Appareil optique d'éclairage. La présente invention concerne un appa reil optique d'éclairage du type comportant au moins une surface réfléchissante destinée à condenser la lumière émise par une source lumineuse.
Dans l'appareil selon l'invention, ladite surface réfléchissante est constituée par une surface extérieure d'au moins un bloc trans parent, le tout. étant disposé die façon que la réflexion de la lumière se produise à l'inté rieur du bloc.
Grâce à cette disposition, les surfaces ré- fléchissantes ne sont pas affectées par les con ditions atmosphériques et peuvent conserver en permanence une grande efficacité.
La matière constituant le bloc transparent est. de préférence la matière plastique de mar- clue Perspex .
L'invention s'applique notamment aux si gnaux lumineux utilisés dans les chemins de ter ou à d'antres usages analogues; dans ces signaux, la. lumière fournie par une lampe électrique doit être concentrée et projetée sui vant un faisceau à rayons sensiblement paral lèles ou suivant un faisceau conique, de ma nière que les rayons lumineux ou une sur face éclairée par ceux-ci soient. visibles dans tout l'espace compris dans un angle de vision déterminé à partir de l'axe de projection;
la présente invention permet d'atteindre ce but de manière particulièrement efficace et pra tique. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, sept formes d'exécution de l'ap pareil suivant l'invention.
Les fig. 1, 2, 3, 4 ,et 5 sont. des vues sché matiques représentant. en élévation latérale avec coupe partielle, suivant leur axe optique, divers appareils optiques destinés aux signaux de chemin de fer ou à d'autres usages ana- logues.
La fig. 6 est une vue schématique de face du système optique -de la fig. 5.
Les fig. 7 et 8 représentent schématique ment en élévation latérale, avec coupe par tielle, deux autres appareils optiques analo gues à. celui de la fig. 3.
Si on considère d'abord la. fig. 1, on voit que la source lumineuse est, constituée par une lampe électrique à incandescence 1 enga gée dans une cavité 2; creusée au sommet d'un bloc 3 du produit de marque Perspex , ayant la forme d'un paraboldide plein; le fila ment. 4 -de la lampe est placé au foyer -1u paraboloi:d.e dont l'axe: coïncide avec l'axe de projection désiré.
Les rayons lumineux émis par le filament de la lampe pénètrent dans-le bloc, atteignent la. face externe du paraboldide et. se réfléchis sent totalement sur -cette face pour former un faisceau sensiblement parallèle ou concentré, comme l'indiquent les lignes en pointillé et les flèches. Pour utiliser les rayons émis, eLz arrière du bloc, 3, un réflecteur hémisphéri que 5 est disposé derrière la lampe 1 avec son centre de courbure placé sur le filament de celle-ci.
Etant donné que ce bloc paraboloïde 3 a une longueur axiale limitée, un cône central et axial de rayons lumineux provenant de la source traverse le bloc sans subir de réflexion; dans le but de concentrer une partie de ces rayons en un faisceau sensiblement parallèle, on peut prévoir une lentille 6 disposée, comme on le voit sur la fig. 2, sur la face frontale 7 du bloc ou près de cette surface, la lentille 6 faisant de préférence partie inté grante du bloc 3, comme c'est le cas à la <U>fi-,</U> ''.
Suivant la. fig. 3, le bloc transparent est constitué par des paraboloïdes creux en forme de coupes en coquilles, 3a., 3b, <I>3c, 3d</I> logés coaxialement les uns dans les autres; la lu mière pénétrant par les extrémités adjacentes des différents éléments du corps transpa rent est réfléchie totalement par là face externe de chaque élément de façon à. être projetée suivant. des faisceaux creux et sensi blement cylindriques, comme l'indiquent. les lignes en pointillé et les flèches.
L'angle ati sommet. du cône central constitué par les rayons émis directement par le filament de la lampe 4- et ne subissant pas de réflexion est considérablement réduit dans cette forme d'exécution. On peut, si on le désire, concen trer tune partie des rayons lumineux de -ce cône central en utilisant une lentille centrale comme dans le cas de la<U>fi-.</U> 2 ou encore un noyau central 8 en forme de paraboloïde qui réalise la concentration de ces rayons par ré flexion intérieure.
