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DISPOSITIF POUR MODIFIER LE SPECTRE EMIS PAR UNE SOURCE DE LUMIERE
ARTIFICIELLE.
La présente invention a pour objet des appareils d'éclai- rage destinés à modifier la composition spectrale de la lumière émise par une source lumineuse, plus particulièrement en vue d'obtenir une composi- tion se rapprochant le plus possible de celle de la lumière blancheo
On a déjà proposé dans ce but de combiner une source lumi- neuse, par exemple une ampoule électrique à incandescence avec un réflec- teur coloré, de manière à corriger la couleur originelle de la source, par la coloration complémentaire de la lumière réfléchie.
Plus particuliè- rement, lorsqu'on se propose d'obtenir une lumière blanche avec une'source telle qu'une ampoule à incandescence pauvre en radiationsde courtes lon- gueurs d'ondes, c'est-à-dire pauvre en bleu et en violet, on a proposé de combiner cette ampoule à incandescence avec un réflecteur sélectif ne ren- voyant que des radiations de courtes longueurs d'onde, de manière à corri- ger le spectre de la lumière résultante, pour qu'il se rapproche de celui de la. lumière dujour.
Néanmoins, dans ces dispositifs connus, la forme et la. dis- position du réflecteur ont été choisies empiriquement, sans définir exacte- ment la direction des rayons lumineux directs et des rayons lumineux réflé- chiso
Or, l'un des principaux inconvénients des dispositifs exis- tants, réside notamment en ce que l'inclinaison des rayons directs et l'in- clinaison des rayons réfléchis étant différente, tous les objets placés dans le champ de l'appareil donnent lieu à des ombres portées colorées.
Cet inconvénient est particulièrement sensible pour l'ombre portée par le bord du réflecteur lui-même.
La présente invention a donc pour objet un. système de réflec-
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teur dont la forme est calculée en fonction de la position de la source lumineuse, de manière que les rayons délimitant les ombres portées sur la surface à éclairer, tout au moins celles produites par le bord du réflec- teur, soient confondus pour les rayons lumineux directs et les rayons lumi- neux réfléchis. A cet effet, la surface est telle que le prolongement de chaque rayon joignant la source au bord du réflecteur, rencontre normale- ment la face opposée de ce réflecteur.
Si l'on veut obtenir cette suppression de la coloration pour les ombres portées par n'importe quel objet placé dans le champ de la source lumineuse, la même condition devra être remplie pour tous les rayons émanant de cette source.
Dans le cas d'une source ponctuelle, le réflecteur satisfai- sant géométriquement à cette condition, est un réflecteur sphérique au cen- tre duquel est placée la source lumineuse ponctuelle. Dans le cas d'une source ayant une certaine dimension, ce résultat sera obtenu avec une appro- ximation tout à fait satisfaisante en employant comme réflecteur un réflec- teur elliptique dont les deux foyers sont disposés sensiblement aux deux extrémités du filament:lumineux.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, le réflec- teur peut être combiné avec la lampe à incandescence elle-même, une série de petits réflecteurs pouvant d'ailleurs etre disposés le long du filament de la lampe.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, le réflec- teur est constitué par une portion de sphère lisse limitée par un petit cercle et prolongée par une zone sphérique non lisse ou un anneau de révo- lution non lisse, la source lumineuse non ponctuelle étant située sensible- ment en son centre. Ceci, afin d'éviter la perte de lumière qui, normale- ment, se produirait par réflexion à 1''intérieur du réflecteur, si toute la surface intérieure de ce réflecteur était lisse. -
En outre, la portion de sphère, limitée par un cercle, peut eptre prévue de manière à ne pas comporter la partie réfléchissante qui, si elle existait, renverrait la quantité de lumière provenant de la source lumi- neuse en quantité plus importante vers l'intérieur que vers l'extérieur du réflecteur.
Le réflecteur peut, suivant une variante de réalisation, être constitué par une surface proche de la surface sphérique, mais légèrement déformée pour tenir compte du fait que les sources lumineuses utilisées ne sont pratiquement jamais des sources ponctuelles.
Enfin, l'invention permet d'éviter que la source lumineuse provoque une image réelle dans le champ de l'éclairage; dans ce but, la source lumineuse, qui peut être un filament incandescent, est située du côté opposé au sommet de la portion de sphère par rapport au centre de cette sphère, et à proximité immédiate de ce centre.
Le dessin annexé permet, par quelques exemples non limitatifs, de mieux comprendre l'invention.
Les figs. 1 à 4 montrent schématiquement un appareil à sour- ce lumineuse ponctuelle, ne corrigeant que les rayons marginaux du bord du réflecteur, la fig. 1 montrant.un réflecteur pour source unique, la fig. 2 un réflecteur double pour éclairage semi-indirect, les figs. 3 et 4 montrant une variante, suivant deux coupes transversales par III-III (fig. 4) et IV-IV (fig. 3).
La fig. 5 montre un réflecteur sphérique pour source ponctuelle,
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La fig. 6 montre un réflecteur elliptique pour source lu- mineuse présentant une certaine dimention,
La fig. 7 montre en coupe transversale un réflecteur sphé- rique de type spécial avec zones alternativement claires et réfléchissan- tes,
La fig. 8 montre un réflecteur sphérique pour éclairage semi-indirect, d'un type comparable à celui de la fig. 2,
Les figs. 9 et 10 montrent deux appareillages dérivés de ce- lui de la fig. 5, respectivement pour éclairage indirect, et pour éclairage direct,
La fig. 11 montre un appareil comportant en combinaison un réflecteur type de la fig. 1 et un réflecteur type de la fig. 5.
La.fig. 12 montre un système de réflecteurs' adaptés sur le filament d'une lampe à incandescence.
Les figs. 13 et 14 représentent le trajet d'un faisceau lu- mineux provenant d'une source lumineuse non ponctuelle dans un réflecteur constitué par une portion sphérique prolongée sur une certaine hauteur par une portion cylindrique.
