Brevet FR2681407A1 — publié le 19930319

PROJECTEUR D'ECLAIRAGE. La présente invention concerne les projecteurs d'éclairage et intéresse plus specialement les projecteurs destinés à l'éclairage des salles d'opérations chirurgicales. Elle vise à résoudre le problème des ombres portées creëes dans la zone éclairée chaque fois qu'un corps traverse le parcours des faisceaux lumineux. Les appareils d'éclairage pour les besoins médicaux et chirurgicaux do vent satisfaire un certain nombre de conditions particulières, Outre la composition spectrale de la lumière qui doit permettre un o bon rendu des cou I eurs les deux caractéristiques les plus importantes sont une très haute densité d'éclairement de la piage opérationnelle et l'absence d'ombre portes sur cette plage. Une autre condition importante pour des ra sons d asepsie est que, par son encombrement et l'énergie calorifique qu'il dégage, liappareil ne perturbe pas sensiblement la ventilation de la pince dans laquelle il est installe. La densite declairement doit permettre la perception des détails les plus fins et une valeur typique est un éclairement de l'ordre de 100.000 Luxe gans ces conditions i ombre portes par les instruments les mains de 1 opcrrateur ou de tout autre objet introduit sur le parcours des faisceaux lumineux provoquent une zone assombri rie du champ éclairé. Le rapport des éclairements dans le champ définit le contraste de l'ombre, la présence de ce contraste d'éclairement dans e champ d'observation provoque éblouissement et perte de perception des détails par l'opérateur. Plus l'éclairement est intense plus le contras te sera élevé, donc davantage nuisible. Il y a contradiction dans la double exigence clairement intense et faible contraste des ombres portées. Toutes les recherches et les réalisations pour ce type d'appareil d'éclairage ont eu pour but principal l'abaissement de ce contraste des ombres. Le principe général pour atteindre ce résultat est que la surface radiante d'énergie lumineuse soit la plus uniforme possible et vue de chaque point du champ éclairé sous l'angle solide apparent le plus grand possible. Pour les applications pratiques, il convient de aire deux remarques au niveau de ce principe s ia premiers est que la surface radiante pour tre vue du champ éclairé d'un angle apparent solide très éleve ( 2 # stéradian étant la valeur limite idéale) doit être necessairement en arrière de la tête des opérateurs par rapport au champ éclairé ; la seconde que l'uniformité de brillance de la surface radiante est d'un effet secondaire par rapport å l'angle solide apparent de cette surface vue de la pi age éclairée. Plusieurs solutions ont déjà été proposées afin de diminuer notablement les ombres portees dans les projecteurs d'éclairage. La plus élémentaire est de réaliser la surface radiante par la juxtaposition d'une pluralité de projecteurs élémentaires (type phare d'automobile) comportant chacun une lampe a incandescente un retro miroir et un condenseur5 diffuseur ou rerpartiteur de flux. Ces projecteurs sont disposés sur un bâti formant une coupole suspendue généralement au platond de la salle par un bras orientable On augmente l'angle solide vu du champ éclaire pour une même distance de la coupole ce champ en augmentant le diamètre de la coupole, Le poids et l'encombrement de l'appareil d'éclairage limitent pratiquement le diamètre à la valeur de un mètre. Une amélioration a consiste a placer les sources de lumière (une ou deux lampes a incandescence) au centre de la coupole et des condenseurs optiques perpendiculaires a l'axe de cette coupole. Les faisceaux lumineux sont diriges sur le champ 3 éclairer par des miroirs de renvoi places a la périphérie de la coupole. Par ce moyen l'on augmente l'angle apparent pour un même diamètre de coupole. Mais aucune de ces solutions n'est complètement satisfaisante. En effet aucune ne permet d'éliminer complètement le phénomène d'ombre portée et les inconvénients qui en résultent : éblouissement et perte de perception de détails par l'opérateur. C