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La présente invention est relative à un dispositif de polarisa- tion de la lumière des phares de véhicules par réflexion et réfraction sur des lames transparentes polies en deux faisceaux polarisés dans des plans de polarisation perpendiculaires.
L'invention a pour but de prévoir un dispositif dont le rende- ment soit excellent, en évitant les pertes de lumières incidentes ou les pertes par absorption (polaroïdes) qui existent dans les systèmes qui ont déjà été proposés. A cet effet, le dispositif selon l'invention comprend un écran redresseur interposé sur le trajet d'un quelconque des deux fais- ceaux précités, cet écran étant constitué par au moins un système biréfrin- gent afin de redresser ce faisceau par rotation de 90 et de polariser ain- si la totalité du faisceau incident dans un plan de polarisation unique.
Dans une forme de réalisation avantageuse, le dispositif com- prend un écran polariseur formé d'au moins un empilage de lames parallèles, transparentes et polies, faisant avec la direction du faisceau lumineux in- cident qui est formé de rayons parallèles, un angle dont la tangente est sensiblement égale à l'inverse de l'indice de réfraction de la matière con- stituant les lames, celles-ci étant de préférence orientées de manière que les plans d'incidence soient parallèles au plan vertical passant par l'axe du faisceau lumineux.
Dans une forme de réalisation particulière, le dispositif com- prend deux systèmes réfléchissants, disposés symétriquement par rapport à la direction du faisceau incident, la disposition et la forme de ces systèmes étant choisies pour ramener le faisceau réfléchi par l'écran polari- seur dans la zone obscure déterminée par le faisceau qui est réfracté par l'écran polariseur.
' Dans une autre forme de réalisation avantageuse, le dispositif comprend au moins un écran polariseur et redresseur, formé d'un empilage d'éléments à la fois polariseurs et redresseurs, constitués chacun d'une lame transparente et polie, d'une couche mince d'une matière transparente, dont l'indice de réfraction est différent de, et de préférence plus grand que, celui de la matière constituant la lame transparente, cette couche recouvrant au moins l'une des faces de la lame transparente, un système biréfringent d'une demi longueur d'onde étant placé contre la couche mince, les différents éléments étant orientés de manière à former, avec la direction des rayons lumineux incidents,
un angle dont la tangente est sensiblement égale au rapport de l'indice de réfraction de la matière formant la lame transparente à celui de la matière formant la couche mince, l'écran étant limité par deux faces polies, perpendiculaires à la direction des rayons lumineux incidents et formées des faces alignées des divers éléments.
Dans une forme de réalisation particulière, le dispositif comprend au moins deux écrans polariseurs et redresseurs juxtaposés, la direction d'empilage des éléments pour chacun des écran étant perpendiculaire à la direction d'empilage dé l'écran précédent.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description des dessins annexés au présent mémoire et qui représentent, à titre d'exemples non limitatifs, trois formes de réalisation de l'objet de l'invention.
La figure 1 est une vue schématique, en coupe et en élévation, d'un dispositif de polarisation conforme à l'invention, monté sur un phare de véhicule.
Les figures 2 et 3 sont analogues à la figure 1, mais se rapportent à deux autres formes de réalisation.
La figure 4 est une représentation schématique du trajet d'un rayon lumineux dans le cas du dispositif de la figure 3.
La figure 5 représente en perspective un parallélépipède rectan-
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gle découpé dans le dispositif de polarisation de la figure 3. variante. La figure 6 est analogue à la figure 5, mais se rapporte à une variante.
Dans les différentes figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments analogues.
Avant de décrire les dispositifs représentés, il est utile de rappeler certains principes d'optique. Si un faisceau lumineux I vient frapper un empilage de lames transparentes polies, sous un angle déterminé, il se divise en deux faisceaux; a) l'un de ces faisceaux I2, réfracté, se polarise dans un plan parallèle au plan d'incidence de la lumière et qui sera désigné ci-après par le terme de plan de polarisation "vertical"; b) le second faisceau Il, réfléchi progressivement sur les la- mes, se polarise dans un plan perpendiculaire au plan d'incidence de la lu- mière et qui sera désigné ci-après par le terme de plan de polarisation "horizontal". Les termes "plan vertical" et "plan horizontal!! sont employés ici et dans ce qui suit à titre purement conventionnel et ne définissent pas une orientation dans l'espace.
