Brevet FR2868505A1 — publié le 20051007

DESCRIPTION La présente invention concerne de manière générale le domaine de l'éclairage, en particulier les éclairages devant répondre à des spécificités particulières, et a pour objet un dispositif d'éclairage apte à produire un éclairement uniforme, ainsi que des appareils d'éclairage de champ opératoire dentaire ou chirurgical comprenant au moins deux dispositifs du type précité. Dans certains domaines ou certaines applications, il est nécessaire de disposer d'un éclairage répondant à certaines spécifications techniques, voire réglementaires, par exemple en termes d'intensité ou d'uniformité de l'éclairage au niveau de la zone à éclairer. Tel est notamment le cas, à tire d'exemple illustratif, dans le domaine dentaire. En effet, les appareils d'éclairage opératoire mis en oeuvre dans ce domaine doivent remplir les critères et répondre aux exigences de la norme française, européenne et internationale NF EN ISO 9680. Les appareils du type précité, également appelés lampes opératoires dentaires ou encore scialytiques (nom déposé), qui sont commercialisés actuellement comportent généralement comme source(s) lumineuse(s) des ampoules halogènes ou à incandescence, associées à une surface réfléchissante (réflecteur) et à une vitre de protection frontale, l'ensemble étant suspendu au bout d'un bras support articulé, avec blocage en position précis à l'arrêt. Néanmoins, ces appareils existants sont relativement lourds, peu compacts (nécessité d'un bloc d'alimentation dans le socle ou l'embase du bras support) et ne fournissent pas un éclairement avec un bon degré d'uniformité. De plus, du fait de la nature même des sources lumineuses utilisées, ces appareils d'éclairage connus émettent beaucoup de chaleur (gêne pour le patient et le praticien) et nécessitent des interventions fréquentes pour changer les ampoules (durée de vie limitée de 50 heures à 2 000 heures maximum). La présente invention a notamment pour but de fournir une solution pour pallier les inconvénients précités et, en particulier, mais non limitativement, de fournir un moyen d'éclairage permettant notamment la réalisation d'appareils d'éclairage améliorés pour l'application évoquée ci-dessus. A cet effet, l'invention a pour premier objet un dispositif d'éclairage apte à produire à distance une tache lumineuse sensiblement uniforme en termes d'éclairement, dispositif caractérisé en ce qu'il est principalement constitué, d'une part, par au moins une diode électroluminescente collimatée ou associée à un dispositif de collimation, d'autre part, par un moyen formant guide de lumière soumis au rayonnement de la ou desdites diode(s) et présentant une ou des face(s) d'entrée de la lumière dont la surface totale est au moins deux fois supérieure à la surface de la face de sortie de la lumière dudit moyen et, enfin, par un moyen de projection disposé à la suite dudit guide de lumière concentrant le rayonnement émis par ladite ou lesdites diode(s). L'invention a également pour objet un appareil d'éclairage opératoire dentaire ou chirurgical fournissant un éclairage sans ombres portées, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux dispositifs d'éclairage selon l'invention, montés côte à côte et dont les faisceaux respectifs sont dirigés de manière à être confondus au niveau de la zone à éclairer. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels: la figure 1 est un schéma de principe d'un dispositif d'éclairage selon l'invention; la figure 2 est un schéma simplifié à une échelle différente d'un appareil d'éclairage selon l'invention, comprenant deux dispositifs d'éclairage selon l'invention en tant que sous-ensembles associés; les figures 3 à 6 sont des vues en élévation latérale ou de dessus de différentes variantes de réalisation d'arrangements d'éléments fonctionnels constitutifs d'un dispositif d'éclairage selon l'invention; les figures 7, 8, 9A et 9B sont des vues en perspective d'autres variantes de réalisation d'arrangements d'éléments fonctionnels constitutifs d'un dispositif d'éclairage selon l'invention; les figures 10A et 10B sont des vues de dessus et en élévation latérale d'un bloc formant