La fig. 15 représente le même réflecteur que les fies. 13 et 14 avec les indications des angles délimitant les différentes zones du réflecteur sur lesquelles les faisceaux lumineux venant du filament se ré- fléchissent totalement ou partiellement vers l'extérieur.
La fig. 16 représente un exemple de bosselage de la paroi inférieure d'un réflecteur.
La fig. 17 est une coupe suivant XVII-XVII fig. 18 d'une des alvéoles qui peuvent être prévues sur la face du réflecteur.
La fig. 18 est une vue de face de l'alvéole représentée sur la fig. 17,
La fig. 19 représente en coupe un système à double surface sphérique constituant réflecteur,
La fig. 20 est une coupe par un plan passant par son axe, d'un réflecteur ayant la forme d'une sphère déformée, spécialement prévue pour un filament incandescent d'une certaine grandeur. '
La fig. 21 représente la position d'un filament incandes- cent dans un réflecteur comportant une portion sphérique.
Le réflecteur représenté en coupe fig. 1 est un réflecteur conique à section triangulaire destiné à être utilisé en combinaison avec une source lumineuse ponctuelle 1, constituée par 'exemple par le filament très ramassé d'une lampe à incandescence.
Conformément au principe connu, la partie réfléchissante est destinée à sélectionner les rayons qu'elle reçoit de la source 1, de manière à ne renvoyer que des rayons ayant une faible longueur d'onde pour corriger le spectre lumineux émis par le source 1, en enrichissant ce spectre avec des rayons tirant sur le violet. Si par exemple, on désire obtenir la lu- mière du jour à partir d'une ampoule à incandesqence ordinaire, le réflec- teur devra sélectionner les rayons qu'il reçoit 'de manière à ne renvoyer que des rayons d'une longueur d' onde comprise entre 4.000 et 6.000 angstrbms, avec maximum par exemple aux environs de 5.500 .
Cette sélection peut être obtenue en utilisant comme surface réfléchissante des plaques interféren- tielles obtenues par le procédé Lipman bien connu, préalablement voilées uniformément à l'aide d'une lumière spectrale correspondant aux longueurs d'onde que l'on veut sélectionner. La surface réfléchissante peut égale-
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ment être obtenue au moyen d'un miroir coloré en bleu-violet, par exemple par incorporation de certains sels de cobalt ou autres.
Conformément à l'invention, la forme du réflecteur 2, c'est-à-dire dans le cas d'un réflecteur conique, l'angle d'ouverture du cône étant déterminé de manière que l'ombre portée par le bord AA' du ré- flecteur ne comporte aucune frange colorée, c'est-à-dire que les rayons marginaux provenant directement de la source 1, soient confondus avec les rayons marginaux résultant de la réflexion sur la surface réfléchissante, c'est-à-dire provenant de l'image virtuelle l' de la source 1.
Pour que cette condition soit remplie, il suffit qu'un rayon tel que Al rendontre normalement la surface réfléchissante SA'; le demi- angle au sommet a est alors égal à l'angle 1AA'.
La fig. 2 montre un appareil d'éclairage basé sur le même principe, mais dans lequel on a prévu deux sources lumineuses 1 et la com- binées respectivement avec deux réflecteurs 2 et 2a opposés par le sommet de manière à assurer à la fois un éclairage direct vers le bas et un éclai- rage indirect vers le haut. On observera que.l'absence de franges colorées pour les rayons marginaux est encore plus importante pour l'éclairage indi- rect sur une surface blanche telle qu'un plafond, que pour un éclairage di- rect.
Les figs. 3 et 4 montrent une autre variante pour éclairage indirect dans laquelle le réflecteur est en forme de tronc de pyramide au lieu d'être de forme conique et est combiné avec 5 sources lumineuses. La condition définie plus haut en ce qui concerne les rayons marginaux émis par la source doit alors être remplie à la fois par les rayons marginaux correspondant aux bords longitudinaux AA' (fig. 3) et par les rayons mar- ginaux correspondant aux bords transversaux (fig. 4), quant aux autres sources la, l'a, 1b, l'b , elles devront pour satisfaire à la même con- dition, être placées respectivement sur les droites lA, lA', 1B, 1B'.
La fig. 5 montre la réalisation la plus parfaite dans la- quelle la condition de concordance des rayons réfléchis et des rayons di- rects est remplie non seulement pour les,,rayons marginaux, mais encore pour tous les rayons émis par la source lumineuse, ce qui évite la coloration des ombres non seulement pour les ombres des bords du réflecteur, mais aussi pour les ombres de n'importe quel objet placé dans le champ d'éclai- rage de l'appareil.
La source 1 étant encore considérée comme ponctuelle, il suffit pour que cette condition soit réalisée, que le réflecteur 4 soit constitué par une demi-sphère ayant pour centre le point l1, On voit immé- diatement sur la fig. 5 que non seulement les rayons lA seront confondus avec les rayons réfléchis A'A, mais encore que tous les rayons tels que 1C seront réfléchis sur eux-mêmes, c'est-à-dire suivant 1C', en repassant par la source. Il résulte de cette disposition que les rayons directs et ré- fléchis sont confondus pour toutes les ombres portées, et que tous les rayons réfléchis repassant par la source, on réalise une homogénéisation parfaite des radiations émises directement par la source, et des radia- tions sélectionnées par le réflecteur 4.
La fig. 6 montre une variante dans laquelle la source 1 ayant une dimension appréciable, le réflecteur sphérique 4 est remplacé par un réflecteur ellipsoïdal 4', dont les deux foyers sont constitués par les deux extrémités F, F', de la source 1. Les rayons marginaux directs FA et F'A', seront comme précédemment confondus avec les rayons marginaux réfléchis et les rayons quelconques tels que F'C seront renvoyés suivant
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CF de sorte que pour deux points extrêmes du filament, la même condition géométrique rigoureuse de l'homogénéisation de la.lumière directe et de la lumière réfléchie sera réalisée.
