Réflecteurs

Un réflecteur, selon le concept de l'Optique Fluide®, est un composant optique destiné à recueillir le flux provenant de une ou plusieurs sources et à créer un ou plusieurs flux destinés chacun à un usage spécifique. Un réflecteur, au sens du concept de l'Optique Fluide, est une optique fluide statique. Un réflecteur est assimilé, lors de sa mise en géométrie, à un bloc dioptrique à indice constant où les réflexions totales sont remplacées par des réflexions simples ou multiples. Dans un réflecteur, les flux sont organisés par une réflexion unique ou une suite de réflexions multiples. Les réflecteurs peuvent être classés par : - le type de source utilisée, - le nombre de sources utilisées, - le positionnement de la ou des sources dans le réflecteur, - le positionnement de la ou des zones émissives, - le type de flux, le profil de la section du faisceau et l'homogénéité du faisceau, - la propriété spécifique du flux final, - le type de fabrication, - la matière utilisée, - le type de dépôt.
Le Type de source utilisée
Généralités La source peut être à incandescence, halogène, fluorescente, à décharge à arc court ou long, à plasma ou autre.... La géométrie de la source peut être quelconque. Les dimensions de la ou des sources peuvent être quelconques. La zone émissive proprement dite de la source peut être filaire, plane ou volumique. La zone émissive filaire ou plane peut être axiale, transversale à positionnement stable ou nstable. Si la zone émissive est volumique, elle peut être à volume stable ou instable. Dans tous ces cas, un réflecteur pourra être adapté à ces propriétés. Pour créer un réflecteur optique fluide optimisé, nous devrons tout d'abord nous intéresser à la géométrie globale de la ou des zones émissives. vue iso d'une modélisation de source à incandescence utilisée dans l'automobile
Nous distinguons dans nos calculs trois types de géométrie de zone émissive : la zone émissive nominale : cette zone émissive correspond à la géométrie exacte de la zone rigoureusement positionnée émettant de la lumière. Cette zone correspond, par exemple, à la zone occupée par le filament d'une source étalon correctement fixée.
la zone émissive hors tolérance : cette zone émissive correspond à l'espace dans lequel la zone émissive nominale peut être situé. Dans ce cas, la géométrie de la zone émissive proprement dite peut être mal positionnée et mal définie. La zone émissive hors tolérance englobera toutes les géométries possibles des différentes zones émissives dans toutes les positions possibles.
la zone émissive globale : cette zone émissive correspond à l'espace dans lequel la zone émissive hors tolérance et toutes les images réelles et virtuelles de la zone émissive hors tolérance pourraient être située. Dans ce cas on s'intéresse à tous les reflets directs ou indirects de la lumière créés par la zone émissive et les réflexions sur l'intérieur du globe de verre, le quesot, le culot ou la coupelle.
On peut comparer entre elles les grandeurs des différentes zones émissives
zone émissive nominale < zone émissive hors tolérance < zone émissive globale
On distingue aussi trois hypothèses de travail selon que l'on utilise une ou plusieurs sources. la zone émissive unitaire est la zone émissive d'une seule source. Cette zone correspond à l'espace occupé par un filament de source par exemple. La zone émissive unitaire d'un arc électrique sera très difficile à appréhender. la zone émissive pluriunitaire est la zone émissive constituée de l'ensemble des zones émissives unitaires distinctes les unes des autres. Les espaces situés entre les zones émissives nominales, hors tolérance ou globale ne font pas partie de la zone émissive pluriunitaire. la zone émissive totale est la zone émissive strictement constituée du plus petit espace contenant toutes les zone émissives unitaires. Les espaces situés entre les zones émissives nominales, hors tolérance ou globale font partie de la zone émissive totale. On peut dès lors panacher les types de géométrie des zones émissives et les hypothèses de travail. zone émissive pluriunitaire
l'espace situé entre les zones émissives n'est pas pris en compte.
zone émissive totale
l'espace situé entre les zones émissives est pris en compte. Dans le calcul des réflecteurs, le concept de l'Optique Fluide peut prendre en compte les paramètres définissant les différentes catégories de zone émissive. Les réflecteurs à source réelle et virtuelle. Pour obtenir de meilleurs rendements, il est intéressant, dans certains cas, de concevoir un réflecteur créant une source virtuelle émissive à partir de la source réelle. Le faisceau final est alors constitué des faisceaux réfléchis provenant de la source réelle et de la source virtuelle.
