FR3010193A1 - Dispositif optique concentrateur de la lumiere ambiante - Google Patents

Abstract

Dispositif optique concentrateur de lumière comprenant un réseau de surfaces polarisantes transflectives (15a,15b,15c) dont la face arrière est recouverte par un film optique retardateur quart d'onde (17a,17b,17c). Ce réseau est apte à rediriger et concentrer vers une cible (21) la lumière (14a,14b,14c) qui est réfléchie par les faces avant des surfaces polarisantes, sans que les dites surfaces polarisantes (15a,15b,15c) fassent obstacle au parcours optique de la lumière (16a,16b,16c). La lumière (16a,16b,16c) qui est polarisée rectilignement par la face avant des polariseurs devient polarisée circulairement au passage du film optique quart d'onde (17a,17b,17c) et traverse les faces arrière des autres polariseurs avec peu d'absorption.

Description

DISPOSITIF OPTIQUE CONCENTRATEUR DE LA LUMIERE AMBIANTE La présente invention se rapporte aux concentrateurs optiques de la lumière 5 ambiante. ETAT DE LA TECHNIQUE Les dispositifs de concentration de la lumière ambiante, y compris celle du 10 soleil, comprennent en général des lentilles et/ou des miroirs qui redirigent la lumière incidente vers une cible de sorte que la densité de lumière à la surface de la cible est supérieure à la densité de la lumière ambiante. Le rapport entre la densité de la lumière à la surface de la cible et la densité de la lumière ambiante donne une valeur correspondant au taux de concentration du dispositif. Un cas simple et connu de 15 dispositif de ce genre est un cylindre fait d'une matière transparente. Le cylindre a la propriété de concentrer la lumière ambiante sur ses deux bases. En effet chacune des bases du cylindre reçoit à la fois la lumière qui entre par la base opposée (la lumière incidente qui entre par une des bases est redirigée vers l'autre base à l'intérieur du cylindre par réflexion totale sur les parois internes du dit cylindre) et 20 reçoit de plus une partie de la lumière qui entre par sa surface cylindrique en étant redirigée vers une des bases par un phénomène de réfraction optique à l'entrée de la lumière dans le cylindre. Le taux de concentration de ce dispositif reste faible, de l'ordre de 1,5. Dans le domaine plus spécifique du rayonnement solaire il est nécessaire d'orienter le dispositif de concentration dans la direction du soleil et de 25 suivre mécaniquement son déplacement tout au long de la journée afin que la focale (la zone de concentration maximale) reste centrée sur la cible. Un autre exemple connu de dispositif concentrateur de lumière est le « LASER » (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ) qui utilise l'excitation de particules (ou atomes) luminescentes qui réémettent la lumière reçue à l'intérieur d'un cristal qui possède 30 deux faces parallèles et réfléchissantes. La lumière réémise par les dites particules se réfléchit successivement à l'intérieur de l'espace compris entre les deux faces réfléchissantes, ce qui crée une augmentation de la densité du rayonnement, ou concentration, à l'intérieur du cristal. BUT DE L'INVENTION L'invention a pour but principal de créer un phénomène optique de concentration de lumière, même lorsque cette lumière est issue de plusieurs directions différentes. Pour certaines applications le dispositif sera en partie transparent à la lumière et ce sera la lumière non traversante du dispositif qui sera concentrée. La lumière concentrée servira à de multiples applications, comme par exemple éclairer une cellule photovoltaïque qui transformera l'énergie lumineuse en énergie électrique. RESUME DE L'INVENTION Dans son principe de base, le dispositif selon l'invention (Figure 3) est composé d'au moins deux surfaces polarisantes semi transparentes et réfléchissantes ayant la propriété d'une part de polariser la lumière réfléchie selon un plan de polarisation « e » et d'autre part de polariser la lumière transmise selon un plan de polarisation « p » qui est perpendiculaire au plan de polarisation « e ». Ces polariseurs semi transparents et réfléchissants sont aussi appelés « transfiectif » ou « WGP » (Wire Grid Polarizer). Les dites surfaces polarisantes transflectives sont en général constituées d'un réseau de bandes conductrices électriquement, parallèles en elles, dont la largeur, l'épaisseur et la distance qui les sépare sont inférieures à 400 nanomètres et constitué d'un matériau choisi parmi l'aluminium, l'argent, le cuivre, le graphite, le graphène. Les polariseurs transflectifs selon l'invention comprennent en outre un film optique disposé sur leur face arrière; ce film a la propriété de modifier le plan de polarisation de la lumière polarisée qui le traverse, et plus exactement il retarde la propagation de la composante électrique de l'onde électromagnétique d'un quart d'onde (ou éventuellement d'une demi-onde) ce qui provoque la polarisation circulairement de l'onde lumineuse. Les surfaces polarisantes sont des bandes parallèles en elles et équidistantes agencées de manière à former un réseau optique semi transparent apte à concentrer une partie de la lumière reçue sur un des bords du dispositif. Les polariseurs transflectifs selon l'invention sont disposés les uns par rapport aux autres de sorte que la lumière