FR2730038A1 - Light-guide optical system for reflector-type lamp - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention a pour objet un système optique comprenant une lampe du type a réflecteur focalisant un faisceau lumineux sur une surface de focalisation, et un conducteur de lumière. The present invention relates to an optical system comprising a lamp of the reflector type focusing a light beam on a focusing surface, and a light conductor.
Dans le cas où on veut mettre en oeuvre un système optique dans lequel la lampe est une lampe de projection halogène, ou bien une lampe à arc ou une lampe à iodure, c'est-à-dire une lampe dont la température de focalisation, qui est définie comme la température atteinte à la surface de focalisation, est élevée à savoir par exemple 300 C pour une lampe halogène et 700
C pour une lampe à arc ou une lampe à iodure, on est obligé d'utiliser comme conducteur de lumière des fibres de verre qui sont seules aptes à résister à de telles températures.In the case where it is desired to use an optical system in which the lamp is a halogen projection lamp, or else an arc lamp or an iodide lamp, that is to say a lamp whose focusing temperature, which is defined as the temperature reached at the focusing surface, is high, for example 300 C for a halogen lamp and 700
C for an arc lamp or an iodide lamp, it is necessary to use as light conductor glass fibers which are the only ones capable of withstanding such temperatures.
I1 en résulte alors un surcoût important par rapport aux fibres plastiques dont la température de fusion, qui est d'environ 100' C pour des fibres en métacrylate de méthyle (plexiglas), et qui ne peuvent donc supporter les températures précitées. En outre, étant donné que les fibres plastiques sont susceptibles de mieux conduire ce type de lumière que les fibres de verre il est particulièrement souhaitable de pouvoir les utiliser. I1 then results in a significant additional cost compared to plastic fibers whose melting temperature, which is about 100 ° C for methyl methacrylate fibers (plexiglass), and which therefore can not withstand the above temperatures. In addition, since plastic fibers are likely to conduct this type of light better than glass fibers, it is particularly desirable to be able to use them.
La présente invention a pour objet un système optique associant une lampe à réflecteur et un conducteur de lumière et qui permet d'employer des lampes de projection à température de focalisation élevée, tout en permettant d'utiliser un conducteur de lumière à fibres plastiques. The present invention relates to an optical system associating a reflector lamp and a light conductor and which makes it possible to use projection lamps with high focusing temperature, while allowing the use of a light conductor with plastic fibers.
L'invention a ainsi pour objet un système optique comprenant une lampe du type à réflecteur focalisant un faisceau lumineux sur une surface de focalisation et un conducteur de lumière caractérisé en ce que le conducteur de lumière comporte au moins un ensemble de fibres plastiques, en ce que la lampe présente une température de focalisation supérieure ou égale à une température de dégradation des fibres plastiques et en ce qu'il comporte un barreau en matériau transparent susceptible de diffuser des rayonnements infra-rouges, qui est disposé en aval de la lampe et en amont de l'ensemble des fibres plastiques. The invention thus relates to an optical system comprising a lamp of the reflector type focusing a light beam on a focusing surface and a light conductor characterized in that the light conductor comprises at least one set of plastic fibers, in that that the lamp has a focusing temperature greater than or equal to a degradation temperature of the plastic fibers and in that it comprises a rod made of transparent material capable of diffusing infrared radiation, which is arranged downstream of the lamp and in upstream of all plastic fibers.
I1 est avantageux que le barreau ait une longueur L comprise entre 2d et 4d, d désignant le diamètre du faisceau lumineux focalisé sur la surface de focalisation, et de préférence comprise entre 2d et 3d. It is advantageous for the bar to have a length L of between 2d and 4d, d designating the diameter of the light beam focused on the focusing surface, and preferably of between 2d and 3d.
Le matériau transparent constituant le barreau est de préférence du quartz ou du verre. The transparent material constituting the bar is preferably quartz or glass.
