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"Réflecteur de lumière à grande intensité"
De nombreux dispositifs optiques connus ont la propriété de réfléchir les rayons lumineux qu'ils reçoivent¯a'une source éclairante indépendante d'eux.
Cette propriété est notamment utilisée pour la signali- sation et la publicité de nuit. Les systèmes réalisant cette condition sont extrêmement variés, chacun a'eux ayant d'ailleurs des propriétés particulières.
Le dispositif faisant l'objet de la présente invention est spécialement destiné au cas où l'oeil de l'observateur est près de la source lumineuse, le réflec- teur étant relativement éloignée Il est composé d'un @
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système optique convergent (dioptre ou lentille) et d'une surface réfléchissante concave, combinaison optique bien connue et ayant reu de nombreuses applications
Dans le dispositil objet de l'invention la partie du système optique convergent tournée vers la source lumineuse est stigmatique pour un point lumineux objet situé à l'infini. Cette partie du dispositif comporte donc au moins une surface qui n'est ni plane, ni sphérique.
La surface réfléchissante concave dont le sommet est sensiblement au foyer du système convergent est calculée de façon que l'ensemble du dispositif soit auto- collimateur.
En général, le dispositif objet de l'inventif admet un axe de révolution et suivant le mode de constructi@ utilisé il peut être autocollimateur soit pour un point lumineux situé sur son axe ou voisin de son axe, soit pour tous points lumineux éloignés situés au voisinage de la surface d'un cône de révolution ayant pour sommet le dispositif, pour axe l'axe de révolution du dispositif et pour angle au sommet un angle dont la valeur peut être comprise entre 0 et 240 mais plus particulièrement voisine de 180 (indifféremment en plus ou en moins).
Dans le mode de réalisation qui correspond au cas où le dispositif est autocollimateur pour la direction de son axe, le dispositif présente les caractéristiques essentielles suivantes :
1 / Le système optique convergent est calculé pour être stigmatique et aplanétique pour un point lumineux à l'infini, c'est-à-dire pour donner une image ponctuelle d'un point éloigné dans une direction tres voisine de son axe. Il comporte donc au moins une surface qui n'est ni plane, ni sphérique;
2 / la surface réfléchissante concave dont
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le sommet est sensiblement au foyer axial du système convergent et dont l'axe de symétrie est confondu avec le précédent, est calculée de laçon à donner d'une circon- férence voisine située dans un plan perpendiculaire à l'axe une image confondue avec cette même circonférence, chaque point de la circonférence ayant une image presque rigoureu- sement stigmatique sur le point diamétralement opposé.
La circonférence choisie est sur, ou au voisinage immédiat du système convergent ci-dessus mentionné.Grâce à l'accouple- ment de ces deux propriétés, le système présente les avantages suivants :
1 / Tous les rayons issus d'un point lumineux éloigné très voisin de l'axe du système, et reçus sur ce dernier, vont converger en un point du réflecteur arrière, y sont réfléchis symétriquement à l'axe et ressortent tous sous la forme d'un faisceau revenant intégralement sur lui-même.
Cette propriété n'est pas réalisée dans les systèmes actuellement existants où, par suite des aberrations une faible partie seulement des rayons revient sur elle- même;
2 / des rayons lumineux légèrement inclinés sur l'axe et situés dans des plans méridiens présentent la même propriété de retour sur eux-mêmes en ce qui concerne ceux tombant dans la région du cercle pour lequel le réflec- teur est stigmatique. La même propriété s'étend de façon très approchée aux rayons tombant en dehors du cercle.
Le système convergent peut être constitué par un dioptre de verre (dispositif à marque optique complète- ment dans le verre) ou par une lentille convergente (disposi- tif à marche optique mixte dans l'air et dans le verre ).
Sur le dessin annexé, les ligures 1, 2 et 3 se rapportent au cas où le dispositif est autocoflimateur dans la direction de son axe.
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La figure 1 montre un schéma représentant une courbe méridienne engendrant la surface de révolution qui limite le réflecteur à grande intensité; la figure 2 est une vue en élévation d'un réflecteur conforme à l'invention; la ligure 3 est une vue en coupe d'une variante et se rapporte au cas où la partie antérieure réfringente du dispositif est constituée par une lentille; les figures 4, 5, 6 et 7 se rapportent aux cas où la direction d'autocollimation n'est pas la direction de l'axe de révolution du système.
La figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 1 et montre un schéma représentant une courbe méridienne engendrant la surface de révolution qui limite extérieurement le réflecteur à grande intensité; la figure 5 est une vue analogue à celle de la figure 4, mais se rapporte au cas particulier où la direc- tion d'incidence des rayons lumineux est perpendiculaire à l'axe de révolution; la figure 6 est une vue en élévation d'un réflecteur conforme à l'invention; la figure 7 représente un groupe de trois réflecteurs moulés ensemble.
Voici à titre d'exemple, un mode de réalisation complet d'un dispositif répondant à la présente invention, dans la forme où tous les rayons sont dans le verre et où la direction de l'autocollimation est la direction de !taxe (fig.1).
Le système convergent stigmatique est un aemi- ellipsoïde de révolution dont la méridienne est une ellipse 1 ayant 10 m/m de demi petit axe et 13 m/m, 3 de demi grand axe (le verre étant supposé avoir un indice de rétraction de 1,517)..
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Tous les rayons parallèles à l'axe vont converger au second foyer 2 situé à 22 m/m du sommet.
Le sommet du réflecteur arrière est situé sur, ou tres pres du second foyer ci-dessus mentionné.
Le réflecteur arrière est une fraction d'ellipsoïde déterminé de la façon suivante: son ellipse méridienne 3 a pour foyers deux points symétriques 4 et 5 distincts pris en un endroit approprié voisin de l'éllipse méridienne du dioptre conver- gent. Ces points sont proches de la rencontre de cette méridienne avec la perpendiculaire à laxe élevée du premier foyer 6. -Un choisissant les points juste sur cette perpen- diculaire et juste sur la première ellipse, ie calcul permet de déterminer l'ellipse réfléchissante convenable dont les demi-axes sont respectivement 19,1 et 17,5.
Pour constituer l'appareil il suffira donc de prendre les portions convenables des deux ellipsoïdes ainsi déterminés, ainsi que la forme externe à lui attribuer, forme pouvant varier dans de grandes limites sans sortir du cadre de l'invention. Le réilecteur arrière est rendu réfléchissant par un enduit approprié tel qu'une argenture (la figure 2 représente une lorme ae réalisation possible dans ce cas).
Dans ie cas où le système convergent avant est constitué par une lentille simple ou double (fig.3), ce dernier sera calculé pour être stigmatique, donc comportera au moins une surface asphérique 7 caiculaole par points selon le but à réaliser. Cette surface dérivera de l'ellipse ci-dessus étudiée à laquelle on apportera les déformations destinées à la correction des aberrations des dioptres plans ou sphériques accouplés,
Le miroir 8 est dans ce cas pareillement déter- miné de façon que son cercle stigmatique soit voisin de la
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surface du système convergent.
On pourra sans sortir du cadre de la présente invention remplacer les surfaces calculées par deux surfaces approchées présentant les mêmes propriétés moyennes par exem- ple par raison d'économie ou de facilité de montage à condi- tion que les formes indiquées subsistent assez nettement pour que l'une au moins ne puisse se confondre avec une sphère ou un plan, ce qui sortirait du cadre de l'invention pour entrer dans celui des systèmes dioptriques déjà connus.
L'une des caractéristiques essentielles d'un mode de réalisation qui vient d'être décrit est constituée par le fait que l'axe de révolution du réflecteur coïncide avec le grand axe de l'ellipsoïde antérieur et le réflecteur n'est autocollimateur que pour la direction de son axe ou pour une direction voisine.
On va maintenant décrire en détail le cas où le dispositif est autocollimateur pour tous points lumineux éloignés et situés au voisinage de la surface d'un cône de révolution ayant pour sommet le dispositif, pour axe l'axe de révolution du dispositif et pour angle au sommet un angle dont la valeur peut être comprise entre 0 et 240 , mais plus particulièrement voisine de 180 (indifféremment en plus ou en moins). Ce résultat est atteint en ne faisant pas coïncider l'axe de révolution du système avec le grand axe de l'ellipse méridienne antérieure.
La partie utile du milieu réfringent peut être limitée par des portions de surface de révolution dont la méridienne comporte une portion d'ellipse faisant converger en son foyer les rayons lumineux incidents situés dans un plan méridien et parallèles au grand axe de l'ellipse, ledit grand axe ne coïncidant pas avec l'axe de révolution du dispositif.
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La surface réfléchissante est constituée par une portion de surface de révolution qui a même axe de révolution que la surface limitant le milieu réfringent. La méridienne de cette surface réfléchissante est constituée par une portion d'ellipse caractérisée par le fait qu'elle passe par le foyer image de l'ellipse engendrant la surface réfringente et qu'elle a pour foyers deux points situés sur la portion utile de ladite ellipse.