Quant aux rayons émis par un point inter- médiaire tel que D de la source 1, ils seront renvoyés après réflexion dans une direction CD' très peu divergente par rapport aux rayons directs DG de sorte que la condition d'homogénéisation de la lumière et de suppression de la coloration des ombres portées, sera résolue avec une approximation très largement suffisante dans la pratique.
La fig. 7 montre une variante de la fig. 6,-suivant laquel- le le réflecteur sphérique 4 au lieu d'être réfléchissant suivant toute sa surface, est divisé en fuseaux alternativement réfléchissants, 5a ,5b, 5c,et transparents, 6a ,6b , 6c, chaque fuseau réfléchissant étant op- posé à un fuseau transparent de même dimension.
On voit sur la figure que tout rayon direct 1C envoyé sur le secteur réfléchissant 5a sera renvoyé suivant C , C' et passera directe- ment à travers le secteur transparent. Il,y aura donc bien encore dans ce cas, mélange homogène des radiations directes et des radiations corrigées par le réflecteur.
La fig. 8 montre un appareillage pour. éclairage semi-indi- rect, comparable à celui de la fig. 2, c'est-à-dire dans lequel on a prévu deux sources 1, 1' combinées avec deux réflecteurs demi-sphériques 4 et 4a destinés respectivement à l'éclairage direct et indirect.
Les figs. 9 et 10 montrent deux autres variantes dans les- quelles le réflecteur sphérique 4 sélectionnant les radiations, est combi- né avec un réflecteur ou un diffuseur 9 n'ayant aucun effet sur la'colora- tion de la. source.
La fig. 11 constitue en quelque sorte une combinaison du dispositif suivant le principe de la fig. 1 et du dispositif suivant le principe de la fig. 5. Dans cet appareil en effet, le réflecteur est constitué par une partie conique 2 dont 1?angle d'ouverture a est déter- miné en fonction de la.position de la source 1 selon la même condition que fig. l, et par une partie sphérique 4 raccordée à la partie 2 et ayant pour centre la source 1. La partie conique 2 permet d'éviter les ombres colorées pour les bords du réflecteur, tandis que la partie 4 assure l'homo- généisation de la.lumière directe et de la lumière- réfléchie dans le pin- ceau lumineux d'ouverture b.
Ainsi qu'il a été dit au début, les réflecteurs suivant l'invention, destinés à sélectionner les radiations, peuvent être combinés avec une ampoule électrique au lieu d'être indépendants d'elle. On con- çoit, en particulier, qu'il suffira à cet effet d'utiliser une ampoule électrique sphérique ayant pour centre le filament et qui sera transformée en réflecteur sélectif sur la moitié de sa surface. Ce réflecteur peut néanmoins être rapporté, soit extérieurement, soit intérieurement. Dans ce dernier cas, il suffira de sceller au verre de l'ampoule lors de sa fa- brication, le réflecteur demi-sphérique ou demi-ellipsoïdal suivant l'inven- tion. Dans le cas où le réflecteur est pla.cé du côté de la douille, il peut également être relié au bras central porte-filament par des fils ri- gides ou des bras transparents.
L'orientation de ce réflecteur sphérique par rapport à la douille sera évidemment différente suivant que la lampe doit être utilisée en position verticale ou en position horizontale.
Le réflecteur unique peut enfin être remplacé par une série de petits réflecteurs demi-sphériques 8 (fig. 12) enfilés sur le filament lumineux 9 et ayant pour axe de symétrie ce filament. Ces réflecteurs élémentaires 8 pourront soit être orientés tous dans le même sens, soit
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présenter des concavités orientées diversement. Chacun d'eux constitue un réflecteur partiel agissant sur l' élément de filament passant par son centre selon le principe de la fig. 5, en assurant l'homogénéisation dès rayons di- rects-et des rayons réfléchis. Ces réflecteurs individuels 8 peuvent être portés par des bras spéciàux 10 reliés à la tige 11 usuelle de la lampe; ils pourront être reliés ensemble et former un tout rigide.
Enfin, les ré- flecteurs combinés avec une ampoule électrique pourront présenter la dis- position de la fig. 7, c'est-à-dire être divisés en fuseaux symétriques alternativement transparents et réfléchis.
Les différents modes de réalisation qui ont été décrits précédemment et spécialement le mode de réalisation suivant lequel lé ré- flecteur comporte une portion sphérique, sont particulièrement indiqués' dans le cas où les sources sont ponctuelles ou sensiblement ponctuelles, mais lorsque les sources lumineuses ont des dimensions relativement impor- tantes le long de l'axe du réflecteur, par exemple lorsqu'il s'agit de lampes à filament incandescent, la source envoie sur la surface du ré- flecteur un faisceau lumineux dont une partie seulement peut sortir du réflecteur. Dans certains cas, une autre partie se réfléchissant parfois plusieurs fois dans le réflecteur arrive à s'éteindre sans sortir et par conséquent sans jouer un rôle utile.
Les modes de réalisation qui vont maintenant être décrits ont pour but de remédier à cet inconvénient et d'augmenter le rendement des installations lumineuses.
Afin de bien faire comprendre l'invention, il va maintenant être défini ce qui sera appelé dans la suite "l'angle mort" d'un réflecteur comportant une portion sphérique. La définition sera basée sur l'exemple particulier représenté aux figs. 13, 14 et 15, d'un réflecteur comportant un miroir demi-sphérique 12 raccordé à un miroir cylindrique 13 et compor- tant, en son centre optique 14, un filament lumineux 15, du genre usuel.
Ce filament lumineux est représenté schématiquement en forme de demi-cercle; pratiquement il pourra avoir la forme représentée à la fig. 21.
Les différents points du filament 15 ne coïncident pas avec le centre optique; les rayons réfléchis ne coïncident pas avec les rayons incidents; il en résulte que chaque point du réflecteur reçoit une nappe conique de rayons incidents et renvoie une autre nappe conique de rayons réfléchis symétrique de la première par rapport au rayon de la sphère abou- tissant au point considéré.