Selon un mode de réalisation plus particulièrement adapté aux lampes de projection à très haute température de focalisation telles que les lampes à arc ou à iodure, le système optique comporte un faisceau non ordonné de fibres de verre, disposé entre la surface de focalisation et le barreau. Un faisceau non ordonné de fibres est défini comme un faisceau comportant des fibres disposées de manière aléatoire de telle sorte que, pour une fibre donnée, le point d'entrée et le point de sortie, respectivement sur la face d'entrée et la face de sortie du faisceau, ne sont pas situés sur un segment parallèle à un axe principal du faisceau. Le faisceau non ordonné présente avantageusement une longueur comprise entre sensiblement 20 cm et 1 m, de manière à permettre un niveau suffisant de non-ordonnancement des fibres, et donc de brassage et d'homogénéisation de l'intensité lumineuse. According to an embodiment more particularly suitable for projection lamps with very high focusing temperature such as arc or iodide lamps, the optical system comprises an unordered beam of glass fibers, arranged between the focusing surface and the rod . An unordered bundle of fibers is defined as a bundle of fibers arranged in a random manner such that, for a given fiber, the entry point and the exit point, respectively on the entry face and the beam exit, are not located on a segment parallel to a main axis of the beam. The unordered bundle advantageously has a length of between substantially 20 cm and 1 m, so as to allow a sufficient level of non-scheduling of the fibers, and therefore of mixing and homogenization of the light intensity.
De la sorte, l'image du point chaud, soit du filament, soit de l'arc de la lampe, qui est concentré à l'entrée du faisceau non ordonné, se retrouve étalé, et de préférence totalement étalé, à la sortie de celui-ci. In this way, the image of the hot spot, either of the filament or of the arc of the lamp, which is concentrated at the entry of the unordered beam, is found spread, and preferably completely spread, at the exit of this one.
Les fibres de verre et les fibres plastiques peuvent avoir un diamètre différent, par exemple le rapport entre les diamètres des fibres plastiques et des fibres de verre peut être compris entre 5 et 10. The glass fibers and the plastic fibers can have a different diameter, for example the ratio between the diameters of the plastic fibers and the glass fibers can be between 5 and 10.
Il est particulièrement avantageux, notamment dans le cas des lampes à très haute température de focalisation, par exemple les lampes à arc ou les lampes à iodure, que le système comporte un dispositif de refroidissement dudit barreau. Ce dispositif de refroidissement peut en particulier englober le barreau ainsi que l'extrémité amont du ou des ensembles de fibres plastiques et l'extrémité aval du faisceau non ordonné de fibres de verre. It is particularly advantageous, in particular in the case of lamps with very high focusing temperature, for example arc lamps or iodide lamps, that the system includes a device for cooling said bar. This cooling device can in particular include the bar as well as the upstream end of the set or sets of plastic fibers and the downstream end of the unordered bundle of glass fibers.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en liaison avec les Dessins, dans lesquels
- la figure 1 représente un premier mode de réalisation d'un système optique selon l'invention
- et la figure 2 un système optique selon un mode de réalisation préféré de l'invention correspondant plus particulièrement au cas des lampes à très haute température de focalisation.Other characteristics and advantages of the invention will appear better on reading the description which follows, given by way of nonlimiting example, in conjunction with the Drawings, in which
- Figure 1 shows a first embodiment of an optical system according to the invention
- And Figure 2 an optical system according to a preferred embodiment of the invention corresponding more particularly to the case of lamps with very high focusing temperature.
La figure 1 représente un système optique comprenant une lampe à réflecteur 1 qui comporte une lampe halogène 11 et un réflecteur 12, ce réflecteur renvoyant un faisceau lumineux 15 sur une surface de focalisation S sur laquelle il forme une tache ayant par exemple un diamètre d de 8 mm. Un barreau de quartz 2 présente une face d'entrée polie 21 qui est disposée sur la surface de focalisation S et une face de sortie polie 22 à laquelle est couplé un faisceau 3 de fibres plastiques 32, par exemple de diamètre 500 microns, qui sont assemblées par collage au niveau d'une face d'entrée polie 31 en contact avec la face de sortie 22.La lampe 11, par exemple une lampe halogène de 150 à 250 W, présente une température de focalisation sur la surface S qui est de l'ordre de 300 C, c'est-à-dire une température nettement supérieure à la température de dégradation, dans le cas d'espèce la température de fusion, des fibres plastiques 32, qui sont en général en métacrylate de méthyle (plexiglas) et fondent aux alentours de 100' C. FIG. 1 represents an optical system comprising a reflector lamp 1 which comprises a halogen lamp 11 and a reflector 12, this reflector returning a light beam 15 to a focusing surface S on which it forms a spot having for example a diameter d of 8 mm. A quartz bar 2 has a polished inlet face 21 which is arranged on the focusing surface S and a polished outlet face 22 to which is coupled a bundle 3 of plastic fibers 32, for example of diameter 500 microns, which are assembled by gluing at a polished inlet face 31 in contact with the outlet face 22. The lamp 11, for example a halogen lamp of 150 to 250 W, has a focusing temperature on the surface S which is around 300 C, that is to say a temperature significantly higher than the degradation temperature, in this case the melting temperature, of the plastic fibers 32, which are generally made of methyl methacrylate (plexiglass ) and melt around 100 'C.
