Brevet FR2943801A1 — publié le 20101001

Mélangeur optique de faisceaux L'invention concerne un dispositif permettant de mélanger de la lumière émise par au moins deux sources lumineuses et permettant d'émettre de la lumière ainsi mélangée. Afin de mélanger la lumière émise par une première source lumineuse et une deuxième source lumineuse, plusieurs mélangeurs optiques sont connus de l'art antérieur. Afin de fabriquer un tel mélangeur optique, des dispositifs complexes et encombrants sont disponibles pour s'assurer que les faisceaux de sources lumineuses sont correctement mélangés. Des mélangeurs déjà connus de l'art antérieur utilisent, par exemple, des éléments semi-réfléchissants permettant de combiner la lumière émise par une première source, pouvant traverser l'élément semi-réfléchissant et pouvant ajouter au faisceau de cette première source la lumière d'une deuxième source, avec la lumière de la première source en utilisant l'élément semi-réfléchissant. Le but de l'invention est de fournir un élément de structure relativement simple et compacte permettant de mélanger les faisceaux de différentes sources lumineuses afin d'obtenir une source unique permettant d'émettre la lumière ainsi mélangée. L'objet de l'invention est donc un dispositif pour mélanger des faisceaux lumineux émis par au moins deux sources lumineuses et pour émettre la lumière ainsi mélangée pourvue d'un mélangeur comportant une entrée permettant de recevoir la lumière d'au moins deux sources lumineuses, une sortie permettant d'émettre la lumière mélangée et un premier et un deuxième collecteur, chacun étant, en sa première extrémité, adapté pour fournir une source lumineuse et, en sa deuxième extrémité, connecté à l'entrée du mélangeur et pourvu d'une surface réfléchissante permettant de dévier la lumière en direction de l'axe central du mélangeur et dans lequel le dispositif est pourvu d'un deuxième surface réfléchissante permettant de dévier la lumière réfléchie par chacune des premières surfaces réfléchissantes vers l'entrée du mélangeur. L'effet technique et les caractéristiques du dispositif selon l'invention réside dans le fait que les faisceaux émis par les au moins deux sources lumineuses sont, dans un premier temps, déviés en direction d'un axe central du dispositif. Dans cet axe central se trouve une surface réfléchissante permettant de dévier, dans un deuxième temps, les faisceaux en direction du mélangeur positionné de façon centrale par rapport aux sources lumineuses. Cette construction permet de d'obtenir une structure relativement simple et compacte permettant de concentrer les faisceaux émis par les différentes sources lumineuses vers l'entrée unique d'un mélangeur. Dans le présent texte, le mot � source lumineuse � est utilisé pour indiquer toute source de faisceaux adaptée..Le mot � mélangeur � est utilisé pour indiquer un élément structurel d'une certaine longueur pouvant recevoir, en un côté, des faisceaux et étant capable de mélanger, en son intérieur, les différentes faisceaux. Selon un mode de réalisation préféré, les collecteurs, les première et deuxième lumières réfléchissantes et le mélangeur sont composés de parois d'une pièce pleine. L'effet technique de cette mesure réside dans le fait que le dispositif selon l'invention est fixé, en une extrémité, sur les différentes sources lumineuses et forme, en son autre extrémité, une source unique pour la lumière fournie par l'ensemble des sources lumineuses. Selon un mode de réalisation préféré, les collecteurs sont essentiellement parallèles et dans lequel ledit mélangeur est positionné de façon parallèle et centrale par rapport aux collecteurs. Selon un mode de réalisation préféré, ledit dispositif est pourvu de quatre collecteurs essentiellement positionnés en forme de carrés. Le dispositif selon l'invention peut être pourvu de deux, trois ou quatre sources lumineuses selon l'application prévue. Chacune des sources lumineuses est connectée à un collecteur pouvant dévier les faisceaux en direction de la deuxième surface réfléchissante. Lorsque les faisceaux de différentes sources lumineuses sont reçus à l'intérieur du mélangeur, ceux-ci sont mélangés. Selon un mode de réalisation préféré, les sources lumineuses sont formées par des LED. Chacune des différentes LED est, par exemple, fixée sur une carte électronique. Cela signifie que les faisceaux émis par les différentes LED sont essentiellement parallèles. Grâce à l'utilisation des collecteurs, les faisceaux sont déviés vers un point central pour ensuite pénétrer à l'intérieur du mélangeur. Selon un mode de réalisation préféré, les mélangeurs ont une forme conique se rétrécissant de leur entrée vers leur sortie. Les mélangeurs peuvent se présenter, essentiellement, sous la forme d'un cylindre de