Au point de vue renvoi vers l'extérieur des rayons lumineux, les différents points de la sphère ne se comportent pas de la même manière, certains renvoient complètement la nappe réfléchie hors du réflecteur, d'autres la renvoient en partie seulement, d'autres enfin, renvoient la totalité de la nappe-réfléchie sur les parois même du réflecteur.
Pour chaque exemple particulier de réalisation, et en l'es- pèce pour chaque hauteur de la partie cylindrique 13 et pour chaque dimen- sion du filament incandescent 15, on peut déterminer les points du réflec- teur qui délimitent le renvoi.total ou partiel vers l'extérieur ou le ren- voi total vers l'intérieur du réflecteur.
La fig. 13 représente le cas où une nappe lumineuse issue du filament 15 vient frapper la surface sphérique en un point 16 et où cette nappe est renvoyée totalement vers l'extérieur.
La fig. 14 représente le cas où, au contraire, la nappe lu- mineuse qui frappe le réflecteur en 17 est totalement renvoyée sur une pa- roi de ce réflecteur.
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La fig. 15 représente un cas particulier dans lequel les an- gles sont comptés à partir du sommet 18 du réflecteur et dans-lequel le mi- roir cylindrique 13 a une hauteur telle que son bord soit vu sous un angle de 103 à partir du centre optique.
On constate, en faisant les épures et en construisant géo- métriquement les rayons limitant les nappes réfléchies par les différents points dû réflecteur, que de 0 à 57 30' environ, le miroir renvoie la to- talité des rayons réfléchishors du réflecteur.
De 57 30' à 71 , il renvoie une partie x des rayons réflé- chis vers l'extérieur et une partie y de ces rayons vers la surface inté- rieure du réflecteur, telles que l'on a x > y.
De 71 à 103 au contraire, on constate en faisant l'épure que y > x . Dans ce dernier cas, les rayons sont donc en grande partie renvoyés d'un côté à l'autre du réflecteur, la presque totalité de la lu- mière étant perdue. On appellera par la suite "angle mort" l'angle allant de 71 à 103 .
Bien entendu, l'angle de 71 est valable pour l'exemple con- sidéré. Il varie d'un exemple suivant la hauteur de la portion cylindrique 13 et l'importance du filament 15, mais l'expérience montre que pratique- ment l'angle mort ne varie pas dans des proportions considérables, et qu'on peut toujours le définir a priori de la manière qui a été indiquée.
Il a donc été constaté que lorsque les rayons incidents at- teignaiént le réflecteur au-dessous du cercle limitant la sphère à 71 du sommet 18, une faible proportion de lumière ressortait du réflecteur. Pour augmenter cette proportion de lumière, il a été prévu de provoquer une dif- fusion de la lumière réfléchie ou un changement convenable de l'orientation des rayons réfléchis, de façon à faire gagner en éclairement effectif au moins la moitié de la lumière, (qui autrement serait perdue si la. surface du réflecteur ne comportait pas les perfectionnements suivant l'invention).
Suivant un premier aspect de l'invention, la partie du ré- flecteur située dans l'angle mort comporte un traitement de surface provo- quant une diffusion de la lumière. Ce traitement de surface peut être un dépolissage effectué sur la surface argentée elle-mème.
Par exemple, dans le cas d'un réflecteur en verre argenté extérieurement, la surface dépolie sera la surface extérieure du verre qui reçoit l'argenture.
Un meilleur rendement pourra d'ailleurs être obtenu au moyen de bosselages, dont un exemple est représenté sur la fig. 16. Ce bosselage comporte des calottes conca.ves 19 relativement grandes par rapport à des calottes concaves 20 intermédiaires.
Chaque calotte concave comporte une moitié supérieure lisse qui renvoie la lumière vers le ba.s sans diffusion et une moitié inférieure granitée, par exemple, diffusant la lumière. Sur la fig. 16 les parties lisses ont été représentées en blanc et les parties granitées en grisé.
Les dimensions des calottes et leur profondeur peuvent être très variables.
Un exemple de réalisation particulier consiste à avoir de grandes calottes de 7 mm d'ouverture et des petites de 2 mm,.pour une pro- fondeur de 1 mm 5 pour les grandes calottes. Dans ce cas particulier, en-
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viron 80 % de la surface bosselée donne une réflexion directe de la lumière vers l'ouverture du réflecteur.
Une autre variante de réalisation comporte des alvéoles re- présentées sur les figs. 17 et 18.
La fige 17 est une coupe suivant XVII-XVII fig. 18 et il est possible de se rendre compte des profils 21 - 22 - 23 de l'alvéole.
Les rayons incidents arrivent sensiblement parallèlement à la direction de la flèche 24, et en outre sensiblement parallèlement au plan déterminé par les deux arêtes parallèles 22 et 23.
On voit que les rayons incidents sont toujours renvoyés vers l'ouverture du réflecteur et qu'aucun des rayons ne peut frapper la face 22-23 de chaque alvéole puisque les rayons sont parallèles à cette face.
Suivant encore une autre variante de réalisation, on peut utiliser, pour renvoyer vers l'ouverture du réflecteur les rayons incidents situés dans l'angle mort, soit des rayures, soit des cannelures cylindri- ques superposées horizontalement dans l'angle mort. La section de l'une de ces cannelures peut avoir par exemple la forme représentée sur la fig.
17.
Les dépolissages, bosselages, granitages, gauffrages, al- véoles, cannelures, rainures, etc... sont appliqués à tous les angles morts des réflecteurs d'éclairage selon l'invention, comportant un miroir demi- sphérique, la limite de la surface non lisse du miroir demi-sphérique étant le cercle de la sphère déterminant la bordure de l'angle mort qui, pour le cas particulier représenté sur les figs. 13 à 15 est vu du centre optique sous un angle de 71 à partir du sommet du miroir demi-sphérique.