Le nombre de sources utilisées
Le nombre de sources utilisées est en général égal à l'unité. Cependant, nous étudions des réflecteurs pouvant admettre aussi plusieurs sources. Nous étudions une famille de générateurs de lumière pour fibre optique plastique fonctionnant avec une à trois sources de un kilowatt chacune. L'Optique fluide dynamique nous a permis de mélanger les flux provenant de 6 à 8 sources distinctes pour créer le grand projecteur de type Phare-Doux. Celui que nous avons étudié peut fonctionner simultanément avec sept sources. Rien n'interdit la création de réflecteurs à source particulièrement étendue. Seuls l'espace disponible et l'énergie électrique disponibles limitent vraiment le nombre et la puissance totale des sources et du projecteur qui va les contenir. Exemple : réflecteur de bureau utilisant des sources économiques composées de plusieurs cylindres contiguës.
le positionnement de la ou des sources dans le réflecteur
Une seule source
- positionnement axial direct
- positionnement axial inversé
- positionnement de la source dans un plan perpendiculaire à l'axe du réflecteur
Plusieurs sources de grande dimension
D'autres dispositions sont aussi possibles.
Le positionnement de la ou des zones émissives
Une seule zone émissive filaire
- positionnement axial ou longitudinal
- positionnement transversal
Une seule zone émissive plane
- positionnement axial ou longitudinal
- positionnement transversal
Une seule zone émissive volumique
- positionnement axial
- positionnement paraxial
Plusieurs zones émissives de grandes dimensions
D'autres dispositions sont aussi possibles.
Le type de flux, le profil de la section du faisceau et l'homogénéité du faisceau
Le type de flux (pour tous les termes qui suivent, voir zone chaude dans le lexique)
un flux convergent, quasi-convergent ou pseudo-convergent : Le flux peut être focalisé, concentré ou condensé devant le réflecteur à une distance finie, auquel cas, on dira, par convention, que le réflecteur est convergent, quasi-convergent ou pseudo-convergent (On pourra dire aussi que le réflecteur est positif). Exemple : Un flux devra être convergent, quasi-convergent ou pseudo-convergent pour entrer dans un faisceau de fibre optique ou éclairer un film défilant de projecteur. un flux divergent, quasi-divergent ou pseudo-divergent : Le flux ne doit pas être focalisé, concentré ou condensé devant le réflecteur. Le faisceau obtenu est divergent, quasi-divergent ou pseudo-divergent et le prolongement virtuel des rayons lumineux passeront par une zone commune située derrière le réflecteur, dans ce cas on dira, par convention que le réflecteur est divergent, quasi-divergent ou pseudo-divergent (on pourra dire aussi que le réflecteur est négatif). Exemple : Un flux devra être divergent, quasi-divergent ou pseudo-divergent pour éclairer une zone cible étendue située à une certaine distance. le profil de la section du faisceau : le profil de la section de faisceau peut être circulaire, ovale, rectangulaire, triangulaire ou autre. Avec l'Optique Fluide, les formes de ces profils de section de faisceau sont obtenues SANS l'aide d'écrans, de caches, de coupelles ou autres limiteurs de champ de lumière. Exemples : pour entrer de la lumière dans une fibre optique, il faudra une section de faisceau circulaire, par contre pour éclairer une péllicule cinématographique, il faudra une section de faisceau rectangulaire. L'homogénéité du faisceau : Dans la plupart des cas, les faisceaux créés par les réflecteurs sont réputés "Gaussiens", i.e. avec un maximum d'intensité sur l'axe optique du réflecteur. Le réflecteur peut être étudié pour produire un faisceau à homogénéité maîtrisée, ce qui signifie que l'intensité de la lumière sur la cible devra être uniforme ou non uniforme, plus puissante sur la périphérie de la tache de lumière ou même cette lumière pourra graduellement diminuer d'un maximum à un minimum de lumière.
