Brevet FR2835063A1 — publié le 20030725

La présente invention concerne un condenseur optique, du type comportant un corps en matériau transparent présentant une face d'entrée pour un faisceau lumineux incident. Un condenseur optique est un système optique formé d'une ou plusieurs lentilles de grande ouverture utilisées pour collecter un flux lumineux issu d'une source de lumière. Il sert à reconcentrer le maximum de la lumière issue de la source. Des condenseurs optiques sont mis en oeuvre notamment dans des dispositifs d'éclairage d'un champ opératoire. Le corps en matériau transparent des condenseurs optiques est généralement réalisé en verre. Les condenseurs optiques sont disposés très proches de la source de lumière pour pouvoir collecter un flux lumineux maximal. La puissance optique d'un condenseur est élevée pour pouvoir confiner les rayons lumineux dans un domaine de l'espace beaucoup plus faible que si le condenseur était absent. En conséquence, les rayons de courbure à la surface d'un condenseur sont très faibles. Ils sont d'un ordre de grandeur comparable à la distance séparant la source lumineuse du condenseur. Le rayon de courbure étant très faible, l'épaisseur du verre constituant le condenseur est grande. Ainsi, le poids du condenseur est généralement important. Le ou chaque corps en matériau transparent d'un condenseur optique est généralement réalisé par moulage de verre en fusion dans un moule adapté, ou encore par usinage d'un bloc de verre. Le moulage du condenseur optique à partir de verre en fusion ne permet pas d'obtenir des pièces dont les tolérances de forme sont inférieures au dixième de millimètre. Aussi, les condenseurs ainsi fabriqués sont de faibles qualités optiques réduites. Les condenseurs réalisés par usinage ont des tolérances de fabrication plus faibles. Toutefois, leur coût de fabrication est très élevé. Enfin, seules des formes simples et élémentaires telles que des surfaces sphériques peuvent être obtenues par usinage. Les lentilles à échelons, ou lentilles de Fresnel, ne peuvent être que très difficilement réalisées par usinage. Elles sont même non réalisables dans le cas d'un condenseur toroïdal. Enfin, certains condenseurs sont réalisés par pressage d'une ébauche de verre ramolli entre deux matrices. Toutefois, ce procédé est limité à des condenseurs de très petites tailles, le pressage du verre n'étant pas possible pour des pièces dont la masse est supérieure à 150 g. L'invention a pour but de proposer un condenseur pouvant être réalisé à faible coût et avec des tolérances réduites. A cet effet, l'invention a pour objet un condenseur optique du type précité, caractérisé en ce que le corps en matériau transparent comporte au moins deux éléments en matériau transparent assemblés les uns aux autres suivant des plans de liaison, lesquels plans de liaison s'étendent sensiblement perpendiculairement à la face d'entrée. Suivant des modes particuliers de réalisation, le condenseur optique comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - il présente un axe optique, et en ce que lesdits plans de liaison sont concourants sensiblement suivant ledit axe optique ; - chaque élément en matériau transparent a une longueur maximale de 150 mm ; - chaque élément en matériau transparent a une masse inférieure à 150 g ; - chaque élément en matériau transparent a une masse inférieure à 70 g ; - lesdits éléments en matériau transparent sont collés les uns aux autres suivant lesdits plans de liaison ; - il comporte un cerclage ceinturant lesdits éléments en matériau transparent et assurant leur assemblage ; et - le corps comporte un noyau central bordé d'au moins une couronne, le noyau central et la ou chaque couronne délimitant des plages échelonnées de sortie du faisceau. L'invention a également pour objet un dispositif d'éclairage d'un champ opératoire comportant une source lumineuse et un condenseur tel que défini ci-dessus. Elle a enfin pour objet un procédé de fabrication d'un condenseur optique comportant un corps en matériau transparent présentant une face d'entrée pour un faisceau lumineux incident, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de : - fabriquer au moins deux éléments en matériau transparent présentant chacun une plage d'entrée bordée par deux faces d'accouplement s'étendant sensiblement perpendiculairement