Suivant un autre perfectionnement de l'invention, l'angle mort peut être supprimé en utilisant une combinaison de surfaces sphéri- ques. Ce mode de réalisation est représenté en coupe sur la fig. 19 qui comporte une portion de miroir sphérique 25 limitée à la base par un pe- tit cercle 26 déterminant la bordure de l'angle mort.
La surface demi-sphérique 25 est prolongée à partir du pe- tit cercle 26 par une zone sphérique 27 dont le centre 28 est prévu au point le plus bas du filament incandescent 15. La surface 27 est enfin prolongée vers le bas, par exemple par une portion conique d'axe vertical 29.
Enfin, on peut utiliser suivant encore une autre variante de l'invention, un miroir constitué par une source déformée qui peut être définie géométriquement de la façon suivante.
La surface géométrique est une surface de révolution dont la section, par un plan passant par son axe, est une courbe lieu de l'ex- trémité d'un segment 30 de longueur constante, qui balaye le plan, et dont l'autre extrémité se déplace sur l'axe 31, le long d'un segment ayant pour longueur la hauteur du filament 15, l'angle du segment 30 avec l'axe de révolution variant d'une façon continue et toujours dans le même sens.
Cette définition géométrique détermine une famille de surfaces dont l'une peut être choisie et convient pour la mise en oeuvre de l'invention.
Une telle surface est assez proche d'une sphère mais n'en a pas le centre rigoureux. Elle est très bien adaptée aux sources non ponctuelles. Cette surface peut être prolongée par un cylindre ou un cône
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recevant éventuellement un traitement permettant la. diffusion de la lumière.
Enfin, suivant un dernier perfectionnement de l'invention, la source non ponctuelle est, dans le cas d'une surface réfléchissante sphérique, disposée du côté opposé au sommet de la surface sphérique par rapport au centre de la sphère.
Cette disposition est particulièrement favorable, car elle évite toute formation d'une image réelle venant du réflecteur, image qui pourrait être projetée sur une table de travail par exemple, et qui gêne- rait l'utilisateur du réflecteur.
En disposant la source lumineuse dans le réflecteur sous le centre de la sphère, l'image de la source non ponctuelle est virtuelle et se forme derrière le centre de la sphère. Elle n'est donc pas visible par l'utilisateur du réflecteur.
D'ailleurs, les sources usuelles forment généralement plus d'un demi-cercle, on ne peut pas exactement les placer sous le centre de la sphère.
On se contentera donc de placer le centre 34 du filament 32 sensiblement au centre optique du miroir sphérique, les extrémités 33 dé- passant alors légèrement le plan diamétral horizontal de la sphère. Le réflecteur peut être muni d'un organe de réglage permettant d'amener le fi- lament à la position voulue et,de régler sa hauteur par rapport au centre optique du miroir sphérique. Le filament incandescent peut être vertical ou au contraire incliné suivant les besoins, l'important étant que le fila- ment soit toujours maintenu au-dessous du plan diamétral horizontal de la sphère.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux dispositifs décrits et représentés qui n'ont été choisis qu'à titre d'exemples.
REVENDICATIONS.
1.- Appareil d'éclairage comportant, en combinaison une source lumineuse, un réflecteur sélectionnant les radi ations qu'il reçoit de manière à modifier le spectre de la lumière émise par la source, en vue no- tamment d'obtenir de la lumière blanche, caractérisé en ce que la forme de la surface réfléchissante est déterminée en fonction de la position de la source lumineuse de manière que les rayons délimitant les ombres portées sur la surface à éclairer, tout au moins celles produites par le bord du réflecteur, soient confondues pour les rayons lumineux respectivement di- rects et réfléchis, la surface réfléchissante étant à cet effet normale aux rayons joignant la source au bord du réflecteur.
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DEVICE FOR MODIFYING THE SPECTRUM EMITTED BY A SOURCE OF LIGHT
ARTIFICIAL.
The present invention relates to lighting apparatuses intended to modify the spectral composition of the light emitted by a light source, more particularly with a view to obtaining a composition which comes as close as possible to that of white light.
For this purpose, it has already been proposed to combine a light source, for example an incandescent electric bulb with a colored reflector, so as to correct the original color of the source, by the complementary coloring of the reflected light.
More particularly, when one proposes to obtain a white light with a source such as an incandescent bulb poor in radiations of short wavelengths, that is to say poor in blue and in blue. violet, it has been proposed to combine this incandescent bulb with a selective reflector only returning radiations of short wavelengths, so as to correct the spectrum of the resulting light, so that it approximates that of the. day light.
However, in these known devices, the shape and the. position of the reflector have been chosen empirically, without precisely defining the direction of the direct light rays and of the reflected light rays.
Now, one of the main drawbacks of existing devices lies in particular in that the inclination of the direct rays and the inclination of the reflected rays being different, all the objects placed in the field of the apparatus give rise to to colored drop shadows.
This drawback is particularly noticeable for the shadow cast by the edge of the reflector itself.
The present invention therefore relates to a. reflective system
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tor whose shape is calculated according to the position of the light source, so that the rays delimiting the shadows cast on the surface to be illuminated, at least those produced by the edge of the reflector, are the same for the light rays direct and reflected light rays. For this purpose, the surface is such that the extension of each ray joining the source to the edge of the reflector normally meets the opposite face of this reflector.
If one wants to obtain this suppression of the coloring for the shadows cast by any object placed in the field of the light source, the same condition will have to be fulfilled for all the rays emanating from this source.
In the case of a point source, the reflector geometrically satisfying this condition is a spherical reflector at the center of which the point light source is placed. In the case of a source having a certain dimension, this result will be obtained with a completely satisfactory approximation by using as reflector an elliptical reflector, the two focal points of which are arranged substantially at the two ends of the light filament.
According to another characteristic of the invention, the reflector can be combined with the incandescent lamp itself, a series of small reflectors being able moreover to be arranged along the filament of the lamp.