qui est réfléchie sur la face avant d'un des polariseurs se dirige et traverse la face arrière d'un autre polariseur. Cette caractéristique optique est obtenue par exemple en alignant les surfaces polarisantes de sorte qu'elles soient parallèles les unes aux autres et avec tous leurs axes de polarisations également parallèles les un aux autres. Les dites surfaces polarisantes sont inclinées par rapport à leur axe d'alignement d'un angle compris entre 0 et 90°, et préférentiellement d'un angle proche de 45°. On observe qu'un premier rayon de lumière qui est en partie réfléchi sur la face avant d'un premier polariseur d'axe de polarisation « p » devient polarisé selon un plan de polarisation de type « e » et se dirige vers la face arrière d'un deuxième polariseur et le traverse après avoir traversé tout d'abord le film optique. Ce film optique retardateur d'un quart d'onde fait en effet tourner le plan de polarisation de la dite lumière d'un quart d'onde ce qui confère à la dite lumière la propriété de traverser avec peu d'absorption et peu de réflexion le deuxième polariseur qui lui-même à un axe de polarisation de type « p ». Un deuxième rayon de lumière qui est réfléchi sur la face avant du dit deuxième polariseur s'additionne au premier rayon de lumière qui le traverse déjà. Le terme « additionner » exprime ici l'addition des intensités lumineuses de chaque rayon lumineux. Cette intensité peut s'exprimer en unité de Lux ou en une unité équivalente comme des Watt/m2. Le même raisonnement appliqué à un troisième rayon lumineux qui serait en partie réfléchi sur la face avant d'un troisième polariseur qui lui-même recevrait déjà par transmission arrière l'addition des rayons lumineux réfléchis par le premier et par le deuxième polariseur, ce dit raisonnement donc aboutirait à la conclusion que les rayons lumineux incidents qui sont réfléchis dans une même direction par les faces avant des polariseurs s'additionnent sans que les dits polariseurs fassent obstacle à leur propagation. On observe alors l'apparition d'un faisceau de lumière concentrée qui se dirige préférentiellement dans une direction, cette direction pouvant être proche de l'axe d'alignement des polariseurs.

Ce faisceau lumineux concentré pourra alors éclairer une cible qui pourra être par exemple une cellule photovoltaïque productrice d'électricité.

Le dispositif optique selon l'invention est un concentrateur de lumière comprenant un agencement d'au moins deux surfaces polarisantes transflectives dont une des faces des dites surfaces polarisantes est recouverte par un film optique apte à modifier le plan de polarisation d'une lumière polarisée; les dites surfaces polarisantes réfléchissent la lumière ambiante dans une direction commune afin de créer une concentration lumineuse dans cette direction; ce dispositif optique est caractérisé en ce que la lumière qui est réfléchie par les dites surfaces polarisantes transflectives traverse en partie au moins une autre des dites surfaces polarisantes transflectives par la face qui est recouverte par le dit film optique.

Dans un mode de réalisation particulier (Figure 4) les polariseurs sont encapsulés dans un milieu transparent ayant pour forme rigide ou souple: une lame ou une plaque à faces parallèles, un cylindre, une fibre optique, un cône, une pyramide. Lorsque les polariseurs sont encapsulés dans une lame de matière transparente à faces parallèles, les dites faces parallèles sont parallèles à l'axe d'alignement des polariseurs, de sorte que la lumière qui est réfléchie sur la face avant d'un des polariseurs et qui, par son angle de réflexion, ne traverse pas directement la face arrière d'un autre polariseur subira une réflexion totale sur le dioptre de la dite lame à faces parallèles. Pour que cette réflexion soit de type « réflexion totale » la lame transparente aura un indice de réfraction supérieur à 1 et de préférence supérieur à 1,5 comme par exemple celui du verre cristallin ou celui du verre organique, et à l'intérieur de la lame les angles d'incidence de la lumière à la surface du dioptre des dites faces parallèles auront des valeurs supérieures à l'angle limite de la réflexion totale. La lumière qui a été réfléchie sur une des faces de la lame à faces parallèles pourra soit toucher la face avant d'un autre polariseur et être réfléchie par celui-ci car le plan de polarisation de la lumière réfléchie qui est de type « e » rencontrera la surface d'un polariseur dont l'axe de polarisation est de type « p », soit la dite lumière qui a été réfléchies sur une des faces de la lame à faces parallèles pourra être réfléchie par la seconde face de la lame parallèle et ensuite traverser la face arrière d'un des polariseurs après que la polarisation de la dite lumière ait été modifiée par le film optique. En effet la lumière polarisée « e » qui est réfléchie par les dioptres de la lame à faces parallèles conserve sa polarisation qui reste de type « e » même lorsque la dite lumière polarisée « e » est réfléchie par la face avant d'un autre polariseur dont l'axe de polarisation est toujours de type « p ». Dans tous les cas la lumière se propage donc à l'intérieur de la lame transparente jusqu'à éclairer la cible positionnée à une des extrémités de la dite lame.