guide et concentrateur de lumière faisant partie du dispositif d'éclairage selon une variante de réalisation de l'invention; la figure 11 est une vue en élévation latérale d'une autre variante de réalisation du guide et concentrateur de lumière des figures 10A et 10B, et, les figures 12A et 12B sont des représentations graphiques, respectivement bidimensionnelle et tridimensionnelle, de l'éclairement au niveau de la zone à éclairer obtenu au moyen d'un dispositif selon la figure 1, avec un guide de lumière et concentrateur selon les figures 10A et 10B. Comme le montrent les figures 1 et 3 à 9 des dessins annexés, le dispositif d'éclairage 1 selon l'invention est principalement constitué, d'une part, par au moins une diode électroluminescente 3 collimatée ou associée à un dispositif de collimation 3', d'autre part, par un moyen 4 formant guide de lumière soumis au rayonnement de la ou desdites diode(s) 3 et présentant une ou des face(s) 5 d'entrée de la lumière dont la surface totale est au moins deux fois supérieure à la surface de la face 6 de sortie de la lumière dudit moyen 4 et, enfin, par un moyen de projection 7 disposé à la suite dudit guide de lumière 4 concentrant le rayonnement émis par ladite ou lesdites diode(s) 3. Pour des considérations de robustesse, de facilité de fabrication et de coût de revient, le moyen 4 formant guide de lumière et concentrateur peut avantageusement consister en un bloc de matière transparente ayant une forme générale en tronc de cône, par exemple un bloc de matière plastique transparente venue de moulage. Selon une caractéristique de l'invention, le bloc de matière transparente de forme tronconique 4 présente une section transversale dont la forme est choisie dans le groupe formé par les sections carrées, rectangulaires, circulaires, elliptiques, trapézoïdales ou polygonales régulières à au moins quatre côtés, l'ensemble des faces dudit bloc 4 présentant un état de surface poli. Avantageusement, la forme de la section pourra être choisie en fonction d'une éventuelle forme particulière de la zone à éclairer. Ainsi, lorsque la zone à éclairer consiste en la bouche d'un patient, des sections de forme circulaire ou elliptique seront à privilégier. Conformément à une première variante de réalisation du moyen 4, formant guide de lumière et concentrateur, ce dernier présente une unique face d'entrée 5, plane, convexe ou concave, par exemple bombée de manière sphérique (voir figures 1, 3 à 9 et 10A et 10B). Conformément à une seconde variante de réalisation du moyen 4, représentée sur la figure 11, celui-ci présente au moins deux faces d'entrée 5, préférentiellement planes, inclinées par rapport au plan perpendiculaire à l'axe longitudinal médian ou de symétrie X du tronc de cône constituant le moyen 4 et formant une structure proéminente à facettes au niveau de l'extrémité d'entrée dudit moyen 4, au moins certaines, et préférentiellement toutes, les faces d'entrée 5 recevant chacune le flux lumineux d'une diode électroluminescente 3 correspondante. D'autre part, comme le montrent également les figures 10A, 10B et 11, la face de sortie 6 du moyen 4 formant guide de lumière et concentrateur présente une surface choisie dans le groupe formé par une surface plane et les surfaces convexes ou concaves, notamment concave ou convexe sphérique. De manière préférée, le bloc 4 formant guide et concentrateur 15 de lumière présente une structure rectiligne ou droite. De plus, le rapport de la surface de la section transversale à proximité de la ou des face(s) d'entrée 5 sur la surface de la section transversale à proximité de la face de sortie 6, du moyen 4 formant guide de lumière et concentrateur, est compris entre 2 et 15, avantageusement entre 4 et 12, et préférentiellement entre 8 et 10. En outre, l'angle ou les angles au sommet a du bloc en tronc de cône 4, mesuré(s) par rapport à l'axe médian ou de symétrie x dudit bloc, est (sont) compris entre 5 et 30 , avantageusement entre 8 et 15 , préférentiellement entre 9 et 11 . Selon une autre caractéristique de l'invention, ressortant notamment des figures 3 à 8 et 9A, le moyen de projection 7 est formé d'une lentille unique qui