On petit. obtenir un faisceau coloré en eo- lorant l'une au moins des faces d'entrée et de sortie du bloc transparent ou la. matière cons- tituant ce bloc ou en utilisant des écrans co lorés placés soit. devant, soit. derrière le bloc transparent.
Les appareils décrits plus haut sont con- çus pour projeter un faisceau de rayons lu mineux sensiblement parallèles à partir d'une source lumineuse concentrée telle qu'un fila ment de lampe électrique; les dispositifs de ce genre sont particulièrement intéressants pour la réalisation des signaux de chemins de fer du type à longue portée appelés aussi pro jecteurs , dont le signal doit être visible < i une distance relativement grande et dans un angle de vision relativement. réduit.
La présente invention peut cependant être appliquée également. aux appareils optiques d'éclairage du type dans lequel une surface doit être éclairée brillamment et uniformé ment, de manière à, être visible dans un large angle de vision, comme e'est le cas dans les signaux dits à. courte portée.
Dans un appareil de ce type, conforme à l'invention, et. représenté à. la. fig. I le bloc transparent est. composé d'éléments creux 9d, 9b, 9c, 9d en forme de paraboloïdes et logés les uns à l'intérieur des autres, le bloc e@a interposé entre la surface à éclairer et la source lumineuse.
Celle-ci petit consister, comme dans la fig. 4, en une lampe électri que à. incandescence 1 dont l'ampoule peut être transparente, dépolie ou opalescente; de toutes façons, les éléments 9a., 9b, etc., com posant le bloc transparent, ont des formes et des dimensions telles que les rayons lumineux émis par la lampe sont réfléchis plusieurs fois sur les surfaces des éléments qui dirigent ainsi les rayons vers la surface à. éclairer.
On peut aussi avoir une surface opales cente ou dépolie interposée entre la lampe et le bloc transparent et. réalisée soit par un écran distinct, soit par la face d'entrée même du bloc de projection 3.
La partie centrale du bloc composite est constituée par un noyau 10 du produit de marque Perspex en forme de paraboloïde, qui complète par réflexion interne le plein éclairement de la surface, celle-ci pouvant être réalisée sous la forme d'un couvercle de verre (non représenté) avant une forme len- ticulaire ou prismatique.
Cette surface à éclai rer petit être constituée par la face même de sortie du bloc transparent, face qui est. alors dépolie ou opalescente, ou par un écran dé poli.
Dans la. forme d'exécution représentée eaux fig. 5 et 6, le bloc transparent. composite, dont la surface extérieure affecte la forme d'un paraboloïde, est. composé de segments 1.1 assemblés entre eux comme les lames d'un col lecteur de dynamo, chaque segment. ayant en coupe la forme d'un coin. Le bloc transparent est ainsi subdivisé en plans radiaux et les.
rayons lumineux pénétrant dans chaque seg ment 11, du côté de la lampe 1, sont réfléchis plusieurs fois à l'intérieur du segment, et en sortent pour éclairer le couvercle de verre constituant. le signal ou toute autre surface analogue se trouvant à L'autre extrémité du bloc transparent.
Comme dans les formes d'exécution dé crites précédemment, la partie centrale du bloc est constituée par un noyau 12 ayant la forme d'un paraboloïde.
Dans d'autres formes d'exécution pouvant convenir aussi bien aux signaux à longue por tée qu'aux signaux à. courte portée, le bloc transparent composite est. constitué par une feuille du produit de marque Perspex ou d'une matière analogue enroulée en spirale de manière à former un paraboloïde, l'épais seur de la feuille variant transversalement.
Le bloc transparent peut. également être formé d'un faisceau de tiges de section trans versale biseautée, recourbées et. assemblées d e manière à former un paraboloïde, chaque tige formant un canal de guidage servant à con duire les rayons lumineux de la source à. l'ex trémité opposée du corps transparent par r-3- flexion interne se produisant à l'intérieur des tiges.