Dans un autre mode particulier de réalisation les angles d'inclinaison des surfaces polarisantes par rapport à l'axe d'alignement des polariseurs sont identiques ou progressivement décroissants au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la cible, cela afin de privilégier la propagation de la lumière au-dessus des polariseurs ce qui va limiter le nombre de rayons lumineux qui traverseront les dits polariseurs.

En effet et bien que les polariseurs restent très transparents à la lumière polarisée circulairement, celle-là même qui a été « circularisée » par le film optique quart d'onde, il existe toujours une absorption résiduelle des dits polariseurs, ce qui diminue l'efficacité du dispositif c'est-à-dire son pouvoir de concentration. L'orientation appropriée des surfaces polarisantes en fonction de leur place par rapport à la cible permet de limiter le nombre de passages de la lumière au travers des dits polariseurs et permet ainsi de limiter les pertes de lumière. Dans un autre mode de réalisation particulier les polariseurs transflectifs ne réfléchissent et ne laissent passer qu'une partie du spectre solaire, ce qui implique que le dispositif ne concentre sur la cible ou sur les bords d'un vitrage que la composante spectrale souhaitée de la lumière reçue. Il est intéressant par exemple de ne retenir et de ne concentrer que les longueurs d'ondes infra-rouges et de laisser passer la lumière visible. La structure nanométrique des polariseurs qui sont de type « wire grid polarizer » n'entraine pas de déformation visuelle d'une image lorsque celle-ci est observée au travers des dits polariseurs. Le dit système est donc très approprié pour s'intégrer dans les vitrages transparent, et d'une manière générale dans tout type d'appareil affichant une image, y compris une image électronique; le dit appareil pouvant être un téléphone mobile, un GPS, un écran d'ordinateur, une montre, une paire de lunettes de soleil ou de vue, un panneau d'affichage, un mobilier urbain, un vêtement.

Dans un autre mode particulier de réalisation (Figure 5) un premier dispositif est encapsulé dans une lame transparente à faces parallèles et un deuxième 3 0 10 193 6 dispositif est encapsulé dans une autre lame transparente à faces parallèles. Les deux lames sont identiques et positionnés l'une sur l'autre dans le même sens, éventuellement séparées par un film optique qui sera de préférence de type retardateur d'un quart d'onde. Une variante est que le deuxième dispositif est 5 identique au premier mais le sens d'inclinaison de ses polariseurs est inversé par rapport au sens d'inclinaison des polariseurs du premier dispositif. On peut dire encore que le second dispositif a subi une rotation de 180° autour d'un axe central qui serait perpendiculaire et commun à toutes les faces parallèles des deux lames. Cette configuration permet au deuxième dispositif de recevoir la lumière qui a 10 traversé le premier dispositif sans avoir été concentrée par celui-ci. Cela concerne notamment la lumière incidente qui a traversé les polariseurs et celle qui est passée entre les polariseurs du premier dispositif. Le deuxième dispositif va jouer le même rôle de concentration de la lumière reçue mais le faisceau concentré sera dirigé en sens inverse. Ce double dispositif comprend alors deux cibles placées chacune aux 15 extrémités opposées des lames à faces parallèles. Une variante de ce double dispositif consiste à placer un film optique retardateur d'un quart d'onde entre les deux dispositifs. En effet une partie de la lumière qui a traversé le premier dispositif est polarisée circulairement du fait d'avoir traversé les polariseurs et le film quart d'onde qui se trouve derrière ceux-ci. Pour 20 que cette lumière polarisée circulairement ne traverse pas mais soit réfléchie par les polariseurs du second dispositif, le film quart d'onde a la propriété d'orienter le plan de polarisation de la dite lumière perpendiculairement à l'axe de polarisation des polariseurs du second dispositif. L'intérêt de ce double dispositif est de capturer davantage de lumière à concentrer. 