à la face d'entrée ; et - former le corps du condenseur en accolant lesdits éléments en matériau transparent deux à deux suivant leur face d'accouplement avec leurs surfaces d'entrée disposées côte à côte pour former la face d'entrée. Suivant des modes particuliers de mise en oeuvre, le procédé comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - l'étape de fabrication de chaque élément comporte une phase de ramollissement d'une ébauche en un matériau transparent suivie d'une phase de pressage entre deux matrices de ladite bande ramollie ; et - l'étape de fabrication de chaque élément comporte une phase d'injection d'un matériau transparent dans un moule. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels : - la figure 1 est une vue de côté d'une installation d'éclairage d'un champ opératoire incorporant un condenseur optique selon l'invention ; - la figure 2 est une vue de face d'une lentille du condenseur de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe d'un second mode de réalisation d'un condenseur selon l'invention ; - la figure 4 est une vue de dessus du condenseur de la figure 3 ; et - la figure 5 est une vue de côté d'une variante de réalisation d'un condenseur selon l'invention. L'installation d'éclairage 10 représentée sur la figure 1 est destinée à être disposée au-dessus d'une table d'opérations, afin d'assurer un éclairage du champ opératoire. Cette installation comporte une source lumineuse 12, un condenseur optique 14 et un miroir 16. La source 12 est formée par exemple d'une lampe. Le condenseur optique 14 disposé en aval de la source lumineuse comporte deux lentilles 18,20 disposées successivement et coaxialement suivant l'axe optique noté X-X du condenseur. Chaque lentille est réalisée dans un matériau transparent constitué par exemple de verre. Les deux lentilles 18,20 sont des lentilles convergentes. La première lentille 18 est disposée en sortie de la source 12. Elle a une forme générale de ménisque. Elle présente ainsi une face concave 22 pour l'entrée du faisceau incident. La face de sortie, notée 24, est convexe. La seconde lentille 20, disposée axialement en sortie de la première lentille 18 est une lentille convergente plan-convexe. Ainsi, sa face d'entrée tournée vers la première lentille 18 est plane alors que sa face de sortie 28 tournée vers le miroir 16 est convexe. Le miroir 16 est disposé suivant l'axe du condenseur optique 14 en sortie de celui-ci. La normale au miroir est décalée angulairement par rapport à l'axe X-X afin de réfléchir le flux lumineux vers le champ opératoire. Selon l'invention, chaque lentille 18,20 constituant le condenseur optique 14 comporte plusieurs éléments en matériau transparent assemblés les uns aux autres pour former le corps de la lentille. Ces éléments sont assemblés suivant des plans de liaison. Selon l'invention, ces plans de liaison s'étendent sensiblement perpendiculairement à la face d'entrée 22 ou 26 de la lentille du condenseur. A titre d'exemple, la lentille 20 est représentée seule sur la figure 2, en vue de dessus. Celle-ci est formée d'éléments identiques 30A, 30B, 30C, 30D formant chacun un secteur de la lentille. Ces éléments sont au nombre de quatre et constituent ainsi des quartiers du disque formant la lentille. Comme illustré sur cette figure, les faces d'accouplement des éléments suivant lesquelles ils sont accolés les uns aux autres dans les plans de liaison s'étendent perpendiculairement à la face d'entrée 26 de la lentille, laquelle s'étend dans le plan de la figure 2. Les plans de liaison sont avantageusement concourants sensiblement suivant l'axe optique X-X formant l'axe de la lentille. Afin d'assurer la retenue des quatre éléments 30A, 30B, 30C, 30D, ceux-ci sont ceinturés par un cerclage périphérique 32. En variante, les éléments sont solidarisés par collage des faces d'accouplement adjacentes des différents éléments appliquées l'une contre l'autre suivant les plans de liaison. De préférence, chaque élément 30A à 300 est formé par pressage d'une ébauche de verre ramolli sous l'action de la chaleur. Ce pressage est effectué entre deux matrices complémentaires présentant des empreintes délimitant la forme souhaitée pour chaque élément. Avantageusement, le poids de chaque élément est inférieur à 150 g et sa dimension maximale est inférieure à 150 