Dans L'appareil optique de signalisation (le la fig. 7, on. voit que le paraboloïde 13 est constitué comme dans les fig. 3 ou 4, la sur face frontale 14 du bloc 13 ayant. cependant une forme concave dans le but de supprimer l'effet connu sous le nom d' < effet fantôme et selon lequel un faisceau lumineux puissant frappant un phare ou un signal lumineux non éclairé produit l'effet virtuel d'appari tion. d'un signal. On peut aussi à. cet effet munir la. face de sortie du bloc transparent d'un écran transparent incliné.
L'appareil représenté sur la. fig. 7 com porte aussi des dispositifs fournissant un feu arrière; une tige ou bloc 15 du produit de marque Perspex est montée dans le boîtier du signal au-dessus de la lampe 1, dans une position telle que l'extrémité intérieure 16 de cette tige, extrémité qui est inclinée à 4â par rapport à l'axe horizontal de la tige, soit placée verticalement au-dessus du filament 4 de la lampe.
L'extrémité opposée 17 de la tige 15 est perpendiculaire à l'axe horizontal de celle-ci, dont les surfaces, à l'exception de la face 17 et d'une partie 18 de la surface infé rieure, sont entourées par un boîtier 19 qui empêche toute lumière extérieure au dispo- sitif de pénétrer .dans la tige. Toutes les sur- faces de la tige 15 sont parfaitement polies de manière à permettre la réflexion interne, à l'exception de la face d'extrémité 17 qui est de préférence rugueuse ou traitée de manière à augmenter la dispersion de la lumière.
La face d'extrémité 17 de la tige 15 est dis posée en face d'une ouverture 20 du boîtier 21 du signal. Il est évident que les rayons lumineux émis par le filament 4 de la lampe et traversant la partie 18 de la tige 15 se réfléchissent intérieurement sur la face,.d'ex- trémité 16 et sur les autres surfaces inté- rieures de la tige, pour éclairer l'extrémité 17, comme l'indiquent les lignes pointillées et les flèches.
Puisque la tige 15 peut être montée rela- tivenrent près de la lampe 1, on obtient un éclairement suffisamment brillant de la sur face d'extrémité 17, qui apparaît comme -an feu arrière à travers l'ouverture 20.
Dans L'appareil modifié de la fig. 8,- les deux faces d'extrémité intérieure et extérieure 16 et 7.7 de la. tige 15 sont perpendiculaires à l'axe horizontal de cette tige, axe qui passe par le filament 4 de la lampe.
Un réflecteur annulaire 22, dont la sur face réfléchissante a. la forme d'un ellipsoïde ayant l'un de ses foyers sur le filament de la lampe 4, est disposé autour du bloc transpa rent 13 du système optique antérieur, l'autre foyer du réflecteur 22 se trouvant en un point 23 intérieur à la tige 15.
Les rayons lumineux provenant du fila ment 4 de la lampe sont ainsi concentrés au foyer 23 et viennent éclairer, par réflexion interne, la face d'extrémité 17 de la tige 15, qui disperse la lumière.
Un écran opaque 24 est interposé entre la lampe 1 et la tige 15, dans le but d'empêcher la lumière du jour de pénétrer par l'ouver ture 20 et de produire un signal à travers le bloc 13.
Bien que dans les dispositifs décrits et re présentés ci-dessus, le bloc transparent ait la forme d'un paraboloïde soit plein, soit com posé de coquilles ou coupes enfilées les unes dans les autres, on comprend que dans cer tains cas le bloc transparent puisse avoir (a forme d'un ellipsoïde, d'un hyperboloïde ou même d'un cône, et puisse être composé de coquilles ou coupes ayant l'une quelconque de ces formes géométriques.
Le bloc transparent n'est pas forcément un corps de révolution, il peut notamment avoir des sections paraboliques, elliptiques ou hyperboliques, dans les plans perpendiculaires à son axe optique.
Optical illumination device. The present invention relates to an optical lighting apparatus of the type comprising at least one reflecting surface intended to condense the light emitted by a light source.
In the apparatus according to the invention, said reflecting surface consists of an outer surface of at least one transparent block, the whole. being arranged so that the reflection of light occurs inside the block.
Thanks to this arrangement, the reflective surfaces are not affected by atmospheric conditions and can maintain high efficiency at all times.
The material constituting the transparent block is. preferably Perspex plastic material.