taille suffisamment longue pour permettre aux faisceaux de se mélanger correctement lors de leur trajet de l'entrée du mélangeur vers sa sortie. Selon un mode de réalisation préféré, et ce afin d'améliorer le mélange des faisceaux à l'intérieur des mélangeurs, le mélangeur présente une forme de section polygone. Selon un mode de réalisation préféré, let dispositif est lié à des moyens de contrôle permettant de régler les caractéristiques de la lumière émise par chacune des sources lumineuses. En utilisant des moyens de contrôle, il est possible de régler les différentes sources. En effet, les sources lumineuses, connectées au dispositif selon l'invention, peuvent par exemple présenter des couleurs différentes. En réglant la puissance variable des différentes sources, on peut ainsi régler la colorimétrie de la lumière sortant du mélangeur. Un deuxième aspect de l'invention permet de montrer un système optique pourvu d'émetteurs de la lumière mélangée, comportant le dispositif selon l'invention. L'invention et les différents avantages seront mieux appréciés à la lecture de la description détaillée du mode de réalisation, pris à titre d'exemple non limitatif, et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 montre l'extérieur du dispositif selon l'invention, - la figure 2 montre, en coupe, le dispositif selon la figure 1, - la figure 3 montre le trajet des faisceaux à l'intérieur du dispositif selon les figures 1 et 2, et - la figure 4 montre, en section, la forme du mélangeur. La figure 1 montre, en perspective, le dispositif permettant de mélanger des faisceaux selon l'invention. Le dispositif 10 est montré, en perspective, l'extérieur étant visible. Les différents détails et le fonctionnement du dispositif 10 est expliqué en faisant référence à la figure 2 et 3. Sur la figure 1, une carte électronique 1 est visible, sur laquelle plusieurs sources lumineuses telles que LED 2 sont fixées. En figure 2, deux LED seulement sont visibles. En réalité, le dispositif 10 selon la figure 1 travaille grâce à quatre LED 2. Des collecteurs 3, directement connectés aux LED 2, sont visibles. Les collecteurs 3 assurent, tel que cela est décrit en faisant référence à la figure 3, la lumière émis par les LED 2. La lumière des différentes LED 2 est concentrée dans l'élément central 4 du dispositif 10, pénètre et est mélangée à l'intérieur du mélangeur 5 afin qu'une source unique de lumière, émise par l'ensemble des LED 2, soit diffusée à la sortie 6 du mélangeur 5. Selon un mode de réalisation préféré, les mélangeurs ont une forme conique se rétrécissant de leur entrée vers leur sortie. Les mélangeurs peuvent se présenter, essentiellement, sous la forme d'un cylindre de taille suffisamment longue pour permettre aux faisceaux de se mélanger correctement lors de leur trajet de l'entrée du mélangeur vers sa sortie. Dans le cas où le mélangeur 5 est produit grâce à l'utilisation d'un moule, il est possible de donner audit mélangeur une forme conique, par exemple en incluant un petit angle permettant le démoulage suivant le procédé de fabrication. Comme montré en figure 1, le dispositif 10 est formé d'une pièce physique. Les différentes fonctions visant à collecter, concentrer et mélanger la lumière sont réalisées à l'intérieur de cet élément unique. Pour des raisons liées à la production, il est possible que le dispositif 10 soit fractionné en plusieurs éléments physiques qui sont ensuite fixés, collés l'un sur l'autre. Il est par exemple possible de créer les éléments des collecteurs 3 et la partie centrale 4 comme un premier élément et le mélangeur 5 comme un deuxième élément, tous deux assemblés pour former le dispositif 10 selon la figure 1. Le dispositif 10 selon la figure 1 étant formé par une pièce pleine signifie que sa production est relativement simple. En ce qui concerne la production d'un tel dispositif 10, les matériaux PMMA ou Zeonex peuvent, entre autres, être utilisés. L'utilisation d'autres matériaux, adaptés pour transmettre la lumière de façon efficace, peut également être envisagée. Le dispositif 10 selon l'invention est montré en coupe dans la figure 2. La figure 2 montre la carte électronique 1 comportant les LED 2 fixées et incluses dans un angle de 180°. Les LED 2 sont montées sur la carte électronique 1 afin que les faisceaux (indiqués de façon schématique par des lignes de référence 21) soient émis par les différentes LED dans une direction essentiellement parallèle. Le collecteur 3 est directement connecté aux LED 2, ledit collecteur étant formé par l'espace intérieur de la partie basse du dispositif 10. En son extrémité supérieure, le collecteur est physiquement directement connecté avec la partie basse du mélangeur 5. L'intérieur du collecteur 3, la partie intermédiaire 4 et le