est pourquoi la pressente invention a pou obi objet de procurer un nouveau moyen pour supprimer radicalement le phénomène d'ombre portée dans les projecteurs d'éclairage à faisceau de grande ouverture de lumière incohérente. Selon l'invention, dans un appareil d'éclairage fournissant au moins un faisceau de lumière permanente pour éclairer une plage, l'axe du faisceau lumineux est animé d'un mouvement de déplacement cyclique par rapport à un point de la plage à éclairer, la fréquence du cycle de déplacement étant telle qu'en raison de la persistence rétinienne la plage éclairée par le faisceau paraît uniformément éclairée sams variation d'intensité lumineuse. Le déplacement de l'axe du fafsceau peut être obtenu soit par le mouvement de la source elle-même ou bien par celui d'un miroir ou de tout autre composant optique réfractif placé sur le trajet du faisceau lumineux issu d la source et éclairant la plage produisant ainsi un mouvement apparent de la source. Par exemple le déplacement de l'axe du faisceau lumineux peut être provoqué par le déplacement de la source lumineuse elle-même par rapport à l'axe optique des composants définissant le faisceau (lentilles, dioptres, miroirs etc...) sous l'effet d'un moteur. Alternativement le déplacement de l'axe du faisceau lumineux sera obtenu par un mouvement cycilque ide miroirs de renvoie Ce mouvement cyclique des miroirs peut être obtenu par une oscillation autour d'un axe perpendiculaire a la normale de la surface réfléchissante et compris dans le pi an contenant cette surface réfléchissante, ou par excitation d'un matériau piezo-électrique supportant la face réfléchissante du miroir. De préférence le mouvement cyclique du miroir est obtenu par un moteur entraînant en rotation un miroir dont la surface réfléchissante fait un angle &alpha; par rapport à la normale à l'axe de rotation du moteur. Dans tous les cas, quel que soit le moyen par lequel on obtient le déplacement de l'axe du rayen lumineux par rapport à la scène à éclairer @@ est essentiel que ce déplacement s'effectue cycliquement å une fréquence suffisante port créer l'effet de persisstence rétinienne grâce auquel la plage paraît uniformément éclairée sans variation d'intensité lumineuse. Afin de mieux faire comprendre l'invention, on va décrire maintenant un exemple non limitatif d'application à un projecteur d'éclairage spécialement destiné aux salles d'opérations chirurgicales du typa connu notamment par la brevet français n 73 3 2320 '\j' et ses deux certificats d'addition n 76 01538 et n 76 18912. Cet t a description sera faite n référence aux dessins annexés dans lesquels : La figura 1 est une coupe schématique en ai ovation d'un projecteur d'éclairage pour salles d'opérations chirurgicales selon l'invention. La figure 2 est une coupa schématique de dessus du projecteur de la figure 1. La figura 3 est une vue schématique d'un miroir de renvoi mobile pour un projecteur selon les figuras 1 et 2 La figure 4 est une vue théorique illustrant 1 déplacement de l'axe d'un faisceau lumineux dans un projecteur selon les figures précédentes. La figure 6 est la représentation théorique de la pi age eclairee par un projecteur sel on les figures précédentes. Un projecteur ci éclairage spécialement destine aux salles d'opérations chirurgicales connu se compose essentiellement de l'association en étoile d'un nombre restreint d'éléments de base comportant chacun une source lumineuse, lampe à incandescence ou plasma, dont l'énergie lumineuse est recueillie par un système optique condenseur concentrant un maximun de cette énergie dans un faisceau de grande ouverture, et un élément optique qui détermine le champ d'éclairement voulu pour chaque faisceau après réflexion sur un miroir de renvoi. L'ensemble des miroirs de renvoi permet de juxtaposer les champs d'éclairement de chaque faisceau pour" fourni r la plage éclairée par le projecteur. Conformément à l'invention, l'axe de chacun de ces faisceaux est animé d'un mouvement cyclique par rapport à l'axe de la plage éclairée à