25 Dans une autre variante de réalisation (Figure 6) la dite première lame et la dite deuxième lame forme une plaque de sorte que le réseau de surfaces polarisantes de la dite première lame et le réseau de surfaces polarisantes de la dite deuxième lame sont symétriques l'un de l'autre par rapport à un plan de symétrie parallèle aux dites faces parallèles des deux lames. Lorsque la plaque est en position 30 verticale les bandes polarisantes sont inclinées d'un angle inférieur à 90° par rapport à l'horizontal et la cible est positionnée dans la partie inférieure de la plaque. La plaque pourra aussi se positionner dans n'importe quelle autre position pour recevoir au mieux la lumière ambiante et éventuellement la lumière solaire directe. Dans cet exemple les bandes polarisantes transflectives forment des bandes parallèles dont la surface plane est inclinée vers le bas. Les bandes polarisantes transflectives sont 5 recouvertes sur leur face arrière d'un film optique retardateur d'un quart d'onde, ce qui permet à la lumière réfléchie par un des polariseurs de traverser par l'arrière les autres polariseurs et d'atteindre la cible après plusieurs réflexions totales à la surface de la plaque. L'intérêt de cette structure particulière est de permettre de recevoir la lumière sur les deux faces de la plaque avec une redirection et concentration de la 10 lumière vers un seul bord de la dite plaque. Dans une variante (Figure 7) un peu différente de la précédente le dispositif est composé d'un cylindre ou d'une fibre optique de matière transparente et de surfaces polarisantes transflectives circulaires et inclinées par rapport à l'axe longitudinal du cylindre. La lumière ambiante est alors reçue de tous les cotés du 15 cylindre et redirigée vers la cible qui est positionnée à une des extrémités du cylindre , cette redirection se faisant par réflexion sur les autres polariseurs et par réflexions totales sur les parois du cylindre. Lorsque la lumière polarisée atteint la face arrière d'un polariseur celui-ci devient transparent pour cette lumière ce qui permet la progression et la concentration de la lumière à l'intérieur du cylindre jusqu'à la cible. 20 D'autres combinaisons sont possibles qui peuvent comprendre une multitude dispositifs optiques selon l'invention ou de préférence une multitude de lames transparentes selon les modes de réalisation précédents, chacun de ces dispositifs ou chacune de ces lames pouvant capturer par exemple une partie différente du spectre solaire. Cela sera rendu possible par exemple en utilisant des polariseurs transflectifs 25 et dichroïques qui ont la caractéristique de réfléchir et de transmettre seulement une partie du spectre solaire. Dans le cas où les cibles sont des cellules photovoltaïques, les caractéristiques de ces cellules en matière de performance spectrale pourront être choisies pour s'adapter au mieux aux spectres lumineux de capture de chaque lame transparente. Cette multitude de lames constituera alors un dispositif capable à la 30 fois de décomposer le spectre solaire en une pluralité de bandes spectrales et de concentrer individuellement le résultat de cette décomposition sur des récepteurs photovoltaïques appropriés. Remarque : la transparence d'une surface polarisante rectiligne à une lumière polarisée circulairement est moindre par rapport à la transparence de la dite surface polarisante à une lumière polarisée suivant un plan de polarisation identique à celui du polariseur. Ainsi on pourra avantageusement remplacer le film optique retardateur quart d'onde par un film optique retardateur demi-onde. On remarquera par ailleurs que la lumière à l'intérieur des lames et de la plaque transparentes ne peut se propager que par des réflexions totales sur les parois, ce qui impose à cette lumière d'avoir des angles de réflexion par rapport à la surface des parois inférieurs à 45° (cette valeur étant variable en fonction de l'indice de réfraction du milieu transparent). Donc si les surfaces polarisantes forment elles-mêmes des angles de 45° avec les parois il s'en suit que les rayons lumineux au cours de leur propagation ne toucheront jamais la face avant des autres polariseurs mais seulement la face arrière. Comme les rayons lumineux réfléchis par les polariseurs seront toujours polarisés perpendiculairement à l'axe des polariseurs, la lame demi-onde placée derrière chaque polariseur fera tourner le plan de polarisation de la dite lumière de 90° ce qui rendra tous les polariseurs transparents pour cette lumière.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'invention est maintenant décrite plus en détails à l'aide de la description des figures 1 à 7 indexées. La figure 1 est un schéma de principe d'un exemple de dispositif optique connu de 25 concentration de la lumière ambiante. La figure 2 est un schéma de principe simplifié d'un « LASER » La figure 3 est un schéma de principe en coupe du dispositif optique selon l'invention. La figures 4 est un schéma de principe en coupe d'un mode particulier de réalisation 30 lorsque les polariseurs transflectifs sont encapsulés dans une lame transparente à faces parallèles.