La mise en oeuvre du barreau de quartz 2 permet d'abaisser la température sur la face 31, à condition que la longueur L du barreau 2 soit suffisante. The use of the quartz bar 2 makes it possible to lower the temperature on the face 31, provided that the length L of the bar 2 is sufficient.
En pratique on estime que, pour obtenir des résultats significatifs avec un barreau de diamètre voisin de d, L doit être au moins égal à 2d, ce qui correspond à deux réflexions ou plus pour un rayon incliné d'au moins 45 par rapport à l'axe du barreau 2. De même, on considère qu'augmenter L au delà de 4 d n'apporterait pas d'amélioration significative du résultat.En raison, d'une part de la face d'entrée 21 totalement transparente et sans absorption, d'autre part de la diffusion radiale des infra-rouges qui s'évacuent en 23 et enfin du mélange à l'intérieur du barreau de quartz 2 zen de l'ensemble des photons de l'impact lumineux sur la surface S, on obtient une tache s'étendant sur la totalité de la surface de sortie 22 du quartz, sans que celle-ci dépasse une température de l'ordre de 70 C, ce qui permet une illumination des fibres plastiques 32 du faisceau 3 sans détérioration de celles-ci.In practice, it is estimated that, to obtain significant results with a bar of diameter close to d, L must be at least equal to 2d, which corresponds to two or more reflections for an inclined radius of at least 45 relative to l axis of the bar 2. Similarly, it is considered that increasing L beyond 4 d would not bring any significant improvement in the result. On the one hand, on the entry face 21, completely transparent and without absorption. , on the other hand of the radial diffusion of the infra-reds which are evacuated at 23 and finally of the mixture inside the quartz bar 2 zen of all the photons of the light impact on the surface S, we obtains a spot extending over the entire outlet surface 22 of the quartz, without the latter exceeding a temperature of the order of 70 C, which allows illumination of the plastic fibers 32 of the bundle 3 without damaging those -this.
Selon le mode de réalisation représenté à la figure 2, la lampe à réflecteur 11 est équipée dune lampe à arc ou d'une lampe à iodure de puissance par exemple égale à 250 à 300 W, dont la température de focalisation sur la surface S est maintenant de l'ordre de 700 C. Le système optique comporte un faisceau non ordonné 5 de fibres de verre 53, chaque fibre ayant par exemple un diamètre de 50 microns, qui est disposé de manière que sa face d'entrée polie 51 soit située sur la surface de focalisation S et que sa face de sortie polie 52 soit couplée à la face d'entrée 21 du barreau de quartz 2. Au niveau des faces 51 et 52, les fibres de verre sont collées par de la colle epoxy.Les fibres 53 sont disposées de manière désordonnée dans le faisceau 5, c'est-à-dire qu'à un point d'entrée situé sur la surface
S, correspond un point de la surface de sortie 52 qui est positionné de manière aléatoire par rapport au point correspondant de la surface d'entrée 51. Ceci permet un brassage de l'intensité lumineuse qui, répartie de manière gaussienne sur la surface de focalisation S, et donc sur la face d'entrée 52, est répartie de manière pratiquement homogène sur la face de sortie 52.De ce fait, l'impact lumineux produit par le faisceau de fibres 5 sur le barreau 2 est suffisamment homogène et il se transmet dans le barreau de quartz 2, qui lui-même rayonne en 63, et vient à nouveau éclairer le faisceau 3 de fibres plastiques, avec un abaissement notable de la température qui, de 700 C à la surface de focalisation
S, passe à environ 70 C sur la face d'entrée 31 du faisceau 3. Le refroidissement est amélioré par la présence d'un dissipateur 6, présentant des ailettes 61, qui entoure le barreau 2 ainsi que de préférence la face de sortie 52 du faisceau 5 et/ou la face d'entrée 31 du faisceau 3.According to the embodiment shown in FIG. 2, the reflector lamp 11 is equipped with an arc lamp or an iodide lamp with a power for example equal to 250 to 300 W, the focusing temperature of which on the surface S is now around 700 C. The optical system comprises an unordered bundle 5 of glass fibers 53, each fiber having for example a diameter of 50 microns, which is arranged so that its polished entry face 51 is located on the focusing surface S and that its polished outlet face 52 is coupled to the inlet face 21 of the quartz bar 2. At the faces 51 and 52, the glass fibers are bonded with epoxy adhesive. fibers 53 are arranged in a disorderly manner in bundle 5, that is to say that at an entry point situated on the surface
S, corresponds to a point on the exit surface 52 which is positioned randomly with respect to the corresponding point on the entry surface 51. This allows a mixing of the light intensity which, distributed in a Gaussian manner on the focusing surface S, and therefore on the inlet face 52, is distributed in a practically homogeneous manner on the outlet face 52. As a result, the light impact produced by the fiber bundle 5 on the bar 2 is sufficiently homogeneous and it transmits in the quartz bar 2, which itself radiates at 63, and again illuminates the bundle 3 of plastic fibers, with a notable lowering of the temperature which, from 700 C to the focusing surface
S, goes to around 70 C on the entry face 31 of the bundle 3. The cooling is improved by the presence of a dissipator 6, having fins 61, which surrounds the bar 2 as well as preferably the exit face 52 of the bundle 5 and / or the entry face 31 of the bundle 3.
