Brevet FR2644906A1 — publié le 19900928

La présente invention concerne un dispositif illuminateur, à haut rendement d'éclairement particulièrement applicable aux projecteurs d'image du type projecteurs de cinéma, projecteurs de diapositives, rétroprojecteurs et analogues, et pouvant aussi être utilisés dans les appareils d'éclairage. les dispositifs illuminateurs actuellement connus, servant à la projection d'images, se conposent couine illustrés schématiquement à la figure 1 des dessins annexés - d'une source lumineuse (1) comme par exemple une lanpe à incan descence, une lampe halogène et analogue - d'un miroir (2) réfléchissant du type parabolique, elliptique ou sphérique - d'une lentille (3) asphérique - d'un filtre anticalorique (4) - d'une lentille plan-convexe (5) - d'un plan-objet (6) tel qu'une pellicule de diapositive, un film cinématographique et analogue, et enfin - d'un objectif de projection (7) dit "pupille de projection". Bien entendu, cet ensemble est logé dans un boitier ou carter non représenté. Dans un tel dispositif, l'éclairement dans le plan de la diapositive (6) est considéré comne étant uniforme du fait qu'en général on constate un écart inférieur à 30% entre l'éclairement au centre de la diapositive et l'éclairement aux bords de celle-ci ; en outre, les rayons lumineux sont concentrés dans la pupille (7) de l'objectif servant à reformer l'image de la diapositive sur un écran (E). On a représenté sur les dessins annexés, par des flèches, le trajet des rayons lumineux émis par la source (1). les mesures du rendement lumineux effectuées sur un tel système montrent que ce rendement est en général de l'ordre de 5%, ce qui veut dire que 5t seulement des rayons émis par la source (1) passent dans la pupille (7) de l'objectif de projection et se retrouvent dans l'image formé sur l'écran (E). Une variante du dispositif qui vient d'être décrit, et que l'on utilise notamment dans les projecteurs de cinéma, est schématisée à la figure 2 des dessins annexés. Elle comporte la source lumineuse (1) logée dans un miroir (2) de préférence parabolique à traitement dichroique permettant d'éliminer une grande partie des rayons infrarouges émis par cette source lumineuse. Cet ensemble est simplement suivi d'un filtre anticalorique (4), puis du plan-objet (6) (qui est dans ce cas le film cinématographique) placé dans le plan de l'image du filament donné par le miroir parabolique (2). Les rayons lumineux provenant de l'objet (6) traversent ensuite, corne précédemment, l'objectif de projection (pupille) (7) pour être enfin recus sur l'écran (E). Or il s'avère que dans cette variante, le rendement lumineux est encore de l'ordre de 5% La présente invention vise par contre d'atteindre, à partir d'une source lumineuse de même type et de même puissance que dans les disposi- tifs connus rappelés ci-dessus, un rendement d'éclairement bien supérieur à 58 ou inversement d'obtenir le même éclairement qu'avec les dispositifs connus mais avec une source lumineuse de puissance bien inférieure à celle utilisée dans ces dispositifs. Ces buts sont atteints en réalisant le dispositif selon l'invention qui est essentiellement caractérisé par le fait qu'il comprend une source lumineuse logée dans un miroir de révolution, un manchon tronconique et une lentille plan-convexe disposés entre cette source lumineuse et le dispositif porte-image à projeter suivi de l'objectif de projection. Suivant d'autres caractéristiques : - le miroir de révolution est avantageusement parabolique, ellipti que ou hémisphérique et de préférence parabolique t - la source lumineuse est placée de préférence sur l'axe de révo lution dudit miroir ; - le manchon tronconique est de révolution et il est placé de manière que son axe de révolution coincide avec celui du miroir de révolution t - les parois internes du manchon tronconique seront réfléchissan tes et à réflexion totale ; - le diamètre de la face du tronc de cône située du cOté de la source lumineuse est inférieur, égal ou supérieur au diamètre de la face située du côté du dispositif porte-objet ;; - la lentille plan-convexe est de révolution et elle est placée de manière que son axe de révolution coincide lui aussi avec celui du miroir de révolution : - un filtre anti-calorique est éventuellement prévu entre la sour ce lumineuse et le manchon tronconique. D'autres caractéristiques et les avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre faite en regard des dessins annexés sur lesquels - les figures 1 et 2 sont, corne indiqué précédemment, des repré sentations schématiques de dispositifs illuminateurs connus, et - la figure 3 est une représentation schématique d'un dispositif illuminateur conforme à l'invention. En se référant à cette figure 3, le miroir (2 > est de préférence parabolique de révolution et à traitement dichroique. On peut, bien entendu, le prévoir aussi elliptique ou hémisphérique. La source lumineuse (1) peut être de tout type connu. Elle est de préférence placée sur l'axe de révolution (X-Y) du miroir (i) et si possible en son foyer. Suivant la forme de réalisation la plus simple, le manchon tronconique (8) est