une frequence suffisamment élevée permettant d'atteindre la confusion des zones d'ombre portée éventuelles par la persistance rétinienne. Dans l'exemple représenté, le projecteur comporte : 1/ quatre éléments de base 1, 2, 3 et 4 chacun à l'intérieur d'un carter de forme ai longes rayonnant autour d'un boitier central 5 (fig 1 et 2ì. Chaque êi amant comprend - un système optique condenseur de grande ouverture numérique, composé, dans l'exemple des figures 1 et 2, des lentilles 8 et 9 et concentrant un maximum d'énergie lumineuse dans les faisceaux 12 et 25. - un élément optique comportant dans l'exemple précité deux lentilles 16 et 17 formant l'image de la source lumineuse dans un plan 13 a éclairer, pour chaque faisceau 12 et 25 déterminant le champ d'éclairement d'un faisceau 1umineux* - deux miroirs de renvol 10 et 22 dirigeant les faisceaux veers le plan 13. Le miroir 22 est semi transparent pour la lumière visible et totalement transparent pour l'énergie calorifique (intra-rouge). Le faisceau initial est divise en deux faisceaux 12 et 25 par ce miroir 22 afin d'augmenter l'angle solide d'éclairage. De manière connue en soi les miroirs 22 des différents éléments 1, 2, 3 et 4 sont constitués par une plaque de verre ou autre matériau transparent approprie e" qui porte une série de zones réfléchissantes séparées les unes des autres par des zones entièrement transparentes qui laissent passer librement les rayons lumineux, ainsi que les rayons calorifiques an direction du miroir extrema 10 correspondant , le miroir 22 formant une surface réfléchissante tramée. Le miroir 10 est complètement réfléchissant pour la lumière visible et totalement transparent pour l'énergie calorifique. Les propriétés particulières énoncées de réflexion et de transmission des miroirs sont dues à ce que les surfaces réfléchissantes des miroirs 10 et 22 sont obtenues par un système complexe de couches minces interférentielles permettant de réfléchir uniquement les rayons lumineux, tout en laissant passer les rayons calorifiques. De ce fait, la plage éclairée ne regoit pas d'énergie calorifique. Ces divers composante sont disposes les une a la suite des autres à partir des sources lumineuses 6a, 6b Les carters de chaque élément de base 1, 2, s et 4 sont pourvus au niveau des miroirs 10 et 22 d'ouvertures en regard correspondantes 11 et d afin de permettre le passage des faisceaux lumineux 12 et 25 en direction de la plage à éclairer dans le plan 13. On voit ainsi sur la figure 1 les faisceaux 12 renvoyas par les miroirs 10 selon l'axe 14 et les faisceaux 25 renvoyés par les miroirs 22 selon l'axe 24. La référence 15 est le sommet théorique du cône formé par les axes des faisceaux 12 et 25, ce sommet étant situe sur une droite passant par le centre de la pi age à éclairer 2/ De deux sources lumineuses 6a et 6b, lampe a incandescence ou plasma : l'énergie lumineuse de chacune est captée par deux éléments de base decrits ci-dessus et places an opposition par rapport a la source. Selon l'exemple représenté les quatre éléments de base, regroupés par paires associées chacune à une source 6a et 6b, sont réunies par un boitier central 5. Les sources 6a et 6b sont excentrées par rapport au centre de ce boitier pour permettre Pe libre passage des faisceaux lumineux. On voit encore sur les figures 1 et 2 que les miroirs d'extrémité 10 sont montés sur un axe entraîné en rotation par un moteur électrique i' t Sur la figure 3 on voit également que la face réfléchissante 26 de chaque miroir d'extrémité 10 fait avec l'axe du moteur 7 un angle &alpha; par rapport à la normale à ladite face réfléchissante 26. De la sorte, lorsque le moteur 7 fait un tour, l'axe du faisceau lumineux 12 decrit dans le ptan 13 un déplacement circulaire 27 et occupe uns suite continue de positions 1, 2.....n, comme cela est illustré schématiquement sur la figure 4. Lorsque la vitesse de rotation est suffisante, en rai son de la persistance rétinienne, le déplacement du faisceau devient imperceptible et la plage d'éclairement paraît