Brevet FR2753519A1 — publié le 19980320

La présente invention est relative à un projecteur de lumière destiné à être utilisé pour illuminer des objets lors de prises de vue par des caméras video ou autres ou par des appareils photographiques, mais il trouve également une utilisation dans la projection d'images et encore, de manière plus s-péc i f i que, pour projeter de la lumière vers des fibres optiques utilisées dans des buts d'illumination. Pour la projection d'images à partir de diapositives en couleur ou de masques comportant des dessins, on place la diapositive ou le masque dans le plan focal d'une lentille de projection. Pour être utile, la lumière doit en fonction de l'angle de la lentille de projection et l'objet à reproduire se trouvant dans le plan focal de celle-ci, atteindre la lentille sous un angle inférieur à environ + 12 à + 25". Pour être utile dans la projection de lumière vers des fibres optiques, la lumière doit atteindre les extrémités des fibres optiques sous un angle inférieur à environ + 30 à + 40". On connaçt des projecteurs de types différents. Un projecteur classique comprend une source de lumière de petite dimension placee devant une calotte d'un réflecteur sphérique. Cette source est d'habitude constituée d'une lampe à incandescence la plus petite possible, dont le filament est placé dans le point focal du réflecteur. Une lentille de projection, qui peut être une lentille classique ou une lentille Fresnel, est placée devant la lampe. La dimension et la focale du miroir sphérique est choisie de sorte que le réflecteur derrière la lampe comprend le même angle que celui de la lentille. La lumière en provenance du filament de la lampe et l'image optique formée par le réflecteur sont focalisées d'une manière variable par la lentille qui est montee deplaçable. Le système optique de ce projecteur présente l'inconvénient qu'une quantité importante de lumière est perdue puisque seule une partie de la lumière émise par la source de lumière est captée par le miroir spherique et utilisée. De plus, -cette lumière est réfléchie vers la source même qui en absorbe une partie alors que la lumière dirigée vers les côtés n'est pas captée par la lentille et est ainsi perdue. Donc, peu de lumière est utilisée d'une manière efficace. On connatt également un autre projecteur de ce type qui est compléte par des moyens de réfraction sous forme d'une ou de plusieurs lentilles destinées à recueillir et à concentrer la lumière. Egalement dans ce cas, on perd de la lumière sur les côtés et ce projecteur fonctionne de manière efficace uniquement à condition que la source de lumière soit de petite dimension, de préférence constitué par une lampe à filament à basse tension, ce qui en plus nécessite un convertisseur de tension. Afin de recueillir et de concentrer davantage la lumière par rapport à ce qui était le cas dans les reflecteurs mentionnés ci-dessus, on connais depuis longtemps un autre type de réflecteur comportant un concentrateur de lumière. Le corps de ce concentrateur est constitué par un corps cylindrique qui à ses extrémités est relié à des éléments reflécteurs en forme de calottes sphériques ou ellipsoïdales disposées l'une en face de I'autle. La paroi interne de ce corps cylindrique et des calottes est couverte d'une surface reflechissante. La source de lumière se trouve disposée dans le centre optique d'une des calottes, alors que la calotte opposée est pourvue d'une ouverture de sortie de lumière qui permet à la lumière de sortir vers un objet. L'inconvénient de ce projecteur est que son concentrateur concentre également la lumière inutilisable, c'est-à-dire de la lumière qui sort à un angle trop important pour une lentille de projection d'image ou pour être recueillie par les extrémités de fibres optiques disposées à proximité de la sortie du concentrateur. L'energie de la lumière non utile, c'est-à-dire non récupérable par les fibres optiques puisque l'angle d'incidence est trop important, est lorsque cette lumière tombe sur les extrémités des fibres optiques transformée en chaleur, ce qui peut avoir un effet néfaste pour ces extrémités de fibre qui doivent au contraire être protégées de toute chaleur. Un autre inconvénient de ce projecteur est que la source de lumière est placée directement à l'intérieur du réflecteur hémisphérique, ce qui rend l'utilisation d'autres sources de lumière difficile, voire impossible, en vue d'une adaptation à des applications différentes. Avec les projecteurs connus, il est souvent nécessaire d'introduire une certaine diffusion de la lumière qui tombe sur le plan focal, de manière à éviter que la lentille de projection ne reprenne et produise une image de la source de lumière placée derrière l'objet se trouvant dans le plan focal. Cela entrafne une perte considérable de l'intensité lumineuse. Toutes ces pertes se traduisent en général par une production de chaleur qui est toujours à éviter puisqu'elle peut etre très nuisible. Par ailleurs, tous les projecteurs connus sont conçus dans un but spécifique, c'est-à-dire pour concentrer la lumière pour une utilisation dans un spot ou projecteur ou pour concentrer la lumière sur des fibres optiques. Aucun projecteur n' existe susceptible d'effectuer plusieurs fonctions en utilisant des éléments d'un seul jeu d'éléments de base. Cependant, il serait avantageux dans certains cas de pouvoir assembler et utiliser un équipement constitué pour la plus majeure partie d'éléments d'assemblage communs pour plusieurs applications différentes. L'invention a pour but de proposer un projecteur qui remède aux inconvénients des projecteurs mentionnés ci- dessus. Plus précisément, le projecteur suivant l'invention permettra I'utilisation de sources de lumière de dimension relativement importante tout en fonctionnant avec des lumières ayant des angles différents. Grâce à l'invention, il est possible de capter la plus grande partie des rayons de lumière qui ne tombent pas directement sur le plan focal et de les réfléchir vers l'avant sur celui-ci. En refocalisant la lumière remise par la source de lumière sous des angles obtus, l'invention augmente, d'une manière surprenante, la quantité de lumière utile tombant sur le plan focal, en augmentant encore plus la lumière de sources à grand angle que la lumière en provenance de sources de lumière à petit angle. Le projecteur suivant 1' inventio n. permet dans l'application pour fibres optiques de diriger la lumière en provenance de la source de lumière de sorte qu'une quantité optimale de cette lumière tombe sur les fibres optiques sous des angles d'incidence utiles de celles-ci. Dans une application pour projection d'images, le projecteur suivant l'invention dirige les rayons de lumière à travers l'objet se trouvant dans le plan focal sous des angles qui n'excèdent pas l'angle de projection de la lentille. L'invention a pour objet un projecteur de lumière comprenant une source de lumière disposée à proximité d'une extrémité d'un corps allongé dont la paroi interne est réfléchissante de manière à constituer un concentrateur de lumière pourvu d'une ouverture de sortie de lumière à l'extrémité opposée, destinée à diriger la lumière sortante vers des moyens de réception et de transmission de la lumière avec ou sans réfraction vers une surface devant être exposée à la lumière, caractérise en ce qu'au moins la partie principale du corps du concentrateur de lumière a globalement une forme ellipsoïdale et que ladite partie principale s'étend de part et d'autre du petit axe de l'ellipsoïde correspondant. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - la source de lumière est disposée dans une zone d'un premier plan focal de ladite forme ellipsoïdale, alors que les moyens de réception et de tr-ansmission de la lumière se trouvent dans une zone d'un deuxième plan focal de ladite forme ellipsoïdale; - la relation entre le grand axe et le petit axe de l'ellipsoïde est d'environ 2:1 à environ 6:1; - la relation entre le grand axe et le petit axe de l'ellipsoïde est d'environ 3:1; - le concentrateur est composé de deux demicoquilles reliées l'une à l'autre à l'endroit du petit axe de l'ellipsoïde; - les deux demi-coquilles sont disposées à un angle de 90" 1 'une par rapport à 1 'autre et qu'un miroir dit froid est disposé entre les deux demi-coquilles sous un angle d'environ 45" par rapport aux grands axes des deux demi-coquilles, le miroir dit froid étant traversé par les rayons infrarouges alors que les rayons de lumière utile y sont réfléchis; - la source de lumière est disposee en dehors du concentrateur proprement dit; - le concentrateur constitue un module pouvant être associe à des sources de lumière de nature et de dimension différentes; - la source de lumière est composée de plusieurs sources séparées, chaque source ayant une intensité réglable et étant pourvue d'un filtre couleur et de son propre réflecteur, le concentrateur faisant fonction d'un mélangeur de couleurs; - dans le cas où le projecteur est utilisé pour la projection d'images et comporte dans ce but un porte-objet et au moins une lentille de projection constituant lesdits moyens de réception et de transmission de la lumière, le porte-objet se trouve dans ladite zone du deuxième plan focal de ladite forme ell ipsoidale. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui v a suivre, à titre d'exemples non limitatifs, de quelques modes de réalisation de l'invention, en référence aux figures annexées dans lesquelles: - La figure 1 montre schématiquement un projecteur pourvu d'un concentrateur de lumieie suivant l'invention, destiné à la projection d'images; - La figure 2 montre schématiquement un projecteur pourvu d'un concentrateur de lumière suivant l'invention, destiné à servir comme spot; - La figure 3 montre schématiquement un projecteur pourvu d'un concentrateur de lumière suivant l'invention, destiné à la projection de lumière sur des fibres optiques. La figure 1 illustre un projecteur de lumière 1 pour une utilisation comme projecteur d'images. Ce projecteur comporte une source de lumière 2 disposée dans la zone d'extrémité 3 d'un concentrateur de lumière 4, à l'extérieur de celui-ci. Ce concentrateur de lumière 4 est constitué d'un corps creux allongé dont la paroi interne est réfléchissante. Cette paroi peut être constituee par différents matériaux, dont le plus courant est un alliage d'aluminium rendu brillant. Cette surface peut être traitée de manière à absorber ou à transmettre des rayons de chaleur tout en réfléchissant la lumière visible. La paroi interne du corps du concentrateur 4 a selon l'invention globalement une forme ellipsoïdale. Ce concentrateur présente ainsi deux plans focaux F1, F2. La source de lumière est placée dans un, F1, des plans focaux, alors que dans l'exemple il lustré dans la figure 1, un porte-objet 5 se trouve disposé dans la zone du deuxième plan focal F2, à proximité immédiate d'une ouverture de sortie 6 à l'extrémité du concentrateur opposée à la zone d'extrémité ou se trouve la source de lumière 2. La forme du concentrateur correspond ainsi à la partie centrale principale d'un ellipsoïde dont le grand axe est matérialisé à la figure 1 par une ligne A-A reliant les points d'extrémité sur ce grand axe, alors que le petit axe B-B relie les points opposés sur le plus grand diamètre de cette partie principale d'ellipsoïde. Le concentrateur peut avantageusement être fabriqué à partir de deux demi-coquilles ellipsoïdales. Chaque demicoquille est pourvue de moyens d'assemblage permettant de les assembler à l'endroit du petit axe de l'ellipsoïde. Les rebords 7 du porte-objet 5 sont avantageusement dirigés obliquement vers le concentrateur 4 ainsi evitant la sortie de lumière et ils comportent des surfaces absorbant la lumière. Il est également pourvu d'une ouverture 8 limitant le passage de lumière à la lumière utile pour cette application et cette ouverture est avantageusement munie d'un filtre anticalorique. Le porteobjet est avantageusement monté avec possibilité de rotation et d'inclinaison par rapport à l'axe A-A du projecteur. Le projecteur fonctionne ainsi à l'aide du porteobjet 5 comme projecteur d'images et les objets placés dans le porte-objet peuvent être des diapositives ou des masques comportant des dessins. Pour la projection d'images, ce projecteur comporte dans l'exemple illustré une simple lentille de projection 9 montee mobile en translation dans un mouvement alternatif selon la flèche bidirectionnelle indiquée en-dessous de la lentille 9. Les moyens optiques peuvent aussi être constitués par un système optique à plusieurs lentilles ou bien une ou plusieurs lentilles Fresnel. Le porte-objet 5 peut naturellement aussi être utilisé pour porter un iris, un filtre couleur, un filtre anticalorique, un masque à trous circulaires ou constitué de lamelles, de caches à bords rectilignes ou à fentes etc. Des essais ont montré que grâce à la forme globalement ellipsoïdale du concentrateur, on obtient de manière surprenante une concentration de la lumière émise par la source lumineuse qui est souvent de 10 à 20 fois plus importante que la concentration obtenue dans les projecteurs connus. Cela est en particulier dû au fait que les rayons de lumière obtus émis par la source lumineuse sont redressés en étant réfléchis une seule fois ou au maximum trois fois avant de tomber sur la surface de réception qui dans le cas illustré sur la figure 1 est la face plane 10 de la lentille 9, tournée vers l'ouverture 6 du concentrateur 4. Pratiquement tous les rayons de lumière qui sortent du concentrateur sont de rayons utiles puisque leurs angles d'incidence vers la face plane 10 de la lentille 9 sont dans la plage utile pour la projection d'images. Dans l'application projecteur d'images, cette plage correspond à des angles d'environ + 12" à t 25 . La taille et les proportions du concentrateur 4 varient en fonction des dimensions de la source de lumière 2 et sont adaptées pour obtenir les angles d'incidences souhaités. Des bons résultats ont été obtenus avec une forme ellipsoïdale dans laquelle la relation entre le grand axe A-A et le petit axe B-B est d'environ 2:1 à environ 6:1. Une relation préférée est d'environ 3:1. D'une manière générale, une petite source de lumière nécessite par rapport à une source plus grande un petit axe B-B de longueur réduite du concentrateur. Si l'angle d'incidence vers la surface de réception est relativement large, alors le petit axe B-S du concentrateur est d'autant plus grand. Pour prendre en considération cette augmentation de la quantite de lumière concentrée, des moyens sont prévus pour réfléchir ou absorber les rayons infrarouges pour éviter la concentration de ceux-ci dans le plan focal, ce qui pourrait autrement endommager l'objet tenu dans le porte-objet 5, ou la lentille de projection 9, ou bien les fibres optiques. Comme complément au traitement de la surface interne du concentrateur déjà mentionné, la figure 1 montre un premier filtre 11 qui est un filtre réfléchissant des rayons infrarouges et qui est disposé devant le corps du concentrateur proprement dit 4. Un deuxième filtre 12, qui est un filtre d'absorption des rayons infrarouges, est disposé dans la zone d'ouverture 6 du concentrateur. Ces filtres 11 et 12 peuvent naturellement être disposés à d'autres endroits sur le parcours de la lumière. La source de lumière peut outre les lampes à incandescence être constituée par des flashes électroniques, des lampes luminescentes à gaz, des lampes fluorescentes ou autres sources luminescentes. Ces sources de lumière peuvent par ailleurs être utilisées séparément ou ensemble dans le même projecteur. La source de lumière 2 est par ailleurs avantageusement disposée en dehors du concentrateur 4, contrairement à ce qui est le cas dans les projecteurs à concentrateur connus. Cela permet l'utilisation d'une source de lumière classique telle qu'une lampe à incandescence qui est associée à un réflecteur 13 qui dirige la lumière y réfléchie vers le concentrateur 13. Une telle disposition permet également de changer facilement le type de source de lumière et encore il est possible d'utiliser la même source pour des applications différentes non liées à ce projecteur, par exemple pour des prises de vue ordinaires. Autrement dit, cette disposition rend le concentrateur modulaire, c' est-à-dire qu'il peut être combine avec n'importe quelle source lumineuse. Tous les elements du projecteur sont portés par un support 14 qui peut être constitué par une ou plusieurs pieces. Ce support est à son tour monté à rotation et à pivotement sur un pied panoramique 15 ou similaire. Dans la description qui suivra des figures 2 et 3, les mêmes éléments que ceux de la figure 1 porteront les mêmes numéros de référence. La figure 2 montre egalement une variante dans laquelle le projecteur est utilisé comme spot. Dans ce cas, le porte-objet 5 peut être supprimé et la lumière concentrée dans le concentrateur 2 est dirigée directement vers une lentille qui peut par exemple être une lentille Fresnel 16. Cette lentille est tout comme la lentille 9 montée mobile en translation dans un mouvement alternatif à l'intérieur d'un boîtier 17 de manière à se rapprocher du plan focal F2 et de s'éloigner de celui-ci pour ainsi faire varier l'intensité lumineuse et l'angle de la lumière quittant la lentille. La figure 2 montre une variante de la source de lumière qui dans ce cas est composée de 3 lampes séparées placées dans la zone du plan focal F1, chaque lampe étant pourvue de son propre réflecteur et de son propre filtre couleur. Ces filtres couleurs sont de couleurs différentes et l'intensité de chaque lampe est variable, ce qui fait que le concentrateur fait fonction de mixeur de couleurs, la couleur résultante étant fonction de la commande de l'intensité des lampes différentes. La figure 3 montre une variante du projecteur selon l'invention utilisé pour projeter la lumière vers des fibres optiques 21 dont les extrémités sont montées dans un support 22 de manière à être dirigées vers l'ouverture 6 du concentrateur. La source de lumière illustrée sur la figure 3 est un flash électronique tubulaire 2A en forme d'un U qui peut éventuellement contenir une petite lampe à incandescence disposée dans le centre du U et destinée à permettre de voir l'effet lumineuse et de régler son intensité. Tout comme dans le cas décrit en référence à la figure 2, le porte-objet peut être supprimé puisqu'il s'agit de projeter le maximum de lumière vers les extrémités de ces fibres optiques 21. D'une manière générale, la dimension de la source de lumière 2 ou 2A et le diamètre médian du concentrateur sont adaptés de sorte que l'angle d'incidence contre les surfaces d'extrémité planes des fibres optiques soit dans la plage utile, c'est-à-dire dans la plage de t 30 à + 40". Selon un mode de réalisation non illustré sur les figures, le concent rateur est composé de deux parties réfléchissantes sous forme de demi-coquilles ayant chacune globalement la forme d'une portion d'ellipsoïde. Les coquilles sont disposées à un angle de 90 l'une par rapport à l'autre. La lumière qui entre par une première demi-coquille est dirigée contre un miroir "froid" disposé entre les deux demi-coquilles sous un angle d'environ 45 par rapport aux grands axes des deux demi-coquilles. Les rayons infrarouges traversent le miroir "froid", alors que les rayons de lumière utile sont réfléchis vers la deuxième demi-coquille. Pour le reste, ce mode de réalisation du concentrateur fonctionne exactement comme déjà décrit en référence aux figures. Les avantages principaux obtenus grace à l'invention sont ainsi les suivants: - La concentration obtenue est souvent de 10 à 20 fois plus grande que celle obtenue par des projecteurs classiques; - La lumière sortante du concentrateur peut facilement être adaptée à des plages d'angles d'incidence optimales pour des utilisations comme projecteur d'images ou projecteur pour fibres optiques; dans un système de projection d'images, le projecteur dirige ainsi les rayons de lumière à travers l'objet se trouvant dans la zone du plan focal à des angles qui n' excèdent pas l'angle de projection de la lentille de projection; dans un système de projection vers des fibres optiques, la lumière sera projetée vers les extrémités des fibres optiques dans la plage d'angles utile; - Des objets différents tels que des masques, un iris ou des diapositives peuvent être disposés dans la zone du deuxième plan focal où le maximum de lumière les traverse pour ensuite être concentré sur la lentille de projection; - Le projecteur peut fonctionner avec des sources lumineuses de dimensions relativement importantes, ce qui permet également l'utilisation de lampes à incandescence branchées directement sur le réseau électrique sans convertisseur de tension; - Des sources de lumière de nature différente peuvent être utilisées comme par exemple, outre les lampes à incandescence, des flashes électroniques, des lampes luminescentes à gaz, des lampes fluorescentes ou autres; - Aucune diffusion de la lumière n'est nécessaire puisque la source de lumiere est disposée si éloignée du deuxième plan focal qu'elle se trouve complètement hors du point focal de sorte qu'aucune image de la source ne soit projetee; - Il est possible d'utiliser simultanément plusieurs lampes de couleurs différentes agencées dans le premier plan focal et ayant des intensités individuellement réglables de sorte que le concentrateur fait fonction d'un mélangeur de couleurs; - Le concentrateur peut être mis en oeuvre sous forme d'un module qui peut facilement être combiné à des sources de lumière différentes interchangeables. REVENDICATIONS 1. Projecteur de lumière comprenant une source de lumière (2; 2A; 18, 19, 20) disposée à proximité d'une extrémité d'un corps allongé (4) dont la paroi interne est réfléchissante de manière à constituer un concentrateur de lumière pourvu d'une ouverture de sortie de lumière (6) à l'extrémité opposée, destinée à diriger la lumière sortante vers des moyens de réception et de transmission de la lumière (9; 16; 21) avec ou sans réfraction vers une surface devant être exposée à la lumière, caractérisé en ce qu'au moins la partie principale du corps du concentrateur de lumière (4) a globalement une forme ellipsoidale et que ladite partie principale s'étend de part et d'autre du petit axe ( B-B) de l'ellipsoïde correspondant. 2. Projecteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la source de lumière (2; 2A; 18, 19, 20) est disposée dans une zone d'un premier plan focal (F1) de ladite forme ellipsoïdale, alors que les moyens de réception et de transmission de la lumière (9; 16; 21) se trouvent dans une zone d'un deuxième plan focal (F2) de ladite forme ellipsoïdale. 3. Projecteur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la relation entre le grand axe (A-A) et le petit axe (B-B) de l'ellipsoïde est d'environ 2:1 à environ 6:1. 4. Projecteur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la relation entre le grand axe (A-A) et le petit axe (B-B) de l'ellipsoïde est de d'environ 3:1. 5. Projecteur suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le concentrateur (4) est composé de deux demi-coquilles (4A, 4B) reliées l'une à l'autre à l'endroit (4Ct du petit axe (B-B) de l'ellipsoïde. 6. Projecteur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les deux demi-coquilles sont disposées à un angle de 90 l'une par rapport à l'autre et qu'un miroir dit froid est disposé entre les deux demicoquilles sous un angle d'environ 45 par rapport aux grands axes des deux demi-coquilles, le miroir dit froid étant traversé par les rayons infrarouges alors que les rayons de lumière utile y sont réflechis. 7. Projecteur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérise en ce que la source de lumière (2; 2A; 18, 19, 20) est disposée en dehors du concentrateur (4) proprement dit. 8. Projecteur suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le concentrateur (4) constitue un module pouvant être associé à des sources de lumière de nature et de dimension différentes. 9. Projecteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la source de lumière est composée de plusieurs sources séparées (18, 19, 20), chaque source ayant une intensité réglable et étant pourvue d'un filtre couleur et de son propre réflecteur, le concentrateur faisant également fonction d'un mélangeur de couleurs. 10. Projecteur suivant l'une quelconque des revendications 2 à 9, dans lequel le projecteur est utilisé pour la projection d'images et comporte dans ce but un porte-objet (5) et au moins une lentille de projection (9) constituant lesdits moyens de réception et de transmission de la lumière, caractérisé en ce que le porte-objet (5) se trouve dans ladite zone dudit deuxième plan focal (F2) de ladite forme ellipsoïdale.