According to another characteristic of the invention, the reflector consists of a portion of a smooth sphere limited by a small circle and extended by a non-smooth spherical zone or a non-smooth revolution ring, the non-point light source being located substantially in its center. This is in order to avoid the loss of light which normally would occur by reflection inside the reflector if the entire interior surface of this reflector were smooth. -
In addition, the portion of the sphere, limited by a circle, can be provided so as not to include the reflecting part which, if it existed, would return the quantity of light coming from the light source in greater quantity towards the inside and outside of the reflector.
The reflector can, according to an alternative embodiment, consist of a surface close to the spherical surface, but slightly deformed to take account of the fact that the light sources used are practically never point sources.
Finally, the invention makes it possible to prevent the light source from causing a real image in the field of illumination; for this purpose, the light source, which may be an incandescent filament, is located on the side opposite the top of the portion of the sphere with respect to the center of this sphere, and in the immediate vicinity of this center.
The appended drawing makes it possible, by means of a few nonlimiting examples, to better understand the invention.
Figs. 1 to 4 schematically show an apparatus with a point light source, correcting only the marginal rays of the edge of the reflector, fig. 1 showing a reflector for a single source, FIG. 2 a double reflector for semi-indirect lighting, figs. 3 and 4 showing a variant, following two cross sections through III-III (fig. 4) and IV-IV (fig. 3).
Fig. 5 shows a spherical reflector for a point source,
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Fig. 6 shows an elliptical reflector for a light source having a certain dimension,
Fig. 7 shows in cross section a special type spherical reflector with alternately bright and reflective areas,
Fig. 8 shows a spherical reflector for semi-indirect lighting, of a type comparable to that of FIG. 2,
Figs. 9 and 10 show two apparatuses derived from that of FIG. 5, respectively for indirect lighting and for direct lighting,
Fig. 11 shows an apparatus comprising in combination a typical reflector of FIG. 1 and a typical reflector of FIG. 5.
La.fig. 12 shows a system of reflectors fitted to the filament of an incandescent lamp.
Figs. 13 and 14 show the path of a light beam coming from a non-point light source in a reflector consisting of a spherical portion extended over a certain height by a cylindrical portion.
Fig. 15 shows the same reflector as the fies. 13 and 14 with the indications of the angles delimiting the different zones of the reflector on which the light beams coming from the filament are reflected totally or partially towards the outside.
Fig. 16 shows an example of embossing of the lower wall of a reflector.
Fig. 17 is a section along XVII-XVII fig. 18 of one of the cells which may be provided on the face of the reflector.
Fig. 18 is a front view of the cell shown in FIG. 17,
Fig. 19 shows in section a system with a double spherical surface constituting a reflector,
Fig. 20 is a section through a plane passing through its axis, of a reflector having the shape of a deformed sphere, specially designed for an incandescent filament of a certain size. '
Fig. 21 shows the position of an incandescent filament in a reflector having a spherical portion.
The reflector shown in section in fig. 1 is a conical reflector with a triangular cross-section intended for use in combination with a point light source 1, constituted for example by the tightly collected filament of an incandescent lamp.
In accordance with the known principle, the reflecting part is intended to select the rays which it receives from the source 1, so as to return only rays having a low wavelength to correct the light spectrum emitted by the source 1, in enriching this spectrum with rays tending to violet. If, for example, it is desired to obtain daylight from an ordinary incandescent bulb, the reflector should select the rays which it receives so as to return only rays of a length of. wave between 4,000 and 6,000 angstrbms, with a maximum for example around 5,500.
This selection can be obtained by using interference plates obtained by the well-known Lipman process, previously veiled uniformly by means of spectral light corresponding to the wavelengths to be selected, as the reflecting surface. The reflective surface can also
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ment be obtained by means of a mirror colored blue-violet, for example by incorporation of certain cobalt salts or others.
According to the invention, the shape of the reflector 2, that is to say in the case of a conical reflector, the opening angle of the cone being determined so that the shadow cast by the edge AA ' of the reflector does not have any colored fringes, that is to say that the marginal rays coming directly from the source 1, coincide with the marginal rays resulting from the reflection on the reflecting surface, that is to say from virtual image l 'of source 1.
For this condition to be fulfilled, it suffices for a ray such as Al to render the reflecting surface SA 'normally; the half-angle at the vertex a is then equal to the angle 1AA '.
Fig. 2 shows a lighting apparatus based on the same principle, but in which two light sources 1 have been provided and combined respectively with two reflectors 2 and 2a opposite at the top so as to ensure both direct illumination towards downwards and indirect lighting upwards. It will be observed that the absence of colored fringes for the marginal rays is even more important for indirect illumination on a white surface such as a ceiling than for direct illumination.
Figs. 3 and 4 show another variant for indirect lighting in which the reflector is in the form of a truncated pyramid instead of being conical and is combined with 5 light sources. The condition defined above with regard to the marginal rays emitted by the source must then be fulfilled both by the marginal rays corresponding to the longitudinal edges AA '(fig. 3) and by the marginal rays corresponding to the transverse edges ( fig. 4), as for the other sources la, a, 1b, l'b, to satisfy the same condition, they must be placed respectively on the straight lines lA, lA ', 1B, 1B'.
Fig. 5 shows the most perfect realization in which the condition of concordance of the reflected rays and the direct rays is fulfilled not only for the marginal rays, but also for all the rays emitted by the light source, which avoids shadow coloring not only for the shadows of the edges of the reflector, but also for the shadows of any object placed in the lighting field of the device.
Since the source 1 is still considered to be point, it suffices for this condition to be fulfilled, for the reflector 4 to be constituted by a hemisphere having the point 11 as its center. It can be seen immediately in FIG. 5 that not only the rays 1A will be merged with the reflected rays A'A, but also that all the rays such as 1C will be reflected on themselves, that is to say along 1C ', while passing through the source again. It follows from this arrangement that the direct and reflected rays are merged for all the shadows cast, and that all the reflected rays passing through the source, a perfect homogenization of the radiations emitted directly by the source, and of the radiations selected by reflector 4.