uniformément éclairée, la perte de l'éclairement, par rapport à la luminosité du faisceau à sa source, étant negligeable. Pour obtenir l'effet favorable produit par la persistence rétinienne la fréquence du cycle de rotation doit au moins être égale ä 8Hz. De préférence on adoptera une vitesse de rotation d'environ 1000 tr/mn dans un appareil tel que représenté ce qui correspond à une fréquence d'environ 16 Hz. Sur la figure 4 est représentée la disposition relative des huit faisceaux 12 et 25, dans 1 et appareil qui vient d'être décrit, a uti moment To origines quatre faisceaux fixes 25 réflechis par les miroirs trames 22 et quatre faisceaux mobiles 12 réfléchis par les miroirs tournants 10 L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d d'être a décrit mais englobe tout appareil ci éclairage comportant au moins un faisceau de lumière incohérente dont l'axe est animé d'un mouvement de déplacement cyclique par rapport a un point de i a playe a éclairer, la fréquence du cycle étant telle qu'en raison de la persistence rétinienne la plage éclairée paraît uniformément éclairée sans variation d'intensité lumineuse. REVENDICATIONS 1. Appareil d'éclairage fournissant au moins un faisceau (12) de grande ouverture de lumière incohérente pour éclairer une plage, caractérisé en ce que le faisceau est un faisceau de lumière permanente et en ce que son axe (14) est animé d'un mouvement de déplacement cyclique par rapport à un point de la plage à éclairer, la fréquence du cycle de déplacement étant telle qu'en raison de la persistence rétinienne la plage éclairée par le faisceau parai t uniformément écl ai rée sans variation d @ i ntensî té lumineuse. 2. Appareil d'éclairage selon la revendication 1 caractérisé an ce que la fréquence du cycle de déplacement de 1 @axe du faisceau est au oins égale à 8 Hz 3. Appareil d'éclairage selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le déplacement de 1 axe du faisceau lumineux set provoqué par le déplacement de la source du faisceau lumineux par rapport à @ axe optique des composants définissant le faisceau. 4. Appareil d'éclairage selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le déplacement de l'axe (14) du faisceau lumineux (12) est obtenu par un mouvement cyclique de miroirs (10) de renvoi. 5. Appareil d'éclairage selon la revendication 4 caracterise en ce que le mouvement cyclique des miroirs est obtenu par oscillation autour d'un axe perpendiculaire à la normale de la surface réfléchissante et compris dans le plan contenant cette surface réfléchissante. 6. Appareil d'éclairage selon la revendication 4 caractérisé en ce que le mouvement cyclique des miroirs est obtenu par excitation d'un matériau piezo-électrique supportant la face réfléchissante du miroir. 7. Appareil d'éclairage selon la revendication 4 caractérisé en ce que le mouvement cyclique des miroirs est obtenu par un moteur (7) entraînant an rotation un miroir (10) dont la surface réfléchissante fait un angle &alpha; par rapport à ia normale à l'axe de rotation du moteur (7). 8. Appareil d'éclairage selon la revendication 7 caractérisé en ce que la vitesse de rotation du moteur (7) est d'environ 1000tr/mn. 9. Appareil d'éclairage selon la revendication 7 ou 8 caractérise an ce qu'il comporta quatre éléments de base (1, 2, 3,4) disposés en étoile autour d'un boitier central (5) chaque élément comprenant un système optique condenseur à grande ouverture numérique (8,9). Un élément optique (16,17) formant l'image de la source (6a, 6b) dans un plan à éclairer (13) pour deux faisceaux distincts (12, 25) et deux miroirs us renvoi (10,22) pour lesdits faisceaux (12,25), le premier miroir (12) divisant le faisceau initial et an outre caractérisé en ce que le miroir d'extrémité (10) est monté à rotation sur l'arbre d'un moteur (7) 10. Appareil d'éclairage selon la revendication 9 caractérisé en ce que la face réfléchissante (26) du miroir d'extrémité (10) fait avec l'axe du moteur (7) un angle &alpha; par rapport à la normale à ladite face réfléchissante (26).