mm. En variante, chaque élément est formé par injection de verre en fusion dans un moule adapté. Dans la mesure où chaque élément a une taille réduite, les tolérances de fabrication lors du moulage sont bien maîtrisées, ces tolérances pouvant ainsi être très faibles. On conçoit que la lentille obtenue par l'assemblage des quatre élé- ments permet de former une lentille dont chacun des éléments peut être réalisé avec des tolérances satisfaisantes pour un coût de fabrication modique. La présence des interfaces de liaison entre les différents éléments est sans incidence notable sur le comportement optique du condenseur, les plans de liaison s'étendant parallèlement au faisceau lumineux. Sur les figures 3 et 4 est représenté un exemple de condenseur 50 destiné à éclairer uniformément une couronne d'éléments optiques réfléchissants, non représentés, disposés à la périphérie du condenseur. Ce condenseur 50 comporte un corps 51 ayant une forme générale de cuvette réalisé en un matériau transparent tel que du verre. Le corps 51 comporte une jupe toroïdale 52 dont l'ouverture centrale est obturée à une extrémité par un fond 53. Une source lumineuse 54 est disposée suivant l'axe du condenseur toroïdal dans l'ouverture centrale de la jupe toroïdale. Le corps 51 présente intérieurement une face d'entrée 56. Cette face d'entrée est généralement tronconique. Elle délimite intérieurement la jupe toroïdale 52. La face de sortie 58 du condenseur est généralement cylindrique et définit une surface convexe engendrée par une courbe dont le profil est connu en soi. La face de sortie 58 délimite extérieurement la jupe toroïdale 52. Selon l'invention, le corps 51 du condenseur est, comme illustré sur la figure 4, formé de trois éléments distincts 60A, 60B, 60C, ces trois éléments étant accolés les uns aux autres. Les éléments sont maintenus en contact les uns avec les autres suivant des faces d'accouplement définissant trois plans de liaison s'étendant chacun perpendiculairement à la surface d'entrée 56 du condenseur. En outre, ces trois plans de liaison sont concourants suivant l'axe X-X du corps du condenseur. Ils sont décalés angulairement de 1200. Dans l'exemple considéré, la distance entre la source lumineuse et la face d'entrée 56 du condenseur est égale à 32,75 mm. Le rayon de courbure de la face de sortie 58 du condenseur est égale à 32 mm. La masse totale de matériau transparent constituant le corps du condenseur est égale à 430 g. Ainsi, chaque élément 60A, 60B, 60C constituant le corps du condenseur a une masse propre d'environ 143 g. Ces éléments sont avantageusement réalisés par pressage d'une ébauche de verre ramollie. Les éléments 60A, 60B, 60C peuvent ainsi être obtenus de manière satisfaisante par un procédé de pressage, la masse des objets étant inférieure à 150 g et leur longueur maximale étant inférieure à 150 mm. Ces éléments peuvent également être injectés dans un moule. Enfin, sur la figure 5 est représentée une variante du condenseur de la figure 1. Dans ce mode de réalisation, le condenseur noté 60 comporte un corps 61 en matériau transparent. Ce corps est constitué d'une jupe toroïdate 62 et d'un fond 63. La jupe toroïdale 62 définit intérieurement une face d'entrée tronconique 66 et, extérieurement, une face 68 de sortie du faisceau lumineux. Dans ce mode de réalisation, la face de sortie 68 formant la surface extérieure de la jupe toroïdale présente des échelons 70 créant des discontinuités. Ainsi, le corps 51 constitue une lentille à échelons ou de Fresnel. Plus précisément, la jupe 62 est formée d'un noyau toroïdal central 72, prolongé axialement de part et d'autre par des couronnes 74,76 délimi- tant des plages de sortie annulaires du faisceau. Dans ce mode de réalisation également, le corps 51 est formé de plusieurs secteurs accolés les unes aux autres suivant des plans de liaison s'étendant perpendiculairement à la face d'entrée 66. Ces éléments sont chacun formés par pressage de verre ou par moulage de verre. Chaque élément étant fabriqué par un procédé de pressage ou de moulage, les couronnes créant des discontinuités dans la face de sortie de chaque élément peuvent être facilement fabriquées. Du fait de la présence des échelons 70, la masse totale de chaque élément peut être réduite, améliorant ainsi encore la précision de la surface externe. Le