La figure 5 est un schéma de principe en coupe d'un mode particulier de réalisation dans lequel les polariseurs transflectifs sont encapsulés dans deux lames transparentes superposées. La figure 6 est un schéma en coupe d'un mode de réalisation particulier dans lequel 5 deux réseaux symétriques de polariseurs transflectifs sont encapsulés dans une plaque transparente. La figure 7 est un schéma en coupe d'un mode de réalisation particulier dans lequel un réseau de polariseurs transflectifs est encapsulé dans un cylindre ou une fibre optique. 10 La figure 1 schématise un exemple simple et connu de concentrateur de la lumière ambiante. Un cylindre composé d'une matière transparente, comme par exemple du verre, reçoit la lumière de tous les côtés. Toute la lumière (1a) reçue sur une des bases circulaires (5a) est réfractée (3) à l'intérieur du cylindre puis éventuellement réfléchie sur ses parois (4) par une réflexion totale sur un dioptre à 15 changement d'indice de réfraction, jusqu'à éclairer la seconde base circulaire (5b). Une partie de la lumière ambiante (2) qui éclaire la paroi du cylindre est réfractée (6) à l'intérieur du cylindre et éclaire la seconde base circulaire (5b). La seconde base circulaire (5b) reçoit donc la somme de la lumière reçue sur la première base circulaire (5a) et de la lumière reçue sur la paroi du cylindre. La luminosité reçue par 20 la dite seconde base circulaire (5b) est donc supérieure à la luminosité (lb) reçue par une surface identique (5c) quand celle-ci est exposée à la même lumière ambiante (lb) mais sans le cylindre transparent placé sur le dessus. En effet cette même surface circulaire (5c) reçoit la même quantité de lumière (1a, lb) que la première base circulaire (5a) du cylindre alors que la seconde base circulaire (5b) reçoit en 25 plus la lumière (2) issue de la paroi du cylindre. Le taux de concentration de ce dispositif reste faible de l'ordre de 1,5 . Le dispositif selon l'invention va permettre des taux de concentration bien supérieurs. La figure 2 est un schéma de principe simplifié d'un LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ). Des particules (8) (ou atomes) ont la propriété 30 d'absorber et de réémettre la lumière (10,11) qu'ils reçoivent (9). La ré-émission de la lumière se fait dans toutes les directions, mais lorsque les particules sont encapsulées dans un cylindre (7) fait d'une matière transparente (comme du verre, ou un cristal) une partie de cette lumière ré-émise (10,11) est piégée par réflexions multiples de type saut d'indice de réfraction sur les bords du cylindre et par réflexion métallique (miroir) sur les extrémités (12,13). Il s'en suit une augmentation importante de la densité de radiation à l'intérieur du cylindre, donc un effet de concentration. Toutefois cette concentration lumineuse nécessite une source de lumière d'excitation (9) qui n'est ni naturel, ni ambiante car le faisceau d'excitation est directif. Le dispositif optique selon l'invention permet de sortir de cette limitation. La figure 3 est un schéma de principe de l'invention. Au moins deux surfaces polarisantes transflectives (15a,15b,15c) sont alignées parallèlement les unes aux autres et forme un angle (20) inférieur à 90°, et de préférence inférieur à 45°, avec l'axe d'alignement (19). A l'arrière de chaque surface polarisante transflective est positionné un film (17a,17b,17c) qui a la propriété de modifier la polarisation de la lumière qui le traverse. De préférence le film est un retardateur quart d'onde de la composante électrique de l'onde électromagnétique qui le traverse. Un film retardateur demi-onde est aussi possible. Chaque rayon lumineux (14a, 14b, 14c) qui éclaire la face avant des polariseurs (15a,15b,15c) traverse en partie les polariseurs (18a,18b,18c) et est en partie réfléchi (16a,16b,16c) dans une direction proche de celle du dit axe d'alignement (19) des polariseurs (15a,15b,15c). Certains de ces rayons réfléchis (16a,16b) éclairent le film quart d'onde (17b,17c) et la face arrière d'un autre polariseur (15b,15c) puis traverse le dit polariseur (15b,15c) avec peu de pertes de lumière. En effet la lumière réfléchie (16a) par un polariseur (15a) dont l'axe de polarisation est de type « p » possède un axe de polarisation de type « e » et cette lumière réfléchie (16a), en l'absence de film retardateur (17b), serait réfléchie par l'arrière d'un autre polariseur (15b) de type « p ». Mais le film retardateur quart d'onde (17b) modifie l'onde qui devient circulaire ce qui lui permet de traverser le polariseur (15b) de type « p ». A la sortie du polariseur (15b) l'onde traversante prend une polarisation rectiligne de type « p » et, si elle éclaire de nouveau le film retardateur (17c) et l'arrière d'un autre polariseur (17c) la dite lumière deviendra encore traversante jusqu'à atteindre la cible (21). La dite cible (21) reçoit la somme des rayons (16a,16b,16c) qui ont été réfléchis par les polariseurs transfiectifs (15a,15b,15c) sans que les dits polariseurs (15a,15b,15c) fassent obstacle à la propagation des dits rayons réfléchis (16a,16b,16c). Le taux de concentration du dispositif optique est donc fonction du nombre de polariseurs transflectifs.

