide de lumière 4. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Dispositif de guide de lumière (1) comprenant une source lumineuse (2), des moyens (3) pour regrouper les rayons émis par la source lumineuse (2), un guide de lumière (4) et une optique de couplage (5) pour coupler le faisceau de rayons lumineux dans l'extrémité d'entrée de lumière (6) du guide de lumière (4), caractérisé en ce que les moyens (3) pour regrouper les rayons génèrent une répar- tition de l'intensité lumineuse régulière dans l'espace sur toute la surface de couplage à l'extrémité d'entrée de lu- mière (6) du guide de lumière (4). 2 ) Dispositif de guide de lumière (1) selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que les moyens (3), pour regrouper les rayons, sont réalisés par un réflecteur. 3 ) Dispositif de guide de lumière (1) selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que le réflecteur (3) est une ellipse parabolique avec des par- ties de réflecteur paraboloïdales et ellipsoidales. 4 ) Dispositif de guide de lumière (1) selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que le réflecteur (3) est un ellipsoïde dont les demi-axes dans l'espace varient (polyellipsoides). ) Dispositif de guide de lumière (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la surface de couplage à l'extrémité d'entrée de lumière (6) du guide de lumière (4) est adaptée à la forme du réflecteur (3) pour que les rayons lumineux réfléchis par le réflecteur (3) arrivent essentiellement perpendiculairement sur la sur- face de couplage. 6 ) Dispositif de guide de lumière (1) selon la revendica- tion 5, caractérisé en ce que la surface de couplage, à l'extrémité d'entrée de lumière (6), a une forme concave sphérique. 7 ) Dispositif de guide de lumière (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la surface de couplage à l'extrémité d'entrée de lumière (6) du guide de lumière (4) est munie d'une couche réfléchissant la lumière infrarouge. 8 ) Dispositif de guide de lumière (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'optique de couplage (5) est un élément de lentille convexe. 9 ) Dispositif de guide de lumière (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'optique de couplage (5) est un élément de lentille cylin- drique. ) Dispositif de guide de lumière (1) selon l'une quelcon- que des revendications 8 ou 9, 3s caractérisé en ce que l'optique de couplage (5) est intégrée dans la surface de couplage à l'extrémité d'entrée de lumière (6) du guide de lumière (4).