Comme dans le cas précédent, on peut envisager des variantes dans lesquelles les arcs d'ellipse indiqués ci-dessus peuvent être remplacés par des arcs de courbes par voisines, par exemple/des arcs de cercle,
En se reportant plus spécialement à la figure 4, on voit que 9 représente une ellipse ayant pour axes X'X - Y'Y. Les caractéristiques de cette ellipse sont cal- culées de telle sorte que les rayons situés dans le plan méridien et arrivant dans le sens de la flèche viennent converger au foyer-image 10; ils rencontrent alors une portion d'ellipse réfléchissante Il ayant pour foyer des points 12 et 13 situés sur la partie utile de l'ellipse 9; lesdits rayons sont ainsi réfléchis très sensiblement dans la directi: d'incidence.
Les portions d'ellipse 9 et 11 tracées en traits pleins sur la figure 4 engendrent pas rotation autour de l'axe Z une surface qui limite extérieurement le réflecteur à grande intensité; l'axe de rotation Z ne coïncide plus avec l'axe X'X de l'ellipse antérieure. Il fait au contraire avec X'X un angle qui représentera le demièangle au sommet du cône dont les génératrices indiquent les directions de réflexion maxima du dispositif. L'axe Z peut couper l'axe X'X en un point quelconque mais il est préférable, dans la pratique, que le point 14 d'intersection de Z et de X'X soit voisin du centre de courbure correspondant au sommet X' de
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l'ellipse 9.
On insiste sur le point que suivant la posi- tion de l'axe Z le réflecteur, objet de l'invention, pourra avoir des apparences extérieures très variables.
A titre d'exemple d'un mode de réalisation possible, on peut citer le cas où le demi grand axe de l'ellipse a une longueur de 13 m/m,3 et le demi-petit axe une longueur de 10 m/m, (l'indice du verre étant supposé égal à 1,517). La distance du sommet X' au foyer 10 est de 22m/m, l ; le centre de courbure 14 est distant du pre- mier sommet de 9 m/m,4. Si l'axe de révolution est incliné de 11 par rapport à l'axe f, le cône qui définira les régions de l'espace pour lesquelles le système est stigma- tique aura comme sommet le réflecteur et les génératrices seront inclinées de 79 par rapport à l'axe Z du système, (cas de l'angle au sommet du cône égal à 158 ).
Conformément à une variante du dispositif , l'ellipse Il peut être remplacée par une portion d'arc de cercle passant par le foyer 10 de l'ellipse 9 et ayant pour centre le milieu 15 de la partie utile de l'ellipse 9; avec les données précédentes, le rayon de ce cercle serait de 17 m/m, 5 environ.
Dans le cas où l'on désire que la direction d'observation fasse un angle droit avec l'axe du système, la partie utile de l'ellipse 9 peut ne pas comporter le sommet X' afin que la partie réfléchissante puisse avoir des dimensions appréciables.
On a représenté sur la figure 5, un schéma de la courbe qui limite la surface réfringente dans ce cas.
Il est bien évident que les parties du dispo- sitif qui ne sont pas directement interessées par le flux lumineux peuvent avoir une forme quelconque, les parties supérieure et inférieure peuvent être aplaties ou arrondies et les portions utiles des surfaces de révolution engendrées
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par les eilipes décrites peuvent être réunies par un biseau (fig.6).
Les dispositifs qui viennent d'être décrits peuvent être montés sous forme de pièces détachées ou, au contraire, plusieurs dispositifs peuvent être moulés simul- tanément pour former un bloc, comme on l'a représenté sur la fig. 7. il est bien évident que sans sortir du cadre de la présente invention, on peut prévoir des modifications aux dispositifs qui viennent d'être décrits, En particulier, l'axe de révolution du dispositif peut ne pas passer par le centre de courbure du sommet de l'ellipse méridienne anté- rieure.
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1 - Réflecteur-de lumiere à grande intensité dans lequel les rayons lumineux émis par un point situé à l'infini sont renvoyés dans la direction incidente, ledit réflecteur étant caractérisé par le lait que la partie du système optique convergent tournée vers la source lumineuse est stigmatique pour un point lumineux objet situé à l'infini et comporte de ce lait une surface au moins qui ne soit ni plane, ni sphérique.
2 - Réflecteur de lumière conforme à la revendi- cation 1 et admettant un axe de révolution, caractérisé par le fait qu'il est stigmatique pour un point à l'infini sur l'axe et que le réflecteur est sensiblement stigmatique pour une certaine circonférence ayant son centre sur l'axe et voi- sine du réflecteur, le sommet dudit réflecteur étant voisin du foyer-image du système optique précité.
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