condenseur illustré sur la figure 5 a des performances analogues au condenseur de la figure 3, alors que sa masse totale n'est que de 210 g. Le condenseur étant divisé en trois secteurs, chaque secteur fabriqué par pressage ou par moulage n'a un poids propre que de 70 g. Le procédé selon l'invention, prévoyant la fabrication d'un corps de condenseur optique par assemblage d'éléments préfabriqués indépendamment les uns des autres permet, par des formes plus complexes de chacun des éléments, d'obtenir un corps de condenseur dont la masse totale est réduite. De plus, la transmission optique de ces condenseur peut être améliorée. En effet, la surface totale de chaque élément étant inférieure à la surface totale du condenseur, la qualité de la surface obtenue peut être très supérieure, la qualité d'une surface optique étant d'autant plus grande que cette surface est petite. Par ailleurs, le condenseur selon l'invention peut être traité, notamment avec un traitement anti-reflets ou miroir chaud. Ce traitement peut s'effectuer plus facilement sur chaque élément préfabriqué avant assemblage que si le traitement avait été effectué sur un condenseur monobloc. REVENDICATIONS 1.-Condenseur optique (14, 50, 60) comportant un corps (20 ; 51 ; 61) en matériau transparent présentant une face d'entrée (22, 26 ; 56 ; 66) pour un faisceau lumineux incident, caractérisé en ce que le corps en matériau transparent comporte au moins deux éléments (30A, 30B, 30C, 30D ; 60A, 60B, 60C) en matériau transparent assemblés les uns aux autres suivant des plans de liaison, lesquels plans de liaison s'étendent sensiblement perpendiculairement à la face d'entrée (22,26 ; 56 ; 66). 2.-Condenseur optique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il présente un axe optique (X-X), et en ce que lesdits plans de liaison sont concourants sensiblement suivant ledit axe optique (X-X). 3.-Condenseur optique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque élément en matériau transparent a une longueur maximale de 150 mm. 4.-Condenseur optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque élément en matériau transparent (30A, 30B, 30C, 30D ; 60A, 60B, 60C) a une masse inférieure à 150 g. 5.-Condenseur optique selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque élément en matériau transparent a une masse inférieure à 70 g. 6.-Condenseur optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits éléments en matériau transparent (60A, 60B, 60C) sont collés les uns aux autres suivant lesdits plans de liaison. 7.-Condenseur optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un cerclage (32) ceinturant lesdits éléments (30A, 30B, 30C, 30D) en matériau transparent et assurant leur assemblage. 8.-Condenseur optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps (61) comporte un noyau central (72) bordé d'au moins une couronne (74,76), le noyau central (72) et la ou chaque couronne (74,76) délimitant des plages échelonnées (74,76) de sortie du faisceau. 9. - Dispositif d'éclairage d'un champ opératoire comportant une source lumineuse (12 ; 54) et un condenseur (14 ; 50 ; 60) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10.-Procédé de fabrication d'un condenseur optique (14 ; 50 ; 60) comportant un corps (20 ; 51 ; 61) en matériau transparent présentant une face d'entrée (22, 26 ; 54 ; 66) pour un faisceau lumineux incident, caractéri- sé en ce qu'il comporte les étapes de : - fabriquer au moins deux éléments (30A, 30B, 30C, 30D ; 60A, 60B, 60C) en matériau transparent présentant chacun une plage d'entrée bordée par deux faces d'accouplement s'étendant sensiblement perpendiculairement à la face d'entrée ; et - former le corps du condenseur en accolant lesdits éléments en matériau transparent (30A, 30B, 30C, 30D ; 60A, 60B, 60C) deux à deux suivant leur face d'accouplement avec leurs surfaces d'entrée disposées côte à côte pour former la face d'entrée. 11. - Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'étape de fabrication de chaque élément comporte une phase de ramollissement d'une ébauche en un matériau transparent suivie d'une phase de pressage entre deux matrices de ladite bande ramollie. 12. - Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'étape de fabrication de chaque élément comporte une phase d'injection d'un matériau transparent dans un moule.