Le principe du système optique selon l'invention est donc, que ce soit dans le cadre de la figure 1 ou de la figure 2, de diffuser radialement le rayonnement infra-rouge, qui dans la gamme 0,9-3 microns produit une forte quantité de chaleur et génère une température élevée, en utilisant le barreau de quartz 2 comme dissipateur. Chaque fois qu'une réflexion se produit, les infra-rouges ne sont pas transmis, mais sont évacués radialement vers l'extérieur, et seuls sont transmis, du fait de la propriété du verre et du quartz, les longueurs d'ondes jusqu'à environ 1,5 microns qui sont relativement peu chauffantes, ce qui permet d'obtenir un éclairage en lumière "froide" de la face d'entrée 31 du faisceau 3.Ceci permet d'illuminer la fibre plastique en filtrant les infra-rouges susceptibles de générer des températures élevées, tout en restant compatible avec la mise en oeuvre de lampes de forte puissance. Dans le cas particulier de la figure 2, le faisceau de fibres de verre 5 permet en outre, par l'effet de brassage et de répartition homogène de l'intensité lumineuse, de procurer un abaissement notable de température en amont du quartz 2. On notera que, dans le cas de la figure 2, la mise en oeuvre d'un faisceau de fibres de verre 5, quelque soit sa longueur, ne permettrait pas d'abaisser suffisamment la température pour permettre un couplage à un faisceau de fibres plastiques, à moins de mettre en oeuvre un barreau de quartz. The principle of the optical system according to the invention is therefore, whether in the context of FIG. 1 or of FIG. 2, to radially diffuse the infrared radiation, which in the range 0.9-3 microns produces a strong amount of heat and generates a high temperature, using the quartz bar 2 as a dissipator. Each time a reflection occurs, the infrared is not transmitted, but is discharged radially outward, and only are transmitted, due to the property of glass and quartz, the wavelengths up to at about 1.5 microns which are relatively little heating, which makes it possible to obtain a lighting in "cold" light of the entry face 31 of the beam 3.This makes it possible to illuminate the plastic fiber by filtering the infrared likely to generate high temperatures, while remaining compatible with the use of high-power lamps. In the particular case of FIG. 2, the bundle of glass fibers 5 also makes it possible, by the effect of stirring and of homogeneous distribution of the light intensity, to obtain a significant reduction in temperature upstream of the quartz 2. On note that, in the case of FIG. 2, the use of a bundle of glass fibers 5, whatever its length, would not allow the temperature to be lowered sufficiently to allow coupling to a bundle of plastic fibers, unless using a quartz bar.
L'invention s'applique en particulier à des éclairages publics, par exemple pour éclairer des objets, des statues, des tunnels..., pour lesquels une lampe halogène de 150 à 250 W, ou une lampe à arc ou à iodure, de 250 à 300 W, permet d'obtenir une intensité lumineuse élevée, qui peut être répartie vers plusieurs points à éclairer, notamment en séparant en plusieurs ensembles les fibres plastiques 3 alimentées par leur face amont 31. La longueur des fibres plastiques 3 peut atteindre plusieurs dizaines de mètres. The invention applies in particular to public lighting, for example for lighting objects, statues, tunnels, etc., for which a halogen lamp of 150 to 250 W, or an arc or iodide lamp, of 250 to 300 W, allows a high light intensity to be obtained, which can be distributed to several points to be lit, in particular by separating the plastic fibers 3 fed by their upstream face 31 into several sets. The length of the plastic fibers 3 can reach several tens of meters.
L'invention peut être également utilisée dans d'autres applications, par exemple l'éclairage de tableaux ou encore dans des endoscopes. The invention can also be used in other applications, for example lighting pictures or in endoscopes.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |