Brevet FR2739676A1 — publié le 19970411

La présente invention concerne le domaine technique des projecteurs d'éclairage utilisés dans le secteur médical et, en particulier, destinés aux salles d'opérations chirurgicales. L'objet de l'invention vise, plus précisément, les projecteurs du type multi-hublots, c'est-à-dire ceux comportant une ou plusieurs sources lumineuses à partir de chacune desquelles est formée une série de faisceaux lumineux d'éclairage. Il est connu dans l'état de la technique divers types de projecteurs d'éclairage, tels que décrits ci-dessus, conçus pour permettre l'élimination des ombres portées et l'obtention d'un champ d'éclairement uniforme de haute intensité lumineuse, avec une lumière froide. Par exemple, le brevet FR 2 339 129 décrit un projecteur d'éclairage comportant, dans un carter, deux systèmes d'éclairage comprenant chacun une source lumineuse de part et d'autre de laquelle sont disposés une plage dépolie et un système optique condenseur composé de deux lentilles et formant un faisceau lumineux principal. Un élément optique est placé sur le trajet de chaque faisceau lumineux principal pour former, après réflexion sur un miroir et passage à travers un hublot ménagé dans le carter, une image de la plage dépolie dans un plan d'utilisation à éclairer. Ainsi, le plan d'utilisation considéré se trouve éclairé par les faisceaux lumineux provenant des miroirs qui sont convenablement orientés pour que les axes des faisceaux convergent vers un même point correspondant au centre du champ à éclairer. Un tel projecteur est conçu pour éliminer les ombres portées permettant son utilisation particulière aux salles d'opérations chirurgicales. Ce projecteur permet également l'obtention d'un champ d'éclairement uniforme de haute intensité lumineuse avec une lumière froide. Par ailleurs, il est à noter que les sources lumineuses sont placées dans la région centrale du carter à partir de laquelle s'étendent des bras radiaux aménagés pour comporter les hublots de passage pour les faisceaux lumineux. La réalisation du projecteur sous la forme d'un carter en étoile offre l'avantage de limiter sa section d'encombrement ou d'obstruction dans le plan horizontal, tout en permettant de perturber le moins possible, la ventilation de l'espace dans lequel le projecteur est installé. Un tel projecteur donne satisfaction en pratique. Toutefois, il a été constaté que les plages dépolies situées à proximité immédiate de la source lumineuse pour assurer une homogénéisation de la plage éclairée, conduisaient à une diminution du rendement du projecteur en raison de l'indice de diffusion du dépoli qui peut fortement varier en fonction du grain du dépoli. Il a été constaté, également, des halos colorés en périphérie de la plage éclairée. La présente invention vise donc à remédier aux inconvénients énoncés ci- dessus et à proposer un projecteur permettant d'améliorer l'homogénéisation de la plage éclairée et la netteté du contour de la plage éclairée. Pour atteindre cet objectif, l'objet de l'invention concerne un projecteur d'éclairage destiné, en particulier, aux salles d'opérations chirurgicales, du type comportant dans un carter, au moins un système d'éclairage comprenant au moins une source lumineuse à partir de laquelle sont formés au moins deux faisceaux lumineux principaux, sur le trajet de chacun desquels est placé un élément optique apte à former une image de la source lumineuse dans un plan à éclairer, après réflexion sur un miroir et passage dans ledit élément optique et à travers un hublot ménagé dans le carter. Selon l'invention, pour chaque système d'éclairage, les éléments optiques sont aménagés pour constituer chacun un hublot de passage comportant, d'une part, un premier dioptre assurant une conjugaison optique de la source lumineuse sur le plan à éclairer, tout en optimisant la correction des aberrations optiques et, d'autre part, un second dioptre assurant une multiplication de l'image de la source pour permettre une uniformisation de l'éclairement dans le plan éclairé. Un autre objet de l'invention vise à éliminer un autre inconvénient du projecteur décrit dans le brevet FR 2 339 129, tenant au fait qu'il est prévu d'interposer sur le trajet d'un faisceau lumineux, entre un miroir et la source lumineuse, un miroir de renvoi intermédiaire. Les chemins optiques des faisceaux issus du miroir intermédiaire et du miroir extrême sont de longueurs différentes. Il s'ensuit que les contributions de chaque faisceau ne sont pas identiques géométriquement, de sorte que la plage éclairée ne présente pas un contour uniforme. L'objet de l'invention vise à proposer, également, un projecteur dans lequel le nombre de faisceaux lumineux éclairant la zone est augmenté sans, toutefois, accroître le nombre des éléments optiques et tout en maîtrisant les contributions apportées par chaque faisceau. Pour atteindre cet objectif, le projecteur selon l'invention est caractérisé en ce qu'au moins l'un des éléments optiques constitue un hublot de passage pour un faisceau lumineux dérivé du faisceau principal, par un miroir de renvoi intermédiaire interposé entre un miroir et la source lumineuse et laissant passer l'autre partie du faisceau principal en direction du miroir de renvoi associé, l'élément optique présentant un premier dioptre adapté pour régler la taille du spot lumineux créé par le faisceau sur le plan à éclairer. Selon une caractéristique préférée de l'invention, les éléments optiques sont adaptés de façon que le premier dioptre permette de former l'image de la source lumineuse dans un plan unique commun permettant d'obtenir une superposition des différents faisceaux, en vue d'obtenir une plage éclairée présentant un contour uniforme. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci- dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation et de mise en oeuvre de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une coupe partielle verticale montrant un premier exemple de réalisation d'un projecteur d'éclairage conforme à l'invention. La fig. 2 est une coupe prise sensiblement selon les lignes II-II de la fig. 1. La fig. 3 est une vue de côté d'un exemple de réalisation d'un élément optique conforme à l'invention. La fig. 4 est une vue de la face externe de l'élément optique prise sensiblement selon les lignes IV-IV de la fig. 3. La fig. 5 est une vue partielle en coupe verticale montrant une autre variante de réalisation d'un projecteur selon l'invention. La fig. 6 est une vue schématique montrant une autre forme de réalisation de l'invention. Tel que cela ressort plus précisément des fig. 1 et 2, le projecteur d'éclairage I selon l'invention est destiné, en particulier, aux salles d'opérations chirurgicales. Selon cette première variante de réalisation, le projecteur I comporte, dans un carter 1, un système d'éclairage 2 comprenant une source lumineuse 3, à partir de laquelle sont formés au moins deux, et dans l'exemple illustré, quatre faisceaux lumineux principaux L1 à L4. Chaque faisceau lumineux L, à L4 est formé à l'aide d'un système optique condenseur 4 composé, par exemple, de deux lentilles 5 et 6 permettant de concentrer un maximum d'énergie lumineuse dans un faisceau de section restreinte. Tel que cela apparaît plus précisément à la fig. 2, les systèmes optiques condenseurs 4 sont placés au voisinage immédiat de la source lumineuse 3. Les faisceaux lumineux L, à L4 sont destinés à rencontrer un miroir de renvoi 8 dont la surface réfléchissante est constituée de façon classique, par un système complexe de couches minces interférentielles permettant de réfléchir uniquement les rayons lumineux visibles tout en laissant passer les rayons calorifiques. Ainsi, les rayons calorifiques traversent chacun des miroirs 8 et sont recueillis par un élément extrême 9 formant radiateur, de façon à assurer l'évacuation des rayons calorifiques. Il s'avère ainsi que l'énergie lumineuse est réfléchie vers le champ à éclairer, à l'aide de miroirs de renvoi 8 qui sont inclinés chacun en regard d'un hublot 11 de passage pour un faisceau lumineux. Les miroirs de renvoi 8 sont inclinés pour former des faisceaux convergents dont les axes A sont répartis sur les génératrices d'un cône dont le sommet S coïncide avec le centre de la plage à éclairée 12 dans un plan P. Les hublots de passage 11 sont ménagés dans la paroi du carter 1 disposée en regard du plan P à éclairer. Selon une variante préférée de réalisation, chaque hublot de passage 11 est ménagé dans un bras 13 s'étendant radialement à partir du centre du carter réalisé sous la forme d'un boîtier central 14. Tel que cela ressort des dessins, le boîtier central 14 du carter contient la source lumineuse 3 et les systèmes optiques condenseurs 4, tandis que les bras radiaux 13, au nombre de quatre dans l'exemple illustré, comportent chacun un hublot de passage 11 et le miroir 8 associé. Conformément à l'invention, chaque hublot de passage 11 constitue un élément optique apte à former une image de la source lumineuse 3 dans le plan P à éclairer. Tel que cela ressort plus précisément des fig. 3 et 4, chaque hublot de passage 11 comporte, d'une part, un premier dioptre dl assurant une conjugaison optique du filament de la source lumineuse 3 sur la surface à éclairer 12, tout en optimisant la correction des aberrations optiques et, d'autre part, un second dioptre d2 assurant une multiplication de l'image de la source lumineuse 3 pour permettre une uniformisation de l'éclairement dans le plan éclairé P. Le premier dioptre di constitue ainsi une surface transparente conçue pour former l'image de la source lumineuse dans le plan à éclairer et pour éliminer, notamment, en périphérie de la plage éclairée, les halos colorés constitutifs des aberrations optiques, telles que le chromatisme latéral ou coma. Dans l'exemple illustré à la fig. 3, le premier dioptre di présente un profil sphérique. Le second dioptre d2 assure une multiplication du nombre d'images de la source lumineuse 3, en vue d'obtenir une homogénéisation de la plage éclairée. Par exemple, le second dioptre d2 peut être constitué par une multitude de petites surfaces sphériques, asphériques ou prismatiques, agencées sous une forme matricielle, comme cela ressort clairement de la fig. 4. De préférence, chaque élément optique 11 est constitué par un élément monobloc composé du premier dioptre et du second dioptre. De préférence encore, le premier dioptre dl est constitué par la surface intérieure dirigée vers le miroir de renvoi 8 associé, tandis que le second dioptre d2 est formé par la surface extérieure dirigée vers le plan P à éclairer. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, chaque élément optique 11 possède un premier dioptre d, présentant des puissances différentes suivant deux directions, afin d'assurer une meilleure conjugaison de la source lumineuse en fonction de sa géométrie et de son positionnement. En effet, tel que cela ressort plus particulièrement de la fig. 2, la source lumineuse 3 est montée de façon que son filament 3, soit disposé sensiblement en diagonale par rapport aux axes optiques des différents faisceaux lumineux L, à L4. Le dioptre interne d, présente donc un profil qui varie pour tenir compte de la position et de la géométrie de la source lumineuse 3. Tel que cela apparaît plus précisément à la fig. 1, la source lumineuse 3 est disposée, de préférence mais non exclusivement, de manière qu'une partie de son faisceau lumineux, sortant par son sommet, soit récupérée par un système optique condenseur 4 pour former un faisceau lumineux Ls dirigé vers un hublot de passage direct 11, constituant un élément optique analogue aux éléments 11 selon l'invention. Le hublot de passage direct 11, est ménagé dans le boîtier 14 du carter en étant centré sur l'axe optique O du projecteur passant par le centre S de la plage éclairée 12. La formation de cinq faisceaux lumineux L, à L5 permet d'optimiser le rendement lumineux du projecteur selon l'invention. La fig. 5 illustre une autre variante de réalisation d'un projecteur conforme à l'invention comportant un miroir de renvoi intermédiaire 16 interposé sur le trajet de chaque faisceau lumineux principal L, à L4. Chaque miroir de renvoi intermédiaire 16 est conçu pour laisser passer une partie du faisceau et dériver une autre partie dirigée vers un hublot de passage 112 conforme à l'invention, de fonction analogue aux éléments optiques 11. Dans l'exemple illustré à la fig. 5, un seul miroir de renvoi intermédiaire 16 est placé sur le trajet de chacun des faisceaux lumineux L, à L4. Bien entendu, il peut être prévu de disposer, les uns derrière l'autre, plusieurs miroirs de renvoi intermédiaires 16 sur chacun des faisceaux lumineux, les faisceaux lumineux dérivés étant dirigés chacun vers un élément optique 112 conforme à l'invention. Selon cette variante de réalisation, les trajets optiques des faisceaux lumineux traversant les hublots 11 et 112 sont différents. Selon une variante préférée de réalisation, les premiers dioptres d, des éléments optiques 11, 11", 112 sont adaptés pour former l'image de la source lumineuse 3 dans un plan unique commun P, de sorte que les contributions de chaque faisceau passant par les hublots 11 à 112 soient sensiblement identiques géométriquement. Il en résulte une superposition des spots créés par chacun des faisceaux lumineux, ce qui permet d'obtenir une plage éclairée 12 avec un contour uniforme. Il doit donc être considéré que les premiers dioptres dl assurent dans cette variante de réalisation, une fonction supplémentaire d'adaptation de la taille des spots. Dans l'exemple préféré décrit ci- dessus, les premiers dioptres d, sont adaptés de façon que les spots créés par chacun des faisceaux issus des hublots présentent sensiblement la même taille dans un même plan P. Il est à noter que dans certaines applications, il peut être prévu que les premiers dioptres d, des éléments optiques soient adaptés pour former l'image de la source lumineuse dans au moins deux plans décalés selon l'axe optique O du projecteur. Dans la description qui précède, le projecteur I comporte un système d'éclairage 2 composé d'une unique source lumineuse 3, à partir de laquelle sont formés éventuellement