est choisie dans le groupe formé par les lentilles de Fresnel et les lentilles asphériques. Cette lentille 7 est disposée par rapport au moyen 4 formant guide de lumière et concentrateur de manière à former l'image de la face de sortie 6 dudit moyen 4 au niveau de la zone à éclairer 8. Selon une alternative de construction, représentée schématiquement sur la figure 9B, le moyen de projection peut être constitué par au moins deux lentilles 7 réglables en position par des moyens de déplacement contrôlé adaptés (non représentés), et formant ensemble un objectif optique à focale variable ou zoom. La modification de la distance focale permet de réaliser au niveau de la zone à éclairer 8 (par exemple un champ opératoire) une tache lumineuse plus ou moins grande et, par conséquent, également plus ou moins lumineuse. Le déplacement des lentilles 7 peut être effectué par télécommande ou manuellement. Le rapport de grandissement des dimensions de la zone éclairée peut, par exemple, varier dans un rapport 2, ce qui donne une variation de surface d'un rapport 4 et, par conséquent, une variation d'éclairement d'un rapport 4. Bien entendu, le dispositif d'éclairage 1 pourra ne comporter qu'une seule diode électroluminescente 1, si cette dernière est suffisamment 10 puissante et que l'éclairement fourni est satisfaisant. Toutefois, le dispositif d'éclairage 1 comprendra avantageusement deux diodes électroluminescentes 3 blanches à flux élevé, montées à proximité immédiate de la ou des face(s) d'entrée 5 du moyen 4 formant guide de lumière et concentrateur. Ses différents éléments fonctionnels constitutifs 3, 4, 7 sont montés dans un boîtier de protection 9 fermé, du côté de la face de sortie du système optique formé par lesdits éléments 3, 4, 7, par une fenêtre de protection 9' optiquement inactive. La mise en oeuvre d'au moins deux diodes 3 permet, par les réflexions multiples des rayonnements dans le guide et concentrateur de lumière 4 (réflexion sur les parois latérales longitudinales de ce dernier) et le mélange des faisceaux, d'aboutir à une très bonne uniformité du rayonnement sur la majeure partie de la zone à éclairer 8. La présente invention a également pour objet, comme le montre en partie la figure 2 des dessins annexés, un appareil d'éclairage opératoire dentaire fournissant un éclairage sans ombres portées, caractérisé en ce qu'il comprend deux dispositifs d'éclairage 1 du type décrit ci-dessus, montés côte à côte et dont les faisceaux respectifs sont dirigés de manière à être confondus au niveau de la zone à éclairer 8. Enfin, la présente invention concerne aussi un appareil d'éclairage opératoire chirurgical fournissant un éclairage sans ombres portées, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux dispositifs d'éclairage 1 du type décrit ci-dessus, montés côte à côte et dont les faisceaux respectifs sont dirigés de manière à être confondus au niveau de la zone à éclairer 8. Les deux dispositifs d'éclairage 1 peuvent être chacun montés dans un boîtier de protection 9 particulier ou bien être montés dans un unique boîtier de protection, monté(s) sur un bras support 10. On décrira à présente à titre de réalisation pratique et non limitative de l'invention un dispositif d'éclairage en tant que composante d'un appareil d'éclairage opératoire dentaire, ce sur la base des figures 1, 2, 10A, 10B, 12A et 12B. L'appareil d'éclairage est composé, comme le montre la figure 2 des dessins annexés, de deux dispositifs optiques d'éclairage 1 distants l'un de l'autre d'environ 150 mm (pour éviter les ombres), situés à environ 700 mm du champ opératoire (bouche du patient) et dont les faisceaux respectifs sont dirigés sur ledit champ opératoire, de manière mutuellement convergente. Chaque dispositif d'éclairage 1 est constitué par au moins deux diodes électroluminescentes 3 blanches associées chacune à un dispositif de collimation 3' et par une pièce en un matériau transparent (verre ou plastique) formant concentrateur. Ce dernier collecte le flux lumineux des diodes 3 par une ou plusieurs faces d'entrée plane(s) ou sphérique(s) 5 et uniformise et concentre le flux lumineux recueilli à l'entrée sur la face de