Fig. 6 shows a variant in which the source 1 having an appreciable size, the spherical reflector 4 is replaced by an ellipsoidal reflector 4 ', the two focal points of which are formed by the two ends F, F', of the source 1. The marginal rays direct FA and F'A ', will be as previously confused with the reflected marginal rays and any rays such as F'C will be returned according to
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CF so that for two extreme points of the filament, the same rigorous geometric condition of the homogenization of direct light and reflected light will be achieved.
As for the rays emitted by an intermediate point such as D of the source 1, they will be returned after reflection in a direction CD 'very little divergent from the direct rays DG so that the condition of homogenization of the light and of removal of the coloring of the drop shadows, will be solved with an approximation very largely sufficient in practice.
Fig. 7 shows a variant of FIG. 6,-according to which- the spherical reflector 4 instead of being reflective along its entire surface, is divided into alternately reflecting spindles, 5a, 5b, 5c, and transparent, 6a, 6b, 6c, each reflecting spindle being op- placed in a transparent spindle of the same size.
It can be seen in the figure that any direct ray 1C sent on the reflecting sector 5a will be returned along C, C 'and will pass directly through the transparent sector. In this case, therefore, there will still be a homogeneous mixture of direct radiations and radiations corrected by the reflector.
Fig. 8 shows an apparatus for. semi-indirect lighting, comparable to that of fig. 2, that is to say in which two sources 1, 1 'are provided combined with two semi-spherical reflectors 4 and 4a intended respectively for direct and indirect lighting.
Figs. 9 and 10 show two further variations in which the spherical radiation-selecting reflector 4 is combined with a reflector or diffuser 9 having no effect on the coloring of the. source.
Fig. 11 constitutes in a way a combination of the device according to the principle of FIG. 1 and of the device according to the principle of FIG. 5. In this apparatus, in fact, the reflector consists of a conical part 2, the opening angle of which a is determined as a function of the position of the source 1 according to the same condition as FIG. 1, and by a spherical part 4 connected to part 2 and having for center the source 1. The conical part 2 makes it possible to avoid colored shadows for the edges of the reflector, while part 4 ensures the homogenization of direct light and reflected light in the aperture light beam b.
As was said at the beginning, the reflectors according to the invention, intended to select the radiations, can be combined with an electric bulb instead of being independent from it. It can be seen, in particular, that it will suffice for this purpose to use a spherical electric bulb having the filament as its center and which will be transformed into a selective reflector over half of its surface. This reflector can nevertheless be attached, either externally or internally. In the latter case, it will suffice to seal to the glass of the bulb during its manufacture, the half-spherical or half-ellipsoidal reflector according to the invention. If the reflector is placed on the side of the socket, it can also be connected to the central filament-carrying arm by rigid wires or transparent arms.
The orientation of this spherical reflector relative to the socket will obviously be different depending on whether the lamp is to be used in a vertical position or in a horizontal position.
The single reflector can finally be replaced by a series of small semi-spherical reflectors 8 (FIG. 12) threaded onto the light filament 9 and having this filament as its axis of symmetry. These elementary reflectors 8 can either be oriented all in the same direction, or
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have variously oriented concavities. Each of them constitutes a partial reflector acting on the filament element passing through its center according to the principle of FIG. 5, ensuring homogenization of the direct rays and of the reflected rays. These individual reflectors 8 can be carried by special arms 10 connected to the usual rod 11 of the lamp; they can be linked together and form a rigid whole.
Finally, the reflectors combined with an electric bulb may have the arrangement of FIG. 7, that is to say to be divided into symmetrical zones alternately transparent and reflected.
The various embodiments which have been described previously and especially the embodiment according to which the reflector comprises a spherical portion, are particularly suitable in the case where the sources are point or substantially point, but when the light sources have relatively large dimensions along the axis of the reflector, for example in the case of incandescent filament lamps, the source sends a light beam onto the surface of the reflector, only a part of which can emerge from the reflector. In certain cases, another part which is sometimes reflected several times in the reflector manages to go out without coming out and consequently without playing a useful role.
The aim of the embodiments which will now be described is to remedy this drawback and to increase the efficiency of the lighting installations.
In order to make the invention clearly understood, what will now be defined hereinafter will be called the "dead angle" of a reflector comprising a spherical portion. The definition will be based on the particular example shown in Figs. 13, 14 and 15, of a reflector comprising a half-spherical mirror 12 connected to a cylindrical mirror 13 and comprising, at its optical center 14, a light filament 15, of the usual type.
This light filament is shown schematically in the shape of a semi-circle; in practice, it may have the shape shown in FIG. 21.
The different points of the filament 15 do not coincide with the optical center; the reflected rays do not coincide with the incident rays; as a result, each point of the reflector receives a conical sheet of incident rays and returns another conical sheet of reflected rays symmetrical to the first with respect to the radius of the sphere terminating at the point considered.
From the point of view of the return of the light rays to the outside, the different points of the sphere do not behave in the same way, some completely return the reflected sheet outside the reflector, others return it only partially, others finally, return the totality of the reflected sheet to the walls of the reflector.
For each particular embodiment, and in this case for each height of the cylindrical part 13 and for each dimension of the incandescent filament 15, it is possible to determine the points of the reflector which delimit the total or partial return. towards the outside or the total return towards the inside of the reflector.
Fig. 13 represents the case where a light sheet coming from the filament 15 strikes the spherical surface at a point 16 and where this sheet is returned completely towards the outside.
Fig. 14 shows the case where, on the contrary, the light sheet which strikes the reflector at 17 is completely returned to a wall of this reflector.
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Fig. 15 shows a special case in which the angles are counted from the top 18 of the reflector and in which the cylindrical mirror 13 has a height such that its edge is viewed at an angle of 103 from the optical center.
It can be seen, by making the sketches and by constructing the rays limiting the layers reflected by the various points of the reflector geometrically, that from approximately 0 to 57 30 ', the mirror reflects all of the reflective rays back to the reflector.