La propriété spécifique du flux final
Nous appelons "propriété spécifique du flux final", la ou les caractéristiques géométriques ou physiques du flux optimisé que l'on souhaite obtenir pour l'application envisagée. Nous pouvons, ainsi être amené à concevoir des réflecteurs dont le flux final peut avoir les différentes propriétés évoquées ci-après. Le réflecteur à source longue ou très longue devra concentrer la lumière provenant de source filaire comme certaines sources à plasma. Exemple : source à très haute énergie lumineuse. Le gradient du faisceau de lumière devra varier graduellement d'un minimum à un maximum. Deux méthodes différentes permettent d'atteindre ce résultat. Exemples : cas d'un projecteur de lumière destiné à mettre en valeur un monument historique où il convient que le spectateur voie le monument éclairé de façon uniforme du bas en haut du monument. Dans ce cas le faisceau créé devra être trapézoïdal et à variation d'intensité. C'est aussi le cas du flux créé par une source très longue et un lèche mur destiné à illuminer une œuvre d'art accrochée à un mur dans une salle de musée. Le réflecteur à saturation paraxiale ou marginale doit saturer la lumière présente sur la périphérie du faisceau. Exemple : projecteur devant mettre en valeur une voûte architecturale. Les réflecteurs à coupure ou à cisaillement de flux doivent rabattre la lumière dans une partie privilégiée de l'espace, soit en dessous ou au dessus d'une ligne droite, brisée ou courbe, soit entre deux lignes droites ou brisées. Avec l'Optique Fluide, les formes de ces profils de section de faisceau sont obtenues SANS l'aide d'écrans, de caches, de coupelles ou autres limiteurs de champ de lumière. Quatre méthodes différentes permettent d'atteindre ce résultat selon les hypothèses initiales. Exemples : - projecteurs de lumière destinés aux feux de croisement. - réflecteurs à transformation homéomorphique qui seront plus destinés à créer des bandes de lumière utilisées à éclairer des jetées de pont ou des objets longilignes, par exemple. Le réflecteur à variation de flux est capable, par une déformation de sa géométrie, de créer un flux dont l'angle d'ouverture peut varier entre deux valeurs prédéfinies à l'avance. Exemple : réflecteur de spectacle. Le réflecteur à évacuation de flux thermique doit être le plus perméable possible à la chaleur et le plus couvrant possible pour recueillir et renvoyer le maximum de flux lumineux utile. Le réflecteur multi-flux peut produire à partir d'une source de lumière deux faisceaux devant entrer par exemple dans deux fibres optiques.
Le type de fabrication
L'application du concept de l'Optique Fluide à la technologie nécessite une très bonne maîtrise des différentes phases de fabrication.
Faute de quoi, les efforts consentis pour développer des optiques fondées sur une géométrie plus performante optiquement seraient réduits à néant.
Il est donc indispensable d'apporter un soin tout particulier à la réalisation des optiques. Il existe des technologies appropriées qui permettent d'obtenir les résultats attendus.
Exemple : un réflecteur possédant initialement un rendement absolu théorique égal à plus de 90 % au niveau de la simulation théorique peut voir son rendement absolu technologique chuter à moins de 20 % quand il est mal réalisé par fluotournage ou repoussage et se situer au dessus de 80 % quand il est soigneusement réalisé par alésage, polissage, avec un dépôt correct.
Moulage : En général le moule est plus onéreux que la réalisation par alésage. Cette technique peut être intéressante au dessus d'un minimum de production. Fluotournage, repoussage : Nous n'avons pas encore obtenu par cette méthode, un respect suffisant des formes. Ces trois techniques sont plus particulièrement réservées aux productions de série. Alésage traditionnel ou au diamant : Nous utiliserons plus volontiers ces techniques pour créer des maquettes de réflecteurs de révolution ou non de révolution. Dans tous les cas, il conviendra que la réalisation de ces réflecteurs soit effectuée avec beaucoup de soins. Les interprétateurs informatiques, les non respects de forme, les défauts de polissages, la mauvaise qualité des dépôts réfléchissants sont autant de causes non négligeables de perte de rendement et d'efficacité du réflecteur réalisé.
La matière utilisée
Aluminium, laiton et acier : Ces matériaux sont les plus communément utilisés. Verre et quartz : Ces matériaux sont chers, mais permettent d'obtenir de bons états de surface. Plastique opaque : Ce matériau est bon quand il n'y a pas de problème thermique. Plastique transparent : Nous sommes en mesure d'étudier, en effet, des réflecteurs fabriqués en plastique totalement transparent fonctionnant sans peinture ni dépôt.
Le type de dépôt
Les types de dépôt sont très nombreux. De nombreux paramètres tels que le soin apporté, l'état de surface du réflecteur, la matière du réflecteur, la matière du dépôt, etc... influent sur les résultats obtenus.

Ce document est la propriété des créateurs du site et ne peut être reproduit ou communiqué sans leur autorisation.

Ce document est soumis à à la législation concernant la propriété intellectuelle et les droits d'auteur.