L'angle d'incidence du faisceau initial correspondant à un maxi- mun de polarisation est défini par la loi de Brewster et a pour expression: tg Ó = n n est l'indice de réfraction des lames transparentes.
La disposition décrite polarise donc la lumière et deux fais- ceaux divergents et polarisés inversement.
Le phare représenté à la figure 1 comprend une source lumineuse 14 placée entre un réflecteur parabolique 15, de la forme habituelle., et un miroir sphérique 16. Le faisceau lumineux incident est donc constitué de rayons-parallèles. Le phare est équipé d'un dispositif de polarisation qui comprend un écran polariseur l, formé par un empilage unique de lames transparentes polies. Le faisceau I1 réfléchi par l'écran 1 et par une surface réfléchissante 10 qui le remène sensiblement dans la direction du faisceau réfracté I , traverse une lame biréfringente 8, placée normalement au faisceau incident. Le plan de polarisation du faisceau acee nor donc de 90 et coincide alors avec celui du faisceau I .
Toute la lumière est donc polarisée dans un plan "vertical", donc dans un plan parallèle au plan d'incidence de la lumière.
Le phare représenté à la figure 2 est équipé d'un dispositif de polarisation qui comprend un écran polariseur 1 formé de deux empilages 2 et 3 de lames transparentes polies, symétriques par rapport à la direc- tion 4 du faisceau lumineux incident; les deux empilages sont disposés com- me les branches d'un V, mais la pointe de ce V est tronquée, car les empila- ges sont limités par les plans 5 et 6.
Dans le cas représenté, on a supposé que l'indice de réfraction n est égal à 1,732; langle d'incidence est donc alors de 60 . Le faisceau Il, dû. à l'empilage 2, arrive alors normalement sur l'empilage 3 et tra- verse ce dernier avec un minimum de pertes.
Le faisceau I , provenant aussi bien de l'empilage 2 que de l'empilage 3, arrive sur les deux lames biréfringentes 7 et 8 placées de- vant les empilages 2 et 3, normalement à la direction 4 du faiscceau lumi- ne=-incident. Ces lames laissant' entre elles, en regard de la pointe tron- quée du V, ce dernier étant, comme on le voit à la figure 2, ouvert vers la source lumineuse, une zone libre 9 correspondant à la zone obscure déter- minée par les faisceaux réfractés par l'écran polariseur. On constitue ain-
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si un écran redresseur qui fait tourner le plan de polarisation des fais- ceaux réfractés I de 90 , le ramenant ainsi dans le même plan de polarisation que celui des faisceaux I1, donc des faisceaux réfléchis.
Tonte la lu- mière est donc polarisée dans un plan de polarisation "horizontal".
Les faisceaux réfléchis I1 tombent, après avoir traversé l'empilage dont ils ne sont pas issus, sur des surfaces réfléchissantes para- boliques concaves 10 et 11 disposées symétriquement et formées de sur-faces métalliques polies ménagées dans les parois latérales du phare. Les fais- ceaux réfléchis par les surfaces 10 et 11 tombent alors sur deux surfaces réfléchissantes 12 et 13 de forme parabolique convexe, disposées sumétrique- ment par rapport à l'axe du phare. Ces surfaces sont prévues au delà du plan 6 qui limite les empilages 2 et 3.
Grâce à la formé et à la disposi- tion des surfaces réfléchissantes 10 et 11, d'une part,, et 12 et 13 d'au- tre part, les faisceaux I , donc les faisceaux réfléchis par l'écran polariseur, sont ramenés dans la zone obscure 9 déterminée par les faisceaux
I2, donc les faisceaux réfractés par l'écran polariseur.
On peut encore prévoir la rotation de 90 du plan de polarisa- tion des faisceaux réfléchis au lieu des faisceaux réfractés. Dans ce cas, l'écran redresseur constitué par les systèmes biréfringents 7 et 8 est remplacé par un système biréfringent unique, placé en regard de la zone obscure 9. Toute la lumière incidente est alors polarisée dans un plan ver- tical.