directement traversé par les rayons lumineux émis par ladite source (1). En outre, il sera avantageusement disposé de facon, d'une part que son axe de révolution soit confondu avec celui (X-Y) du miroir de révolution (2) et que, d'autre part le diamètre de sa face située du côté de la source lumineuse soit inférieur, égal ou supérieur au diamètre de la face située du côte du dispositif porte-image t6). Une amélioration que l'homme du métier comprendra aisément consiste à intercaler sur le trajet de ces rayons un filtre anticalorique (4). La caractéristique essentielle que doit présenter le tronc de cône (8) pour obtenir le résultat escompté est que ses parois internes soient les plus réfléchissantes possibles. On constate, en effet, que la présence de ce manchon tronconique à parois internes réfléchissantes conduit, de facon imprévisible et inattendue, à une augmentation très importante du rendement lumineux lorsque les rayons provenant dudit manchon servent à illuminer l'objet f6) pour projeter l'image de celui-ci sur l'écran (E) après avoir traversé l'objectif (7). C'est ainsi que lorsqu'un ensemble dont les éléments constitutifs ont été définis ci-dessus est réalisé au sein d'un tube-carter non représenté avec simplement un tronc de cône de révolution (8) en matière transparente, dont l'axe de révolution coincide avec l'axe(X-Y)du miroir de révolution (2), et dont les dimensions sont telles que, associé à la lentille plan-convexe (5) l'éclairement soit uniforme dans le plan de l'objet (6) (diapositive ou film), les rayons lumineux résultants étant collectés par l'objectif (7), on obtient un rendement lumineux sur l'écran (E) d'au moins 25% Ce rendement représente au moins cinq fois l'importance de celui obtenu à partir d'une source lumineuse de même type et de même puissance d'un dispositif de la technique actuellement connue. Ceci autorise du reste à dire qu'inversement, on peut obtenir un éclairement égal à celui de ces dispositifs connus avec une source de puissance cinq fois moindre ou plus. Cela constitue un progrès incontestable. Bien entendu, on peut améliorer encore les résultats suivant les cas, tenant compte des dimensions et de la nature des matériaux dont on dispose. On pourra alors réaliser, en fonction de ces dimensions et de ces matériaux, le miroir de révolution (2) de même que le tronc de cône (8) qui pourra être en verre blanc, en matière plastique de qualité optique du type méthacrylate ou polycarbonate, en métal poli-réfléchissant, etc... les caractéristiques importantes à lui conférer étant le maximum de transmission de tout rayon lumineux entrant dans le cône ainsi que le maximum de réflexion sur les parois internes, voire une réflexion totale de tout rayon lumineux atteignant les dites parois. De la sorte, le maximum de rayons lumineux voire leur totalité seront guidés et dirigés à travers la lentille (5) vers l'objectif (7) avec un éclairement uniforme dans le plan de l'objet (6 > . On comprendra aisement que l'illuminateur, objet de la présente invention, pourra être utilisé dans de nombreuses applications où un éclairement intense est recherché. I1 permet de plus un tel éclairement mais froid (sans infrarouges) sur une surface plus ou moins grande suivant, bien entendu, la forme des faces d'entrée et de sortie et des dimensions des parois latérales du manchon tronconique (8). Il va du reste de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre purement explicatif et nullement limitatif, et que toute modification pourra y être apportée sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Dispositif illurninateur à haut rendement d'éclairement applicable notamment aux appareils de projection d'image, essentiellement caractérisé par le fait qu'il comprend une source lumineuse 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le miroir de révolution (2) est parabolique, elliptique ou hémisphérique, de préférence parabolique. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la source lumineuse (1) est placée de préférence sur l'axe de révolution dudit miroir (2). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisé par le fait que ledit manchon tronconique (8) est de révolution et qu'il est placé de manière que son axe de révolution coincide avec celui dudit manchon de révolution. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les parois internes dudit manchon tronconique (8) sont réfléchissantes et à réflexion totale. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le diamètre de la face du tronc de cône située du côté de la source lumineuse est inforieur, égal ou supérieur au diaïtre de la face située du côté du dispositif porte-objet (6). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'un filtre anticalorique (4) est prévu entre ladite-source (1) et ledit manchon tronconique (8). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la lentille (5) est plan-convexe, asphérique ou de type FRESNEL. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que la source est un filament incandescent, en atmosphère neutre, halogène ou autre, un tube fluorescent, une lampe à décharge ou une diode électroluminescente.