sortie 6 (plane ou sphérique), ce en regard d'au moins une lentille 7 faisant également partie du dispositif 1 et qui forme une image de ladite face de sortie 6 sur le champ opératoire 8 constituant la zone à éclairer. Le guide de lumière et concentrateur 4 est avantageusement une pièce moulée en plastique ou en verre, dont les faces ont été polies. La ou chaque lentille 7 peut être une lentille en verre classique ou plus avantageusement une lentille de Fresnel en plastique moulé ou encore un condenseur asphérique. Un filtre coloré placé à la suite de ladite lentille 7 ou des lentilles 7 peut être envisagé pour améliorer le rendu en couleurs. Les figures 12A et 12B illustrent graphiquement, au moyen de résultats de simulations, l'éclairement obtenu par l'intermédiaire d'un dispositif d'éclairage 1 présentant une structure telle qu'illustré sur la figure 1, avec deux diodes 3 de type Luxeon III Star Blanches délivrant 65 lumens sans optique, un guide de lumière et concentrateur 4 en matière plastique transparente (Pmma) ayant une structure telle que représentée sur les figures 10A et 10B (face d'entrée: 32 mm X 16mm / face de sortie: 6 mm X 8 mm / hauteur du tronc de cône: 60 mm) et une lentille de Fresnel de 50 mm de distance focale. Pour tenter d'expliquer les résultats des simulations, il convient de noter que le guide et concentrateur de lumière 4 selon l'invention accepte quasiment la totalité du flux lumineux émis par les diodes 3 (collimaté sous un angle +/- 10 avec une face de sortie de l'optique de collimation 3' de chaque diode 3 d'environ 16 mm de diamètre). Ce flux lumineux entrant est homogénéisé et concentré sur une 5 surface plus petite en sortie. Le faisceau sortant du concentrateur, de nature divergente, est récupéré à environ 80 % par la lentille de projection 7 de grande ouverture. L'image de la face de sortie 6 du concentrateur 4 formé par ladite au moins une lentille 7 au niveau du champ opératoire 8 ne présente pas de bords nets, mais par contre fournit une quantité de lumière importante, avec une répartition sensiblement uniforme sur la majeure partie de la surface de la tache lumineuse 2 formée au niveau de la zone à éclairer 8 (champ opératoire). Il convient de noter également que, en variante à la réalisation représentée sur les figures 10A et 10B, le guide et concentrateur de lumière 4 pourra également présenter une face d'entrée au moins légèrement sphérique (bombée), avec des sections de face d'entrée et de sortie de forme elliptique. Dans tous les cas, le guide de lumière et concentrateur 4, consistera avantageusement en une pièce transparente monobloc avec une face de sortie dont la section est plus petite que la face d'entrée et dont la ou les faces latérales (ou de côté) sont polies et s'étendent de telle façon que les rayons lumineux entrant soient guidés à l'intérieur de la pièce en s'y réfléchissant totalement. Ainsi, comme déjà indiqué préalablement, le moyen 4 formant guide de lumière et concentrateur assure une fonction de collecte du flux des diodes 3, une fonction de mélange desdits flux et une fonction d'étalement permettant une répartition homogène de la lumière émise au niveau de la face de sortie 6. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS 1) Dispositif d'éclairage apte à produire à distance une tache lumineuse sensiblement uniforme en termes d'éclairement, dispositif caractérisé en ce qu'il est principalement constitué, d'une part, par au moins une diode électroluminescente (3) collimatée ou associée à un dispositif de collimation (3'), d'autre part, par un moyen (4) formant guide de lumière soumis au rayonnement de la ou desdites diode(s) (3) et présentant une ou des face(s) (5) d'entrée de la lumière dont la surface totale est au moins deux fois supérieure à la surface de la face (6) de sortie de la lumière dudit moyen (4) et, enfin, par un moyen de projection (7) disposé à la suite dudit guide de lumière (4) concentrant le rayonnement émis par ladite ou lesdites diode(s) (3). 