un faisceau lumineux direct et soit quatre (fig. 1, 2) ou huit (fig. 5) faisceaux lumineux principaux. Bien entendu, il peut être envisagé de réaliser un système d'éclairage comprenant un nombre différent de faisceaux lumineux principaux. Dans le même, il peut être envisagé de réaliser un projecteur comportant plusieurs systèmes d'éclairage, tel que cela ressort, à titre d'exemple, de la fig. 6. Selon cette variante de réalisation, le projecteur I comporte deux systèmes d'éclairage 2 et 2' dont les sources lumineuses 3 et 3' sont placées dans le boîtier central 14, tandis que les miroirs de renvoi et les éléments optiques 11, 11' de chacun des systèmes d'éclairage sont placés dans les bras radiaux 13. Il peut être prévu de réaliser un projecteur comportant un nombre de systèmes d'éclairage 2, 2' supérieur à deux et comportant ou non un ou plusieurs miroirs de renvoi intermédiaires 16. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS: 1 - Projecteur d'éclairage destiné en particulier aux salles d'opération chirurgicale, du type comportant dans un carter (1), au moins un système d'éclairage (2, 2') comprenant au moins une source lumineuse (3, 3') à partir de laquelle sont formés au moins deux faisceaux lumineux principaux (LI à L4) sur le trajet de chacun desquels est placé un élément optique (11, 111, 112) apte à former une image de la source lumineuse dans un plan à éclairer (P), après réflexion sur un miroir (8) et passage dans ledit élément optique et à travers un hublot ménagé dans le carter, caractérisé en ce que, pour chaque système d'éclairage (2, 2'), les éléments optiques (11, 11, 112) sont aménagés pour constituer chacun un hublot de passage comportant, d'une part, un premier dioptre (d,) assurant une conjugaison optique de la source lumineuse (3) sur le plan à éclairer, tout en optimisant la correction des aberrations optiques et, d'autre part, un second dioptre (d2) assurant une multiplication de l'image de la source pour permettre une uniformisation de l'éclairement dans le plan éclairé. 2 - Projecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins l'un des éléments optiques (112) constitue un hublot de passage pour un faisceau lumineux dérivé du faisceau principal, par un miroir de renvoi intermédiaire (16) interposé entre un miroir (8) et la source lumineuse (3) et laissant passer l'autre partie du faisceau principal en direction du miroir de renvoi (8) associé, l'élément optique (112) présentant un premier dioptre (d,) adapté pour régler la taille du spot lumineux créé par le faisceau sur le plan à éclairer. 3 - Projecteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les éléments optiques (11, 111, 112) sont adaptés de façon que le premier dioptre (dl) permette de former l'image de la source lumineuse dans un plan unique commun (P). 4 - Projecteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les éléments optiques (11, 111, 112) sont adaptés de façon que le premier dioptre (d,) permette de former l'image de la source lumineuse dans au moins deux plans décalés selon l'axe optique (O) du projecteur. - Projecteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque élément optique (11, 1 11, 112) est constitué par un élément monobloc délimité de part et d'autre par le premier dioptre (d,) et le second dioptre (d2). 6 - Projecteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque élément optique (11, 1 11, 112) possède un premier dioptre (dl) présentant des puissances différentes suivant deux directions, afin d'optimiser la conjugaison de la source lumineuse en fonction de sa géométrie et de son positionnement. 7 - Projecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque système d'éclairage (2, 2') comporte dans la région centrale (14) du carter, une source lumineuse (3, 3') et au moins quatre systèmes optiques condenseurs (4) formant chacun un faisceau lumineux, et dans chacun des bras (13) prolongeant la région centrale du carter, au moins un élément optique (11, 112) et le miroir de renvoi (8) associé. 8 - Projecteur selon l'une des revendication 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux systèmes d'éclairage (2, 2') dont les sources lumineuses (3, 3') et les systèmes optiques condenseurs (4) associés sont logés dans la région centrale (14) du carter dont les bras (13) sont adaptés pour recevoir les miroirs de renvoi (8) et les éléments optiques (11, 112). 9 - Projecteur selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que chaque système d'éclairage (2, 2') comporte un élément optique direct (11,) constituant, selon l'axe optique (O) du projecteur, un hublot de passage pour un faisceau lumineux provenant directement de la source lumineuse après la traversée d'un système optique condenseur (4).