From 57 30 'to 71, it returns part x of the reflected rays outwards and part y of these rays towards the inner surface of the reflector, such that we have x> y.
From 71 to 103 on the contrary, we see by drawing that y> x. In the latter case, therefore, most of the rays are returned from one side of the reflector to the other, almost all of the light being lost. The angle ranging from 71 to 103 will be referred to hereinafter as "dead angle".
Of course, the angle of 71 is valid for the example considered. It varies from one example according to the height of the cylindrical portion 13 and the size of the filament 15, but experience shows that practically the blind angle does not vary in considerable proportions, and that it can always be done. define a priori in the manner indicated.
It was therefore found that when the incident rays reached the reflector below the circle limiting the sphere to 71 from the top 18, a small proportion of light came out of the reflector. To increase this proportion of light, it has been planned to cause a scattering of the reflected light or a suitable change in the orientation of the reflected rays, so as to gain in effective illumination at least half of the light, ( which would otherwise be lost if the surface of the reflector did not include the improvements according to the invention).
According to a first aspect of the invention, the part of the reflector situated in the blind spot comprises a surface treatment causing light scattering. This surface treatment can be an etching carried out on the silver surface itself.
For example, in the case of an externally silvery glass reflector, the frosted surface will be the outer surface of the glass which receives the silver plating.
A better yield can moreover be obtained by means of embossments, an example of which is shown in FIG. 16. This embossing comprises conca.ves 19 relatively large caps compared to 20 intermediate concave caps.
Each concave cap has a smooth upper half which reflects the light towards the ba.s without diffusion and a granite lower half, for example, diffusing the light. In fig. 16 the smooth parts have been shown in white and the textured parts in gray.
The dimensions of the caps and their depth can be very variable.
A particular exemplary embodiment consists in having large domes of 7 mm opening and small ones of 2 mm, for a depth of 1 mm 5 for large domes. In this particular case, in-
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About 80% of the bumpy surface gives a direct reflection of the light towards the opening of the reflector.
Another variant embodiment comprises cells shown in FIGS. 17 and 18.
Fig. 17 is a section along XVII-XVII fig. 18 and it is possible to see the profiles 21 - 22 - 23 of the cell.
The incident rays arrive substantially parallel to the direction of arrow 24, and furthermore substantially parallel to the plane determined by the two parallel edges 22 and 23.
It can be seen that the incident rays are always returned towards the opening of the reflector and that none of the rays can strike the face 22-23 of each cell since the rays are parallel to this face.
According to yet another variant embodiment, it is possible to use, in order to return the incident rays situated in the blind angle to the opening of the reflector, either stripes or cylindrical grooves superimposed horizontally in the blind angle. The section of one of these grooves may for example have the shape shown in FIG.
17.
The frosting, embossing, graniting, embossing, dimples, grooves, grooves, etc. are applied to all the blind angles of the lighting reflectors according to the invention, comprising a semi-spherical mirror, the limit of the surface non-smooth half-spherical mirror being the circle of the sphere determining the edge of the blind angle which, for the particular case shown in figs. 13 to 15 is viewed from the optical center at an angle of 71 from the top of the hemispherical mirror.
According to another improvement of the invention, the blind spot can be eliminated by using a combination of spherical surfaces. This embodiment is shown in section in FIG. 19 which comprises a spherical mirror portion 25 limited at the base by a small circle 26 determining the edge of the blind spot.
The hemispherical surface 25 is extended from the small circle 26 by a spherical zone 27 whose center 28 is provided at the lowest point of the incandescent filament 15. The surface 27 is finally extended downwards, for example by a conical portion with a vertical axis 29.
Finally, according to yet another variant of the invention, it is possible to use a mirror constituted by a deformed source which can be defined geometrically as follows.
The geometric surface is a surface of revolution, the section of which, through a plane passing through its axis, is a curve at the end of a segment 30 of constant length, which sweeps the plane, and of which the other end moves on the axis 31, along a segment whose length is the height of the filament 15, the angle of the segment 30 with the axis of revolution varying continuously and always in the same direction.
This geometric definition determines a family of surfaces, one of which can be chosen and is suitable for the implementation of the invention.
Such a surface is quite close to a sphere but does not have its rigorous center. It is very well suited to non-point sources. This surface can be extended by a cylinder or a cone
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possibly receiving a treatment allowing the. light scattering.
Finally, according to a final improvement of the invention, the non-point source is, in the case of a spherical reflecting surface, arranged on the side opposite the top of the spherical surface with respect to the center of the sphere.
This arrangement is particularly favorable, since it prevents any formation of a real image coming from the reflector, an image which could be projected onto a work table for example, and which would inconvenience the user of the reflector.
By placing the light source in the reflector under the center of the sphere, the image of the non-point source is virtual and forms behind the center of the sphere. It is therefore not visible to the user of the reflector.
Moreover, the usual sources generally form more than a semi-circle, we cannot exactly place them under the center of the sphere.
We will therefore be satisfied with placing the center 34 of the filament 32 substantially at the optical center of the spherical mirror, the ends 33 then slightly exceeding the horizontal diametral plane of the sphere. The reflector may be provided with an adjusting member making it possible to bring the filament to the desired position and to adjust its height relative to the optical center of the spherical mirror. The incandescent filament can be vertical or on the contrary inclined as required, the important thing being that the filament is always kept below the horizontal diametral plane of the sphere.
Of course, the invention is not limited to the devices described and shown which have been chosen only as examples.
CLAIMS.
1.- Lighting apparatus comprising, in combination with a light source, a reflector selecting the radi ations which it receives so as to modify the spectrum of the light emitted by the source, in particular with a view to obtaining light white, characterized in that the shape of the reflecting surface is determined as a function of the position of the light source so that the rays delimiting the shadows cast on the surface to be illuminated, at least those produced by the edge of the reflector, are combined for the respectively direct and reflected light rays, the reflecting surface being for this purpose normal to the rays joining the source to the edge of the reflector.