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen (4) formant guide de lumière et concentrateur consiste en un bloc de matière transparente ayant une forme générale en tronc de cône. 3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le bloc de matière transparente de forme tronconique (4) présente une section transversale dont la forme est choisie dans le groupe formé par les sections carrées, rectangulaires, circulaires, elliptiques, trapézoïdales ou polygonales régulières à au moins quatre côtés, l'ensemble des faces dudit bloc (4) présentant un état de surface poli. 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen (4) formant guide de lumière et concentrateur présente une unique face d'entrée (5), plane, convexe ou concave, par exemple bombée de manière sphérique. 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen (4) formant guide de lumière présente au moins deux faces d'entrée (5), préférentiellement planes, inclinées par rapport au plan perpendiculaire à l'axe longitudinal médian ou de symétrie (X) du tronc de cône constituant le moyen (4) et formant une structure proéminente à facettes au niveau de l'extrémité d'entrée dudit moyen (4), au moins certaines, et préférentiellement toutes, les faces d'entrée (5) recevant chacune le flux lumineux d'une diode électroluminescente (3) correspondante. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la face de sortie (6) du moyen (4) formant guide de lumière et concentrateur présente une surface choisie dans le groupe formé par une surface plane et les surfaces convexes ou concaves, notamment convexe ou concave sphérique. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le rapport de la surface de la section transversale à proximité de la ou des face(s) d'entrée (5) sur la surface de la section transversale à proximité de la face de sortie (6), du moyen (4) formant guide de lumière et concentrateur, est compris entre 2 et 15, avantageusement entre 4 et 12, et préférentiellement entre 8 et 10, et en ce que l'angle ou les angles au sommet (a) du bloc en tronc de cône (4), mesuré(s) par rapport à l'axe médian ou de symétrie (x) dudit bloc, est (sont) compris entre 5 et 30 , avantageusement entre 8 et 15 , préférentiellement entre 9 et 11 . 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le moyen de projection (7) est formé d'une lentille unique qui est choisie dans le groupe formé par les lentilles de Fresnel et les lentilles asphériques, et qui est disposée par rapport au moyen (4) formant guide de lumière et concentrateur de manière à former l'image de la face de sortie (6) dudit moyen (4) au niveau de la zone à éclairer (8). 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le moyen de projection (7) est constitué par au moins deux lentilles réglables en position par des moyens de déplacement contrôlé adaptés, et formant ensemble un objectif optique à focale variable ou zoom. 10) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend deux à quatre, préférentiellement deux, diodes électroluminescentes (3) blanches à éclairement élevé, montées à proximité immédiate de la ou des face(s) d'entrée (5) du moyen (4) formant guide de lumière et concentrateur et en ce que ses différents éléments fonctionnels constitutifs (3, 4, 7) sont montés dans un boîtier de protection (9) fermé, du côté de la face de sortie du système optique formé par lesdits éléments (3, 4, 7), par une fenêtre de protection (9') optiquement inactive. 11) Appareil d'éclairage opératoire dentaire fournissant un éclairage sans ombres portées, caractérisé en ce qu'il comprend deux dispositifs d'éclairage (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, montés côte à côte et dont les faisceaux respectifs sont dirigés de manière à être confondus au niveau de la zone à éclairer (8). 12) Appareil d'éclairage opératoire chirurgical fournissant un éclairage sans ombres portées, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux dispositifs d'éclairage (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, montés côte à côte et dont les faisceaux respectifs sont dirigés de manière à être confondus au niveau de la zone à éclairer (8). 13) Appareil d'éclairage selon l'une quelconque des revendications 11 et 12, caractérisé en ce que les dispositifs d'éclairage (1) 10 sont montés ensemble dans un unique boîtier de protection.