Il doit être entendu que dans ce qui précède, tout comme dans ce qui suit, un système biréfringent d'une demi longueur d'onde peut être constitué soit par une lame unique ou un film synthétique unique d'une demi longueur d'onde, soit par deux lames ou deux films d'un quart de lon- gueur d'onde, etc.
On retrouve dans le phare représenté à la figure 3 la source lumineuse 14 placée entre le réflecteur parabolique 15 et le miroir sphéri- que 16. Le faisceau lumineux incident est donc constitué de rayons parallè- les, comme dans le cas des figures 1 et 2. Le phare est équipé d'un disposi- tif de polarisation formé, dans le cas réprésenté, de cinq écrans, désignés respectivement par 17, 18, 19, 20 et 21, qui sont à la fois polariseurs et redresseurs.
Chaque écran est constitué d'un empilage d'éléments, tels que 22 ; un des éléments 22 est représenté à plus grande échelle à la figure 4.
Cet élément, qui est à la fois polariseur et redresseur, est constitué d' une lame 23, transparente et polie, et revêtue, sur deux faces parallèles, d'une couche 24 d'une matière transparente, dont l'indice de réfraction est différent de celui de la matière constituant la lame 23. En l'occurrence, l'indice de réfraction des couches 24 est plus grand que celui de la lame 23. L'élément 22 comprend encore un système biréfringent 25 constitué., dam le cas présent, par une lame de film biréfringent d'une demi longueur d'on- de, placée contre l'une des couches 24.
Si l'on considère un rayon isolé I, il se réfléchit suivant le trajet I1 et se polarise dans un plan de polarisation "horizontal". D'autre part, il se réfracte suivant le trajet 12 et se polarise partiellement dans un plan" vertical", mais en traversant la lame biréfringente 25, son plan de polarisation tourne de 90 , en sorte que la totalité de la lumière pola- risée l'est dans un plan unique "horizontal".
La lumière issue d'un élément tel que 22, qui est à la fois po- lariseur et redresseur, se compose de:
1 ) x % de lumière polarisée par réflexion;
2 ) x% de lumière polarisée par réfraction et ramenée dans le
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plan de polarisation de la lumière réfléchie en traversant la lame biré- fringente 25; 3 ) (100 - 2x) % de lumière non polarisée.
En fait, comme il a été dit précédemment, le dispositif de po- larisation comprend plusieurs écrans polariseurs et redresseurs. Pour deux écrans polariseurs et redresseurs juxtaposés, la direction d'empilage des éléments 22 est perpendiculaire à la direction d'empilage de l'écran voisin.
Pour bien montrer cette disposition, on a représenté à la figure 5 un paral- lèlépipède rectangle découpé dans le dispositif de polarisation de la figu- re 3.
Il résulte de la disposition adoptée que la lumière polarisée qui sort de l'écran 17 est polarisée dans le plan d'incidence des lames de l'écran 18 et traverse cet écran 18 en totalité, par réfraction. Toutefois, en passant à travers les lames biréfringentes 25 des éléments 22 et l'écran 18, le plan de polarisation tourne de 90 . Les (100 - 2x)% de lumière non polarisée, après le passage de l'écran 18, se compose de :
1 ) 2x (100 - 2x) % de lumière polarisée par réflexion;
100 2 ) 2x (100- 2x) lumière polarisée par réflexion 2) 2x (100-2x) % de lumière polarisée par réflexion et ra- menée dans le plan de polarisation de la lumière réfléchie en traversant les lames biréfringentes 25 de l'écran 18;
3 ) (100 - 4x (100-2x) % de lumière non polarisée.
100
Il résulte de ce qui précède qu'après le passage de l'écran 17, il y a 2x % de lumière polarisée dans un plan "horizontal".
Après le passage de l'écran 18, il y a
2x ( 1 + 2 100 - 2x) %
100 de lumière polarisée dans un plan "vertical"; si le rapport de l'indice de réfraction des couches 24 à celui des lames 23 est 1,732, k est égal à en- viron 0,24 et la quantité de lumière polarisée issue du second écran est d'environ 1,5 fois la quantité de lumière polarisée qui sort du premier écran. On comprend donc qu'en prévoyant un certain nombre d'écrans, tels que 17 à 21, on arrive à polariser la presque totalité de la lumière du phare dans un plan unique de polarisation, plan qui sera un plan "horizon- tal" si le nombre d'écrans est impair, et "vertical" si le nombre d'écrans est pair.
Deux écrans voisins du dispositif de polarisation sont séparés par un milieu ou un produit adhérent quelconque, dont l'indice de réfrac- tion sera choisi plus petit que celui des lames transparentes 23, afin de récupérer par réflexion totale interne la totalité des rayons réfléchis.
Dans l'exemple choisi à la figure 3, les écrans 17 à 21 compren- nent des lames 23 en verre de 2 mm d'épaisseur, revêtues de couches 24 for- mées au moyen d'un matériau transparent qui peut être une résine ou un au- tre produit. Le rapport des deux indices de réfraction étant de 1,732, 1' angle de polarisation est de 60 et l'angle d'inclinaison des lames sur la direction du faisceau incident est de 30 .
Chacun des écrans 17 à 21 peut être constitué non pas par des éléments 22, qui sont tous parallèles, mais par deux empilages symétriques par rapport à la direction du faisceau incident. C'est ainsi que, comme ou le voit 2 la figure 6, qui représente un parallélépipède découpé dans la partie médiane du dispositif de polarisation, les éléments 22 qui se trouvent à la partie supérieure de l'écran 17 sont tous parallèles et forment un an- gle de 30 avec la direction du faisceau lumineux incident, mais les élé-
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ments 22 inférieurs sont symétriques des premiers et forment également un angle de 30 avec la direction du faisceau lumineux incident. Pour augmen- ter la clarté de la figure 6, on a supposé enlevés les éléments 22 de la partie supérieure de 1-'écran 21.
On voit ainsi que les éléments 22 de la partie avant de l'écran 20 sont symétriques des éléments 22 de la partie arrière de cet écran; cependant, les faces terminales de tous les éléments d'un même écran sont alignées et forment, du reste, comme dans le cas de la figure 5deux faces parallèles polies et perpendiculaires à la direc- tion des rayons lumineux incidents.
Il doit être entendu que l'invention nest nullement limitée aux trois formes de réalisation décrites et que bien des modifications peuvent être apportées à ces dernières, sans sortir du cadre du présent brevet. C'est ainsi que les dispositifs de polarisation décrits peuvent être appliqués aux phares de n'importe quel véhicule, que ce soient des automobiles, des motos, des vélocipèdes, des bateaux, des véhicules de chemins de fer, tels que des locomotives, etc. La nature, le nombre, l'épaisseur et l'indice de réfraction des différentes lames utilisées peuvent être quelconques. Il en est de même de la forme, de l'orientation et de la disposition des divers éléments 22 du dispositif des figures 3 à 6.
Il en est encore de même en ce qui concerne les systèmes biréfringents qui, comme on 1'a dit ci-avant, peuvent être constitués soit par une lame ou un film synthétique d'une demi longueur d'onde, soit par deux lames ou deux films d'un quart de longueur d'onde, etc. Autrement dit, les caractéristiques rotatoires des systèmes biréfringents peuvent être quelconques, à condition de faire tourner les plans de polarisation définis ci-avant de 90 . On peut adopter, pour obtenir les réflexions qui permettent, dans le dispositif de la figure 1, de ramener le faisceau réfléchi dans la zone obscure du faisceau réfracté, diverses formes, natures et dispositions des écrans réfléchissants.
Il n'est pas indispensable que l'un des faisceaux polarisés soit ramené dans laxe de l'autre; les deux faisceaux peuvent avoir des directions différents, mais la zone d'éclairement de l'un doit compléter la zone d'éclairement de 1-'autre. On peut par exemple avoir, pour les deux phares d'un véhicule, les deux faisceaux réfractés parallè- les et les deux faisceaux réfléchis symétriques l'un de l'autre par rapport au plan vertical de symétrie du véhicule, ces faisceaux faisant un certain angle avec les faisceaux réfractés.
On peut encore avoir, pour un phare, le faisceau réfracté qui est presque parallèle au sol, alors que le faisceau réfléchi est plus incliné par rapport au solo Dans le cas de la fig. 1, les dernières conditions énoncées peuvent être aisément réalisées en modifiant l'inclinaison de la surface réfléchissante 10.
REVENDICATIONS.