La figure 4 illustre un mode de réalisation particulier dans lequel les polariseurs transfiectifs (15d,15e,15f,15g,15h) et les films retardateur d'onde positionnés sur leur face arrière, sont encapsulés dans une lame (L) à faces parallèles (22a,22b) faite de matière transparente. Certains rayons incidents traversent la lame sans être interceptés par les polariseurs (non illustré), d'autres rayons (14d,14e) sont en partie réfléchis (16d,16e) et en partie transmis (18d,18e) par les dits polariseurs (15d,15e). Les rayons réfléchis (16d,16e) se dirigent préférentiellement vers un des bords de la lame (21) par des réflexions totales multiples (23d,23e) sur les faces intérieures (22a,22b) de la lame et sans que les surfaces polarisantes (15f,15h) ne fassent obstacle à cette progression. L'avantage de cette variante par rapport à celle de la figure 3 est que les rayons lumineux, dans leur parcours optique, traversent moins de polariseurs pour arriver jusqu'à la cible (21) ce qui diminue les pertes d'intensité qui sont dues à chaque passage de la lumière au travers des dits polariseurs. La figure 5 est une variante du mode de réalisation précédent (figure 4) dans laquelle deux lames à faces parallèles (L1,L2) contenant chacune un réseau de polariseurs transfiectifs selon l'invention sont superposées. La lumière incidente (14f,14g,14h) est en partie réfléchie par les polariseurs (15f,15h) et dirigée vers le bord (21b) de la première lame (L1). La lumière qui traverse la première lame (L1) est soit une lumière incidente (14f,14h) qui a traversé (18f,18h) en partie les polariseurs (15f,15h) soit une lumière incidente (14g) qui n'a pas été interceptée (18g) par les polariseurs. Cette lumière traversante (18f,18g,18h) de la première lame (L1) est ensuite soit réfléchie par le second réseau de polariseur (25g,25h) et dirigée vers un des bords (21a) de la seconde lame (L2) soit cette lumière ressort (18f,18i) en partie de la seconde lame (L2). Afin d'intercepter un maximum de la lumière incidente (14f, 14g, 14h) il est préférable de positionner les polariseurs d'une lame (L1) en opposition avec les polariseurs de l'autre lame (L2), c'est-à-dire que les axes d'alignement des polariseurs de la première et de la deuxième lame restent parallèles entre eux mais le sens de l'inclinaison des surfaces polarisantes, par rapport à une perpendiculaire au dit axe d'alignement, est inversé. Il résulte de cette configuration que tous les polariseurs des deux lames auront des axes de polarisation parallèles. Il résulte aussi de cette configuration que les deux lames (L1,L2) resteront en partie transparentes car certains rayons incidents (14f,14g) seront en partie traversants (18f,18i). Afin d'augmenter la capture des rayons incidents (14h) les deux lames (L1,L2) peuvent être séparées par un film retardateur demi-onde (24) de sorte que la lumière (14h) qui a traversée un polariseur (15h) de la première lame (L1) et qui a traversée (18h) le film quart d'onde placé derrière le dit polariseur (15h), prenne alors une polarisation perpendiculaire en traversant le film quart d'onde (24) placé entre les deux lames, et que la dite lumière (18h) puisse être réfléchie par les polariseurs (25h) de la seconde lame (L2). La figure 6 illustre un mode de réalisation particulier, comme une variante de la figure 5 précédente, dans lequel deux réseaux de bandes de polariseurs transflectifs sont encapsulés dans une plaque transparente (28), chaque réseau de bandes de polariseurs étant symétrique l'un de l'autre par rapport à un plan de symétrie (P) parallèle à la surface de la plaque. Lorsque la plaque est en position verticale (V) les bandes polarisantes (26) sont inclinées d'un angle inférieur à 90° par rapport à l'horizontal (H) et la cible (34) est positionnée dans la partie inférieure de la plaque (28). La plaque (28) pourra se positionner ensuite dans n'importe quelle autre position pour recevoir au mieux la lumière ambiante (29) et éventuellement la lumière solaire directe (30). Dans cet exemple les bandes polarisantes transflectives forment des bandes parallèles (26) dont la surface plane est inclinée vers le bas. Les bandes polarisantes transflectives (26) sont recouvertes sur leur face arrière d'un film optique (27) retardateur d'un quart d'onde, ce qui permet à la lumière réfléchie (33) par un des polariseurs (32) de traverser par l'arrière les autres polariseurs (31) et d'atteindre la cible (34) par des réflexions totales et multiples (35) à la surface intérieure de la plaque (28). L'intérêt de cette structure particulière est de permettre de recevoir la lumière sur les deux faces de la plaque avec une redirection et concentration vers un seul bord de la dite plaque.