The invention applies in particular to the light signals used in terpaths or to other similar uses; in these signals, the. light supplied by an electric lamp must be concentrated and projected following a beam with substantially parallel rays or following a conical beam, so that the light rays or a surface illuminated by them are. visible in all the space included in a viewing angle determined from the projection axis;
the present invention makes it possible to achieve this aim in a particularly efficient and practical manner. The appended drawing represents, by way of example, seven embodiments of the apparatus according to the invention.
Figs. 1, 2, 3, 4, and 5 are. diagrammatic views representing. in side elevation with partial section, along their optical axis, various optical devices intended for railway signals or other similar uses.
Fig. 6 is a schematic front view of the optical system of FIG. 5.
Figs. 7 and 8 show schematically in side elevation, with partial section, two other optical devices analogous to. that of FIG. 3.
If we first consider the. fig. 1, we see that the light source is constituted by an electric incandescent lamp 1 engaged in a cavity 2; hollowed out at the top of a block 3 of the Perspex brand product, having the shape of a solid paraboldid; the fila ment. 4 -of the lamp is placed at the focus -1u paraboloi: d.e whose axis: coincides with the desired projection axis.
The light rays emitted by the filament of the lamp penetrate into the block, reach the. external face of the paraboldid and. is reflected feels totally on that face to form a substantially parallel or concentrated beam, as indicated by the dotted lines and arrows. To use the rays emitted, behind the block, 3, a hemispherical reflector 5 is placed behind the lamp 1 with its center of curvature placed on the filament of the latter.
Since this paraboloid block 3 has a limited axial length, a central and axial cone of light rays coming from the source passes through the block without being reflected; In order to concentrate a part of these rays in a substantially parallel beam, it is possible to provide a lens 6 arranged, as seen in FIG. 2, on the front face 7 of the unit or near this surface, the lens 6 preferably forming an integral part of the unit 3, as is the case with the <U> fi-, </U> ''.
Following the. fig. 3, the transparent block consists of hollow paraboloids in the form of shell cups, 3a., 3b, <I> 3c, 3d </I> housed coaxially one inside the other; the light penetrating through the adjacent ends of the various elements of the transparent body is totally reflected by the external face of each element so as to. be projected next. hollow and substantially cylindrical bundles, as indicated. dotted lines and arrows.
The angle ati vertex. of the central cone formed by the rays emitted directly by the filament of the lamp 4- and not undergoing reflection is considerably reduced in this embodiment. One can, if desired, concentrate part of the light rays from this central cone by using a central lens as in the case of <U> fi-. </U> 2 or even a central core 8 in the form of of paraboloid which achieves the concentration of these rays by interior reflection.
We small. obtain a colored beam by coloring at least one of the entry and exit faces of the transparent block or the. material constituting this block or using colored screens placed either. in front, either. behind the transparent block.
The devices described above are designed to project a beam of substantially parallel light rays from a concentrated light source such as an electric lamp filament; devices of this kind are particularly advantageous for the realization of long-range type railway signals also called projectors, the signal of which must be visible <i a relatively large distance and in a relatively viewing angle. reduced.
However, the present invention can also be applied. to optical lighting apparatus of the type in which a surface is to be illuminated brightly and uniformly, so as to be visible in a wide viewing angle, as is the case in so-called signals. short range.
In an apparatus of this type, according to the invention, and. represented at. the. fig. I the transparent block is. composed of hollow elements 9d, 9b, 9c, 9d in the form of paraboloids and housed one inside the other, the block e @ interposed between the surface to be illuminated and the light source.
This small consist, as in fig. 4, into an electric lamp. incandescence 1, the bulb of which may be transparent, frosted or opalescent; in any case, the elements 9a., 9b, etc., making up the transparent block, have shapes and dimensions such that the light rays emitted by the lamp are reflected several times on the surfaces of the elements which thus direct the rays towards the surface to. enlighten.
It is also possible to have a central or frosted opal surface interposed between the lamp and the transparent block and. produced either by a separate screen, or by the entrance face itself of the projection unit 3.
The central part of the composite block is formed by a core 10 of the Perspex brand product in the form of a paraboloid, which by internal reflection completes the full illumination of the surface, which can be made in the form of a glass cover ( not shown) before a lenticular or prismatic shape.
This surface to be illuminated small be constituted by the very exit face of the transparent block, which face is. then frosted or opalescent, or by a de-polished screen.
In the. embodiment shown in fig. 5 and 6, the transparent block. composite, the outer surface of which takes the shape of a paraboloid, is. composed of segments 1.1 assembled together like the blades of a dynamo drive neck, each segment. having in section the shape of a wedge. The transparent block is thus subdivided into radial planes and the.
light rays penetrating into each segment 11, on the side of the lamp 1, are reflected several times inside the segment, and exit therefrom to illuminate the constituent glass cover. the signal or any other similar surface located at the other end of the transparent block.
As in the embodiments described above, the central part of the block consists of a core 12 having the shape of a paraboloid.
In other embodiments which may be suitable for both long-range signals and for signals. short range, the composite transparent block is. consisting of a sheet of the Perspex brand product or similar material wound in a spiral so as to form a paraboloid, the thickness of the sheet varying transversely.
The transparent block can. also be formed from a bundle of bevelled, curved and cross-sectional rods. assembled so as to form a paraboloid, each rod forming a guide channel serving to con duct the light rays from the source to. the opposite end of the transparent body by internal r-3- flexion occurring inside the rods.
In the optical signaling apparatus (fig. 7, it can be seen that the paraboloid 13 is formed as in fig. 3 or 4, the front face 14 of the block 13 having, however, a concave shape for the purpose of suppressing the effect known as the ghost effect whereby a strong beam of light striking a headlight or an unlit signal light produces the virtual effect of appearing a signal. effect providing the exit face of the transparent block with a tilted transparent screen.
The apparatus shown in. fig. 7 com also carries devices providing a rear light; a rod or block 15 of the Perspex brand product is mounted in the signal box above the lamp 1, in a position such as the inner end 16 of this rod, which end is inclined at 4â with respect to the horizontal axis of the rod, is placed vertically above the filament 4 of the lamp.
The opposite end 17 of the rod 15 is perpendicular to the horizontal axis thereof, the surfaces of which, except for the face 17 and a part 18 of the lower surface, are surrounded by a housing. 19 which prevents any light external to the device from entering the rod. All the surfaces of the rod 15 are perfectly polished so as to allow internal reflection, with the exception of the end face 17 which is preferably roughened or treated so as to increase the scattering of light.
The end face 17 of the rod 15 is placed opposite an opening 20 of the housing 21 of the signal. It is evident that the light rays emitted by the filament 4 of the lamp and passing through the part 18 of the rod 15 are reflected internally on the face, end 16 and on the other internal surfaces of the rod, to illuminate end 17, as indicated by the dotted lines and arrows.
Since the rod 15 can be mounted relatively close to the lamp 1, a sufficiently bright illumination of the end face 17 is obtained, which appears as a tail light through the opening 20.
In the modified apparatus of FIG. 8, - the two inner and outer end faces 16 and 7.7 of the. rod 15 are perpendicular to the horizontal axis of this rod, axis which passes through the filament 4 of the lamp.
An annular reflector 22, the reflecting surface of which has. the shape of an ellipsoid having one of its focal points on the filament of the lamp 4, is arranged around the transparent unit 13 of the previous optical system, the other focal point of the reflector 22 being at a point 23 inside the rod 15.
The light rays coming from the filament 4 of the lamp are thus concentrated at the focus 23 and come to illuminate, by internal reflection, the end face 17 of the rod 15, which disperses the light.
An opaque screen 24 is interposed between the lamp 1 and the rod 15, in order to prevent daylight from entering through the opening 20 and producing a signal through the block 13.
Although in the devices described and shown above, the transparent block has the shape of a paraboloid either full or made up of shells or cups threaded into one another, it is understood that in certain cases the transparent block may have (a shape of an ellipsoid, hyperboloid or even a cone, and may be composed of shells or cups having any of these geometric shapes.
The transparent block is not necessarily a body of revolution, it can in particular have parabolic, elliptical or hyperbolic sections, in the planes perpendicular to its optical axis.