mélangeur 5 forment, ensemble, un espace fermé. L'unique sortie est créée par la sortie 6 en l'extrémité supérieure du mélangeur 5. Le fonctionnement du dispositif 10 selon l'invention est clairement expliqué dans la figure 3. Les faisceaux émis par les LED 2 sont parfaitement indiqués à l'aide des lignes droites. Dans un premier temps, le faisceau émis dans une direction essentiellement verticale est ensuite dévié par une surface 31 formant la surface intérieure de la paroi du collecteur 3. Grâce à cette surface 31, les faisceaux sont déviés en direction de l'axe 51 du mélangeur 5 (voir sur la figure 2). En partie centrale, le dispositif 10 est pourvu d'une deuxième surface réfléchissante formée par le cône central 32. Sur la surface de ce cône 32, le faisceau est de nouveau dévié afin de pénétrer dans l'extrémité basse 7 du mélangeur 5. A partir de cette entrée 7 du mélangeur 5, les faisceaux sont ensuite guidés vers la sortie 6 du mélangeur 5. Pour des raisons de clarté, seuls les faisceaux émis par une LED unique sont indiqués en figure 3. Il est évident qu'avec le dispositif 10 selon l'invention, la sortie 6 du mélangeur 5 devient une source unique de la lumière émise par les différentes sources lumineuses LED 2. Afin d'améliorer le mélange des faisceaux de différentes sources lumineuses 2, le mélangeur se présente sous la forme d'un polygone tel que montré, en coupe, en figure 4. 25 Le dispositif 10 selon l'invention est une pièce pleine. L'angle d'incidence des faisceaux sur les surfaces 31 et 32 et la surface latérale du mélangeur étant supérieurs à l'angle limite de réflexion totale, lesdites surfaces 31 et 32 forment des surfaces réfléchissantes et ce sans qu'aucun traitement de type � miroir � ne soit nécessaire. 30 Dans les figures 1 à 4, le dispositif 10 est montré avec quatre sources lumineuses 2. Il convient de noter que le même principe, tel que décrit dans le présent texte, peut également être réalisé avec 2, 3, 5 ou toutes autres sources lumineuses adaptées. Afin de minimiser l'encombrement, les collecteurs 3 individuels produisent un faisceau convergent à l'entrée du mélangeur 5. Les surfaces réfléchissantes 31 et 32 travaillent en réflexion totale et ne nécessitent donc aucun traitement réfléchissant. Le mélangeur 5 forme en son intérieur un guide de lumière fonctionnant également en réflexion totale. La forme de ce mélangeur 5 peut se présenter sous une forme cylindrique ou conique et comporter un petit angle permettant un démoulage aisé du mélangeur 5 suivant son procédé de fabrication. La fonction de mélange est assurée, comme cela est indiqué ci-dessus, par une forme de section permettant d'éclater le faisceau issu de chaque source lumineuse 2, en projection sur le plan octogonal à l'axe 51 du mélangeur, tout en préservant la divergence définie comme l'ouverture angulaire du faisceau par rapport à l'axe 51 du mélangeur. La sortie 6 du mélangeur constitue une source secondaire unique homogène pouvant être utilisée par un système de projection ou de reprise d'images. Ce système de protection ou de reprise d'images peut, par exemple, être de type � zoom �. Dans le cas où les sources lumineuses 2 sont de couleurs différentes et de puissance variable, la colorimétrie de la source secondaire, formée par la sortie 6 du mélangeur 5 peut être modifiée en modulant la puissance de chaque source lumineuse 2. Un des avantages du dispositif 10 selon la présente invention réside dans le fait que ce dispositif 10 permet de produire une source unique, formée par la sortie 6, à partir d'un ensemble de sources lumineuses 2. Un autre effet technique du dispositif 10 selon l'invention est de permettre de produire, en sortie 6 du mélangeur 5, un faisceau d'étendue géométrique minimale. Le dispositif 10 ne nécessite aucun traitement de surface de type miroir ou traitement semi-réfléchissant, ce qui simplifie le procédé de fabrication et réduit les coûts de production du dispositif 10 selon l'invention. Comme indiqué ci-dessus, les différentes fonctions de collecter, concentrer et mélanger les faisceaux peuvent être assorties d'une pièce unique, ce qui simplifie la production de l'assemblage d'un système comportant, par exemple, un grand nombre de dispositifs 10. Le principe adopté dans le dispositif 10 selon l'invention permet de combiner les faisceaux sortant de différentes sources lumineuses 2 avec un rendement élevé, compris entre 60 % et 70 % suivant les caractéristiques exactes des sources. Dans une variante non montrée dans les dessins, la surface de la sortie 6 du mélangeur 5 peut être diffusante pour produire une source secondaire de grande divergence. La surface de la sortie 6 du mélangeur 5 peut également être optimisée afin de produire un faisceau adapté à une reprise par un réflecteur.