(34) La figure 7 illustre un mode de réalisation particulier dans lequel le réseau de polariseurs transflectifs selon l'invention est encapsulé dans un cylindre (28r), ou une fibre optique, composé d'une matière transparente. Lorsque le cylindre (28r) est en position verticale les bandes polarisantes (26r) sont inclinées d'un angle inférieur à 90° par rapport à l'horizontal et la cible (34r) est positionnée dans la partie inférieure du cylindre (28r). Le cylindre, ou la fibre optique qui aura la même structure, pourra se positionner ensuite dans n'importe quelle autre position pour recevoir au mieux la lumière ambiante (29) et éventuellement la lumière solaire directe (30). Dans cet exemple les bandes polarisantes transflectives forment des anneaux (26r) dont la surface plane est inclinée vers le bas. Les bandes polarisantes transflectives (26r) sont recouvertes sur leur face arrière d'un film optique (27r) retardateur d'un quart d'onde, ce qui permet à la lumière réfléchie (33) par un des polariseurs (32r) de traverser par l'arrière les autres polariseurs (31r) et d'atteindre la cible (34r) par des réflexions totales et multiples (35) sur les bords du cylindre (28r). L'intérêt de cette structure particulière est de permettre des taux de concentration importants car la surface de capture de la lumière est proportionnelle à la surface du cylindre (ou de la fibre optique) alors que la surface de la cible est proportionnelle à son diamètre. Une fibre optique selon cette structure, qui a une grande longueur pour un faible diamètre, pourra donc produire à une de ses extrémités un faisceau de lumière à très forte densité de radiation. On décrit maintenant un exemple de réalisation (figure 4). L'intérieur de la face arrière (22b) d'une plaque (L) de verre organique transparente carrée en PMMA (Poly Métacrylate de Méthyle) de 40 cm de côtés et de 5 mm d'épaisseur est structurée par un réseau de bandes parallèles (15d,...15h) de 100 microns de large, de 40 cm de longueur et qui sont espacées les unes des autres par un intervalle de 100 microns. L'axe longitudinal de ces bandes sont parallèles à un des côtés de la plaque et sont inclinées d'un angle de 45 degrés par rapport au plan de la surface arrière de la plaque (22b). Ces bandes (15d...15h) sont des surfaces polarisantes transflectives de type WGP (Wire Grid Polarizer) constituées de nano bandes d'aluminium parallèles de 150 nanomètres de largeur, 100 nanomètres d'épaisseur et espacées de 150 nanomètres. Ces bandes polarisantes polarisent la lumière d'une manière rectiligne en réflexion (16d,16e) et en transmission (18d,18e) dans des plans qui sont perpendiculaires. Ces bandes (15d...15h) sont recouvertes sur leurs faces arrières d'un film quart d'onde apte à polariser d'une manière circulaire une lumière qui serait polarisée rectilignement. La lumière incidente (14d,14e) qui traverse la face avant (22a) de la plaque (L) est en partie réfléchie à 50% et en partie traversante à 50% par les bandes polarisantes. La lumière réfléchie (16d,16e) dont les angles d'incidence sont supérieures à 42 degrés par rapport à la perpendiculaire à la face avant (22a) de la plaque est alors réfléchie sur l'intérieur de ladite face avant (22a) et dirigée vers un des bords (21) de la plaque. Cette lumière réfléchie (16d,16e,23d,23e) se concentre par réflexions multiples jusque sur le bord de la plaque (21) sans que les bandes polarisantes (15d,...15h) n'arrêtent complètement ce parcours. Sur tout le long du bord (21) de la plaque est disposée et collée une cellule photovoltaïque de 5 mm de large et de 40 cm de longueur. La cellule photovoltaïque reçoit un rayonnement solaire d'une puissance de 10 Watts, soit un rayonnement solaire concentré par un facteur d'environs x8. La cellule photovoltaïque convertit ensuite cette énergie lumineuse en une énergie électrique d'environ 1,5 Watt. Par ailleurs la plaque (L) reste transparente dans une proportion d'environs 50% et le réseau de bandes polarisantes ne déforme pas les images qui seraient vues par un observateur qui les regarderait au travers de la dites plaque. AVANTAGES DE L'INVENTION En définitive l'invention répond bien aux buts fixés en produisant un phénomène optique de concentration de la lumière ambiante, même lorsque celle-ci 25 est issue de directions différentes. 30

Claims (4)

1. REVENDICATIONS1 - Dispositif optique concentrateur de lumière comprenant un agencement 5 d'au moins deux surfaces polarisantes transflectives dont l'une est recouverte par un film optique ayant la propriété de modifier le plan de polarisation d'une lumière polarisée, lesdites surfaces polarisantes étant agencées pour réfléchir la lumière ambiante dans une direction commune, afin de créer une concentration lumineuse dans cette direction vers une cible, caractérisé en ce que lesdites surfaces 10 polarisantes transflectives sont agencées de manière que la lumière qui est réfléchie par l'une elles traverse en partie au moins une autre desdites surfaces polarisantes transflectives, en entrant par sa face qui est recouverte par ledit film optique.
2. 2 - Dispositif optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites surfaces polarisantes transflectives sont constituées d'un réseau de bandes 15 conductrices électriquement, parallèles entre elles, dont la largeur, l'épaisseur et la distance qui les sépare sont inférieures à 400 nanomètres, et en ce qu'elles sont constituées d'un matériau choisi parmi l'aluminium, l'argent, le cuivre, le graphite, le gra phène.
3. 3 - Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications 20 précédentes, caractérisé en ce que les surfaces polarisantes transflectives sont dichroïques, de façon à ne réfléchir ou de ne laisser passer qu'une partie du spectre lumineux, de manière à concentrer sur la cible ou sur les bords d'un vitrage uniquement la composante spectrale souhaitée.
4. 4 - Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications 25 précédentes, caractérisé en ce que ledit film optique est un film qui retarde d'un quart d'onde ou d'une demie onde la composante électrique d'une onde électromagnétique lumineuse. - Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les dites surfaces polarisantes transflectives sont 30 alignées, parallèles entre elles, leurs axes de polarisation étant parallèles entre eux,et en ce qu'elles sont inclinées par rapport à leur axe d'alignement d'un angle inférieur à 90 degrés et de préférence proche de 45°. 6 - Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les surfaces polarisantes sont alignées et forment des bandes équidistantes agencées de manière à former un réseau optique semi transparent apte à concentrer une partie de la lumière reçue sur une cible ou sur un des bords du dispositif. 7 - Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les angles d'inclinaison des surfaces polarisantes par rapport à 10 leur axe d'alignement sont identiques ou progressivement décroissants au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la cible. 8 - Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites surfaces polarisantes sont disposées les unes par rapport aux autres de sorte que la lumière qui est réfléchie sur la face avant d'une 15 des surfaces polarisantes se dirige et traverse la face arrière d'une autre surface polarisante. 9 - Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cible est une cellule photovoltaïque. - Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications 20 précédentes, caractérisé en ce que les surfaces polarisantes sont encapsulées dans un milieu transparent ayant pour forme rigide ou souple: une lame à faces parallèles, un cylindre, une fibre optique, un cône, une pyramide. 11 - Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un premier réseau de surfaces polarisantes est 25 encapsulé dans une première lame transparente à faces parallèles et un deuxième réseau de surfaces polarisantes est encapsulé dans une deuxième lame transparente à faces parallèles, ladite première lame et ladite deuxième lame étant identiques et positionnées dans le même sens l'une sur l'autre. 12 - Dispositif optique selon la revendication 11, caractérisé en ce que 30 ladite première lame et la dite deuxième lame transparente sont séparées par un filmoptique apte à changer le plan de polarisation d'une lumière polarisée, ce film étant de préférence un film retardateur d'un quart d'onde. 13 - Dispositif optique selon la revendication 11 ou la revendication 12, caractérisé en ce que ladite deuxième lame est positionnée par rapport à ladite 5 première lame après avoir subi une rotation de 180° autour d'un axe perpendiculaire et commun à toutes les dites faces parallèles des deux lames. 14 - Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications de 11 à 13, caractérisé en ce que le réseau de surfaces polarisantes de ladite première lame et le réseau de surfaces polarisantes de ladite deuxième lame sont symétriques l'un 10 de l'autre par rapport à un plan de symétrie parallèle auxdites faces parallèles des deux lames. 15 - Appareil affichant une image, y compris une image électronique, caractérisé en ce qu'il comprend, positionné devant l'image, un dispositif optique selon l'une des revendications précédentes, ledit appareil pouvant être un téléphone 15 mobile, un terminal GPS, un écran d'ordinateur, une montre, un panneau d'affichage, un mobilier urbain, un vêtement. 20